JP2702561B2 - 光パケットスイッチ - Google Patents

光パケットスイッチ

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JP2702561B2 JP25504389A JP25504389A JP2702561B2 JP 2702561 B2 JP2702561 B2 JP 2702561B2 JP 25504389 A JP25504389 A JP 25504389A JP 25504389 A JP25504389 A JP 25504389A JP 2702561 B2 JP2702561 B2 JP 2702561B2
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は高速、大容量、ノンブロッキングで、かつ増
設性に優れた光パケットスイッチに関する。
「従来技術」 本発明以前に提案されている従来の電子信号を用いた
パケットスイッチの構成を第10図に示す(H.SUZUKI,H.N
AGANO,T.SUZUKI,T.TAKEUCHI and S.IWASAKI,“Output−
buffer Switch Architecture for Asynchronous Transf
er Mode,"ICC'89,4.1,June 1989)。以下、その動作原
理を第10図に従って説明する。まず、n本の入力信号線
11,12……1n各々に、1パケットのビット数がLで、か
つ1パケットの時間長がTのパケット信号列が供給され
ると、このn系列の信号列が、時分割多重化回路2によ
って1パケット長がT/nの信号として時分割ハイウェイ
3に同期多重化される。この時分割ハイウェイ3がアド
レスフィルタ回路41,42……4n各々によって常時モニタ
されており、各出力信号線51,52……5nに対応するアド
レスに一致するパケットのみを通過させる。そして、ア
ドレスフィルタ回路41,42……4n各々を通過したパケッ
トがバッファメモリ(FIFOメモリ)61,62……6nに供給
される。バッファメモリ61,62……6n各々は対応するア
ドレスフィルタ回路41,42……4nから供給される信号を
蓄積し、これを時間長Tのパケットとして出力信号線
51,52……5nに出力する。ここで、バッファメモリ61,62
……6n各々にその容量以上のパケットが到着した場合に
は、そのパケットは廃棄される。
「発明が解決しようとする課題」 ところで、上述した従来のパケットスイッチは、アウ
トプットバッファ型パケットスイッチと呼ばれ、構成が
単純で、内部ブロッキングがなく、入/出力部を両側に
付加するのみで増設が可能で、さらに障害の波及効果が
少ないというメリットがあるが、時分割ハイウェイ3上
の信号速度が時分割多重化回路2やアドレスフィルタ回
路41,42……4nの動作速度により制限されているので、
十分な容量(入/出力信号線数n)が得られないという
欠点がある。例えば、時分割ハイウェイ3上の信号速度
を最高1.2Gb/S、入出力信号線上の信号の速度を600Mb/s
とすると、2本の入/出力信号線しか収容できず、この
場合、150Mb/sの動画像交換8チャンネルを2方路に切
り替えるのが限界である。
そこで、スループットを拡大するために、各入力信号
線11,12……1n上の信号を直/並列変換により速度の低
い並列信号に変換し、複数の時分割ハイウェイに並列に
多重化する方法が考えられるが、この場合、時分割多重
化回路2やアドレスフィルタ回路41,42……4nの個数が
増加するとともに、構成が複雑化するので、本スイッチ
の長所が損なわれてしまうという問題が生じる。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、従
来のアウトプットバッファ型パケットスイッチに光信号
処理技術を適用し、超高速で大容量な光パケットスイッ
チを提供することを目的としている。
「課題を解決するための手段」 この発明の光パケットスイッチは、1パケットのビッ
ト数がLであって、かつ1パケット時間長がTのパケッ
ト信号列を伝送する複数本の入力信号線を具備する光パ
ケットスイッチにおいて、1パルス時間幅がt(t≪T/
L)の光パルスを一定周期で出力し、かつ、該出力を複
数に分配して出力する光パルス発振器と、前記入力信号
線各々に対して設けられ、前記光パルス発振器から出力
される光パルスを前記入力信号線を介して供給される前
記パケット信号に従って変調し、1パケット時間長Ltの
圧縮された光パケット信号として周期T毎に出力する光
パケット変調器と、前記光パケット変調器から出力され
る光パケット信号列の各光パケット信号に遅延を与えて
時分割多重化し、さらにこの多重信号を複数に分配して
出力する光多重・分配器と、前記光多重・分配器による
前記多重信号の分配数と同数設けられ、前記光多重・分
配器から出力される光パケット信号に付与されたアドレ
スを検出し、この検出したアドレスと自身に付与された
固定アドレスとを比較し、一致した場合にのみ該光パケ
ット信号を通過させる光アドレスフィルタと、前記光ア
ドレスフィルタ各々に対して設けられ、該光アドレスフ
ィルタから出力される光パケット信号の時間間隔をT以
上離す光バッファと、前記光バッファ各々に対して設け
られ、該光バッファから出力される時間長がLtの光パケ
ット信号を時間長Tのパケット信号に変換する光パケッ
ト復調器とを具備することを特徴とする。
「作用」 この発明は、パケット信号の変調、多重化、アドレス
識別、バッファリング等のパケットスイッチの主要機能
を、超短光パルスを用いた光信号処理技術により実現し
たものであり、パルス幅tの小さい超短光パルスを用い
て超高速処理を行うことによって、入力信号線数n=T/
Ltを大きくとることができる。例えば、電気処理の時間
を1ns、超短光パルスの幅を10psとすると、従来の電気
信号によるパケットスイッチの信号速度よりも2桁高速
化し、スイッチ容量も2桁に拡大する。
「実施例」 以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明
する。
第1図はこの発明の第1実施例の構成を示す図であ
る。この図において、81,82……8nは各々入力信号線で
あり、これら各々には速度の遅い電気信号が供給され
る。9は超短光パルス発振器、101,102……10nは各々光
パルス変調器、111,112……11nは各々入力光ハイウェ
イ、12は光多重・分配器、131,132……13nは各々出力光
ハイウェイ、141,142……14nは各々光アドレスフィル
タ、151,152……15nは各々光バッファ、161,162……16n
は各々光パケット復調器、171,172……17nは各々出力信
号線である。以下では第1図を基本に、この第1実施例
の動作を順次説明する。
まず、入力信号線81,82……8n各々を介して1パケッ
トのビット数L、時間長Tのパケット信号列が光パケッ
ト変調器101,102……10n各々に供給されとともに、超短
光パルス発振器9からパルス幅t、周期T/L(t≪T/L)
の光パルスが同光パケット変調器101,102……10n各々に
供給されると、光パケット変調器101,102……10n各々
は、第2図に示すように、電気光学効果等を用いた変調
器19により光パルスをパケット信号列に従って変調し、
さらに変調した光パルスを、パケット先頭ビットより開
始して遅延時間(T/L−t)を与える遅延線20を周回さ
せ、かつ後続のパルスとの結合を順次繰り返し、パケッ
ト最終ビットが到着した時点で、1x2スイッチ22に供給
されるゲートパルスによって同1x2スイッチ22から出力
する。この場合、ゲートパルスを周期Tで1x2スイッチ2
2に供給することにより、パケット信号を1パケットの
ビット数がL、時間長がT/n(=Lt)の信号として周期
T毎に入力光ハイウェイ111,112……11nに出力する。こ
こで、後段の処理において圧縮された光パルスパケット
のアドレス部とデータ部が電気光学スイッチ等により分
離できるようにするために、第3図に示すようにアドレ
ス信号の後部に予めs時間分のダミービットを設けてお
くことにする。
次に、光多重・分配器12は、第4図に示すように、入
力光ハイウェイ111,112……11n上の各信号にi・(T/n
+s)(i=1,2,…,n)以上の遅延を与えた後、これら
をスターカブラ23により時分割的に多重化し、n本の出
力光ハイウェイ131,132……13nに分配する。このとき多
重化されたパケット間には、後段の処理において各パケ
ットを電気光学スイッチ等により分離可能とするため
に、s時間分の間隔が設けられている。
次に、光アドレスフィルタ141,142……14nは、各々対
応する出力光ハイウェイ131,132……13n上のパケット信
号のアドレスが同出力光ハイウェイ131,132……13nのア
ドレスと一致した場合にのみ、このパケット信号を次段
の光バッファ151,152……15nに供給する。
光アドレスフィルタ141,142……14n各々は、第5図に
示すように、まずパケット信号のアドレス部のみを分岐
器24と1x1光スイッチ25とにより分離し、これを各出力
光ハイウェイ131,132……13nに固有な遅延線パターンを
有するデコーダ26に供給し、パケットのアドレスが出力
光ハイウェイ131,132……13nのアドレスに一致した場合
のみ、自己相関出力として最大ピークの重量パルスを生
成する(本デコーダはoptical CDMA networkに用いるデ
コーダである。参考文献:paul R.Prucnal,etc.“Spread
Spectrum Fiber−optic Local Area Network Using Op
tical Processing",Journal of lightwave Technology,
vol.LT−4,No.5,May 1986)。この最大パルスを光/電
気変換器(O/E変換器)27によって電気的なアドレス検
出信号に変換し、このアドレス検出信号によって1x1光
スイッチ28を制御し、光パケット信号を次段の光バッフ
ァ151,152……15nに供給する。また、同時にアドレス検
出信号も次段の光バッファ151,152……15nに供給する。
次に、光バッファ151,152……15n各々は、光アドレス
フィルタ141,142……14nを通過した光パケット信号の時
間間隔をT以上離して次段の光パケット復調器161,162
……16nに出力する。各光バッファ151,152……15nは、
第6図に示すように、k個(ただし、第6図はk=4の
場合を示す)の1x2光スイッチ291,292……29kと、1x2光
スイッチ291,292……29k各々の一方の出力に遅延時間
(T/n+s)を与える遅延線301,302……30kと、1x2光ス
イッチ291,292……29k各々の他方の出力に遅延時間i・
T(i=1,2,…n,)を与える遅延線311,312……31kと、
遅延線311,312……31k各々の出力を結合する結合器32
と、1x2光スイッチ291,292……20k各々の動作を制御す
るカウンタ33およびデコーダ34とを有して構成されてい
る。
光バッファ151,152……15nは各々、対応する光アドレ
スフィルタ141,142……14nから供給される光パケット信
号を順次1x2光スイッチ291,292……29kに通過させる一
方、対応する光アドレスフィルタ141,142……14nから供
給されるアドレス検出信号をカウンタ33によりカウント
し、そのカウント値がp(0≦p≦k−1)の場合に
は、デコーダ34によりp+1番目の1x2光スイッチ29p+
を制御し、このパケットを遅延線(p+1)・Tを介
いて結合器32に供給する。カウンタ33のカウント値は
(T+T/n)時間毎に1つだけカウントダウンされる。
パケット到着時にカウント値がk以上の場合には、その
パケットはオーバーフローとしてk番目の1x2スイッチ2
9kを通過して廃棄される。本光バッファ151,152……15n
によりパケットの時間間隔をT以上離すことができる。
また、カウンタ33のカウントダウンの周期が時分割多重
化周期Tと異なるため、パケットの廃棄確率はすべての
多重化位置に対して同一である。
最後に、光パケット復調器161,162……16n各々は、対
応する光バッファ151,152……15nから供給される時間長
T/n(=Lt)のパケットを対応する入力信号線11,12……
1nに供給されたパケットと同じ時間長Tの電気信号に変
換して対応する出力信号線171,172……17nに出力する。
この場合、超短光パルスをそのまま光・電気交換するた
めの素子が存在しない場合は、第7図のように、信号を
L本の系に分岐させ、周期Tの光パルスを各々1ビット
(時間t)づつずらせて重畳させ、ピークパルスを光・
電気変換素子351,352……35Lによって検出し、この検出
結果をラッチ回路36に記憶させ、これを周期Tごとに時
間長Tのパケット信号列として読み出す。
以上の動作により、本光パケットスイッチは入力信号
線81,82……8n上のパケットを各アドレスに対応する出
力信号線171,172……17nに、同一フォーマットのパケッ
トとして、セルフルーチィング接続できる。本光パケッ
トスイッチでは超短光パルス幅の限界まで信号速度を高
速化でき、入力信号線81,82……8nのn=T/Ltを大きく
とることができるため、大容量の光パケットスイッチが
実現できる。
次に、この発明の第2実施例は、上述した第1実施例
の基本構成に改良を加えたもので、波長λとλの超
短光パルスを、各々入力パケット信号のアドレス部とデ
ータ部により変調し、両部を分離し易くしたものであ
る。すなわち、第1図において、光パルス発振器9とし
て波長λとλの超短光パルスを出力するものを用
い、これを各々入力パケット信号のアドレス部とデータ
部により変調し、第8図に示すような信号を入力光ハイ
ウェイ111,112……11nに出力する。この場合、1パケッ
ト内でアドレスとデータは時間的に分離されている必要
はない。
この第2実施例では、光アドレスフィルタにおけるア
ドレス分離が波長フィルタにより実現できるため(第9
図参照)、第1実施例のようにアドレスとデータの間に
時間分離用のs時間のダミービット(第3図参照)を設
ける必要がない。これにより、超高速な信号速度を、よ
り有効に利用できる。なお、その他の構成は第1実施例
と同様でなので省略する。
なお、上記実施例において、光多重・分配器12の分配
数と入力信号線数とを同一にしたが、同光多重・分配器
12の分配数は、入力信号線に依存するものではない。
「発明の効果」 以上説明したように、この発明の光パケットスイッチ
は、パルス幅tの小さい超短光パルスを用いて超高速処
理を行なうため、入力信号線数n=T/Ltを大きくとるこ
とができるので、大容量の光パケットスイッチが実現で
きる。例えば、従来の電気信号を用いたアウトプットバ
ッファ型パケットスイッチの1ビット長を1ns、超短光
パルスの幅を10psとすると、スイッチの容量を2桁拡大
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第1実施例である光パケットスイッ
チの構成を示すブロック図、 第2図は同第1実施例の光パケット変調器の構成を示す
ブロック図、 第3図は同第1実施例の光パケット変調器により変調さ
れた光パケット信号のフォーマットを示す図、 第4図は同第1実施例の光多重・分配器の構成を示すブ
ロック図、 第5図は同第1実施例の光アドレスフィルタの構成を示
すブロック図、 第6図は同第1実施例の光バッファの構成を示すブロッ
ク図、 第7図は同第1実施例の光パケット復調器の構成を示す
ブロック図、 第8図はこの発明の第2実施例の光パケット信号のフォ
ーマットを示す図、 第9図は同第2実施例の光アドレスフィルタの構成を示
すブロック図、 第10図は従来のアウトプットバッファ型パケットスイッ
チの構成を示すブロック図である。 81〜8n:入力信号線、 9:超短光パルス発振器(光パルス発振器)、 101〜10n:光パケット変調器、 111〜11n:入力光ハイウェイ、 12:光多重・分配器、 131〜13n:出力光ハイウェイ、 141〜14n:光アドレスフィルタ、 151〜15n:光バッファ、 161〜16n:光パケット復調器、 171〜17n:出力信号線。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−41346(JP,A) 特開 平2−5663(JP,A) 特開 平1−126095(JP,A) 1989年電子情報通信学会秋季全国大会 講演論文集(3分冊),B−217 電子情報通信学会技術研究報告 SS E90−83 OSA Proc.on Daoto nic Switching,(1989− 3)p237−240

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a) 1パケットのビット数がLであっ
    て、かつ1パケット時間長がTのパケット信号列を伝送
    する複数本の入力信号線を具備する光パケットスイッチ
    において、 (b) 1パルス時間幅がt(t≪T/L)の光パルスを
    一定周期で出力し、かつ、該出力を複数に分配して出力
    する光パルス発振器と、 (c) 前記入力信号線各々に対して設けられ、前記光
    パルス発振器から出力される光パルスを前記入力信号線
    を介して供給される前記パケット信号に従って変調し、
    1パケット時間長Ltの圧縮された光パケット信号として
    周期T毎に出力する光パケット変調器と、 (d) 前記光パケット変調器から出力される光パケッ
    ト信号列の各光パケット信号に遅延を与えて時分割多重
    化し、さらにこの多重信号を複数に分配して出力する光
    多重・分配器と、 (e) 前記光多重・分配器による前記多重信号の分配
    数と同数設けられ、前記光多重・分配器から出力される
    光パケット信号に付与されたアドレスを検出し、この検
    出したアドレスと自身に付与された固定アドレスとを比
    較し、一致した場合にのみ該光パケット信号を通過させ
    る光アドレスフィルタと、 (f) 前記光アドレスフィルタ各々に対して設けら
    れ、該光アドレスフィルタから出力される光パケット信
    号の時間間隔をT以上離す光バッファと、 (g) 前記光バッファ各々に対して設けられ、該光バ
    ッファから出力される時間長がLtの光パケット信号を時
    間長Tのパケット信号に変換する光パケット復調器と を具備することを特徴とする光パケットスイッチ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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1989年電子情報通信学会秋季全国大会講演論文集(3分冊),B−217
OSA Proc.on Daotonic Switching,(1989−3)p237−240
電子情報通信学会技術研究報告 SSE90−83

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