JP3266437B2 - 複数のアクセスが可能な波長分割多重化パケットネットワーク - Google Patents
複数のアクセスが可能な波長分割多重化パケットネットワークInfo
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Description
ット通信システムに関し、特に、高速ビットレートの光
通信システムに関する。
ion Multiplexing:WDM)と周波数ルーティングは、
入力ポートと出力ポートとの間を接続する高容量のパケ
ットネットワークを構成する手段を提供できる。このよ
うなパケットネットワークシステムにおいては、パケッ
トは、その波長により、最小の伝送ロスで空間的にルー
ティング(配送)される。このようなパケットネットワ
ークは、入力ポートにおいて波長分離装置(demultiple
xer)と出力ポートでこれと同様な装置を用いて実現で
きる。これに関しては、“Dense Wavelength Division
Multiplexing Networks: Principle and Application
s”(Brackett著)を参照のこと。このような構成は、
N人のユーザをサポートするために、N×Nの相互接続
された光ファイバを必要とする。より現実的なアーキテ
クチャは、“Optical WDM Technology forNetworking a
nd Switching Applications”(Saleh著)の論文で提案
されており、これは、“Integrated Optics N×N Multi
plexer on Silicon”(Dragone他著)の発明による集積
周波数ルータを利用している。ここに提案されたネット
ワークにおいては、各ユーザは、スター形状の一対の光
ファイバのみでネットワークに接続されている。そし
て、このスター形状は、LAN、および、光スイッチン
グの応用に適したものである。その配送特性に加えて、
このシステムは、衝突のない操作が可能である。異なる
ソースから発信されたパケットは、異なる波長でもって
所定の宛先で受信され、分離されて独立に受信されるか
らである。ところが、N×N個の受信器がN人のユーザ
にサービスするために必要である。1出力ポートあたり
1個の受信器を用いるアーキテクチャがより経済的であ
る。しかし、このアプローチは、高速の同調(可能)光
受信器の使用を必要とし、そしてさらに、パケットは、
受信器により拒否されるので、そのパケットの状態をユ
ーザに知らせる必要がある。現在までのところ、これら
の2つの問題は、必ずしも満足がいく程度には解決され
ていない。公知の高速同調光受信器は、その同調範囲が
あまりにも制限されたものであり、かつ、速度も遅い。
いくつかの試みがなされ、この受信の受領通知(acknow
ledgement)の問題を解決するが、それらの全てのもの
は、広範囲にわたる光学ハードウェアをさらに必要と
し、これにより、システムのアーキテクチャが相当複雑
となる。これに関しては、“Multi-wavelengts Optical
Crossconnect for Parallel Processing Computers”
(Arthurs他著)と“HIPASS: An Optoelectronic Hybri
d Packet-Switching System”(Arthurs他著)と“Prot
ection-Against-Collision Optical Packet Network”
(Glance著)を参照のこと。
ところ、従来技術においては、高速の同調レーザを送信
器として用いるようなネットワークアーキテクチャ、お
よび、パケット間の衝突を回避するような高速同調光フ
ィルタを開示したものはない。さらに、従来のネットワ
ーク構成は、1出力ポートあたり1個の光受信器を用い
るような単純な構成を開示したものはない。従って、本
発明の目的は、1出力ポートあたり、1個の光受信器を
用いて、複数の入力ポートと出力ポートとの間をパケッ
トの衝突無しに伝送できるネットワークを提供するもの
である。
は、波長分割多重化、および、周波数ルーティングによ
って、ユーザあたり数Gbit/秒の伝送を可能とし、
これにより、ユーザは、そのパケットを衝突無しに自由
に伝送できる。この本発明のシステムは、衝突の無い受
信が可能となり、これは、パケットのフローを制御する
高速同調光フィルタによって行われる。受信の受領通知
は、光ソースを用いることなく、受動的に生成され、同
一のパケットネットワーク上を伝送される。一人のユー
ザが、1個の送信器を用いて、かつ、一人のユーザが1
個の受信器を用いた場合、および、2個の受信器を用い
た場合には、この本発明のシステムのスループットは、
それぞれ、60%および90%(1波長あたり)に達成
できる。
クチャは、N×N周波数ルータ1を有する中央ハブ14
4(図3)と、その出力ポート2に高速同調光フィルタ
3が接続されている。ユーザは、一対の光ファイバ4,
5により、この中央ハブ144のN×N周波数ルータ1
に接続されている。この一対の光ファイバは、送信用光
ファイバ4と受信用光ファイバ5から構成されている。
伝送は、高速同調レーザ6により行われ、この高速同調
レーザ6は、本発明のシステムのN個の波長の間をナノ
秒の速度で切り替える。データは、外部の変調器による
振幅シフトキーイング(Amplitude Shift Keying:AS
K)で伝送される。受信点において、この信号は、従来
の直接検知受信器により復調される。
したがって、周波数ルータにより配送される。そして、
各ソースは、異なる波長を用いて所定の宛先にアクセス
する。同一の宛先に到達しようとするパケット間の衝突
は、一度に1個のパケットが出力光ファイバにアクセス
を許すことにより回避される。これは、周波数ルータの
出力点に配置された高速同調光フィルタにより行われ
る。この高速同調光フィルタは、そのソースにそのパケ
ットの到着を通知する。次に、この光フィルタと受領確
認プロセスについて説明する。
有する。すなわち、このフィルタは、入力パケットを検
知し、複数のパケットが同一の宛先に到達しようとする
ときに、そのパケットの中から一つのパケットを選択す
る。そして、受領確認通知を、その選択されたパケット
のソースに返送する。この装置の回路は、図2に示すよ
うに、そのN個のポートに接続された1×N周波数ルー
タ10と1×N周波数ルータ11と、それらの間を接続
する活性部分12と光導波路13とから構成される。こ
の回路全体は、InPウェハ14の上に集積されてい
る。第1の周波数ルータは、入力信号15を分離(demu
ltiplex)し、同時に到達したパケットを分離する。こ
のパケットの選択は、活性部分12により行われ、この
活性部分12は、パケット検知器/セレクタ16により
制御されている。逆バイアスされると、この活性部分1
2は、光ダイオードとして機能し、分離化されたパケッ
トを検知するのに用いることができる。このプロセスを
行うために、パケットには数ビット長のキャリアバース
トが先行する。検知後、入力パケットを検知した活性部
分12の一つが、バイアス電流17の極性を反転させる
ことにより光学的に通過可能となる。その後、この選択
されたパケットが、第2の1×N周波数ルータ11によ
り宛先の光ファイバに伝送される。選択されなかったパ
ケットは、それに対応する、光ダイオードモードでは高
損失状態である活性部分12により消失させられる。こ
のようにして、この受信したパケット間の衝突を回避す
る。このような選択プロセスは、この受信信号が単一の
パケットの場合には単純化できる。この場合には、1個
の光電流のみが検知され、対応する活性部分のゲートが
開閉される。このようなフィルタは、数ナノ秒でパケッ
トを選定できる。
18により光フィルタ出力導波路内に反射される。反射
信号を伝送することにより、この信号は、そのソースに
戻り、そのソースに対し、そのパケットが受信された旨
を通知する。そして、そのソースは、受信を確認する。
図3に示したように、この受領確認メッセージは、同調
光フィルタ33の出力点の反射手段22により生成され
る。このパケットの一部は、制御回路111により選択
される。この反射は、小さな光導波路の不連続性により
行われる。反射信号を伝送することにより、この反射信
号はそのソースのみに戻る。その信号は、適当な時間遅
延した後、信号受信器122に送信される。この受領確
認を行うために、送信器55の前端部に配置されている
方向性カプラ44は、反射信号の一部を光ダイオード6
6に向ける。このパケットの受領確認は、パケットの持
続時間の間測定されている光電流を、一往復遅延後光ダ
イオード66が検知した時に行われる。この一往復と
は、パケットが伝送された後、信号ソース133と中央
ハブ144との間を意味する。この一往復遅延は、伝搬
遅延要素77により生成される。かくして、この受領確
認プロセスの利点は、このシステムが、光学ハードウェ
アを余り必要としない点である。
型の入力待ちのパケットスイッチと見ることもできる。
同期しているとすると、タイムスロット動作(中央ハブ
に同期している)は、各タイムスロットの間、最大1個
の(固定長の)パケットが1出力毎に選択される。この
選択はランダムに行われ、各パケットは、等しく選択さ
れる機会を与えられるとする。一往復の伝搬遅延の後、
反射による受領確認を受信しないユーザは、そのユーザ
のパケットは選択されず、その結果、後で再度転送する
必要がある、と認識する。待ち行列装置を用いて、この
独特の先入れ先出し(FIFO)のパケットシーケンス
を維持し、高速動作を可能とし、さらに、受領確認をそ
の適切なパケット伝送と関連づけることが出来る。パケ
ットがパケット生成装置88で生成されると、そのパケ
ットは、その宛先アドレスに基づいて、FIFOバッフ
ァ99に配送される。このFIFOバッファ99は、固
定周期的パターンで機能し、パケットが選択された場
合、パケットの受領確認が次の伝送が同一の宛先に行わ
れる前に、受領確認がユーザによって受信されることを
確実にする。一旦受領確認が受信されると、FIFOバ
ッファ99のヘッドにあるパケットは削除することがで
きる。各FIFOバッファ99のタイマ、則ち、カウン
タは、このパケットが伝送されてからの時間の経過をモ
ニタする。
テムの容量)の計算は、公知の入力待ちパケットスイッ
チに類似している。1個の出力ポートに対し、1個の受
信器を、そして、多数の入力ポートと出力ポートとを仮
定すると、このシステムの容量は、以下の計算式の解で
与えられる。 (1−p)=p2/2(1−p) この式を解くと、WDMチャネルあたり、最大のスルー
プットは、0.58ということになる。しかし、ユーザ
と中央ハブとの間に伝搬遅延が大きい場合には、この
0.58というスループットは達成されないが、FIF
Oのパケットシーケンスは依然として補償することはで
きる。全てのユーザとハブとの間の距離がDと仮定する
と、1ユーザあたりのこのスループットは、最大(Ns
bXs)/2×Dである。ここで、bはパケットあたり
のビット数を、そして、sは光ファイバ内の光速(2×
108m/s)とする。このスループットには限界があ
るが、その理由は、一往復遅延あたり、各出力ポートに
1個のパケットしか伝送できず、その結果、最大N個の
パケットが伝送できるだけだからである。例えば、N=
64人のユーザとすると、図4は本発明のシステム容量
を表し、このシステム容量は、様々なパケットサイズに
対し、bを10,000ビット長のパケットで、424
ビットのATMセルであるとすると、伝送レートをRと
し、距離Dの関数として表すことができる。ここで簡単
にするために、レーザの同調時間を無視するが、このレ
ーザの同調時間は、システム容量を若干下げることには
なる。424ビットATMセルにおいて、ユーザあたり
のスループットは、2Gbit/秒の伝送速度では、ユ
ーザと中央ハブとの間の距離が3kmを超えると、そし
て、1Gbit/秒の伝送速度では、5kmを超える
と、ユーザのスループットが低下してくる。10,00
0ビットのパケットにおいては、図4に示すように、ユ
ーザと中央ハブとの間の距離が10kmまでは、最大の
達成可能なスループットは一定である。
を増加させるために、2個の高速同調光フィルタを各出
力ポートに配置する(周波数ルータとこの2個のフィル
タとの間にパワースプリッタを配置するが)、すると、
このフィルタは、複数のパケットが同じタイムスロット
で送信されたときには、異なるパケットを選択する。こ
の2個のフィルタは、その後、この2個の選択されたパ
ケットをユーザに伝送する。図5は、1出力ポートあた
り、受信器の数を1個から2個に増加したときに、シス
テムの容量が向上したことを示している。図5と図4と
を比較すると、それが明らかである。各出力ポートに、
さらに、受信器を追加すると、それ以上の改善が得られ
るが、このようなスループットの向上のためには、その
コストと制御の複雑さがそれに伴い増加する。標準的な
解析方法を用いると、2個の受信器を用いた場合には、
最大の容量は、WDMチャネルあたり0.88となる。
そのために、2個の受信器構成においては、図5は、1
ユーザあたりの達成可能な最大スループットは、 min{0.88×R,[N×b×s/2×D]} となり、ここで、RはWDMチャネルあたりの伝送速度
を表す。
クシステムは、LANに適したもので、特に、高速のビ
ットレートを必要とするような光学切り替え装置につい
て適したものである。さらに、本発明のシステムは、パ
ケットのフローを制御する新規な高速同調光フィルタに
より、衝突の無い受信が可能となる。また、本発明のシ
ステムは、受領確認用に、新たな効率的な系を用い、こ
れにより、スループットは、90%に達することができ
る。
ロック図。
ブロック図。
ロック図。
大達成可能なスループットを表す図表。
大達成可能なスループットを表す図表。
Claims (10)
- 【請求項1】 ユーザ(122)とハブ(144)とを
接続するパケットの送受信用の一対の光ファイバをそれ
ぞれが有する複数の出力ポートを有するN×Nの周波数
ルータ(1)を有するハブ(144)と、 高速同調光フィルタ(3)と、 光ファイバ(4)により前記ハブに接続され、N個の波
長の内のある波長において切り替え可能な複数の高速同
調レーザ(6)と、前記パケットの一部の反射信号に基づき、前記高速同調
光フィルタ(3)によってパケットの受領確認通知を発
送する手段(22)と からなることを特徴とする複数の
アクセスが可能な波長分割多重化パケットネットワー
ク。 - 【請求項2】 前記高速同調光フィルタ(3)は、入力
パケットを検知する手段を有することを特徴とする請求
項1のネットワーク。 - 【請求項3】 前記高速同調光フィルタ(3)は、複数
のパケットが同一の宛先に到達するときに、パケットを
選択する手段(12)を有することを特徴とする請求項
2のネットワーク。 - 【請求項4】 前記選択手段(12)は、光学導波路の
活性部分(12)であることを特徴とする請求項3のネ
ットワーク。 - 【請求項5】 前記反射信号は、光導波路の断路性と伝
送の往復性によって行われ、反射信号は、その信号ソー
ス(133)にのみ戻ることを特徴とする請求項1のネ
ットワーク。 - 【請求項6】 出力ポート(2)を有するN×Nの周波
数ルータ(1)を有する中央ハブと、 前記出力ポート(2)の各々に設けられた高速同調光フ
ィルタ(3)と、 ユーザと前記中央ハブを接続し、ユーザのパケットの受
信に使用される第1のファイバ群(5)とユーザと前記
中央ハブを接続し、ユーザのパケットの送信に使用され
る第2のファイバ群(4)と各パケットの一部の反射信
号に基づき、前記高速同調光フィルタ(3)によってパ
ケットの受領確認通知を発送する手段(22)とからな
り、 前記第2のファイバ群(4)によってハブに接続された
複数の高速同調レーザ(6)に通信され、 前記各高速同調レーザ(6)は、N個の波長の内のある
波長において切り替え可能である ことを特徴とする、複
数のアクセスが可能で入力ポートと出力ポート間が光学
的に接続可能な波長分割多重化パケットネットワーク。 - 【請求項7】 前記高速同調光フィルタ(3)は、入力
パケットを検知する手段を有することを特徴とする請求
項6のネットワーク。 - 【請求項8】 前記高速同調光フィルタ(3)は、複数
のパケットが同一の宛先に到達するときに、パケットを
選択する手段(15)を有することを特徴とする請求項
7のネットワーク。 - 【請求項9】 前記反射信号は、光導波路の断路性と伝
送の往復性によって行われ、反射信号は、その信号ソー
ス(133)にのみ戻ることを特徴とする請求項6のネ
ットワーク。 - 【請求項10】 前記高速同調光フィルタ(3)は、前
記出力ポートのそれぞれに少なくとも一つ設けられると
を特徴とする請求項6のネットワーク。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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