JP2016503266A - メトロポリタン・エリア・ネットワークを少なくとも１つのアクセス・ネットワークとリンクする通信ネットワーク・ノード - Google Patents

Abstract

メトロポリタン・エリア・ネットワークとリンクし、ノードを少なくとも１つのアクセス・ネットワークに接続する少なくとも１つの光リンクを備える通信ネットワーク・ノードは、複数のアクセス・ネットワークからのトラフィックを集約できる電子カードと、電子カードから電気信号を受信すること、およびメトロポリタン・エリア・ネットワークに光パケットを送信することができるトランスミッタと、多重化された光パケットのストリームを光リンクから抽出すること、および多重化された光パケットのストリームを光リンクに挿入することができるサーキュレータと、多重化された光パケットのストリームを受信し、それらの光パケットのうちからアクセス・ネットワーク向けの光パケットを選択および検出する反射型スイッチング・マトリックスとを備える。反射型スイッチング・マトリックスは、多重化された光パケットの受信および逆多重化された光パケットの送信を行うＰＯＡＤＭ光パケット・アド／ドロップ・マルチプレクサと、逆多重化された光パケットを受信することができ、３つのセクションを含む少なくとも１つのＲＳＯＡ反射型半導体光増幅器とを備える。

Description

本発明は、大都市通信ネットワーク、特に波長分割多重化（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）光ファイバ通信ネットワークの分野に関する。

メトロポリタン・エリア・ネットワークには、柔軟性、自動構成機能、新しいサービスをオンデマンドで導入できるようにする必要性などの特有の要件がある。新しいインターネット・サービスの進化により、メトロポリタン・エリア・ネットワーク（ＭＡＮ：Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）では、散発的で分散されたトラフィックが発生することが予想される。オンデマンドの帯域幅は、コンテンツ配信ネットワークが大都市地域を対象にしているため、より高い柔軟性を必要とする。光パケット技術の利点は、サブ波長の粒度により、高い効率を可能にすることである。

光パケット・アド／ドロップ・マルチプレクサ（ＰＯＡＤＭ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）に基づく通信ノードを備えるＷＤＭ波長分割多重化リング型通信ネットワークは、波長チャネル上で送信される光パケット、特に複数のチャネルを経由して送信される光パケットを挿入、抽出、または転送できる。これは、光パケット交換ネットワークの今後の進化にとって有望な候補である。アクセス・ネットワークのライン・カードから入来するトラフィックを集約するために、電子的処理が用いられる。光の透過性により、光パケットは別のＰＯＡＤＭ通信ノードに直接移動できるため電子的処理が減少し、不透明なノードを含むリング型通信ネットワークに比べて、消費電力を削減することができる。

インライン高速光パケット・セレクタ（ＦＯＰＳ：Ｆａｓｔ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｓｅｌｅｃｔｏｒ）を備える固定レシーバを中心に、さまざまな方法が提案されている。ある解決策では、追加トラフィックを任意の波長で挿入できる。別の解決策では、ＦＯＰＳ高速光パケット・セレクタをＰＯＡＤＭノードのレシーバの前に配置して、固定レーザを使用する。ただし、コスト、特にＦＯＰＳ高速光パケット・セレクタの数とともに増加するコストと、光通信ネットワークの効率との間の妥協点を見つける必要がある。

前述したように、ＦＯＰＳ高速光パケット・セレクタのコストは、ＰＯＡＤＭマルチプレクサに基づくノードを備える光通信ネットワークを展開するための実際の提案において、極めて重要である。半導体光増幅器（ＳＯＡ：Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）をロジック・ゲートとして使用して、光パケットを削除または増幅する解決策が提案されているが、この解決策を実際のシステムで使用するには、デバイス（特に、ＳＯＡ光増幅器）の高いコストが障害になる。

この他に、各種の技術（ＳＯＡ、ＶＯＡ、ＭＺＭ（Ｍａｒｃｈ−Ｚｅｎｄｅｒ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ））によってＩｎＰ（シリコン・プラットフォーム）に内蔵されるＦＯＰＳ高速光パケット・セレクタとして、さまざまな解決策が提案されている。例えば、可変光減衰器（ＶＯＡ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）に基づく、シリコンに内蔵されるフォトニックＦＯＰＳ高速光パケット・セレクタなどである。ただし、これらの解決策は、これらの製品の長期的な進化について検討されているだけであり、まだ非常に高価である。

最近、パケット反射型光スイッチ（ＰＲＯＳ：Ｐａｃｋｅｔ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｗｉｔｃｈ）が提案されている。この構造では、反射型半導体光増幅器（ＲＳＯＡ：Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）が使用される。アクセス・ネットワーク用に設計されたこのＲＳＯＡ光増幅器は、ＰＯＡＤＭノードのコストの大幅な削減を可能にする低コストのデバイスであり、容易に入手できる。ネットワークの効率と柔軟性を向上するには、ＰＲＯＳ反射型高速光パケット・セレクタを光接続上またはＰＯＡＤＭノードのレシーバの前に配置する必要がある。ただし、デバイスのコストとネットワーク性能の間で行われる妥協は、アーキテクチャの効率の低下につながる。

最近まで、主にＦＯＰＳ高速光パケット・セレクタのコストを低減することに努力が傾けられてきたが、必要なＦＯＰＳ高速光パケット・セレクタの数に関するコストが、依然として問題となっている。本発明は、光通信ネットワークのアーキテクチャに含まれる高速光パケット選択に必要なデバイスの数がより少ない解決策を提案する。

本発明の主題は、メトロポリタン・エリア・ネットワークとリンクし、ノードを少なくとも１つのアクセス・ネットワークに接続する少なくとも１つの光リンクを備える通信ネットワーク・ノードであって、
− 複数のアクセス・ネットワークから入来するトラフィックを集約できるようにする電子カードと、
− 電子カードから電子信号を受信し、光パケットをメトロポリタン・エリア・ネットワークへ送信できるトランスミッタと、
− 多重化された光パケットのストリームを光リンクから抽出し、多重化された光パケットのストリームを光リンクに挿入できるサーキュレータと、
− サーキュレータによって送信された多重化された光パケットのストリームを受信し、受信した光パケットから光パケットを選択し、アクセス・ネットワークに送信されることが意図された光パケットを検出する反射型スイッチング・マトリックスとを備える通信ネットワーク・ノードである。

一実施形態では、反射型スイッチング・マトリックスは、
− 多重化された光パケットを受信し、逆多重化された光パケットを送信する光パケット・アド／ドロップ・マルチプレクサＰＯＡＤＭと、
− それぞれ異なる機能を有する３つのセクションを備え、逆多重化された光パケットを受信できる少なくとも１つの反射型半導体光増幅器ＲＳＯＡとを備える。

別の実施形態では、反射型半導体光増幅器ＲＳＯＡは、
− 逆多重化された光パケットを増幅するための光増幅器である第１のセクションと、
− 逆多重化され増幅された光パケットを受信し、受信した命令に従って、電子カードに直接送信されることが意図された逆多重化され増幅された光パケットを検出する検出器である第２のセクションと、
− 逆多重化され増幅された光パケットを抽出する、または反射によって送信するためのロジック・ゲートである第３のセクションとを備える。

提案する技術解決策は、高速光パケット・セレクタ／検出器（ＰＲＯＳ／Ｄ）と呼ばれる独自の反射型スイッチング・マトリックスであり、送信データ・ストリームの光パケットの選択および同時検出を可能にする。この技術解決策は、異なる機能を同時に実現するために、マルチセクション光増幅器ＲＳＯＡによって形成される。単一チップに内蔵されたＰＲＯＳ／ＤのマルチセクションＲＳＯＡスイッチング・マトリックスによって、必要なＦＯＰＳの数を減らすと同時に、高いネットワーク性能を維持する。このＰＲＯＳ／Ｄスイッチング・マトリックスによって、単一パケットを複数の異なるノードに送信する場合（例えばマルチキャスト送信）に、検出機能、選択機能、および配布／選択機能が可能になる。

一実施形態では、検出器は、逆多重化され増幅された光パケットを識別し、受信した命令を参照し、逆多重化され増幅された光パケットをアクセス・ネットワークの電子カードに送信する。

別の実施形態では、検出器は、逆多重化され増幅された光パケットを識別し、受信した命令を参照し、逆多重化され増幅された光パケットを第３のセクションに送信する。

後者の実施形態の１つの変形では、第３のセクションのロジック・ゲートは、逆多重化され増幅された光パケットを識別し、受信した命令を参照し、光パケットを抽出する。別の変形では、第３のセクションのロジック・ゲートは、逆多重化して増幅された光パケットを識別し、受信した命令を参照し、ミラーによって光パケットをマルチプレクサに返す。

さらに別の実施形態では、トランスミッタは、
− 電子カードから受信された電子信号を一定の光信号に変換できる調整可能または選択可能なレーザと、
− レーザから受信された一定の光信号を変調し、データを挿入し、それを光パケットに変換できる変調器と、
− 変調器から受信された光パケットの光ゲートとして機能する増幅器とを備える。

第１の態様では、メトロポリタン・エリア・ネットワーク・ノードはさらに、トランスミッタから受信された光パケットを光リンクに挿入できる少なくとも１つのカプラを備える。

第２の態様では、メトロポリタン・エリア・ネットワーク・ノードはさらに、命令を反射型スイッチング・マトリックスとの間で送受信できる電子カードに光リンクを接続する少なくとも１つの制御チャネルを備える。

第３の態様では、メトロポリタン・エリア・ネットワーク・ノードはさらに、制御チャネルの光パケットを光リンクから抽出できる少なくとも１つのカプラを備える。

第４の態様では、メトロポリタン・エリア・ネットワーク・ノードはさらに、制御チャネルの光パケットを光リンクに挿入できる少なくとも１つのカプラを備える。

ＷＤＭパケット交換通信ネットワークは、間もなく展開されると予想される。高効率で低価格のＰＯＡＤＭ光パケット・アド／ドロップ・マルチプレクサ通信ノードは、そのようなネットワークを構築するための重要な要素であり、既存のネットワークとのその互換性は必要不可欠である。ＰＲＯＳ／Ｄ高速セレクタ／検出器は、ＦＯＰＳ光パケット・セレクタのコスト、およびそれらのセレクタの数の削減を可能にする（２つのＦＯＰＳと比較して、１ノードのアークテクチャで１つのＰＲＯＳ／Ｄ）。

本発明のその他の特徴および利点は、以下の一実施形態の説明で明らかにする。以下の実施形態は、これに限定されない実施例であり、添付の図面で例示される。

リング型通信メトロポリタン・エリア・ネットワークに属するＰＯＡＤＭ光パケット・アド／ドロップ・マルチプレクサ通信ノードのアーキテクチャの図である。 ＰＯＡＤＭ光パケット・アド／ドロップ・マルチプレクサ通信ノードのＰＲＯＳ／Ｄ反射型スイッチ・マトリックスの詳細図である。

図１に示す実施形態では、リング型通信メトロポリタン・エリア・ネットワーク１は、ＰＯＡＤＭ光パケット・アド／ドロップ・マルチプレクサに基づく通信ノード２、多重化された光信号を伝達し、ＰＯＡＤＭ通信ノードを互いに接続する光ファイバなどの光リンク３、およびＰＯＡＤＭ通信ノード間に追加で配置される可能性のあるエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ：Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ Ｆｉｂｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）４を備える。サーキュレータ５は、光リンク３内を循環する多重化された光パケットのストリームを、ＰＯＡＤＭ通信ノード２のスイッチング・マトリックス７に向かう矢印６で示された方向に向ける。ＰＯＡＤＭ通信ノード２について、以下でさらに詳細に説明する。

ＰＯＡＤＭ通信ノード２は、光パケットを電気信号に変換できるようにする電子カード９によって、ユーザ・アクセス・ネットワーク８との通信を確立できるようにする。電気信号は、受信ポートＲＸ１０でアクセス・ネットワーク８から受信され、送信ポートＴＸ１１でアクセス・ネットワーク８に送信される。さらに、受信ポートＲＸ１２は、制御チャネル１３の専用波長で伝達される光パケットの形態で、ＰＯＡＤＭ通信ノード２が動作するために必要な命令を受信する。制御チャネル１３は、ＰＯＡＤＭ通信ノード２の入力でリング型ネットワーク１に接続され、光リンク３内を循環する多重化された光パケットのストリームから制御チャネル１３を抽出する役割を持つカプラで検出される。送信ポートＴＸ１４は、ＰＯＡＤＭ通信ノード２の動作に関する情報を、光パケットの形態で、制御チャネル１５によって送り返す。制御チャネル１５は、制御チャネル１５を光リンク３内の多重化された光パケットのストリームに挿入する機能を持つカプラによって、リング型メトロポリタン・エリア・ネットワーク１に接続される。専用波長上の制御チャネル１３、１５は、各光パケットの送信先を取得するため、および必要な情報をＰＯＡＤＭ通信ノード２に送信するために特に使用され、それによって光パケットが送信先に到達できるようにするために提供されたさまざまな動作（抽出、追加、検出、送信など）を実行できる。

受信ポートＲＸ１０および電子カード９を介してアクセス・ネットワーク８から受信された電気信号は、トランスミッタ１６によって処理され、通信ノード２の光レイヤに送信される。トランスミッタ１６は、変調されない一定の光信号を放射する調整可能または選択可能な高速レーザ１７を備える。一定の光信号は、変調器１８に送信される。その後、光信号は変調され、データを追加することによって光パケットに変換される。変調器１８の後に配置された光増幅器１９によって、さまざまな光パケットの削除または増幅が可能になる。選択可能なレーザは、単一チップに内蔵された複数の固定レーザを備える光集積回路（ＰＩＣ：Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）にすることができる。トランスミッタ１６では、調整可能または選択可能な高速レーザ１７を使用してさまざまな波長を生成し、変調器１８を使用して光パケットを変調し、ＳＯＡ光増幅器１９を光ゲートとして使用して光パケットを遮断（または増幅）する。例えば、調整可能または選択可能な高速レーザ１７が新しい波長に調整され、その動作中にＳＯＡ光増幅器１９が「オフ」の位置に設定されることによって、不要な光パケット（干渉によるノイズ）が遮断される。次に、ＳＯＡ光増幅器１９は、調整可能または選択可能な高速レーザ１７をリング型ネットワーク１に接続する光チャネル２０によって新しい光パケットがその新しい波長に送信されるときに、再び「オン」の位置に設定される。トランスミッタ１６からの光パケットは、例えばカプラによって、リング型通信ネットワーク１のトラフィックに挿入される。カプラの機能は、チャネル２０を介してトランスミッタ１６から受信された光パケットを、光リンク３内を循環する多重化された光パケットのストリームに挿入することである。

ここで、ＰＯＡＤＭ通信ノード２の、ＰＲＯＳ／Ｄ（高速光パケット・セレクタ／検出器）として知られる反射型スイッチング・マトリックス７を詳細に示す図２について検討する。光パケットのストリームは、サーキュレータ５を離れると、光パケット・アド／ドロップ・マルチプレクサ３０に入り、ここで各光パケットは、その波長に基づいて分離され、ＲＳＯＡ増幅器３１ａ、３１ｂ、…、３１ｈ、３１ｉにそれぞれ割り当てられる。例えば、ＲＳＯＡ反射型光増幅器３１ａは、それぞれ異なる機能（増幅、検出、および送信／削除）を提供する３つのセクションを備える。

入力では、常に正に分極される第１のセクション３２ａが、逆多重化された入来光パケット３４ａを増幅する機能を持つ光増幅器３３ａとして使用される。

負に分極される第２のセクション３５ａは、受信した命令に従って、逆多重化され増幅されて入来光パケット３４ａを検出および選択する機能を持つレシーバ３６ａとして使用される。検出された光信号は、接続３７ａよって電子カード９を介してアクセス・ネットワーク８に送信される電気信号に変換される。レシーバ３６ａは、増幅された入来光パケット３４ａを選択しないで、引き続き第３のセクションで処理できるようにする命令を受信することもできる。第２のセクション３５ａの長さは、４０ＧＨｚ以上の検出帯域幅を得るために、検出帯域幅と感度の間の妥協として決定される。

ＲＳＯＡ反射型半導体光増幅器３１ａの第３のセクション３８ａは、ロジック・ゲート３９ａと、その後のミラー４０ａで構成される。ロジック・ゲート３９ａは、制御チャネル１３が提供する命令を、電気信号の形態で接続４１ａを介して受信する。第３のセクション３８ａは、正に分極されて入来光パケットを送信するか、または接地されるか、または光パケットを削除するために、負に分極されてそのエリアへの吸収を増やす。ここでは、後者について示している。

同様に、ＲＳＯＡ光増幅器３１ｉも、前述したＲＳＯＡ光増幅器に類似した３つのセクションを備える。常に正に分極される第１のセクション３２ｉは、入来光パケット３４ｉを増幅する機能を持つ光増幅器３３ｉである。

第２のセクション３５ｉは、第１のセクション３２ｉで増幅された入来光パケット３４ｉを検出する機能を持つレシーバ３６ｉである。レシーバ３６ｉは、受信した命令に従って、検出されて電気信号に変換された光信号を、接続３７ｉによってアクセス・ネットワーク８に送信する。

ＲＳＯＡ反射型半導体光増幅器３１ｉの第３のセクション３８ｉは、ロジック・ゲート３９ｉと、その後のミラー４０ｉで構成される。ロジック・ゲート３９ｉは、制御チャネル１３が提供する命令を、電気信号の形態で接続４１ｉを介して受信する。ここでは、第３のセクション３８ｉは、正に分極されて光パケットを送信している。光パケットが送信されると、そのパケットは、ミラー４０ｉによって反射され、送信光パケット４２ｉの形態で逆方向にマルチプレクサ３０に送信される。この場合、第１のセクション３２ｉの光増幅器３３ｉの機能は、送信光パケット４２ｉを活性化することである。

効率的に光パケットを遮断できるロジック・ゲート３９ａを得るには、スイッチとして機能するこのセクションの長さをできるだけ長くしなければならないということに注意する必要がある。このセクションが、できるだけ短くする必要のある高速フォトダイオードの機能を追加で提供することを意図している場合、従来技術では、このセクションの長さについて妥協する必要があり、それによってロジックおよび機能の性能が低下する。

本発明は、前述した実施形態に制限されず、本発明の精神から逸脱せずに、当技術分野の熟練者が利用できる多くの形態に変更される場合がある。特に、通信ネットワーク内の少なくとも１つのアクセス・ネットワークと接続するメトロポリタン・エリア・ネットワークのＰＲＯＳ／Ｄ高速光パケット・セレクタ／検出器反射型スイッチング・マトリックスのＲＳＯＡ反射型半導体光増幅器の数は、本発明の範囲から逸脱せずに変更することができる。

Claims (12)

1. メトロポリタン・エリア・ネットワークとリンクし、ノードを少なくとも１つのアクセス・ネットワークに接続する少なくとも１つの光リンクを備える通信ネットワーク・ノードであって、
   複数のアクセス・ネットワークから入来するトラフィックを集約できるようにする電子カードと、
   電子信号を前記電子カードから受信すること、および光パケットを前記メトロポリタン・エリア・ネットワークに送信することができるトランスミッタと、
   多重化された光パケットのストリームを前記光リンクから抽出すること、および多重化された光パケットのストリームを前記光リンクに挿入することができるサーキュレータと、
   前記サーキュレータによって送信された多重化された光パケットのストリームを受信し、前記受信した光パケットのうちから前記光パケットを選択し、前記アクセス・ネットワークに送信されることが意図された前記光パケットを検出する反射型スイッチング・マトリックスとを備える通信ネットワーク・ノード。
2. 前記反射型スイッチング・マトリックスが、
   多重化された光パケットを受信し、逆多重化された光パケットを送信する光パケット・アド／ドロップ・マルチプレクサＰＯＡＤＭと、
   逆多重化された光パケットを受信することができ、それぞれ異なる機能を有する３つのセクションを備える少なくとも１つの反射型半導体光増幅器ＲＳＯＡとを備える、請求項１に記載の通信ネットワーク・ノード。
3. 前記反射型半導体光増幅器ＲＳＯＡが、
   前記逆多重化された光パケットを増幅するための光増幅器である第１のセクションと、
   前記逆多重化され増幅された光パケットを受信し、前記受信した命令に従って、前記電子カードに直接送信されることが意図された前記逆多重化され増幅された光パケットを検出する検出器である第２のセクションと、
   前記多重化され増幅された光パケットを抽出する、または反射によって送信するためのロジック・ゲートである第３のセクションとを備える、請求項１または２に記載の通信ネットワーク・ノード。
4. 前記検出器が、前記逆多重化され増幅された光パケットを識別し、前記受信した命令を参照し、前記逆多重化され増幅された光パケットを電気信号の形態で前記電子カードに送信する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の通信ネットワーク・ノード。
5. 前記検出器が、前記逆多重化され増幅された光パケットを識別し、前記受信した命令を参照し、前記逆多重化され増幅された光パケットを前記第３のセクションに送信する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の通信ネットワーク・ノード。
6. 前記第３のセクションの前記ロジック・ゲートが前記逆多重化され増幅された光パケットを識別し、前記受信した命令を参照し、前記光パケットを抽出する、請求項５に記載の通信ネットワーク・ノード。
7. 前記第３のセクションの前記ロジック・ゲートが前記逆多重化され増幅された光パケットを識別し、前記受信した命令を参照し、前記ミラーが前記光パケットを前記マルチプレクサに送り返す、請求項５に記載の通信ネットワーク・ノード。
8. 前記トランスミッタが、
   前記電子カードから受信された前記電気信号を一定の光信号に変換できる調整可能または選択可能なレーザと、
   前記レーザから受信された前記一定の光信号を変調し、データを挿入し、それを光パケットに変換できる変調器と、
   前記変調器から受信された前記光パケットの光ゲートとして機能する増幅器とを備える、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の通信ネットワーク・ノード。
9. 前記トランスミッタからの光パケットを前記光リンクに挿入できる少なくとも１つのカプラをさらに備える、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の通信ネットワーク・ノード。
10. 前記反射型スイッチング・マトリックスとの間で命令を送受信できる前記電子カードに前記光リンクを接続する少なくとも１つの制御チャネルをさらに備える、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の通信ネットワーク・ノード。
11. 制御チャネルの光パケットを前記光リンクから抽出できる少なくとも１つのカプラをさらに備える、請求項１０に記載の通信ネットワーク・ノード。
12. 制御チャネルの光パケットを前記光リンクに挿入できる少なくとも１つのカプラをさらに備える、請求項１０および１１のいずれか１項に記載の通信ネットワーク・ノード。

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