JP2019047233A - ネットワークノード - Google Patents

Abstract

【課題】波長チャネル数とノード次数に関し拡張性の高いノードを実現でき、波長を光パケットスイッチングと光回線スイッチングのトラフィックへ柔軟に効率的に割り当てることが可能なネットワークノードを提供する。【解決手段】空間スイッチング機構を用いて、光回線スイッチング用の第１の光信号群及び光パケットスイッチング用の第２の光信号群の出力先を副出力ポートＷＰ1〜ＷＰNの中から選択する波長選択スイッチ３０と、副出力ポートＷＰ1〜ＷＰNと各々接続された主出力ポートＭＰ1〜ＭＰNと、ＯＢＰＦ５１により分離された第２の光信号群の出力先を、高速スイッチング機構を用いて、主出力ポートＭＰ1〜ＭＰNの中から選択する波長ブロッカ６１とを有する高速スイッチモジュール５０を各入力ターミナルに備えたネットワークノード。【選択図】図２

Description

本発明は、光回線スイッチングと光パケットスイッチングとを同時処理可能なネットワークノードに関する。

各種光伝送方式のうち、光回線スイッチング（ＯＣＳ；Optical Circuit Switching）と光パケットスイッチング（ＯＰＳ；Optical Packet Switching）の２つは補完機能を備えた基本的な方式である。

ＯＣＳ方式では、データ伝送の開始前に２つのネットワークノード間で光リンクが確立され、中断のないデータ伝送が可能となる。データ伝送の光リンクを確立するには、一般的に、波長チャネルと呼ばれる周波数範囲のスロットを確保することによりエンドノード間で光パスが確立されるが、光パスに沿って配置される中間ネットワークノードはエンドツーエンド接続を実現するために迂回される。光リンクは閉回路を確保するのと同様の方法で確立されるため、この方式は光回線スイッチングと呼ばれる。ＯＣＳ方式は安定したトラフィックの伝送に適しているため、コアネットワークで広く利用される。データ集約は、光リンクが十分に利用できる安定したトラフィックの供給を維持するためにソースノードで行われる。特にこのために、再構成可能な光アドドロップ多重化（ＲＯＡＤＭ；Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexing）ネットワークが考案されている。

ＯＰＳ方式では、データは個々の光パケットとしてコネクションレス型通信により伝送されるため、ＯＰＳ方式のために別に光リンクを確立する必要はない。各光パケットは所与のパケットラベルを備えており、光パケットは宛先に到着するまで、このパケットラベルに基づいてネットワークノードに沿って転送される。ＯＰＳ方式では、光パケットの転送のために光学−電気−光学（ＯＥＯ；Optical-Electrical-Optical）変換は行われない。ＯＰＳ方式は、光リンク確立の時間が不要でもあるため、新しいサービスの要件に対処するためにますます重要になっているバースト性トラフィックの処理に非常に適している。

現在、バースト性トラフィックは、光パケットが光学的に送信されて電気的にスイッチングされる電気パケットスイッチング（ＥＰＳ；Electrical Packet Switching）に基づいて、主にネットワークによって処理されている。しかし、需要が拡大するにつれて、高いデータ転送速度と複雑なデータ形式が使用されるようになり、光リンクの容量は大幅に増加し、ＥＰＳ方式のネットワークノードへの負荷を増大させている。結果として、電子的な処理への依存度が高まり、これが高い電力消費や長いエンドツーエンド待ち時間などの見過ごせない諸問題の原因となっている。この状況は、光ネットワークでＯＥＯ変換への依存を最小限に抑える、又は、完全になくすことにより克服できる。この点で、光パケット及び光回線統合ネットワーク（非特許文献１）は有望な取り組みであり、ＯＣＳ方式とＯＰＳ方式の両方に対応した同一のネットワークによって、安定したトラフィックとバースト性トラフィックの両方が処理される。

ＯＣＳ及びＯＰＳの各方式のトラフィックは、利用する波長によって区別される。図６に、このような統合ＯＣＳ／ＯＰＳネットワークの一例を示す。図６に示す統合ＯＣＳ／ＯＰＳネットワーク１００は、ノード１〜１２を有している。ＯＣＳ用光パスＰ₁はノード１とノード６の間で確立され、ＯＰＳ用光パスＰ₂はノード１とノード４の間で確立されている。そして、各光パスＰ₁、Ｐ₂には異なる波長が割り当てられる。

ＯＣＳ用光パスＰ₁は、エンドノード間（ノード１〜ノード６間）の安定したトラフィック伝送のためのエンドツーエンド接続を可能にするが、ＯＣＳ用光パスＰ₁に沿って配置されたノード２〜ノード５ではデータのアドドロップ（Add/Drop）が行えない。一方、ＯＰＳ用光パスＰ₂は、それに沿って配置された全てのノード１〜ノード４によって共有されるが、ノード１〜ノード４の各々で指定の波長を使用して光パケットのアドドロップを行うことができる。そのため、ＯＰＳ用光パスＰ₂は光パケット伝送のためのサブネットワークと呼ばれ、一般的に、サブネットワークは、図６中のサブネットワーク１０１に示すような１次元リンクの１次元サブネットワークだけでなく、メッシュトポロジーを使用した２次元リンクの２次元サブネットワークなどのより高い次元で構成できる。

１次元サブネットワークでは、ノード自身が光パケットを生成して所与の出力方向に転送し、同時に、このノードに到着した光パケットを同じ出力方向に転送する必要がある場合があり、この場合に、光パケットの衝突が発生する問題がある。光パケットをファイバ遅延線（ＦＤＬ；Fiber Delay Line）に転送することにより到着した光パケットを遅延させる方法は、電気変換を必要とせずに、この問題への解決策となりうるため、ノードにこのようなＦＤＬを備える必要がある。サブネットワークの次元が高くなるにつれて、光パケットの衝突が発生する可能性も高くなるが、偏向ルーティングを行う方法も、この問題の解決策になりうる。

図７に、図６に示した統合ＯＣＳ／ＯＰＳネットワーク１００において、同一のノードを共有する２つのサブネットワーク（パケットサブネットワーク）が存在する場合の一例を示す。ここでは、更に、サブネットワーク１０２となるＯＰＳ用光パスＰ₃がノード４とノード８の間で確立されており、サブネットワーク１０１、１０２の各々に異なる波長が割り当てられている。あるサブネットワーク（例えば、サブネットワーク１０１）に属している１つの光パケットが、別のサブネットワーク内のノード（例えば、サブネットワーク１０２のノード７）に電気的処理されずに到着するようにするには、共有のノード４に波長コンバータ１０３を備える必要がある。

この場合、サブネットワーク１０１はサブネットワーク１０２の範囲まで、また、サブネットワーク１０２はサブネットワーク１０１の範囲まで、サブネットワークの範囲を拡張することができる。つまり、光パケットに対して、ノード４で電気パケットスイッチングを行う必要はなく、また、ＯＰＳ方式の使用のために、例えば、サブネットワーク１０１のノード３とサブネットワーク１０２のノード７の間で新しい光パスを確立する必要もない。

Hiroaki Harai et. al., "Optical Packet and Circuit Integrated Networks and Software Defined Networking Extension", JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, August 15, 2014, vol. 32, no. 16, pp. 2751-2759 Yuzo Ishii et. al., "Spatial and Planar Optical Circuit (SPOC) Technology and Its Application to Photonic Network Devices", NTT Technical Review, October, 2016, vol.14, no. 10, pp. 1-10

波長選択スイッチ（ＷＳＳ；Wavelength Selective Switch）はＲＯＡＤＭネットワークの実現において重要な役割を果たしている。ＷＳＳは、所与の波長の入力データを制限なしで任意の出力ポートに向けるように設定できる光スイッチである。

図８（ａ）に、２次元メッシュトポロジーを備えたＲＯＡＤＭネットワーク２００を示す。なお、ここでも、９つのノードに符号１〜９を付し、２つの光パスをＰ₁、Ｐ₂としている。図８（ａ）に示すＲＯＡＤＭネットワーク２００において、光パスＰ₁（実線矢印）は波長チャネルλ₁を使用してノード１とノード８の間で確立され、光パスＰ₂（点線矢印）は波長チャネルλ₂を使用してノード４とノード６の間で確立されている。

２つの光パスＰ₁、Ｐ₂はノード５を通る。このノード５の構造を図８（ｂ）に示す。ＲＯＡＤＭネットワーク２００の２次元メッシュトポロジーに対応して、ノード５は次数２のネットワークノードとなっている。ここでは、１対のＷＳＳ３０からなるＷＳＳユニットが、４つの接続方向のターミナルにそれぞれ配置されている。各ＷＳＳユニットは、ＷＳＳユニットの位置に応じて東西南北の名前がつけられている。このノード５の構成は、波長無依存（Colorless）、方向無依存（Directionless）、競合なし（Contentionless）といったＣＤＣ（Colorless, Directionless and Contentionless）機能の要件を満たす。

このノード５において、光パスＰ₁とＰ₂のトラフィックは、西ＷＳＳユニットへ入力されている。西ＷＳＳユニットへ入力されたトラフィックは、波長に基づいて、異なるＷＳＳユニットの出力ポートＯＰへスイッチングされており、ここでは、北ＷＳＳユニットの出力ポートＯＰと東ＷＳＳユニットの出力ポートＯＰへ向かっている。なお、図８（ｂ）において、ＴＰＡは、トランスポンダ集約スイッチであり、Ｒｘは受信機であり、Ｔｘは送信機である。

図８（ｂ）に示すように、波長チャネルλ₁及びλ₂のトラフィックは、それぞれの適切な光パスに沿って進むように、つまり、光パスＰ₁及びＰ₂のそれぞれに沿って進むように、異なるＷＳＳユニットの出力ポートＯＰに向けられる。光パスの確立は、その光パスに沿って配置されたノードにおいて、関連する全てのＷＳＳユニットを設定することで行われる。従来のＲＯＡＤＭネットワークでは、一度確立された光パスは通常長時間保持され、解放されるまでに何時間又は何日もかかることがある。一方、図９に示すＷＳＳ３０のように、現在の技術では、入力ポートＩＰから入力された異なる波長λ₁〜λ₆のトラフィックを数１００ミリ秒オーダーの速度で再設定可能である。なお、図９において、ＷＳＳ３０の出力ポートを、ＷＳＳポート（WSS Ports）ＷＰ₁〜ＷＰ_Nと呼ぶ。また、Ｎは２以上の任意の整数である。

図１０（ａ）、（ｂ）に、非常に多いポート数によって実現可能なＷＳＳの例を示す（非特許文献２）。このＷＳＳ３０を構成するのは、導波路フロントエンド３１、平行レンズ３２、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ；Polarizing Beam Splitter）３３と半波長板（ＨＷＰ；Half-Wavelength Plate）３４を含む偏光ダイバーシティ光学部、そして、回折格子３５、ポート選択円筒レンズ３６、集束円筒レンズ３７、反射型液晶（ＬＣＯＳ；Liquid Cristal On Silicon）技術に基づくＬＣＯＳ装置３８からなる空間光変調器（ＳＬＭ；Spatial Light Modulator）である。

図１０（ａ）、（ｂ）に示すＷＳＳ３０において、導波路フロントエンド３１に入力されたＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）信号は自由空間に放射される。この信号は平行レンズ３２によって導波路基板３１ａに対し垂直な方向（ｙ軸方向）で平行化される。ＬＣＯＳ装置３８は偏光に対する感度が高いため、信号がｙ軸に沿って２つの直交直線偏光に分割される場合、偏光ダイバーシティ光学部が使用される。直線偏光された信号がＬＣＯＳ装置３８に入射するように、直線偏光された信号の１つがＨＷＰ３４により９０度回転される。その後、その信号は分光方向がｙ軸方向である回折格子３５を通過する。この信号はポート選択円筒レンズ３６によってｘ軸方向で平行化され、集束円筒レンズ３７によってｙ軸に沿って集束される。ＳＬＭ（ＬＣＯＳ装置３８）は、ｙ軸において、往路と同じルートに沿って導波路フロントエンド３１に向けて信号を反射するが、ｘ軸においては、導波路フロントエンド３１の出力箇所とは別の箇所に信号が当たるように信号を操作している。なお、ｘ軸及びｙ軸をそれぞれスイッチング軸及び分光軸と呼ぶ。

作製した１×９５ＷＳＳの伝送スペクトルを図１１に示す。ここでは、９５個のＷＤＭチャネルがそれぞれ異なる出力ポートにルーティングされる。ＬＣＯＳ装置３８は空間光変調について信頼性が非常に高いが、再設定のために数１００ミリ秒が必要となる。そのため、ＬＣＯＳ装置３８は現在のＷＳＳの再設定速度を制限する主な要因となる。

ＯＣＳトラフィックを効率的に処理できる従来の低速再設定のＷＳＳ３０の他に、図１２に示すように、入力ポートＩＰから入力された異なる波長λ₁〜λ₆のトラフィックを、数１０ナノ秒オーダーの非常に高速で光パケット毎にスイッチングを行う高速再設定のＷＳＳ４０がＯＰＳトラフィックには必要である。ＯＣＳ及びＯＰＳの両方の方式で同時にスイッチングが行える統合ＯＣＳ／ＯＰＳネットワークのノードは、複数の方法で実現が可能だが、従来のＲＯＡＤＭネットワークのノードに高速スイッチング機能を追加することで、このようなノードを実現するのが有益である。それにより、完全なスイッチングで無駄を出さずに、既に配置されている従来のＲＯＡＤＭネットワークのノードを利用することができ、低速のＯＣＳトラフィックを効率的に処理できる十分に発達したＷＳＳを利用することもできる。なお、図１２において、ＷＳＳ４０の出力ポートも、ＷＳＳポート（WSS Ports）ＷＰ₁〜ＷＰ_Nと呼ぶ。

図１３（ａ）、（ｂ）に、従来のＲＯＡＤＭネットワークのノードに基づいて、統合ＯＣＳ／ＯＰＳネットワークのノードを実現するための直接的な方法を示す。前述のように、ＯＣＳトラフィックとＯＰＳトラフィックには異なる波長を割り当て、従来のＷＳＳ３０を数１００ミリ秒以内に再設定して、任意の波長チャネルをいずれかの出力ポートに向かうようにすることができる。ＯＰＳトラフィックの波長チャネル（以降、ＯＰＳ波長チャネル）がＷＳＳ３０の所与の出力ポートに向けられる場合、図１３（ａ）に示すように、従来のＷＳＳ３０の出力ポートの一部はＯＰＳトラフィック専用に使用され、これらの全ての出力ポートは高速パケットスイッチングに対応した大規模な高速光スイッチ４５につながる。

ＯＣＳトラフィックのスイッチングは、従来と同じ低速再設定のＷＳＳ３０によって行われ、このとき、ＯＣＳトラフィックは、宛先に従って、ＯＰＳトラフィック専用でない他の出力ポートに向けられる。このような、統合ＯＣＳ／ＯＰＳネットワークのノードを実現するためのアプローチでは、以下のようないくつかの問題が発生する可能性がある。

１つめはＷＳＳ３０に関連する問題である。従来のＷＳＳ３０を使用して複数の出力ポートに転送することにより各々のＯＰＳ波長チャネルを空間的に分波すると、出力ポートの使用が単一のＯＰＳ波長チャネルに制限されるため、他のＯＰＳ波長チャネルで同じ出力ポートを共有することができなくなる。ＷＳＳ３０の出力ポート数が制限されるため、このアプローチは無駄が多い上に多数のＯＰＳ波長チャネルの処理を行うには不十分である。また、これらの出力ポートを高速光スイッチ４５に配線すると、ＷＳＳ３０の使用の自由度が制限される。

一方、各出力ポートでＯＰＳ波長チャネルのグループを同時に処理する際には、後続の高速光スイッチ４５に到着する前に、これらのチャネルを空間的に分波する必要がある。そのため、図１３（ｂ）に示すように、出力ポートと高速光スイッチ４５の間にアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ；Arrayed Waveguide Grating）４６などの分波デバイスを配置する必要があるが、これにより光挿入損失と実装の複雑さが増大する。

２つめは高速光スイッチ４５に関する問題である。表１にノードの次数とＯＰＳ波長チャネル数の両方又はどちらか一方の増大に伴って高速光スイッチ４５に求められるポート数が大きく増加する様子を示す。多数のポート、即ち、８個を超えるポートを持つ高速光スイッチ４５を実現することは依然として大きな課題であるため、このアプローチに基づくネットワークノードの拡張性は厳しく制限されることになる。ポート数の多い高速光スイッチを小規模な高速光スイッチのセットに置き換えることも考えられるが、この場合、コンパクトなノードの実現を妨げることになり、かつ、全体的なノードの制御がより困難になる。

統合ＯＣＳ／ＯＰＳネットワークは、最初、ＯＣＳ／ＯＰＳ波長チャネル用に固定の波長割り当てを設定することによって検討された。その場合、ＷＳＳ３０の出力ポートは、図１４（ａ）に示すように、ＯＣＳトラフィック用とＯＰＳトラフィック用を固定して設定する。しかし、要求の変化に合わせて、ネットワークの柔軟性を高めるため、図１４（ｂ）に示すように、ＯＣＳ／ＯＰＳトラフィックの波長の割り当てを分割する境界線が可変にされている。ネットワークノードの構造は、この柔軟な境界線という新しい機能に効率的に対応する必要がある。なお、図１４（ｂ）に示す境界線Ｂ₁及びＢ₂は、ＯＣＳ及びＯＰＳの２つの方式の波長を分割する境界線の極端な２つの例を示したものであり、それぞれ、ＯＰＳトラフィックに割り当てられた波長チャネルの数が最大及び最小である。

ここで、図１３（ａ）に示すノード構造を例として考えてみる。ＯＰＳ波長チャネルの空間的な分波がＷＳＳ３０によって行われるとすると、ＯＰＳトラフィックのために割り当てられた出力ポートがＯＰＳ波長チャネルの最大数と同数である必要がある（境界線Ｂ₁）。この条件では、新しいネットワークの要求に応じて境界線Ｂ₁から境界線Ｂ₂に変化した場合、ＯＰＳトラフィック専用に確保され、高速光スイッチ４５に配線された出力ポートのいくつかはトラフィックの伝送に使用されず、無駄になる。このような設定を持つネットワークノードを実現するには、不十分な利用状況に対処するために、ＷＳＳ３０に非常に多数のポートが必要となる。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、波長チャネル数とノード次数に関し拡張性の高いノードを実現でき、波長を光パケットスイッチングと光回線スイッチングのトラフィックへ柔軟に効率的に割り当てることが可能なネットワークノードを提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係るネットワークノードは、
各々波長が異なる少なくとも１つの光信号からなる光回線スイッチング用の第１の光信号群と、各々波長が異なり、前記第１の光信号群とも波長が異なる少なくとも１つの光信号からなる光パケットスイッチング用の第２の光信号群とを同時に処理するネットワークノードであって、
当該ネットワークノードの各入力ターミナルに第１の波長選択スイッチモジュールを備え、
前記第１の波長選択スイッチモジュールは、
前記第１の光信号群と前記第２の光信号群とを入力する１つの入力ポートと、
波長毎に出力先を選択する空間スイッチング機構を有し、前記入力ポートから入力された前記第１の光信号群の出力先を、前記空間スイッチング機構を用いて、複数の副出力ポートの中から選択すると共に、前記入力ポートから入力された前記第２の光信号群の出力先を、前記空間スイッチング機構を用いて、複数の前記副出力ポートの中から選択する第１の波長選択スイッチと、
複数の前記副出力ポートと各々接続された主出力ポートと、
複数の前記副出力ポートと各々接続され、前記第２の光信号群を分離する分離手段と、
前記第１の波長選択スイッチより高速でスイッチングを行う高速スイッチング機構を有し、前記分離手段と接続され、前記分離手段で分離された前記第２の光信号群の出力先を、前記高速スイッチング機構を用いて、複数の前記主出力ポートの中から選択する選択手段と
を有する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係るネットワークノードは、
上記第１の発明に記載のネットワークノードにおいて、
前記第２の光信号群からパケットラベルを抽出するラベルプロセッサと、
前記ラベルプロセッサで抽出された前記パケットラベルに基づいて、前記選択手段を制御するコントローラと
を更に有する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係るネットワークノードは、
上記第１又は第２の発明に記載のネットワークノードにおいて、
当該ネットワークノードでドロップされる前記第２の光信号群は、前記第１の波長選択スイッチモジュールの少なくとも１つの前記主出力ポートから出力される
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係るネットワークノードは、
上記第１〜第３のいずれか１つの発明に記載のネットワークノードにおいて、
前記第１の波長選択スイッチモジュールの前記主出力ポートに接続され、前記第１の波長選択スイッチと同じ構成の第２の波長選択スイッチと、
前記第２の波長選択スイッチが接続された前記主出力ポートとは異なる前記主出力ポートに接続され、前記第１の波長選択スイッチモジュールと同じ構成の第２の波長選択スイッチモジュールと、
前記第２の波長選択スイッチの複数の出力ポートに各々接続された前記第１の光信号群用の第１の送受信装置と、
前記第２の波長選択スイッチモジュールの複数の出力ポートに各々接続された前記第２の光信号群用の第２の送受信装置と
を更に有し、
当該ネットワークノードでドロップされる前記第１の光信号群は、前記第２の波長選択スイッチで前記第１の送受信装置の１つへスイッチングされ、
当該ネットワークノードでドロップされる前記第２の光信号群は、前記第２の波長選択スイッチモジュールで前記第２の送受信装置の１つへスイッチングされる
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係るネットワークノードは、
上記第４の発明に記載のネットワークノードにおいて、
複数の前記第２の波長選択スイッチモジュールは、対応する位置の前記出力ポート同士が互いに接続されて、１つの前記第２の送受信装置を共有している
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第６の発明に係るネットワークノードは、
上記第４又は第５の発明に記載のネットワークノードにおいて、
複数の前記第２の送受信装置は、
前記第２の光信号群を電気信号に変換するトランシーバ、前記第２の光信号群を遅延させるファイバ遅延線、及び、前記第２の光信号群の波長を変換する波長コンバータのうちの少なくとも１つである
ことを特徴とする。

本発明によれば、波長チャネル数とノード次数に関し拡張性の高いノードを実現でき、波長を光パケットスイッチングと光回線スイッチングのトラフィックへ柔軟に効率的に割り当てることが可能なネットワークノードを実現することができる。

（ａ）は、統合ＯＣＳ／ＯＰＳネットワークを示す図であり、（ｂ）は、統合ＯＣＳ／ＯＰＳネットワークのノード構造を示す図である。 図１に示したＦ−ＷＳＳを説明する図であり、（ａ）は、全体的な説明図、（ｂ）は、光学バンドパスフィルタ部分の説明図である。 図２に示した選択ユニットの動作を説明する図である。 実施例１で提案する統合ＯＣＳ／ＯＰＳネットワークのノードの基本構成を示す図である。 限られた数のトランシーバなどをノードの複数のＦ−ＷＳＳ間で共有する構成を示す図である。 統合ＯＣＳ／ＯＰＳネットワークの一例を示す図である。 図６に示した統合ＯＣＳ／ＯＰＳネットワークにおいて、同一のノードを共有する２つのサブネットワークが存在する場合の一例を示す図である。 （ａ）は、２次元メッシュトポロジーを持つＲＯＡＤＭネットワークを示す図であり、（ｂ）は、ＲＯＡＤＭネットワークのノード構造を示す図である。 従来のＷＳＳでの機能を説明する図である。 （ａ）は、ＷＳＳの分光平面での構成を示す図であり、（ｂ）は、ＷＳＳのスイッチング平面での構成を示す図である。 １×９５ＷＳＳの透過スペクトルを示す図である。 高速再設定のＷＳＳでの機能を説明する図である。 従来のＲＯＡＤＭネットワークのノードに基づいて、統合ＯＣＳ／ＯＰＳネットワークのノードを実現するための直接的な方法を示す図であり、（ａ）は、ＷＳＳで分波する場合を示す図であり、（ｂ）は、ＡＷＧで分波する場合を示す図である。 （ａ）は、従来のＷＳＳにおいて、ＯＣＳ／ＯＰＳ波長チャネル用に固定の波長割り当てを設定する場合の出力ポートを説明する図であり、（ｂ）は、ＯＣＳ／ＯＰＳの波長の割り当てを分割する可変の境界線を説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るネットワークノードの実施形態を説明する。

［実施例１］
図１（ａ）に、ＯＰＳトラフィックを伝送する２つの光パスが存在し、各光パスが１次元リンクの形態を取っている統合ＯＣＳ／ＯＰＳネットワークの一例を示す。なお、ここでも、５つのネットワークノード（以降、ノードと呼ぶ）に符号１〜５を付し、２つの光パスをＰ₁、Ｐ₂としている。

図１（ａ）に示す統合ＯＣＳ／ＯＰＳネットワークおいて、ノード２では、光パスＰ₁は北方向のノード５に接続され、光パスＰ₂は東方向のノード３に接続される。光パスＰ₁とＰ₂に属している光パケットは、ノード２でドロップされるか、それぞれ、北方向、東方向に向かって転送される。これらの光パケットのための高速スイッチングを有効化するために、図１（ｂ）に示すように、各光パスのＯＰＳ波長チャネルは従来のＷＳＳ３０（第１の波長選択スイッチ）によって２つに分割される。このとき、分割された一方のＯＰＳ波長チャネルが次のノード用の出力ポートに向けて送出され（図中Ａ）、分割された他方のＯＰＳ波長チャネルがドロップ用の出力ポートに向けて送出される（図中Ｂ）。

ノード２の入力ポートＩＰに入力された全てのＯＰＳトラフィックは、Ｆ−ＷＳＳ５０（第１の波長選択スイッチモジュール）に到着する前に光カプラ７１で分割され、分割されたＯＰＳトラフィックがＡＷＧ７２に向けて送出される。ＯＰＳトラフィックは、ＡＷＧ７２で波長毎のＯＰＳ波長チャネルに分割され、各ＯＰＳ波長チャネルに対応するラベルプロセッサ７３へ各々送出される。つまり、ラベルプロセッサ７３は、ＯＰＳ波長チャネルの数に応じて複数設けられている。各ラベルプロセッサ７３は、バーストモードでのＯＰＳ波長チャネルの処理専用であり、対応する１つのＯＰＳ波長チャネル（１つの波長）のパケットラベルを抽出して、コントローラ７４へ送信している。コントローラ７４は、ノード２内の各入力ターミナルに配置された全てのラベルプロセッサ７３で共有されており、抽出されたパケットラベルを用いて、高速選択ユニット６０（選択手段）を制御している。

そして、抽出されたパケットラベルに基づき、ＷＳＳ３０の出力側に設けられた高速選択ユニット６０を使用して、意図しない方向の出力ポートで光パケットをブロックすると同時に、意図した方向の出力ポートでは光パケットの通過を許可している。

このように、光パケットに必要な高速スイッチングが、ＷＳＳ３０のマルチキャスト及び高速選択ユニット６０で行われる。これらを可能にするＦ−ＷＳＳ５０を、高速波長選択スイッチモジュールとしている。

Ｆ−ＷＳＳ５０の構成及び動作について、図２及び図３を参照して説明する。

Ｆ−ＷＳＳ５０は、１つの入力ポートＩＰを有し、この入力ポートＩＰには、ＯＰＳトラフィックと共にＯＣＳトラフィックも入力される。ここで、ＯＣＳトラフィックとなるＯＣＳ波長チャネル２１の光信号群（第１の光信号群）は、各々波長が異なる少なくとも１つの光信号からなる。また、ＯＰＳトラフィックとなるＯＰＳ波長チャネル２２の光信号群（第２の光信号群）も、各々波長が異なり、更に、ＯＣＳ波長チャネル２１の光信号群とも波長が異なる少なくとも１つの光信号からなる。

Ｆ−ＷＳＳ５０はＷＳＳ３０を有しており、この出力ポート（副出力ポート）は上述したようにＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_Nと呼ぶ。また、Ｆ−ＷＳＳ５０の出力ポート（主出力ポート）をモジュールポートＭＰ₁〜ＭＰ_Nと呼ぶ。ＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_Nは、それぞれ、モジュールポートＭＰ₁〜ＭＰ_Nと光導波路で接続されている。

各ＯＣＳ波長チャネル２１の光信号を任意のＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_Nに向かわせるために、ＯＣＳトラフィックは、空間スイッチング機構を有する低速再設定の従来のＷＳＳ３０によって、例えば、図１０に示したＷＳＳ３０のＬＣＯＳ装置３８によってスイッチングされる。つまり、ＯＣＳトラフィックは、空間スイッチング機構を用いて、複数のＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_Nの中から出力先が選択されて、目的のＷＳＳポートへ出力される。

一方、ＯＰＳ波長チャネル２２の光信号は、Ｎ個のＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_NのうちのＱ個（Ｑ≦Ｎ）に出力可能である。このことを考慮すると、これらの特定の出力ポートの間で対象波長のみの光信号を分割するＬＣＯＳ装置３８を構成することによって、これらの特定の出力ポート間でマルチキャストが行われる。つまり、ＯＰＳトラフィックも、ＷＳＳ３０の空間スイッチング機構を用いて、複数のＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_Nの中から出力先が選択されて、目的のＷＳＳポートへ出力される。

例えば、図１（ａ）、（ｂ）に示す光パスＰ₁の場合には、分割された一方のＯＰＳ波長チャネルが北のノード用の出力ポートに向けて送出され、分割された他方のＯＰＳ波長チャネルがドロップ用の出力ポートに向けて送出される。また、光パスＰ₂の場合には、分割された一方のＯＰＳ波長チャネルが東のノード用の出力ポートに向けて送出され、分割された他方のＯＰＳ波長チャネルがドロップ用の出力ポートに向けて送出される。

そして、図２（ａ）に示すように、ＷＳＳポートＷＰ₁とモジュールポートＭＰ₁の間の光導波路においては、ＷＳＳポートＷＰ₁側に光バンドパスフィルタ（ＯＢＰＦ；Optical Band Pass Filter）５１（分離手段）が設けられ、モジュールポートＭＰ₁側に光結合器５２が設けられている。当該光導波路はＯＢＰＦ５１により分岐されており、分岐された一方は光結合器５２に接続され、分岐された他方は波長ブロッカ６１の入力側に接続されており、また、波長ブロッカ６１の出力側は光結合器５２に接続されて、分岐された一方の光導波路に接続されている。他のＷＳＳポートＷＰ₂〜ＷＰ_NとモジュールポートＭＰ₂〜ＭＰ_Nの間の光導波路においても、同様の構成により、ＯＢＰＦ５１、光結合器５２、波長ブロッカ６１が設けられている。

上記の高速選択ユニット６０は、複数の波長ブロッカ６１からなり、上述のコントローラ７４により各々の波長ブロッカ６１が制御されて、あるチャネルが所望の出力ポートを通過すると共に、同じチャネルを他の全ての出力ポートで同時に阻止するように設定されている。従って、Ｆ−ＷＳＳ５０は、マルチキャストが従来のＷＳＳ３０によって行われるマルチキャスト選択型スイッチであり、複数の波長ブロッカ６１からなる高速選択ユニット６０は、従来のＷＳＳ３０の出力ポート（ＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_N）に取り付けられた小型装置である。

波長ブロッカ６１は、ＷＳＳ３０より高速でスイッチングを行う高速スイッチング機構を有しており、この高速スイッチング機構では、光信号を波長毎に通過又は阻止することにより、高速でのスイッチングを行っている。複数の波長ブロッカ６１において、ＯＰＳトラフィックは、このような高速スイッチング機構を用いて、複数のモジュールポートＭＰ₁〜ＭＰ_Nの中から出力先が選択されて、目的のモジュールポートへ出力される。

各ＷＳＳポートＷＰ₁〜ＷＰ_Nに取り付けられたＯＢＰＦ５１は、図２（ｂ）に示すように、ＯＰＳ波長チャネル２２の光信号を光信号全体から分離しており、これにより、ＯＣＳ波長チャネル２１の光信号はＯＢＰＦ５１をそのまま通過し、ＯＰＳ波長チャネル２２の光信号は波長ブロッカ６１へドロップ（分離）されている。このＯＰＳ波長チャネル２２の分離は必須ではないが、ＯＣＳトラフィックへの悪影響を避けるためには、ＯＰＳ波長チャネル２２を分離した方が良い。

ＯＰＳ波長チャネル２２に対する動作として、３つの異なるスイッチングシナリオが図３に例示されている。例１のケースでは、チャネル１だけを通過させ、他の２つのチャネル２、３をブロックする。例２のケースでは、チャネル１と３だけを通過させ、チャネル２をブロックする。例３のケースでは、全てのチャネル１〜３をブロックする。この例３のケースを、図２も参照して説明する。例えば、ＷＳＳポートＷＰ₁から出力された光信号は、ＯＢＰＦ５１によりＯＰＳ波長チャネル２２の光信号が分離され、波長ブロッカ６１でＯＰＳ波長チャネル２２のチャネル１〜３の選択が行われるが、これらのチャネル１〜３を出力する出力ポート全てが、ＷＳＳポートＷＰ₁と接続されるモジュールポートＭＰ₁と異なる場合に、例３のケースとなる。

波長ブロッカ６１で選択された（通過させた）ＯＰＳ波長チャネル２２の光信号は、光結合器５２を介して、ＯＢＰＦ５１を通過したＯＣＳ波長チャネル２１の光信号と合波されて、モジュールポートＭＰ₁〜ＭＰ_Nへ出力される。

ここで、波長ブロッカ６１の具体的な構成としては、ＯＰＳ波長チャネルの光信号が送信される光導波路に沿って直列接続された複数の光共振器からなる構成が例示される。この光共振器は、光導波路と、光導波路と光結合するリング導波路とから構成される。

このような光共振器は、チューニングにより、対象チャネルの波長と光共振器の共振波長を合わせることで、対象チャネルの波長の光信号を阻止することができる。そして、高速スイッチング（高速チューニング）を可能とするため、光共振器は、以下のような構成であっても良い。例えば、シリカプラットフォームに基づく光共振器においては、温度調整可能に構成すると、温度調整による熱光学効果を用いた共振状態の操作は、１００マイクロ秒単位で可能である。また、シリコン系の光共振器においては、電流注入により電界印加可能に構成すると、電界印加による電気光学効果を用いた共振状態の操作は、１０ナノ秒単位で可能になる。また、インジウムリン（ＩｎＰ）系などのIII−Ｖ族の材料を使用することで、更に高速の操作が可能となる。

また、波長ブロッカ６１内の出力近くには、つまり、全ての光共振器の後には、光ゲートユニットを配置しても良い。この光ゲートユニットは、オフのときに、高い消光比で全ての波長のチャネルを同時に阻止し、また、オンのときに、光共振器により阻止されていない目的の波長のチャネルを許可し、これにより、異なるポート間での光信号のマルチキャストに関連する光損失を補償する光学利得を与えるという機能を有している。

また、波長ブロッカ６１においては、光インタリーバを用いて、ＯＰＳ波長チャネルの光信号を偶数及び奇数チャネルの２つのグループに分割し、各グループに対応する２つの光導波路に沿って光共振器を交互配置する構成としても良い。例えば、１２個の波長チャネルがある場合には、１つの光導波路に対し、１２個の光共振器（リング導波路）を直列に配置するが、光インタリーバでＯＰＳ波長チャネルの光信号を２つのグループに分割する場合には、２つの光導波路に対し、各々、６個の光共振器（リング導波路）を直列に配置すれば良い。このような構成により、隣接する波長チャネルに存在する光信号は光共振器が不完全なフィルタリング特性であっても影響されないため、対象の波長チャネルを阻止するのに使用される光共振器の特性を緩和することができる。

上述した構成のＦ−ＷＳＳ５０を有する、本実施例で提案する統合ＯＣＳ／ＯＰＳネットワークのノードの基本構成を図４に示す。図４では、説明のため、ノードの西の入力ターミナルを例示するが、他の東、南及び北の入力ターミナルも同様の構成である。

ノードの西の入力ターミナルに配置されたＦ−ＷＳＳ５０は、このノードに入ってくるＯＣＳトラフィック及びＯＰＳトラフィックの同時スイッチングのために使用される一方で、このノードでドロップされるＯＣＳトラフィック及びＯＰＳトラフィックは、このＦ−ＷＳＳ５０によってＯＣＳ部分とＯＰＳ部分に分割されて、各々、ＯＣＳドロップ用の１つの出力ポートＭＰ_OCS、ＯＰＳドロップ用の１つの出力ポートＭＰ_OPSに出力される。

ＯＣＳドロップ用の出力ポートＭＰ_OCSには、ＷＳＳ３０と同じ構成のＷＳＳ７０（第２の波長選択スイッチ）が接続されており、このＷＳＳ７０は、ドロップされたＯＣＳトラフィックを、利用可能なＯＣＳトランシーバ８１（第１の送受信装置）のいずれかに向けて出力している。また、ＯＰＳドロップ用の出力ポートＭＰ_OPSには、Ｆ−ＷＳＳ５０と同じ構成のＦ−ＷＳＳ８０（第２の波長選択スイッチモジュール）が接続されており、このＦ−ＷＳＳ８０は、ドロップされたＯＰＳトラフィックの光パケット（以降、ＯＰＳパケット）を、利用可能なバーストモードトランシーバ８２（第２の送受信装置）、ＦＤＬ８３（第２の送受信装置）又は波長コンバータ８４（第２の送受信装置）のいずれかに向けて出力している。

図４に示す構成の場合、ドロップするＯＰＳ波長チャネルの全てが１つの出力ポートＭＰ_OPSから出力され、１つの出力ポートＭＰ_OPSから出力された複数のＯＰＳ波長チャネルは、Ｆ−ＷＳＳ８０により各々スイッチングされて、当該Ｆ−ＷＳＳ８０のいずれかの出力ポートに出力される。ＷＳＳ３０やＦ−ＷＳＳ５０の出力ポート数は、ネットワークトポロジ、ノード次数、ノード内部のドロップ用の出力ポートの数などにより決定されるが、図４に示すような構成とすることにより、ドロップ用の出力ポートの数を少なくして、再設定により無駄になる出力ポートをなくすことができる。また、ＷＳＳ３０やＦ−ＷＳＳ５０の出力ポート数を多くする必要もなくなる。

また、ＯＰＳドロップ用の出力ポートＭＰ_OPSの数は少数であれば増やしても良く、この場合には、各出力ポートＭＰ_OPSにＦ−ＷＳＳ８０を各々接続すれば良い。この場合でも、再設定により無駄になる出力ポートをなくすことができ、また、ＷＳＳ３０やＦ−ＷＳＳ５０の出力ポート数を多くする必要もなくなる。Ｆ−ＷＳＳ８０（及び内部のＷＳＳ）の出力ポート数は、利用可能なバーストモードトランシーバ８２などの数、交通状況及び許容可能なパケット損失率などにより決定されるが、例えば、バーストモードトランシーバ８２などの数が多い場合には、各々のＦ−ＷＳＳ８０（及び内部のＷＳＳ）の出力ポート数を多くしなくても、複数のＦ−ＷＳＳ８０を用いることにより、多数のバーストモードトランシーバ８２などを接続することができる。

なお、上記ＯＣＳトランシーバ８１は、再伝送前の再生成のため又は最終的な受信のために、ドロップされたＯＣＳトラフィックを電気信号に変換している。また、バーストモードトランシーバ８２は、再伝送前の再生成のため又は最終的な受信のために、ドロップされたＯＰＳパケットを電気信号に変換している。また、ＦＤＬ８３は、パケット競合の問題を解決するために、ドロップされたＯＰＳパケットを遅延させている。また、波長コンバータ８４は、異なる波長が必要な別のサブネットワークでの伝送を継続するために、ドロップされたＯＰＳパケットを波長変換している。

図４に示すような構成とすることにより、ＷＳＳ７０やＦ−ＷＳＳ８０に多数の出力ポートを備えることは不要となり、ＷＳＳ７０やＦ−ＷＳＳ８０の出力ポート数は、ＯＣＳトランシーバ８１やバーストモードトランシーバ８２などの数に応じて決定すれば良い。

図５は、限られた数のバーストモードトランシーバ８２などをノードの複数の入力ターミナルに配置されたＦ−ＷＳＳ８０間で共有する構成を示す図である。例えば、西にＦ−ＷＳＳ８０−１が、東にＦ−ＷＳＳ８０−２が、北にＦ−ＷＳＳ８０−３が、南にＦ−ＷＳＳ８０−４が各々配置されている場合、複数のＦ−ＷＳＳ８０−１〜８０−４において、対応する位置の出力ポート同士、例えば、図中左端の位置の出力ポート同士は、光パッシブカプラ９１を介して、共通導波路９２に接続されて、１つのバーストモードトランシーバ８２と接続されており、このような接続構成により、１つのバーストモードトランシーバ８２を共有している。Ｆ−ＷＳＳ８０−１〜８０−４における他の出力ポート同士についても、同様な構成であり、このような構成により、ドロップされた各ＯＰＳパケットを、利用可能なバーストモードトランシーバ８２、ＦＤＬ８３又は波長コンバータ８４のいずれかに向けて出力することができる。

本発明は、光回線スイッチングと光パケットスイッチングとを同時処理可能なネットワークノードとして利用可能である。

３０ ＷＳＳ
５０ Ｆ−ＷＳＳ
６０ 高速選択ユニット
６１ 波長ブロッカ
７０ ＷＳＳ
７３ ラベルプロセッサ
７４ コントローラ
８０、８０−１、８０−２、８０−３、８０−４ Ｆ−ＷＳＳ
８１ ＯＣＳトランシーバ
８２ バーストモードトランシーバ
８３ ＦＤＬ
８４ 波長コンバータ
９１ 光パッシブカプラ
９２ 共通導波路

Claims (6)

1. 各々波長が異なる少なくとも１つの光信号からなる光回線スイッチング用の第１の光信号群と、各々波長が異なり、前記第１の光信号群とも波長が異なる少なくとも１つの光信号からなる光パケットスイッチング用の第２の光信号群とを同時に処理するネットワークノードであって、
   当該ネットワークノードの各入力ターミナルに第１の波長選択スイッチモジュールを備え、
   前記第１の波長選択スイッチモジュールは、
   前記第１の光信号群と前記第２の光信号群とを入力する１つの入力ポートと、
   波長毎に出力先を選択する空間スイッチング機構を有し、前記入力ポートから入力された前記第１の光信号群の出力先を、前記空間スイッチング機構を用いて、複数の副出力ポートの中から選択すると共に、前記入力ポートから入力された前記第２の光信号群の出力先を、前記空間スイッチング機構を用いて、複数の前記副出力ポートの中から選択する第１の波長選択スイッチと、
   複数の前記副出力ポートと各々接続された主出力ポートと、
   複数の前記副出力ポートと各々接続され、前記第２の光信号群を分離する分離手段と、
   前記第１の波長選択スイッチより高速でスイッチングを行う高速スイッチング機構を有し、前記分離手段と接続され、前記分離手段で分離された前記第２の光信号群の出力先を、前記高速スイッチング機構を用いて、複数の前記主出力ポートの中から選択する選択手段と
   を有する
   ことを特徴とするネットワークノード。
2. 請求項１に記載のネットワークノードにおいて、
   前記第２の光信号群からパケットラベルを抽出するラベルプロセッサと、
   前記ラベルプロセッサで抽出された前記パケットラベルに基づいて、前記選択手段を制御するコントローラと
   を更に有する
   ことを特徴とするネットワークノード。
3. 請求項１又は請求項２に記載のネットワークノードにおいて、
   当該ネットワークノードでドロップされる前記第２の光信号群は、前記第１の波長選択スイッチモジュールの少なくとも１つの前記主出力ポートから出力される
   ことを特徴とするネットワークノード。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のネットワークノードにおいて、
   前記第１の波長選択スイッチモジュールの前記主出力ポートに接続され、前記第１の波長選択スイッチと同じ構成の第２の波長選択スイッチと、
   前記第２の波長選択スイッチが接続された前記主出力ポートとは異なる前記主出力ポートに接続され、前記第１の波長選択スイッチモジュールと同じ構成の第２の波長選択スイッチモジュールと、
   前記第２の波長選択スイッチの複数の出力ポートに各々接続された前記第１の光信号群用の第１の送受信装置と、
   前記第２の波長選択スイッチモジュールの複数の出力ポートに各々接続された前記第２の光信号群用の第２の送受信装置と
   を更に有し、
   当該ネットワークノードでドロップされる前記第１の光信号群は、前記第２の波長選択スイッチで前記第１の送受信装置の１つへスイッチングされ、
   当該ネットワークノードでドロップされる前記第２の光信号群は、前記第２の波長選択スイッチモジュールで前記第２の送受信装置の１つへスイッチングされる
   ことを特徴とするネットワークノード。
5. 請求項４に記載のネットワークノードにおいて、
   複数の前記第２の波長選択スイッチモジュールは、対応する位置の前記出力ポート同士が互いに接続されて、１つの前記第２の送受信装置を共有している
   ことを特徴とするネットワークノード。
6. 請求項４又は請求項５に記載のネットワークノードにおいて、
   複数の前記第２の送受信装置は、
   前記第２の光信号群を電気信号に変換するトランシーバ、前記第２の光信号群を遅延させるファイバ遅延線、及び、前記第２の光信号群の波長を変換する波長コンバータのうちの少なくとも１つである
   ことを特徴とするネットワークノード。

Images