JP3003207B2 - 光ローカルエリアネットワークシステムのアクセス制御方式及びノード装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ループ型光ローカルエリアネットワークの
アクセス制御方式及びノード装置に関する。

（従来の技術） ループ型光ローカルエリアネットワークに適したアク
セス制御方式として、雑誌「アイ・イー・イー・イー・
トランスアクションズ・オン・コミュニケーション ズ
（IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS）」、COM−22
巻、1974年、６月号、877〜881頁に述べられているレジ
スタ挿入アクセス制御がある。同制御方式では、ノード
装置を第６図に示すようにループ内に抜き差し可能な遅
延線51とループに常に固定された受信機54とを含んで構
成し、遅延線51内の遅延時間を送信すべきデータパケッ
トの長さと等しくしておく。定常状態においては遅延線
51はループから切り離されており、データパケットは遅
延線51を通らずにノードを通過する。該ノードからデー
タパケットを送信する場合には、遅延線51をループ内に
挿入してノードを通過すべきデータパケットを遅延線内
に迂回させることによって、送信データパケットと通過
データパケットとの間の衝突を避けることができる。送
信終了後は、伝送信号の無いときを選んで遅延線51をル
ープから切り離し、データパケットが遅延線51を通らず
にノードを通過する定常状態に戻しておく。このレジス
タ挿入型のアクスセス制御方式は、高速信号に対し高い
スループットが得られるという優れた特徴を有してい
る。

ループ型光ローカルエリアネットワークシステムのル
ープを構成する伝送路に光を用いてこのレジスタ挿入ア
クセス制御を行うための従来のノード装置においては、
第図に示すようにループを構成する光伝送路を伝搬する
全ての光信号を各ノードにおける光・電気変換装置６で
電気信号に変換したのち、レジスタ挿入アクセス制御を
行い、さらに該ノードにおける電気・光変換装置７で光
信号に再変換し、ループ型光ローカルエリアネットワー
クシステムのループを構成する伝送路に送信していた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来のノード装置を用いてレジスタ挿
入アクセスループ型光ローカルエリアネットワークを構
成した場合には、送受信要求の有無にかかわらず全ての
信号を光−電気変換、電気−光変換するため、ノードを
通過する際の遅延時間が増加する。また、レジスタ挿入
アクセス制御を行うために電気的なシフトレジスタを使
用しているため、該シフトレジスタのアクセス時間によ
ってもノードを通過する際の遅延時間が増加する。

また、光信号パケットがノードを通過すると電気回路
によるジッタが発生し、通過したノード数が多いほどジ
ッタ量が多くなり、符号誤り率が劣化するため、LANシ
ステムに収容できるノード数が制限されるという欠点が
ある。

さらに、あるノード内の光−電気変換器または電気−
光変換器のいずれかに障害が発生した場合、全ての光信
号パケットが該ノードを通過できなくなる、すなわち１
つのノードの障害がシステム全体に波及するという欠点
も有している。

本発明は、ノードを通過する光信号パケットに対して
光・電気変換、電気・光変換を行うことなくレジスタ挿
入アクセス制御を行うことが可能なアクセス制御方式及
びノード装置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） 上記目的を達成するため、本発明では、光レジスタと
しての光遅延線と、ループ伝送路を通過する光信号パン
ケットをこの光遅延線に迂回させるための第１の光スイ
ッチと、ループ伝送路を通過する光信号パケットのアド
レス情報を読み取るアドレス判定装置と、送信機と、こ
の送信機からの光信号パケットをループ伝送路へ導くた
めの第２の光スイッチと、前記送信機からの送信要求と
前記アドレス判定装置の出力に応じて、第１の光スイッ
チおよび第２の光スイッチのスルー状態とクロス状態の
切り換えを行う制御装置とからなる光ローカルエリアネ
ットワーク用ノード装置を提供する。

さらに詳しくは、ループ型光ローカルエリアネットワ
ークシステムのループを構成する伝送路から分岐した伝
送路に接続された、該ループを構成する伝送路を通過す
る光信号パケットのヘッダのアドレス情報を読み取るア
ドレス判定装置と、光遅延線と、第１の光入力端子を前
記ループ型ローカルエリアネットワークシステムのルー
プを構成する伝送路に接続し、第２の光入力端子を前記
光遅延線の出力に接続し、第２の光出力端子を前記光遅
延線の入力端に接続した第１の２×２光スイッチと、第
１の光入力端子を光送信機の光出力端に接続し、第２の
光入力端子を第１の２×２光スイッチの第１の光出力端
子に接続し、第１の光出力端子を受信機の光入力端に接
続し、第２の光入力端子を前記ループ型光ローカルエリ
アネットワークシステムのループを構成する伝送路に接
続した第２の２×２光スイッチと、前記送信機からの送
信要求と前記アドレス判定装置の出力に応じて、前記第
１の２×２光スイッチおよび第２の２×２光スイッチの
スルー状態とクロス状態の切換を行うことによってレジ
スタ挿入アクセス制御を行う制御装置、とを含んで光ロ
ーカルエリアネットワーク用ノード装置を構成する。

前記アドレス判定装置をループ型光ローカルエリアネ
ットワークシステムのループを構成する伝送路上に接続
された半導体レーザ光増幅器を含んで構成し、前記第１
の２×２光スイッチの第１の光入力端子を前記アドレス
判定装置に接続することもできる。

また、本発明によるループ型光ローカルエリアネット
ワークのアクセス制御方式は、信号を送信する際はルー
プ型光伝送路の中で送信すべき相手ノードに指定された
波長λｉの信号を検知し、所定の時間無信号状態を確認
した後ループ光伝送路内を伝送中の光信号の内、前記波
長λｉの信号のみを選択してループ外に取り出して所定
の時間遅延τの間遅延させると共に波長λｉを用いて前
記遅延時間τ以下のパケット長の信号を送信すべき信号
をループ光伝送路へ送出した後、前記遅延させた信号を
前記ループ光伝送路へ再び送出し、信号の受信は自ノー
ドに指定された波長の信号をループ光伝送路から選択的
に分離することにより行うことを特徴とする。

更に、この発明によるループ型光ローカルエリアネッ
トワークのノード装置は、ループを構成する伝送路中の
任意の波長の信号を選択的にモニタする波長チャンネル
モニタ手段と、ループ光伝送路から自ノード宛の波長の
光信号のみを分離して受信する光受信手段と、可変波長
光送信器と、光遅延線と、第一の入力端と第一の出力端
の間に前記光遅延線が接続され、第２の光入力端子と第
二の出力端子が前記ループ光伝送路の前記波長チャンネ
ルモニタ手段の後方に挿入され、制御信号に応じてルー
プ光伝送路を伝送される信号の内特定の一つの波長の信
号を前記光遅延線を介して再びループ光伝送路に接続す
る波長選択スイッチと、前記可変波長光送信器の出力を
前記ループ光伝送路に送出する手段と前記波長チャンネ
ルモニタ手段の出力と自ノードからの送信要求に応じ
て、前記波長チャンネルモニタ手段、前記波長選択光ス
イッチ、可変波長光送信器の状態を制御する制御装置か
らなることを特徴とするものである。

（作用） 本発明は、光レジスタとしての光遅延縁と光スイッチ
を用いて光信号のままでレジスタ挿入アクセスを行うこ
とを特徴としている。レジスタ挿入アクセス制御の為に
は、ループ伝送路の伝送信号状態をモニタする必要があ
る。この様なモニタは、光伝送路の信号を分岐し、光受
信器で受信することにより可能となる。また、半導体光
増幅器の電極間電圧を読み取ることによっても可能であ
る。半導体光増幅器の電極間電圧は、ジャーナル・オブ
・ライトウェーブ・テクノロジー（Journal of Lightwa
ve Technology）第３巻第４号909〜913頁に述べられて
いるように該半導体光増幅器に入力される光信号のマー
ク・スペースに応じて変化するため、ループを構成して
いる光ファイバ上に半導体光増幅器を接続することによ
り、半導体光増幅器の電極間の電圧変化を読み取ること
によってアドレス判定を行うとともに、半導体光増幅器
の光増幅作用によって光信号の伝送路損失および光信号
の伝送路損失および光スイッチ挿入損失を補償する。

本発明の、レジスタ挿入型アクセス方式に、波長多重
技術を適用することができる。波長多重を用いれば、ロ
ーカルエリアネットワークの各ノードで受信すべき波長
を割り当てることにより、アドレスを波長で指定し、ヘ
ッダを解読して行うアドレス判定を除く事が出来る。こ
の様な、アドレスを波長を用いて指定する方式は、例え
ば、雑誌「アイ・イー・イー・イー・ザ・ジャーナル・
オン・セレクテッド・エリアス・イン・コミュニケイシ
ョンズ（IEEE Journal on Selected Areas in Commu−n
ications）」、第６巻、1988年、1500〜1510頁に掲載の
論文に詳しく述べらている。しかし、波長を用いてアド
レスを指定する方式では、複数のノードから一つのノー
ドに送信要求が同時に起こった際には光信号の衝突回避
のための制御が必要となる。本発明により、この際の衝
突回避ができる。

（実施例） 本発明について図面を参照して説明する。第１図は本
発明の第１の実施例を示すブロック図である。同図にお
いて、１はアドレス判定装置で、ループの一部を構成し
ている光ファイバ２から光分岐器10によってパワー分岐
された光信号を、光・電気変換装置25によって電気信号
に変換し、受信機14によってヘッダのアドレス情報を読
み取る。第１の２×２光スイッチ３、第２の２×２光ス
イッチ４はいずれもニオぶ酸リチウム２×２マトリクス
スイッチである。駆動回路15、16はそれぞれ第１の２×
２光スイッチ３、第２の２×２光スイッチ４の駆動回路
で、正電圧のハイレベルと接地電位に等しいローレベル
の２値の出力電圧を発生する。第１の２×２光スイッチ
３、第２の２×２光スイッチ４はいずれも駆動回路15、
16の出力電圧がハイレベルのときクロス状態、ローレベ
ルのときスルー状態となる。光遅延線５は、光ファイバ
であり、同光ファイバ内の光信号の遅延時間は、データ
パケットの長さにガードタイムを加えた長さに等しい。
ガードタイムは、光スイッチ３、４の切り換え時間より
も長い時間をとる。

次に、制御時間９による制御手順について説明する。

送信機17から送信要求があった場合、アドレス判定装
置１の受信機14はループ状光伝送路中の光伝送信号をモ
ニタし、信号の切り目に当たる無信号状態が検知される
まで送信信号を待機させる。無信号状態が検知されると
直ちに、第１の２×２光スイッチ３をクロス状態にして
他ノード宛のヘッダをもつ該光信号パケットを光遅延線
５に導くと同時に、第２の２×２光スイッチ４もクロス
状態にして送信機17の出力電気信号を電気・光変換装置
７を用いて光信号としたのち光ファイバ８に導く。送信
終了後、光スイッチ４は直ちにスルー状態に戻す。この
状態では第１の光スイッチ３はクロス状態となっている
が、この状態はアドレス判定装置１で次の無信号状態が
検知された時にリセットできる。その後は、上で述べた
と同様な手順により信号の送信が可能となる。

アドレス判定装置１の受信機14で自ノード宛のヘッダ
が検出された自、第１の２×２光スイッチ３がスルー状
態になっている場合には、第２の２×２光スイッチをた
だちにクロス状態にし、自ノード宛のヘッダをもつ該光
信号パケットを光・電気変換装置６によって電気信号に
変換したのち受信機18に導く。

アドレス判定装置１の受信機14で自ノード宛のヘッダ
が検出された時、第１の２×２光スイッチがクロス状態
になっている場合には、光遅延線による遅延時間経過後
に第２の２×２光スイッチをクロス状態にし、自ノード
宛のヘッダをもつ該光信号パケットを光・電気変換装置
６によって電気信号に交換したのち受信機18に導く。

以上の手順によって、レジスタ挿入アクセス制御が行
われ、あらゆる場合において、ノードから送信される光
信号パケット、ノードにおいて受信される光信号パケッ
ト、およびノードを通過する光信号パケットの衝突は生
じない。

また、光受信機６、光送信機７のいずれかもしくは双
方が故障しても第２の２×２光スイッチ４をスルー状態
にしておくことによって該ノードを通過する光信号パケ
ットに影響は及ばない。さらに、２×２光スイッチ、
３、４の駆動回路15、16が故障しても２×２光スイッチ
３、４はスルー状態となるたけであるから、該ノードを
通過する光信号パケットに影響は及ばない。

第２図は本発明による光ローカルエリアネットワーク
用ノード装置の第２の実施例を示すブロック図である。
同図において、１はアドレス判定装置で、ループを構成
している光ファイバ上に接続された進行波型半導体光増
幅器11とバイアス回路12と負荷抵抗13と受信機14で構成
されており、ループの一部を構成している光ファイバ２
から入力される光信号を、同光信号のマーク・スペース
によって生じる進行波型半導体増幅器11の電極間の電圧
変化を負荷抵抗13と受信機14を介して検出することによ
って読み取るとともに、進行波型半導体光増幅器11の光
増幅作用によって光信号の伝送路損失、光スイッチ挿入
損失を補償する。アドレス判定装置以外は、第１の実施
例と同様である。

次に、第３図は本発明の光ローカルエリアネットワー
ク用ノード装置の一実施例を示すブロック図である。

この第３図において、21は波長チャンネルモニタ、2
2、23は光波長選択スイッチ、24は光遅延線、25は光送
信器、26は光受信器、27は制御装置、28は固定波長フィ
ルタである。

波長チャンネルモニタ21は、第４図に示すように光カ
プラ31と光フィルタ32から構成され、ループの一部を構
成している光ファイバから光信号を分岐して入力し、制
御信号により可変波長フィルタ32を動作させることによ
り任意の波長の信号を選択しモニタする。

光波長選択スイッチ22は、第一の入力端子と第一の出
力端子の間に光遅延線が接続され、第二の入出力端子が
波長チャンネルモニタ21に続いてループ光伝送路に接続
されている。この光波長選択スイッチは、通常は第二の
入出力端子間で、ループ光伝送路を伝送される全ての波
長の光信号を通過させる状態にあり、制御信号に応じ
て、ループ光伝送路を伝送されてきた信号の内、任意の
波長の光信号のみを選択して光遅延線24に結合し遅延さ
せた後再びループ光伝送路に出力させる動作を行う。

光遅延線24は、光ファイバであり、光ファイバ内の光
信号の遅延時間は、データパケットの長さにガードタイ
ムを加えた長さに等しいものとする。

光波長選択スイッチ23は通常は、ループ光伝送路間で
全ての光信号を通過させる状態をとり、光信号を送信す
るときのみ、可変波長光送信器25からの信号をループ光
伝送路へ送出する。

固定波長フィルタ28はループ光伝送路から常に自ノー
ド宛の波長の信号のみを選択的に取り出し、光受信器26
により受信させる。

光フィルタ28、32、光波長選択スイッチ22、23には、
「欧州光通信会議（European Conference on Optical C
ommunication）1989論文集」、第３巻、70−73頁に記載
の“Polarrization−Independent Acoustically−Tunab
le Optical Filter"（音響光学効果を使った可変波長光
フィルタ）を用いることとする。音響光学効果を使った
可変波長光フィルタの構造は第５図に示すように、リチ
ウムナイオベートの基板上にチタンを拡散して形成した
２本の光導波路と第１および第２のTE−TMスプリッタ4
6、47と電極48と音響波領域49とから成っている。第１
の入力端子から入力された光信号41は第１のTE−TMスプ
リッタ46でTE偏波とTM偏波に分けられ２本の導波路を別
々に進んで第２のTE−TMスプリッタ47で合波されて第１
の出力端子に出力される。このとき電極にある周波数の
電気信号を入力するとその周波数に対応した波長の光信
号が音響波領域49内に光導波路上で音響光学効果により
TE−TMモード変換されるため、前記波長の光信号のみが
第２の出力端子に出力されそれ以外の波長の光信号は第
１の出力端子に出力される。電気信号の周波数を変える
ことにより第２の出力端子に出力される光波長を変える
ことができる。第２の入力端子から入力された光信号42
に対しても同様に、電極に電気信号を入力していないと
きには第２の出力端子に出力され、電極、にある周波数
の電気信号が入力されたときにはその周波数に対応した
ある波長の光信号のみが第１の出力端子に出力されそれ
以外の波長の光信号は第２の出力端子に出力される。

次に、制御装置27による制御手順について説明する。

光送信器25から送信要求があった場合、波長チャンネ
ルモニタ21の光フィルタを送信すべきノードに割り当て
られた波長（ここでは以下λｉと呼ぶ）に同調し信号を
モニタする。送信すべきノードへ他のノードから信号が
送信されている間は、波長チャンネルモニタ21が信号が
検出されるのでその間は送信を待機する。波長チャンネ
ルモニタ21で送信信号パケットの切れ目にあたる所定の
間無信号状態が続く状態を検知した時に、制御装置27は
波長選択スイッチ22を動作させ、波長λｉの信号のみを
選択的に光遅延線24へ接続し遅延させると共に、第二の
波長選択スイッチ23を用いて、光送信器５から送信すべ
き信号を波長λｉで、ループ光伝送路に送出する。これ
によりループ光伝送路を伝送される光信号を遅延させ、
その間に自ノードからの送信信号を挿入する。この状態
では第１の波長選択スイッチ22は波長λｉの信号のみに
対してクロス状態となっているが、この状態は波長チャ
ンネルモニタで次の無信号状態が検知された時にリセッ
トする。その後は、上で述べたと同様な手順により信号
の送信が可能となる。

一方、信号の受信は、固定波長フィルタ28により常に
自ノード宛の波長の信号が光受信器に入力されているの
で、アドレスの判定なしに自動的に受信可能である。

この様な手順によって、レジスタ挿入アクセス制御が
行われ、あらゆる場合において、ノードから送信される
光信号パケット、ノードにおいて受信される光信号の衝
突は生じない。また、自ノード宛の信号は波長によりア
ドレスを指定され、アドレス判定なしに受信されるた
め、光信号を待機させる必要がない。従って、遅延時間
を短縮でき、新たな光遅延線も不要となる。また、波長
多重技術を用いているため波長多重度に応じたスループ
ットの向上も可能となる。

本実施例では、光波長選択スイッチとして、音響光学
技術を用いたものを用いたが、電気光学効果、半導体の
キャリア注入に伴う屈折率変化を用いた素子も利用可能
であるのは言うまでもない。この場合、光波長選択スイ
ッチでより高速な動作が可能なため、更にスループット
の向上が期待できる。

（発明の効果） 以上述べてきたように、本発明によればノードを通過
する光信号パケットに対して光・電気変換、電気・光変
換を行うことなくレジスタ挿入アクセス制御を行うこと
が可能となり、ノードを通過する際の遅延時間が短縮さ
れる。また、光信号パケットのノード通過にともなうジ
ッタの累積によるノード数の制限が解消される。さら
に、１つのノードの障害がシステム全体に波及すること
もなくなり、極めて有用である。また、高いスループッ
トが得られる光ローカルエリアネットワークのアクセス
制御方式及びノード装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図は本発明による光ローカルエリ
アネットワーク用ノード装置の第１、第２、第３の実施
例を示すブロック図、第４図は波長チャンネルモニタを
示すブロック図、第５図は音響光学効果を使った可変波
長光フィルタの構造を示す図、第６図はレジスタ挿入ア
クセス制御を行うノード装置のブロック図、第７図は従
来のノード装置のブロック図である。 図において、１はアドレス判定装置、２、５、８は光フ
ァイバ、３、４はニオブ酸リチウム２×２マトリクスス
イッチ、６は光・電気変換装置、７は電気・光変換装
置、９は制御装置、10は光分岐器、11は進行波型半導体
光増幅器、12はバイアス回路、13は負荷抵抗、14、18、
54は受信機、15、16は駆動回路、17、22、52は送信機、
51は遅延線、53は切換スイッチ、61は制御装置、62はレ
ジスタ、21は波長チャンネルモニタ、22、23は光波長選
択スイッチ、24は光遅延線、25は光送信器、26は光受信
器、27は制御装置、28は固定波長フィルタ、31は光カプ
ラ、32は光フィルタ、41は第１の入力端子、42は第２の
入力端子、43は第１の出力端子、44は第２の出力端子、
45は光導波路、46は第１のTE−TMスプリッタ、47は第２
のTE−TMスプリッタ、48は電極、49は音響波領域、であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−233842（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04L 12/42

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ループ型光ローカルエリアネットワークシ
   ステムのループを構成する伝送路を通過する光信号パケ
   ットのアドレス情報を読み取るアドレス判定装置と、 光遅延線と、 第１の光入力端子から前記光信号パケットを入力し、第
   ２の光入力端子を前記光遅延線の出力端に接続し、第２
   の光出力端子を前記光遅延線の入力端に接続した第１の
   ２×２光スイッチと、 第１の光入力端子を光送信機の光出力端に接続し、第２
   の光入力端子を第１の２×２光スイッチの第１の光出力
   端子に接続し、第１の光出力端子を受信機の光入力端に
   接続し、第２の光出力端子を前記ループ型光ローカルエ
   リアネットワークシステムのループを構成する伝送路に
   接続した第２の２×２光スイッチと、 前記送信機からの送信要求と前記アドレス判定装置の出
   力に応じて、前記第１の２×２光スイッチおよび第２の
   ２×２光スイッチのスルー状態とクロス状態の切換を行
   うことによってレジスタ挿入アクセス制御を行う制御装
   置 とを含んで構成されることを特徴とする光ローカルエリ
   アネットワーク用ノード装置。
2. 【請求項２】前記アドレス判定装置が、前記ループを構
   成する伝送路から分岐された光信号を受信する受信機か
   らなることを特徴とする請求項１記載の光ローカルエリ
   アネットワーク用ノード装置。
3. 【請求項３】前記アドレス判定装置が、前記ループを構
   成する伝送路上に接続された半導体レーザ光増幅器と、
   この半導体レーザ光増幅器の電極間電圧の変化を検出す
   る手段とからなることを特徴とする請求項１記載の光ロ
   ーカルエリアネットワーク用ノード装置。
4. 【請求項４】ループを構成する伝送路中の任意の波長の
   信号を選択的にモニタする波長チャンネルモニタ手段
   と、ループ光伝送路から自ノード宛の波長の光信号のみ
   を分離して受信する光受信手段と、可変波長光送信器
   と、光遅延線と、第一の入力端と第一の出力端の間に前
   記光遅延線が接続され、第２の光入力端子と第二の出力
   端子が前記ループ光伝送路の前記波長チャンネルモニタ
   手段の後方に挿入され、制御信号に応じてループ光伝送
   路を伝送される信号の内特定の一つの波長の信号を前記
   光遅延線を介して再びループ光伝送路に接続する波長選
   択スイッチと、前記可変波長光送信器の出力を前記ルー
   プ光伝送路に送出する手段と前記波長チャンネルモニタ
   手段の出力と自ノードからの送信要求に応じて、前記波
   長チャンネルモニタ手段、前記波長選択光スイッチ、可
   変波長光送信器の状態を制御する制御装置からなること
   を特徴とするループ型光ローカルエリアネットワークの
   ノード装置。
5. 【請求項５】信号を送信する際はループ光伝送路の中で
   送信すべき相手ノードに指定された波長λｉの信号を検
   知し、所定の時間無信号状態を確認した後ループ光伝送
   路内を伝送中の光信号の内、前記波長λｉの信号のみを
   選択してループ外に取り出して所定の時間遅延τの間遅
   延させると共に波長λｉを用いて前記遅延時間τ以下の
   パケット長の信号を送信すべき信号をループ光伝送路へ
   送出した後、前記遅延させた信号を前記ループ光伝送路
   へ再び送出し、信号の受信は自ノードに指定された波長
   の信号をループ光伝送路から選択的に分離することによ
   り行うことを特徴とするループ型光ローカルエリアネッ
   トワークのアクセス制御方式。