JP3567117B2 - 光ネットワークシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、光ファイバを用いて、複数の通信端末（ノード）をすべて相互に接続し、音声や画像、データを通信する光ネットワークシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は、光ネットワークシステムを説明する図であって、例えば、４個のノード１０１〜１０４間を相互に接続するには、図１６のように４×４の伝送路（パス）２１１〜２４４が必要である。ただし、一般化のため自分自身のノードに戻ってくるパス２１１、２２２、２３３、２４４も含んでいる。これらは、ノード間の情報伝送と言う意味では不要であるが、伝送の確認や保守などのために使われる場合も多い。
【０００３】
従って、一般にＮ個のノードを接続するには、Ｎ×Ｎ個のパスが、その内ノード間を結ぶパスはＮ×（Ｎ−１）個必要である。他の例として図１７に８個のノードＮ１〜Ｎ８の場合の必要なパスＰを示した。図１７からもわかるように、すべてのパスを実現するためには合計６４（＝８×８）本のパスが必要でありノードＮ１〜Ｎ８間を結ぶため５６（＝８×７）本のファイバを敷設する必要がある。
【０００４】
そこで、敷設する光ファイバを減らすため採用されているものとして波長分割多重方式がある。図１８は従来の光ネットワークシステムを説明する図であって、ノード数が８の場合を示している。完全周回型光合分波器５０１を中心に配置し８個のノード３０１、３０２、・・・３０８から２本ずつの光ファイバ４０１、４１０、４０２、・・・４８０で完全周回型光合分波器５０１に接続されている。
【０００５】
図１９は完全周回型光合分波器５０１の入力波長に対する合分波特性を示したもので、８個の異なる波長（λ１、λ２、・・・λ８）を用いることによって、等価的に６４のパスを形成し、光ネットワークシステムを構成している。完全周回型光合分波器５０１はアレイ回折格子型合分波器などで構成され、入力した波長によって経路が自動的に決まる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の光ネットワークシステムでも、依然、Ｎ個のノードに対してＮ×２本の光ファイバが必要であり、従って、ノードの数を増やすと必要な光ファイバが飛躍的に増加する。さらに、従来の方法では、すでに敷設されたシステムのノード数を増やす場合は、新たに光ファイバを敷設する必要があり、その新規の光ファイバの敷設には莫大な費用がかかる。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、使用する波長数を増やし、必要な光ファイバ数を激減させ、メトロシステムなど従来とは比較にならない数のノードを持つネットワークシステムでも、フルメッシュ化を実現することができる光ネットワークシステムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の光ネットワークシステムは、複数のノードから、前記ノードの数の２倍以上の整数倍の波長数の光信号を用い、隣接するノードが使用する光ファイバを共有させ、光ファイバを共有するノード同士で波長が重複しないように波長を割り当て、その波長に対応した合波器及び分波器を用い、前記合波器及び分波器と光ファイバを介し、完全周回型光合分波器によって、前記ノードへ伝送することを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明の光ネットワークシステムは、中心に配置された完全周回型光合分波器と、前記完全周回型光合分波器に光ファイバにより接続された合波器及び分波器と、前記合波器及び分波器にそれぞれ接続された隣接する複数のノードとを具備し、隣接するノードが使用する光ファイバを共有させ、光ファイバを共有するノード同士で波長が重複しないように波長を割り当て、その波長に対応した合波器及び分波器を用いることを特徴とするものである。
【００１０】
また本発明の光ネットワークシステムは、中心に配置された完全周回型光合分波器と、前記完全周回型光合分波器に光ファイバにより所定数ずつリング状に接続され内部に合分波器が配置された複数のノードとを具備し、隣接するノードが使用する光ファイバを共有させ、光ファイバを共有するノード同士で波長が重複しないように波長を割り当て、その波長に対応した合波器及び分波器を用いることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態例を詳細に説明する。
【００１５】
［実施形態例１］
図１は、本発明の光ネットワークシステムの構成を示す図であって、ノード数Ｎ＝８、波長数がＮ×２（Ｍ＝２）の場合である。ただし、Ｎは自然数であり、Ｍは多重の自然数で、Ｍ＞１である。この実施形態例は図１に示すように、完全周回型光合分波器１３０１を中心に配置し８個のノード１００１、１００２、・・・１００８及び光合分波器１４０１、１４０２、…１４０８（１４０１，１４０３，１４０５，１４０７は合波器、１４０２，１４０４，１４０６，１４０８は分波器）から主に構成される。１１０１、１１０２、１１０３、１１０４、１１０５、１１０６、１１０７、１１０８、１１１０、１１２０、１１３０、１１４０、１１５０、１１６０、１１７０、１１８０、１２０１、１２０２、１２０３、１２０４、１２１０、１２２０、１２３０、１２４０、２２０１、２２０２、２２０３、２２０４、２２１０、２２２０、２２３０、２２４０は光ファイバ伝送路である。隣接するノード（この例では２個）１００１と１００２、１００３と１００４、１００５と１００６、１００７と１００８から入出力される光ファイバ伝送路１１０１、１１０２、１１０３、１１０４、１１０５、１１０６、１１０７、１１０８、１１１０、１１２０、１１３０、１１４０、１１５０、１１６０、１１７０、１１８０は、光合分波器１４０１、１４０２、・・・１４０８で束ねられた後、光ファイバ伝送路１２０１、１２０２、１２０３、１２０４、１２１０、１２２０、１２３０、１２４０により完全周回型光合分波器１３０１に接続されている。図２は、波長の設定値を表しており、束ねたノード同士は送信及び受信とも重複しないようになっている。波長の短いものからλ１、λ２、・・・と表し、波長帯は光ファイバの伝送損失が小さい１．５５μｍ帯で、波長間隔は０．８ｎｍ（１００ＧＨｚ）程度である。
【００１６】
図３はノード数Ｎ＝１６、波長数がＮ×４（Ｍ＝４）の場合である。図では、各ノード２１０１〜２１１６内に合分波器を配置している。ノード数が１６であるので、従来の例では３２本の光ファイバが必要であるが、８本のファイバで実現されている。さらに、図３のように完全周回型光合分波器２３０１に対してリング状に光ファイバ伝送路２２０１、２２０２、２２０３、２２０４、２２１０、２２２０、２２３０、２２４０を配置すれば、既設の４本の光ファイバ伝送路の途中にノードを挿入することにより、新規の光ファイバの敷設無しに実現できる利点がある。
【００１７】
さらに、個々のノードと完全周回型光合分波器の動作を図４を用いて詳細に説明する。図４は、図３の１６個のノードの内、光ファイバ伝送路２２０１，２２１０を共有する１グループを形成する４つのノード２１０１、２１０２、２１０３、２１０４を採りあげた。１つのノードは、電気信号を光信号に変換する半導体レーザ３１０１、３１０２、・・・３１１６と、それらを一本の光ファイバに合波する合波器３３０１と、伝送されてきた波長多重光を波長毎に分波する分波器３４０１及び分波された光信号を電気信号に変換するフォトダイオード３２０１、３２０２、・・・３２１６から主に構成される。
【００１８】
半導体レーザ３１０１、３１０２、・・・３１１６の発振波長は、例えば図５に記載された波長に設定されており、伝送したいノードに対応したレーザを用いて信号を伝送する。完全周回型光合分波器としては図６に示すように、合分波器４１０１，４１０２を設けた平面光波回路４００１よりなる石英系アレイ回折格子型合分波器などを使用することができる。４１０３は合波器である。その際、図５で設定した波長に従って、４ポート入射ポートをずらすことにより、目的の出力ポートに出射される。出射ポート側で合波器３６０１、３６０２、３６０３、３６０４を用いて４ポート毎にひとまとめにして１本の光ファイバ伝送路３９０１，３９０２，３９０３，３９０４で信号を伝送する。伝送されてきた信号は分波器３４０１等を通り、分波され、フォトダイオード３２０１、３２０２、・・・３２１６で光電変換され、目的の信号が得られる。
【００１９】
実際に、半導体レーザ３１０１、３１０２、・・・３１１６として１．５５μｍで発振するＤＦＢ ＬＤを０．８ｎｍ間隔で図５に従って、波長を設定し信号を伝送した。合波器３３０１は１６チャンネルのアレイ回折格子型合分波器（ＡＷＧ）を用いた。合波器３５０２は分岐比が１：１の１×２光カップラを、合波器３５０３は分岐比が２：１の１×２光カップラを、合波器３５０４は分岐比が３：１の１×２光カップラをそれぞれ用いた。合波された信号は、１本の光ファイバ伝送路３８０１で完全周回型光合分波器３００１の１番ポートに入力され、波長ルーティング特性に従って、出力ポートの１番から１６番に分波される。出力ポートの１番から４番は１×４光カップラで構成された合波器３６０１によって合波され、４つのノード２１０１、２１０２、２１０３、２１０４に戻ってくる。同様に、出力ポートの５番から８番は、ノード２１０５、２１０６、２１０７、２１０８に、出力ポートの９番から１２番は、ノード２１０９、２１１０、２１１１、２１１２に、出力ポートの１３番から１６番は、ノード２１１３、２１１４、２１１５、２１１６にそれぞれ対応している。同様にして、それぞれ光ファイバ伝送路３８０２，３８０３，３８０４で伝送された信号は完全周回型光合分波器３００１の２〜４番ポートに入力される。
【００２０】
分波器３７０４は分岐比が３：１の１×２光カップラを、合波器３７０３は分岐比が２：１の１×２光カップラを、合波器３７０２は分岐比が１：１の１×２光カップラをそれぞれ用いた。他のノードへの漏話が問題になる場合は、分波器として、光カップラではなく、ＡＷＧ等のフィルタ特性を持ったものを使用する方がよい。その際、図５で設定された波長は、受信側で、分波しやすいように、連続した波長が割り当てられている。さらに、ＡＷＧを用いた分波器３４０１で個々の信号に分離され、各ノードからの信号を受信することができた。
【００２１】
図７は、１本の光ファイバを双方向に使用した例であり、図１の光ネットワークシステムにおいて、合分波器５００１、５００２、５００３、５００４を用いて、送受信用の光ファイバ伝送路５１０１，５１０２，５１０３，５１０４を１本にまとめることにより、光ファイバの本数を半減できる。
【００２２】
図８は図３の光ネットワークシステムの変形例であり、ネットワークの二重化を可能にしたもので、完全周回型光合分波器２３０１と完全周回型光合分波器２３０２の間に、ノード２１０１〜２１１６が光ファイバ伝送路２２０１、２２０２、２２０３、２２０４、２２１０、２２２０、２２３０、２２４０により接続される。
【００２３】
以上、説明したように、隣接するノードが使用する光ファイバを共有させ、光ファイバを共有するノード同士で波長が重複しないように波長を割り当て、その波長に対応した合波器及び分波器を用いることで、これまでには到達できなかった、大規模なノード数を用いた波長クロスコネクトシステムに使用可能な、実用的な光ネットワークシステムを実現できる利点がある。
【００２４】
［実施形態例２］
図９は、本発明の光ネットワークシステムの構成を示す図であって、ノード数Ｎ＝４、波長数が４の場合である。この実施形態例は図９に示すように、４個のノード６１０１、６１０２、６１０３、６１０４及び光ファイバ伝送路６１１１、６１１２、６１１３、６１１４、６１１５、６１１６から主に構成される。
【００２５】
例えばノード６１０１は、波長λ１、λ２、λ３で発振する半導体レーザ６１２１、６１２２、６１２３を持ち、その出力光は合波器６１６１を用いて１本の光ファイバ伝送路６１１１に入射されノード６１０２に伝送される。ノード６１０２では、分波器６１７１を用いて、波長λ１の信号のみフォトダイオード６１３１で取り出される。さらに、ノード６１０２は、波長λ１、λ４で発振する半導体レーザ６１２４、６１２５を持ち、その出力光は合波器６１６２を用いて１本の光ファイバ伝送路６１１２に入射されノード６１０３に伝送される。ノード６１０３では、分波器６１７２を用いて、波長λ１，λ２の信号のみフォトダイオード６１３２，６１３３で取り出される。さらに、ノード６１０３は、波長λ１で発振する半導体レーザ６１２６を持ち、その出力光は合波器６１６３を用いて１本の光ファイバ伝送路６１１３に入射されノード６１０４に伝送される。ノード６１０４では、分波器６１７３を用いて、波長λ１，λ３，λ４の信号のみフォトダイオード６１３４，６１３５，６１３６で取り出される。また、ノード６１０４は、波長λ１、λ３、λ４で発振する半導体レーザ６１４１、６１４２、６１４３を持ち、その出力光は合波器６１６４を用いて一本の光ファイバ伝送路６１１４に入射されノード６１０３に伝送される。ノード６１０３では、分波器６１７４を用いて、波長λ１の信号のみフォトダイオード６１５１で取り出される。さらに、ノード６１０３は、波長λ１、λ４で発振する半導体レーザ６１４４、６１４５を持ち、その出力光は合波器６１６５を用いて１本の光ファイバ伝送路６１１５に入射されノード６１０２に伝送される。ノード６１０２では、分波器６１７５を用いて、波長λ１，λ４の信号のみフォトダイオード６１５２，６１５３で取り出される。さらに、ノード６１０２は、波長λ１で発振する半導体レーザ６１４６を持ち、その出力光は合波器６１６６を用いて１本の光ファイバ伝送路６１１６に入射されノード６１０１に伝送される。ノード６１０１では、分波器６１７６を用いて、波長λ１，λ２，λ３の信号のみフォトダイオード６１５４，６１５５，６１５６で取り出される。
【００２６】
図１０は、各波長がどの区間でどのノード間の通信に使われるかを示しており、図中の帯の左始点が送信元、右終点が送信先を表している。全波長数は４波で、この例ではλ１のみ、区間ごとに共有していることがわかる。
【００２７】
図１１は送信受信ノード間の波長配置をまとめたもので、λ１で発振するレーザが６台、λ２で発振するレーザが２台、λ３で発振するレーザが２台、λ４で発振するレーザが２台必要なことがわかる。
【００２８】
実際に、半導体レーザ６１２１、６１２２、・・・６１５６として１．５５μｍで発振するＤＦＢ ＬＤを０．８ｎｍ間隔で図１０及び図１１に従って、波長を設定し信号を伝送した。合波器６１６１、６１６２、・・・６１６６は１×４の光ファイバカップラの３ポートを用いた。また、分波器６１７１、６１７２、・・・６１７６はフィルタ機構も兼ね備えたアレイ導波路回折格子型合分波器を用いた。伝送信号は２．５Ｇｂｐｓのデジタル信号を用い、４つのノード６１０１〜６１０４間すべてで、通信できることを確認した。
【００２９】
さらに、ノード間の距離が例えば数十ｋｍ離れている場合は、光ファイバ伝送路６１１１の任意の区間に光ファイバアンプを用いることもできるが、図１２に示すように、図９の光ネットワークシステムにおいて、それぞれ分波器６１７１〜６１７６で分波した後、それぞれ対応したフォトダイオード６２０１〜６２０８で電気信号に変換した後、再び半導体レーザ６２１１〜６２１８で光信号に変換し直して伝送する方法もある。この場合、フォトダイオード６２０１と半導体レーザ６２１１間に波形整形の電気回路を挿入することにより伝送距離を長くすることができる。
【００３０】
図１３は、ノード数が８の場合の例で、図１４及び図１５は対応した波長配置を示す。この例では１６波長を各ノード６１０１〜６１０８間の通信に共用することによりフルメッシュ接続が実現できる。
【００３１】
以上説明したように、ノード数Ｎが奇数のとき、（Ｎ×Ｎ−１）／４個の、またＮが偶数のときは、Ｎ×Ｎ／４個の波長の光信号を、重複しないように各ノード間の通信に割り当てることにより一対の光ファイバのみで、フルメッシュ接続することで、これまでには到達できなかった、大規模なノード数を用いた波長クロスコネクトシステムに使用可能な、実用的な光ネットワークシステムを実現できる利点がある。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、使用する波長数を増やし、必要な光ファイバ数を激減させ、メトロシステムなど従来とは比較にならない数のノードを持つネットワークシステムでも、フルメッシュ化を実現することができる光ネットワークシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例１に係る光ネットワークシステムを示す構成説明図である。
【図２】本発明の実施形態例１に係るノード数が８個の場合の波長配置の例を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態例１に係る光ネットワークシステムを示す構成説明図である。
【図４】本発明の実施形態例１に係る光ネットワークシステムを示す構成説明図である。
【図５】本発明の実施形態例１に係るノード数が１６個の場合の波長配置の例を示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態例１に係る完全周回型光合分波器を示す構成説明図である。
【図７】本発明の実施形態例１に係る光ネットワークシステムを示す構成説明図である。
【図８】本発明の実施形態例１に係る光ネットワークシステムを示す構成説明図である。
【図９】本発明の実施形態例２に係る光ネットワークシステムを示す構成説明図である。
【図１０】本発明の実施形態例２に係るノード数が４個の場合の波長使用を示す説明図である。
【図１１】本発明の実施形態例２に係るノード数が４個の場合の波長配置を示す説明図である。
【図１２】本発明の実施形態例２に係る光ネットワークシステムを示す構成説明図である。
【図１３】本発明の実施形態例２係る光ネットワークシステムを示す構成説明図である。
【図１４】本発明の実施形態例２に係るノード数が８個の場合の波長使用を示す説明図である。
【図１５】本発明の実施形態例２に係るノード数が８個の場合の波長配置を示す説明図である。
【図１６】従来の光ネットワークシステムを示す構成説明図である。
【図１７】従来の光ネットワークシステムを示す構成説明図である。
【図１８】従来の光ネットワークシステムを示す構成説明図である。
【図１９】従来の光ネットワークシステムに係るノード数が８個の場合の波長配置を示す説明図である。
【符号の説明】
１０１、１０２、１０３、１０４、３０１、３０２、３０３、３０４、３０５、３０６、３０７、３０８、１００１、１００２、１００３、１００４、１００５、１００６、１００７、１００８、２１０１、２１０２、２１０３、２１０４、２１０５、２１０６、２１０７、２１０８は、ノード
２１１、２１２、２１３、２１４、２２１、２２２、２２３、２２４、２３１、２３２、２３３、２３４、２４１、２４２、２４３、４０１、４０２、４０３、４０４、４０５、４０６、４０７、４０８、４１０、４２０、４３０、４４０、４５０、４６０、４７０、４８０、１１０１、１１０２、１１０３、１１０４、１１０５、１１０６、１１０７、１１０８、１１１０、１１２０、１１３０、１１４０、１１５０、１１６０、１１７０、１１８０、１２０１、１２０２、１２０３、１２０４、１２１０、１２２０、１２３０、１２４０、２２０１、２２０２、２２０３、２２０４、２２１０、２２２０、２２３０、２２４０、３８０１、３８０２、３８０３、３８０４、３９０１、３９０２、３９０３、３９０４、５１０１、５１０２、５１０３、５１０４は、光ファイバ伝送路
５０１、１３０１、２３０１、２３０２、３００１は、完全周回型光合分波器１４０１、１４０３、１４０５、１４０７、３３０１、３５０２、３５０３、３５０４、３６０１、３６０２、３６０３、３６０４、４１０３は、合波器
１４０２、１４０４、１４０６、１４０８、３４０１、３７０２、３７０３、３７０４は、分波器
３１０１、３１０２、・・・３１１６は、半導体レーザ
３２０１、３２０２、・・・３２１６は、フォトダイオード
４００１は、平面光波回路
４１０１、４１０２、５００１、５００２、５００３、５００４は、合分波器

Claims (3)

1. 複数のノードから、前記ノードの数の２倍以上の整数倍の波長数の光信号を用い、隣接するノードが使用する光ファイバを共有させ、光ファイバを共有するノード同士で波長が重複しないように波長を割り当て、その波長に対応した合波器及び分波器を用い、前記合波器及び分波器と光ファイバを介し、完全周回型光合分波器によって、前記ノードへ伝送することを特徴とする光ネットワークシステム。
2. 中心に配置された完全周回型光合分波器と、
   前記完全周回型光合分波器に光ファイバにより接続された合波器及び分波器と、
   前記合波器及び分波器にそれぞれ接続された隣接する複数のノードと
   を具備し、隣接するノードが使用する光ファイバを共有させ、光ファイバを共有するノード同士で波長が重複しないように波長を割り当て、その波長に対応した合波器及び分波器を用いることを特徴とする光ネットワークシステム。
3. 中心に配置された完全周回型光合分波器と、
   前記完全周回型光合分波器に光ファイバにより所定数ずつリング状に接続され内部に合分波器が配置された複数のノードと
   を具備し、隣接するノードが使用する光ファイバを共有させ、光ファイバを共有するノード同士で波長が重複しないように波長を割り当て、その波長に対応した合波器及び分波器を用いることを特徴とする光ネットワークシステム。

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