JP2015523827A - 大容量ネットワークノード - Google Patents

Abstract

非常に大きな交換容量を可能にするネットワークノードのためのスケーラブルアーキテクチャを提供するために、複数のパケット光アドドロップマルチプレクサ／ＰＯＡＤＭ／と、ＰＯＡＤＭにそれぞれ関連付けられる複数のデュアルラインカードと、光スイッチマトリックスとを有するネットワークノードが提案される。各ＰＯＡＤＭは、入力ラインインターフェースと、出力ラインインターフェースとを有し、出力ラインインターフェース及び入力ラインインターフェースにおいてそれぞれ送信及び受信される出力波長多重化光信号及び入力波長多重化光信号のパケットタイムスロットに光パケットを選択的にアドし、パケットタイムスロットから光パケットを選択的にドロップする役割を果たす。デュアルラインカードは、アド及びドロップされることになるパケットを電気的に処理し、バッファリングする役割を果たす。デュアルラインカードは、ドロップされるパケットが、ラインカードのうちの任意の他のラインカードに関連付けられるラインインターフェース上に転送されるラインインターフェース部分と、パケットがクライアントインターフェースからアドされるか、又はクライアントインターフェースにおいてドロップされるクライアントインターフェース部分とを有する。ラインインターフェース部分は、パケットが転送される内部光インターフェースを有する。光スイッチマトリックスはこれらの内部光インターフェースをパケットごとに構成可能に相互接続する。

Description

本発明は電気通信の分野に関し、より詳細には、光ネットワークにおいて用いるための大容量ネットワークノードに関する。

交換光ネットワークでは、多数の入力ポートと出力ポートとの間で大量の高速データ信号を柔軟に交換することができるネットワークノードが必要とされる。現在、１００Ｇｂｉｔ／ｓまでの信号速度のための光インターフェースが市販されている。大きなネットワークノードが現在取り扱うことができる全トラフィック容量は、毎秒数テラビットまでの範囲に及ぶ。そのようなネットワークノードは高速電気信号交換に基づく。

別の手法は光パケット交換技術に基づく。パケットＯＡＤＭと呼ばれる、パケットトラフィック用の光アド／ドロップマルチプレクサが、Ｄ．Ｃｈｉａｒｏｎｉらによる論文「Ｐａｃｋｅｔ ＯＡＤＭｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｎｅｘｔ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」（Ｂｅｌｌ Ｌａｂｓ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ １４（４）２０１０、頁２６５−２８４）において記述されており、その論文は引用により本明細書に組み込まれている。パケットＯＡＤＭは、リングネットワークに適用するために設計される。

回線速度より速い速度において駆動される中央空間スイッチを通して相互接続される複数のＩ／Ｏサブシステムを有する別の大容量交換システムが欧州特許出願公開第２３３７３７２号Ａ１に記述される。このシステムの中央空間スイッチは、光ＷＤＭリングとすることができ、全てのＩ／Ｏサブシステムを相互接続し、異なるＩ／Ｏサブシステムが異なる波長において送信及び受信する。

欧州特許出願公開第２３３７３７２号明細書

Ｄ．Ｃｈｉａｒｏｎｉら「Ｐａｃｋｅｔ ＯＡＤＭｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｎｅｘｔ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｉｎｇ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ」（Ｂｅｌｌ Ｌａｂｓ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ １４（４）２０１０、頁２６５−２８４）

それゆえ、本発明の目的は、非常に大きな交換容量を可能にする、ネットワークノード用のスケーラブルアーキテクチャを提供することである。

これらの目的、及び以下に現れる他の目的は、複数のパケット光アドドロップマルチプレクサ／ＰＯＡＤＭ／と、それぞれＰＯＡＤＭに関連付けられる複数のデュアルラインカードと、光又は電気スイッチマトリックスとを有するネットワークノードによって達成される。

各ＰＯＡＤＭは、入力回線インターフェース及び出力回線インターフェースを有し、出力回線インターフェース及び入力回線インターフェースにおいてそれぞれ送信及び受信される出力波長多重化光信号及び入力波長多重化光信号のパケットタイムスロットに光パケットを選択的にアドし、パケットタイムスロットから光パケットを選択的にドロップする役割を果たす。デュアルラインカードは、アド及びドロップされることになるパケットを電気的に処理し、バッファリングする役割を果たす。デュアルラインカードは、ドロップされたパケットが任意の他のラインカードに関連付けられる回線インターフェース上に転送される回線インターフェース部分と、パケットがクライアントインターフェースからアドされるか、又はクライアントインターフェースにおいてドロップされるクライアントインターフェース部分とを有する。回線インターフェース部分は、パケットが転送される内部光インターフェースを有する。光又は電気スイッチマトリックスはこれらの内部光インターフェースをパケットごとに構成可能に相互接続する。

ここで、本発明の好ましい実施形態が、添付の図面を参照しながら説明されることになる。

ＰＯＡＤＭを回線インターフェースとして利用するネットワークノードの一実施形態の図である。 同期多色光パケットフォーマットを示す図である。 図１のネットワークノード内で用いられるＰＯＡＤＭラインカードのブロック図である。 ２つのＰＯＡＤＭラインカードを備えるネットワークノードのブロック図である。 受信方向におけるラインカードの機能要素を示す図である。 送信方向におけるラインカードの機能要素を示す図である。 光スイッチマトリックスの一実施形態を示す図である。 光スイッチマトリックスの一実施形態を示す図である。 多色光パケット用に構成された全光ＷＤＭスイッチを示す図である。 ネットワークノードのネットワークアプリケーションを示す図である。

実施形態はメッシュトポロジ用の光パケットスイッチのノードアーキテクチャを提供する。このノードアーキテクチャは１ペタビットより大きな容量を取り扱うことができ、動的光バイパスを利用する。

より詳細には、そのアーキテクチャは、多重接続性ノード構成において動的光バイパスのためにＰＯＡＤＭ（パケット光アドドロップマルチプレクサ）技術を利用する。

好ましい実施形態では、ＰＯＡＤＭはＰＩＣ（フォトニック集積回路）技術を用いて、又は任意の他の適切な集積技術を用いてラインカード上に集積される。

ラインカードは中央交換ステージのための入力−出力待ち行列方式を提供し、中央交換ステージはＷＤＭ交換ファブリックを用いて実現することができる。代替的には、より小さなノードの場合、中央交換ステージは電気空間スイッチマトリックスを用いて実現することもでき、それにより、内部Ｅ／Ｏ／Ｅ変換を回避する。

光伝送ネットワークのためのネットワークノードが図１において概略的に示される。この光ノードは複数のラインカードＬＣ１−ＬＣ６を有する。各ラインカードＬＣ１−ＬＣ６はファイバ入力ＦＩ及びファイバ出力ＦＯのためのラインポートと、１つ又は複数のアド／ドロップポートＡＤとを有し、中央スイッチマトリックスＣＳに接続される。

各ラインカードは、ＷＤＭパケット光アドドロップマルチプレクサ（ＰＯＡＤＭ）を備えており、そのラインポートにおいてＷＤＭ回線信号を受信及び送信する。それゆえ、ラインカードはトランスペアレントな光層を実現し、その光層はパケット粒度において動作する。これにより、処理される必要がない任意のトラフィックを光層においてバイパスできるようになる。

各ラインカードＬＣ１−ＬＣ６において、ＷＤＭ ＰＯＡＤＭを通してトラフィックをドロップすることができ、トラフィックは、中央スイッチマトリックスＳＭを通して任意の他のラインカードに交差接続することができるか、又はアド／ドロップポートＡＤのうちの１つにおいてドロップすることができる。逆に、各ラインカードにおいて、中央スイッチマトリックスＣＳを通して交差接続される任意の他のラインカードからのトラフィック、又はそのアド／ドロップポートＡＤのいずれかからのトラフィックは、ＷＤＭ回線信号にアドすることができる。

一実施形態では、ＷＤＭ回線信号は同期多波長パケットフォーマットを有する。これが図２に概略的に示される。ＷＤＭ回線信号は、複数のｋｎ個のデータ波長λ_１−λ_ｎ、λ_ｎ＋１−λ_２ｎ、．．．、λ_ｋｎと、１つの制御波長λ_Ｃとを有する。データ波長はｋ個のグループにグループ分けされ、各グループはｎ個の波長を有する。全てのデータ波長λ_１−λ_ｋｎ及び制御波長λ_Ｃは、全ての波長にわたって同期している等距離のタイムスロットに構造化される。各データ波長グループは、タイムスロット当たり１つのパケットを搬送し、それゆえ、多色パケットと呼ばれる。制御波長の対応するタイムスロットは、ｋ個全てのパケットのパケットヘッダを搬送する。詳細には、図２を参照すると、波長グループ１の波長λ_１−λ_ｎは４つの連続したタイムスロットにおいてパケットＰ１１、Ｐ２１、Ｐ３２、Ｐ４１を搬送し、波長グループ２は、波長λ_ｎ＋１−λ_２ｎにおいてパケットＰ１２、Ｐ２２、Ｐ３２、Ｐ４２を搬送するなど、波長グループｋまで同様であり、波長グループｋは波長λ_{（ｋ−１）ｎ＋１}−λ_ｋｎにおいてパケットＰ１ｋ、Ｐ２ｋ、Ｐ３ｋ、Ｐ４ｋを搬送する。

一実施形態では、各パケットは１０波長のグループを用いる。したがって、８０波長を伴う通常の波長スペクトルでは、それぞれ１０波長からなる８つのグループが存在し、８個の多色パケットが同時に送信される。さらに、パケットヘッダを搬送する制御チャネルλ_Ｃは、タイムスロット当たり、８つの波長グループに対応する８つのパケットヘッダを有する。

図３は、図１のネットワークノード内で用いられるラインカードＬＣのブロック図を示す。ラインカードは、ファイバ入力ＦＩ及びファイバ出力ＦＯを備えるパケット光アド／ドロップマルチプレクサ（ＰＯＡＤＭ）部分１０と、デュアル受信機セクション３０と、デュアル送信機セクション４０と、コントローラ２０とを含む。

ＰＯＡＤＭ部分１０はＷＤＭ波長帯マルチプレクサ１６に光学的に接続されるＷＤＭ波長帯デマルチプレクサ１４と、ＷＤＭ波長帯デマルチプレクサ１４の波長帯出力とＷＤＭ波長帯マルチプレクサ１６の波長帯入力との間に配置されるゲートアレイ１５とを含む。ＷＤＭ波長帯デマルチプレクサ１４は、光パケットフォーマットの波長グループに対応する光波長サブバンドを分離する役割を果たす。ＷＤＭ波長帯デマルチプレクサ１４、ゲートアレイ１５及びＷＤＭ波長帯マルチプレクサ１６は、ファイバ入力ＦＩとファイバ出力ＦＯとの間に光パススルーセクションを形成し、光パススルーセクションは、ドロップされる必要がない光信号をトランスペアレントに通過させることができる。

ファイバ入力ＦＩからのＷＤＭ信号がＷＤＭ波長帯デマルチプレクサ１４に入る前に、分岐１２が受信されたＷＤＭ信号の一部を分離し、その部分をＯ／Ｅコンバータ２１を介してコントローラ２０に送り込む。ＷＤＭ入力信号の残りは、恐らく２００ｍ長の光ファイバループを通して実現することができる遅延素子１３を介して、ＷＤＭ波長帯デマルチプレクサ１４のＷＤＭ入力に送り込まれる。

分岐１２は、制御チャネルλ_Ｃを抽出する役割を果たし、制御チャネルをコントローラ２０に送り込む。遅延素子１３は、信号チャネルλ_１−λ_ｋｎを遅延させ、信号チャネルλ_１−λ_ｋｎがＷＤＭ波長帯デマルチプレクサ１４に入る前に、コントローラが制御チャネルλ_Ｃを処理するのに十分な処理時間を可能にする。

コントローラ２０は、制御チャネルλ_Ｃを終端し、リフレッシュされ、更新された制御チャネル信号を生成し、その信号はＥ／Ｏコンバータ２２及び結合器１８を介して、ファイバ出力ＦＯで送信されるパススルーＷＤＭ信号に送り込まれる。

ゲートアレイ１５は、パススルーＷＤＭ信号においてタイムスロット当たり個々の完全な波長サブバンドを選択的に遮断し、ドロップされることになる光パケットをこれらの波長サブバンドから除去するように、コントローラ２０によって制御される。ゲートアレイは、多色パケットにおいて用いられる８つの波長グループに対応する８つの波長サブバンドのための８つのＳＯＡＳ（半導体光増幅器）を用いて実現することができる。

ゲートアレイの代替の実施態様は、高速可変光減衰器（ＶＯＡ）に基づくことができる。その際、単一の広帯域ＥＤＦＡによって、挿入損失を補償することができる。

信号ギャップを回避するために、アイドルタイムスロットはダミーパケットで満たされる。これにより、光パケット信号は、信号ギャップがあると利得変動を示す可能性があった既存の増幅器インフラストラクチャ、すなわち、主にＥＤＦＡに適合するようになる。例えば、パケットがドロップされ、通過方向における対応するタイムスロットがアイドルのままである、すなわち、新たなパケットで満たされない場合には、元のパケットは遮断されるのではなく、通過方向において単にアイドルタイムスロットのままである可能性があり、そのタイムスロットは、対応する制御チャネル内でアイドルを宣言される。

デマルチプレクサ１４とゲートアレイ１５との間では、各波長サブバンドが光スイッチ２３に分岐され、光スイッチは、ドロップ方向において任意の波長グループの正確な波長を選択するように、コントローラ２０によって構成することができる。光スイッチ２３の出力はＯ／Ｅインターフェース２８に送り込まれ、Ｏ／Ｅインターフェースは、電気信号を再生するために、Ｏ／Ｅ変換、クロックデータ再生及びデジタル信号処理を実行する。Ｏ／Ｅ変換は、コヒーレント光検出技術に基づくことが好ましい。Ｏ／Ｅ変換された電気信号はＮ×２電気スイッチ２４に送り込まれ、電気スイッチは、個々のパケットがクライアントインターフェースにドロップされることになるか、ネットワークノードの別のラインカードを介して異なるファイバに転送されることになるかに応じて、デュアル受信機セクション３０の２つの部分間で個々のパケットを交換する。また、電気スイッチ２４は、後続のブロック３３又は３６にアクセスするときに競合を解決するために用いられる電子的バッファも含む場合もある。スイッチ２４の出力は、入力タイムスロットＷＤＭ信号からドロップされることになる電気パケットである。

光スイッチ２３は、パケットごとに高速に交換するために設計することができ、パケットごとに、サブバンドのいずれかからパケットをドロップするように、コントローラ２０によって構成することができる。この場合、光受信機２８が、任意の波長においてパケットを柔軟に変換するように同調可能である。

代替形態として、光スイッチ２３は、トラフィックエンジニアリングのために用いることができ、例えば、物理リソースを新たなトラフィックプロファイルに半永久に適応させるために用いることができる。トラフィックエンジニアリングによって、ネットワーク内で波長を最適に割り当てることができるようになる。例えば、ノードがその容量を増やす必要がある場合には、事業者は、ノードごとに波長属性を最適化し直すことが必要となる可能性がある。その場合、新たな波長サブバンドを再選択するために、各ノードにおいて、ある程度の柔軟性が必要とされる。これはパケットレベルでは行われない。それはノードに対する波長の事前割り当てである。

その実施形態では、光スイッチ２３はトラフィックエンジニアリングのために用いられ、交換時間は、緊急を要さない。

デュアル受信機セクション３０の左側部分３１は、他のファイバに転送されることになるパケットのためのネットワークインターフェース機能を実行する。スイッチ２４から、転送されることになるパケットがパケットバッファブロック３３に送り込まれ、パケットバッファブロックはバッファメモリを含み、バッファメモリは、一時的にパケットを記憶して中央スイッチマトリックスＣＳ内の競合を解消する。これらのパケットに属する対応するヘッダはコントローラ２０からヘッダ処理ブロック２５に送信され、ヘッダ処理ブロックは中央スケジューラへの出力を有する。

出力側において、パケットバッファブロック３３は、パケットを内部光パケットフォーマットに変換し、これらのパケットを他のラインカードに相互接続するために中央ＷＤＭスイッチに送信する光インターフェースを含む。

ラインカードと中央スイッチマトリックスとの間で用いられる内部パケットフォーマットは外部多色パケットフォーマットと同じである必要はないことに注目されたい。内部光パケットは、単一波長又は多波長いずれかのフォーマットを有することができる。

クライアントインターフェースにおいてドロップされることになるパケットは、スイッチ２４から、デュアル受信機セクション３０の右側部分３２に送り込まれる。パケットヘッダはヘッダ処理ブロック３８において受信され、ヘッダ処理ブロックは有効なイーサネット（登録商標）出力ヘッダを生成するようにヘッダをフォーマットする。

フォーマットされたヘッダ及び受信されたデータパケットは、イーサネットネットワークプロセッサのような出力パケットプロセッサ３６に送り込まれ、そのプロセッサは、ヘッダ及びデータを一時的に格納し、接続されるクライアントへのイーサネットインターフェースにおいて出力するための有効なイーサネットフレームを生成する。

同様に、デュアル送信機部セクション４０は、クライアントインターフェース部分４２と、ネットワークインターフェース部分４１とを含む。

クライアントインターフェース部分４２はクライアントデータ信号のためのイーサネットインターフェースを有する。受信されたイーサネットフレームはバッファメモリ４６に記憶され、その中でイーサネットフレームはサービスクラスごとに待ち行列内に配置される。マッパ回路４７が、サービスクラスごとに、かつ宛先ごとにカプセル化されたイーサネットフレームを伴うタイムスロットを作成する。

ヘッダプロセッサ４８は、対応するイーサネットフレームヘッダを処理し、制御チャネルλ_Ｃ上で送信するためのラベルを作成する。バッファ４７’は、マッパ４７の出力に配置され、タイムスロットを格納し、個々のタイムスロットを送信する判断を待つ。バッファ４８’は、制御チャネルを構築するために、タイムスロットに対応するラベルを格納する。コントローラ２０は、パススルー方向においてバイパスされたトラフィックと同期して新たな光パケットを送信するトリガ及び判断信号を用いて、バッファ４７’、４８’を制御する。

ネットワークインターフェース部分４１は、中央スイッチマトリックスから光パケット信号を受信し、その信号はＯ／Ｅコンバータを介してバッファ４３に送り込まれる。データタイムスロット処理ユニット４４が、メモリ４３からデータパケットを読み出し、データパケットを光ファイバのパススルー方向において送信するためのタイムスロットにフォーマットする。対応するパケットヘッダはヘッダプロセッサ４５からもたらされ、ヘッダプロセッサはノードの中央スケジューラからアドレス及び他のヘッダ情報を受信する。再び、パススルー方向においてバイパスされたトラフィックと同期して新たな光パケットを送信するトリガ及び判断信号がコントローラ２０からもたらされる。

コントローラ２０の制御下で、スイッチ２６が、クライアントインターフェース部分４２又はネットワークインターフェース部分４１のいずれかのデータ出力を選択し、そのデータ出力を多波長光信号源２５に送り込み、その信号源は、あらかじめフォーマットされた電気データを適切なキャリア波長上に変調して、多色光パケットを生成し、そのパケットは割り当てられたタイムスロット内で結合器１７を介して出力光ファイバＦＯに送り込まれる。

信号源２５は、ＷＤＭ信号の全波長セットに及ぶ単一波長ｃｗレーザのアレイと、その後方に配置される光変調器のセットとを用いて実現することができ、光変調器は、並列化された電気信号を選択されたキャリア波長のセット上に変調し、光パケットを生成する。代替的には、信号源は、必要とされる波長スペクトルに及ぶ波長可変レーザを用いて実現することができる。

対応するヘッダ信号は、パケットがクライアントインターフェース部分４２のデータ出力から来るか、ネットワークインターフェース部分４１のデータ出力から来るかに応じて、スイッチ２７によってヘッダプロセッサ４８’又は４５のいずれかから選択され、コントローラ２０に送り込まれ、コントローラはヘッダを制御チャネルλ_Ｃに挿入する。適切な制御チャネル波長の光信号を生成するＥ／Ｏコンバータ２２を通して、制御チャネルは結合器１８を介して、出力光ＷＤＭ信号に結合される。

図４は中央光スイッチマトリックス１００を通して相互接続される２つのラインカードＬＣ１、ＬＣ２を示す。スイッチマトリックス１００はラインカードＬＣ１、ＬＣ２の受信機セクション３１から受信バースト信号を受信し、その出力側において、ラインカードＬＣ１、ＬＣ２の送信機セクション４１にそれぞれ接続される。スケジューラ１１０が、対応する光バーストが到来するそれぞれのラインカードＬＣ１、ＬＣ２のヘッダ処理ブロック３５から受信された光ヘッダ情報に従って、パケットスロットごとにスイッチマトリックスを構成する。また、スケジューラ１１０は、ヘッダ情報を、その光パケットが交換される対応するラインカードＬＣ１、ＬＣ２の送信側ヘッダプロセッサ４５に転送する。

スケジューラ１１０は、それぞれのタイムスロットのラベルを受信し、タイムスロットごとにスイッチマトリックス１００を構成する。また、スケジューラ１１０は、起こり得る競合を識別し、衝突を生じることなくタイムスロットを交換することが可能になるまで、バッファメモリ３３においてタイムスロットを記憶するように対応する。

スイッチマトリックス１００はＷＤＭ交換ファブリックであり、波長の帯域を切り替え、数Ｔｂｉｔ／ｓの交換容量を提供する。内部多色パケットフォーマットを有するＷＤＭパケットを作成するために、タイムスロットはＷＤＭドメインにおいて配列される。このＷＤＭパケットは、光ドメインにおいて正しい出力ポートに交換され、送信側バッファブロック４３に送信される。

図５は、受信方向におけるラインカードの機能要素を示す。ファイバ５０から到来するＷＤＭ信号はＷＤＭデマルチプレクサ５１に送り込まれ、デマルチプレクサは、１つの波長サブバンドから個々の波長チャネルを分離し、これらの波長チャネルを波長ごとに個々の光受信機５２に送り込む。受信機５２は、分散補償及びクロック／データ再生のために、Ｏ／Ｅ変換、サンプリング及びデジタル信号処理を実行する。受信機５２のデジタル出力信号はシフトレジスタ５３に進み、シフトレジスタは波長グループごとに並列−直列変換を実行する。直列化された出力信号は、その後、競合を解消し、かつパケットをスイッチマトリックス及び送信側において共通のパケットタイムスロット上に再同期させるために、バッファ５４にバッファリングされる。ラインカードにおけるパケットタイムスロットのこの再同期によって、非同期ネットワークの概念において、光パケットを同期して交換できるようになる。

図６は、送信方向におけるラインカードの機能要素を示す。送信されることになる信号パケットがバッファ６４にバッファリングされる。パケットの送信が予定されると、パケットはバッファ６４から読み出され、シフトレジスタ６３に送り込まれ、シフトレジスタは直列−並列変換を実行する。並列化された信号は色波長光送信機６２に進み、各送信機は異なる波長チャネルにおいて送信する。送信機６２の光出力はＷＤＭマルチプレクサ６１に送り込まれ、マルチプレクサの出力は出力側ラインファイバ６０に接続される。

図７及び図８は光スイッチマトリックスＣＳの一実施形態を示す。上記のように、一実施形態におけるネットワークノードは、ファイバ当たり８０個の信号波長をサポートし、それぞれ１００Ｇｂｉｔ／ｓにおいてデータをトランスポートする。サブバンドが１００Ｇｂｉｔ／ｓにおいて１０個の波長を含む。それゆえ、ファイバ当たり１０個の波長からなる８個のサブバンドが存在する。ネットワークノードは、各ファイバからのパススルー容量の５０％までをドロップできることを更にサポートする。それゆえ、各ラインカード上で処理することができる波長の数は４０であり、その数は１０個の波長からなる４つのグループを表す。波長のグループごとに、ラインカードと中央スイッチとの間で専用の内部光インターコネクトが用いられる。

図７において、ラインカードＬＣは、ＷＤＭ ＰＯＡＤＭセクション７１と、関連するバッファメモリを備える受信機／送信機セクション７２とを有し、４つの光インターコネクトを介して、中央スイッチマトリックスＣＳに接続される。各インターコネクトは１０個の波長を搬送し、それゆえ、ラインカードＬＣの任意のラインカード間で多色光パケットを交換できるようになる。

スイッチマトリックスは３つの光交換ボード７４を有する。ＷＤＭ４×１２スイッチモジュール７３が、ラインカードＬＣへの、及びラインカードＬＣからの４つの光インターコネクトを光交換ボード７４のいずれかに構成可能に接続する。各光交換ボードは、図８に示される３ステージ光Ｃｌｏｓネットワークを担う。Ｃｌｏｓネットワークは、３つのステージに配列される交換モジュール８１、８２、８３を有する。各交換モジュールは全光ＷＤＭスイッチである。第１のステージは、それぞれ３２個の入力が６４個の出力に接続可能である（すなわち、３２×８４）１６個のスイッチ８１を有する。第２のステージは１６×１６の入力及び出力を有する６４個のスイッチを有し、第３のステージは再び、６４入力×３２出力を有する１６個のスイッチを有する。

全光ＷＤＭスイッチの実施態様のための一例が、４×４スイッチの簡略化された場合に図９に示される。光スイッチモジュール９０は４×４の入力及び出力を有する。各入力において、パッシブ１：４スプリッタ９１が、入力信号を４つに分割し、それぞれ光ゲートとしての機能を果たす半導体光増幅器（ＳＯＡ）９２に進む。出力側において、パッシブ光結合器が、４つの各入力から１つずつの４つの信号線を各出力に結合する。それぞれのＳＯＡを選択的にアクティブ化又は非アクティブ化することによって、各入力を任意の出力に接続することができる。代替的には、このために、光空間スイッチを用いることができる。関連する挿入損失に起因して、光増幅が必要とされる場合がある。

スイッチマトリックスのＣｌｏｓネットワークは、モジュール式になるように設計し、配置することができる。その際、スイッチマトリックスは、設置されたラインカードの数に合わせて作ることができるので、そのアーキテクチャは完全にモジュール式である。

ファイバごとに別の波長においてヘッダをトランスポートすることと、一定のＷＤＭタイムスロットを採用することとによって、その概念は、ビット速度から独立になる。さらに、スケジューラ、ＷＤＭ ＰＯＡＤＭ及び光スイッチに対する変更が不要であるので、そのノードアーキテクチャは、１０Ｇｂ、１００Ｇｂ及び１Ｔｂラインカードのような、種々の変調速度、変調方式などからなる信号に対してラインカードを使用できるようにする。

ルーティング情報が別の波長においてトランスポートされるので、スケジューラは影響を受けない。より速いビット速度をサポートできるようにするのに、ラインカードしか取り替える必要がない。対象実施形態（ｓｕｂｊｅｃｔ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）において、ネットワークノードは、完全な構成において１２５個までのＷＤＭ ＰＯＡＤＭをサポートする。

図１０は、上記のようなネットワークノードのネットワークアプリケーションを示す。そのネットワークにおいて、異なるネットワークノードＮが、光ファイバＦを通して物理的に相互接続される。光信号は、各ノードのＰＯＡＤＭステージをトランスペアレントに通り抜けることができるか、又は各ノードのネットワーク側インターフェース部分及び中央スイッチマトリックスを通って相互接続することができる。そのネットワークは、各交換ノードにおいて一定長のパケットタイムスロット及びパケット再同期を用いてパケット粒度で動作する。

例えば、ノードＮ１からの光パケットは経路Ｐ１を介してネットワークノードＮ３にトランスペアレントに転送することができるか、又は経路Ｐ２を介してネットワークノードＮ４に「不透明に（ｏｐａｑｕｅ ｗａｙ）」交換され得る。

この概念は、処理される必要がないトラフィックを可能ならバイパスするように、パケット粒度において動作する光トランスポート層を導入する。通過パケットに対してパケット粒度において光学的にトランスペアレントであることは、完全に電子的な手法（その占有率を課す幾つかのバッファを通り抜ける必要がある）に比べて、待ち時間に関して終端間性能を改善する。内部のパケット処理が減少することは、ノードの電力消費の著しい削減にもつながる。

それゆえ、上記の実施形態の一態様は、ＷＤＭ ＰＯＡＤＭである。そのＷＤＭ ＰＯＡＤＭは、波長当たりのビット速度から独立してＷＤＭパケットを管理することができるアド／ドロップ構造である。

上記の実施形態の第２の態様は、多色ＷＤＭパケットの使用である。１つのパケットのための波長をグループ化する利点は、パススルー方向における光学構成要素の数の削減である。ＷＤＭパケットの使用は、光学的にトランスペアレントのままであるトラフィックの場合に、中間ノードを横切るときのフィルタのカスケードをチャネルから除去する。この場合、中間ノードにおいて帯域通過フィルタ、及びエッジノードにおいて固有のフィルタのみが必要である。それゆえ、フィルタリング制約は大きく緩和され、チャネル間隔の管理を簡単にする。

ＷＤＭパケットを用いる更なる利点は、信号容量である。例えば、波長ビット速度が１０Ｇである場合には、そのパケットは１０波長にわたって１００Ｇｂｉｔ／ｓの容量を有する。波長当たりのビット速度が１００Ｇである場合には、そのパケットは１Ｔｂｉｔ／ｓの容量を有する。

上記の実施形態の第３の態様は中央交換ファブリックである。その交換ファブリックは電子的部分、すなわち、ラインカード上に物理的に配置されるＯ／Ｅ及びＥ／Ｏ変換ステージ並びにバッファリングと、中央光交換要素とを含む。

交換ファブリックのためのＣｌｏｓネットワークアーキテクチャ自体によって、基本スイッチモジュールのサイズを妥当な値に保ちながら、莫大な交換容量を取り扱うことができるようになる。加速ファクタによって、物理的なスイッチサイズを全容量の何分の１かに制限できるようになる。

好ましい実施形態では、加速ファクタは、ラインカードと中央交換ファブリックとの間の光信号に対して導入することができる。そのような信号はネットワークノード内にのみ存在し、長距離にわたって進む必要はないので、達成可能なデータ速度を制限する信号歪みは小さい。

対象実施形態では、加速ファクタ３が用いられ、すなわち、受信された信号速度に比べて、内部信号が３倍だけ加速される。これは、交換プレーン（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｌａｎｅ）当たりの負荷を軽減し、バッファサイズを小さくする。

説明及び図面は、本発明の原理を例示するにすぎない。したがって、本明細書において明示的に説明又は図示されないが、本発明の原理を具現する種々の構成を当業者が考案できることは理解されよう。さらに、本明細書において記載される全ての例は、本発明の原理、及び当該技術分野を促進するために本発明者らによって貢献される概念を読者が理解するのを助ける教育的な目的だけを明確に意図しており、そのような具体的に列挙される例及び条件に限定されないと解釈されるべきである。さらに、本発明の原理、態様及び実施形態を記載する本明細書内の全ての言明、並びにその具体例は、その均等物を含むことを意図している。

Claims (13)

1. 光ネットワークのためのネットワークノードであって、
   − 出力（ＦＯ）ラインインターフェース及び入力（ＦＩ）ラインインターフェースにおいてそれぞれ送信及び受信される出力波長多重化光信号及び入力波長多重化光信号のパケットタイムスロットに、及び該パケットタイムスロットから光パケット（Ｐ１１−Ｐ１ｋ、．．．Ｐ４１−Ｐ４ｋ）を選択的にアド及びドロップするために、前記出力（ＦＯ）ラインインターフェース及び前記入力（ＦＩ）ラインインターフェースを備える複数のパケット光アドドロップマルチプレクサ／ＰＯＡＤＭ／（１０）と、
   − 前記ＰＯＡＤＭ（１０）にそれぞれ関連付けられ、アド又はドロップされることになるパケットを電気的に処理し、バッファリングするための複数のデュアルラインカード（ＬＣ；ＬＣ１−ＬＣ６）であって、前記デュアルラインカード（ＬＣ）は、ドロップされるパケットが前記ラインカード（ＬＣ１−ＬＣ６）のうちの任意の他のラインカードに関連付けられるラインインターフェースに転送されるラインインターフェース部分（３１、４１）と、パケットがクライアントインターフェースからアドされるか、又はクライアントインターフェースにおいてドロップされるクライアントインターフェース部分（３２、４２）とを有し、前記ラインインターフェース部分（３１）は前記パケットが転送される内部インターフェースを有する、複数のデュアルラインカードと、
   − 前記デュアルラインカードの前記内部インターフェースをパケットごとに構成可能に相互接続するための中央交換マトリックス（ＣＳ；１００）とを備える、光ネットワークのためのネットワークノード。
2. 前記光パケット（Ｐ１１−Ｐ１ｋ、．．．Ｐ４１−Ｐ４ｋ）が、波長チャネル（λ_１−λ_{（ｋ−１）＊ｎ}）のグループを用いて並列に送信される多波長パケットフォーマットを有し、前記ＰＯＡＤＭが、光パケットごとに前記波長チャネルグループをアド及びドロップするように設計され、前記デュアルラインカード（ＬＣ１−ＬＣ６）が、前記多波長パケットフォーマットを、処理及びバッファリングするための直列電気パケットフォーマットに変換するように設計される、請求項１に記載のネットワークノード。
3. 前記光パケット（Ｐ１１−Ｐ１ｋ、．．．Ｐ４１−Ｐ４ｋ）が、専用制御チャネル（λ_Ｃ）上で送信されるパケットヘッダを含み、前記ＰＯＡＤＭ（１０）が、前記制御チャネル（λ_Ｃ）を抽出し、リフレッシュされた制御チャネル（λ_Ｃ）を再挿入するように設計され、前記ネットワークノードが、前記制御チャネル（λ_Ｃ）を処理し、前記パケットヘッダ内に含まれるアドレス情報に従って前記ＰＯＡＤＭ（１０）を構成するためのコントローラ（２０）を備える、請求項１に記載のネットワークノード。
4. 前記ＰＯＡＤＭが前記デュアルラインカード（ＬＣ１−ＬＣ６）上に集積される、請求項１に記載のネットワークノード。
5. 前記ＰＯＡＤＭが、前記ネットワーク入力と前記ネットワーク出力との間にそれぞれ配置される光パススルーセクションを備え、前記パススルーセクションが、受信されたＷＤＭ信号を波長サブバンドに多重分離するＷＤＭデマルチプレクサ（１４）と、パススルー方向において個々の光パケット（Ｐ１１−Ｐ１ｋ、．．．Ｐ４１−Ｐ４ｋ）を選択的に遮断する光ゲート（１５）とを備える、請求項１に記載のネットワークノード。
6. 前記ラインカードが、前記中央スイッチマトリックス（ＣＳ；１００）のための入力−出力待ち行列方式を与える、請求項１に記載のネットワークノード。
7. 前記中央スイッチマトリックス（ＣＳ；１００）が光スイッチマトリックスであり、前記内部インターフェースが光インターフェースである、請求項１に記載のネットワークノード。
8. 前記中央スイッチマトリックス（ＣＳ；１００）が波長の帯域を切り替えるように構成された全光ＷＤＭ交換ファブリックである、請求項７に記載のネットワークノード。
9. 対応する光パケットが到来するラインカード（ＬＣ１、ＬＣ２）のヘッダプロセッサ（３５）から受信された光ヘッダ情報に従ってパケットスロットごとに前記中央スイッチマトリックス（ＣＳ；１００）を構成するためのスケジューラ（１１０）を備える、請求項８に記載のネットワークノード。
10. 前記スケジューラ（１１０）が、ヘッダ情報を、光パケットが交換されるラインカード（ＬＣ１、ＬＣ２）にあるヘッダプロセッサ（４５）に転送する、請求項９に記載のネットワークノード。
11. 前記スケジューラ（１１０）が、タイムスロットごとにラベルを受信し、タイムスロットごとに前記中央スイッチマトリックス（１００）を構成するように構成される、請求項９に記載のネットワークノード。
12. 前記スケジューラ（１１０）が、競合を識別し、衝突がない交換が可能になるまで前記パケットを格納するように、選択されたラインカードを制御するように構成される、請求項９に記載のネットワークノード。
13. 前記ラインカード（ＬＣ１−ＬＣ６）が、前記光スイッチマトリックスを通して交換されることになる前記光パケット（Ｐ１１−Ｐ１ｋ、．．．Ｐ４１−Ｐ４ｋ）の伝送速度を加速ファクタによって内部で高めるように構成される、請求項１に記載のネットワークノード。

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