JP3808859B2

JP3808859B2 - 多波長光交換システム

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Publication number: JP3808859B2
Application number: JP2003351107A
Authority: JP
Inventors: 世剛朴; 基▲ちょる▼ 李; 尚鉉都; 潤濟呉
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2023-10-09
Also published as: CN100525163C; US20040071160A1; KR100487244B1; CN1489323A; EP1408715B1; EP1408715A3; KR20040033202A; EP1408715A2; JP2004135343A; US7228071B2

Description

本発明は多数のノード(nodes)を設ける光ネットワーク(optical network)に関し、特に光ネットワークに設けられてノード間通信を支援する光交換システムに関する。

光交換システムは、従来の電気交換システムの速度及び容量の限界を克服するために、ＩＰパケット(IP packet)、イーサネット(登録商標)フレーム(Ethernet（登録商標） frame)などのデータトラヒックを光学的に光パケット、バースト(burst)、またはフレーム単位に高速交換するシステムである。

インターネット使用者の爆発的な増加により今後のデータトラヒックは、数〜数十Ｔｂ／ｓに達する展望であり、これを受容するために、伝送網は高密度波長分割多重方式(Dense Wavelength Division Multiplexing:ＤＷＤＭ)を基盤に構築されている。しかし、当該交換網は未だ電気的交換システムを基盤に構築されており、電気的交換システムはＤＷＤＭ光伝送網と整合が容易ではなく、電気素子の処理速度限界などにより交換容量が数百Ｇｂ／ｓ以下に制限されている。また、電気的交換システムはドロップ(drop)されるデータのみならず、通過(path-through)させるデータトラヒックも全て電気的に変換して処理するので、ハードウェアの体積が大きくなり、複雑性も大きく加重される。これを解決するために、光アッド／ドロップ多重化器(Optical Add/Drop Multiplexer:ＯＡＤＭ)などが利用されているが、データトラヒックがバースト的(bursty)な環境では光信号の帯域幅を効率的に使用できないとの限界を有する。

そこで、電気交換システムの処理速度及び容量限界を克服し、光信号の帯域幅活用を極大化するために光信号の電気的変換を行わず、光学的に光パケット、バーストまたはフレーム単位として交換する光交換システムが研究されている。このような既存の光交換システムには、光スプリッタ(beam splitter)と光ゲートスイッチ(optical gate switch)によりスイッチング機能を遂行した後、多量の光ファイバ遅延線で光フレームを遅延させることにより、光フレーム間の衝突を解決する放送及び選択方式の交換システムがある。

そして、高速の可変波長変換器と導波路列格子(Arrayed Waveguide Grating:ＡＷＧ)を使用して、入力される光フレームの波長をＡＷＧルーティングテーブル(routing table)に応じて高速に変換することにより、スイッチング機能を遂行し、別の高速波長変換器、光ファイバ遅延線、波長分割多重化器／逆多重化器を利用して衝突を解決する波長ルーティング方式のシステムが提示されている。現在までに提示された大部分の光交換システムは、光パケット、バーストなどのスイッチング機能、衝突解決機能を具現するために高速の可変波長変換器を使用する。

しかし、可変波長変換器の波長変換速度が数百〜数千μｓに過ぎないので、数〜数十ｎｓ単位のスイッチング速度が要求される光交換システムには適合しない。数ｎｓの波長変換速度を有する可変波長変換器が報告されているが、波長可変幅が制限され、実際に波長が変更され安定化するには数十μｓ以上の時間が要求されるので、可変波長変換器を光交換システムに適用する場合には根本的な限界を有する。また、従来の光交換システムは多数の可変波長変換器を要求するので、システムのハードウェアが非常に複雑になるとの問題点を有する。そして、光交換網の容量拡張が要求される場合、波長の追加または入、出力リンクの数を増加する必要があるが、現在までに提案された光交換方式は波長追加と入、出力リンクの追加による拡張性に限界を有する。これによって、網の要求による増加容量を受容することにおいて大きな短所を有する。また、光データ間の衝突を解決するために、多量の光ファイバ遅延線が要求され、これは光交換システムハードウェアの複雑性をより加重させ、また衝突解決のためのバッファ容量増加要求時、光バッファ拡張に短所を有する。そして、大部分の方式が中央集中式の制御方式を利用するので、光交換システム制御が非常に複雑であるとの問題を有する。

上記問題点を解決するため本発明の目的は、可変波長変換器を使用しないことによりハードウェア複雑性を減少させ、可変波長変換器が有する根本的なスイッチング速度限界を克服することができる光交換システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、光交換網の容量増加が要求される場合、光交換システムの既存内部構成を維持しながら波長の追加及び入、出力リンクの追加が可能な光交換システムを提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、光パケット、バーストまたはフレーム間の衝突問題を解決し、光バッファの拡張を容易にする光交換システムを提供することにある。

本発明のまたさらに他の目的は、制御方式を簡略化し、システムハードウェアの複雑性を減少させることができる光交換システムを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、光ネットワークを構成する多数のノードと接続され、ノード間通信を支援する多波長光変換システムにおいて、多数のノードと一対一接続されると共に各ノードから受信された光信号を逆多重化して相異なる波長のチャネルに出力する多数の波長分割逆多重化器を含む波長分割逆多重化部と、該多数の波長分割逆多重化器と一対一接続されると共に前記チャネルを目的地に応じて分類する多数のスイッチブロックを含むルーティング部と、該多数のスイッチブロックと一対一接続されると共に該分類されたチャネルを該当出発地に割り当てられた単一波長のチャネルに変換する多数の固定波長変換器アレーを含む固定波長変換部と、多数のノードと一対一接続されると共に前記単一波長のチャネルを目的地別に収集し、多重化した光信号として出力する多数の波長分割多重化器を含む波長分割多重化部と、を含むことを特徴とする。

その波長分割逆多重化部は、多数の導波路列格子を含む構成が可能である。また、ルーティング部は、各チャネルを一部分岐して出力する分岐部と、制御信号に応じて各チャネルをその目的地へ向かう経路にスイッチングするスイッチング部と、分岐部により一部分岐されたチャネルからその目的地を把握し、各チャネルが自己の目的地に進行できるように制御信号を出力する制御部と、を含むことができる。さらに、スイッチング部は、各チャネルを分割して出力する第１分波部と、制御信号に応じて、分割されたチャネルのうち、該当目的地に進行するチャネルのみを出力する第１選択部と、該第１選択部から出力され同一の目的地に向かうチャネルを時間順に整列させるバッファリング部と、を含むことができる。

第１分波部は、多数の光スプリッタを含み、第１選択部は、多数の半導体光増幅器ゲートアレーを含む構成とすることができる。

バッファリング部は、同一の目的地に向かうチャネルを多分割して出力する第２分波部と、制御信号に応じて、多分割されたチャネルのうち割り当てられた遅延時間に符合するチャネルのみを出力する第２選択部と、該第２選択部から出力される各チャネルを、割り当てられた時間だけ遅延して出力する遅延部と、該遅延部を通過して入力されるチャネルを収集して出力する合波部と、を含む構成とすることができる。その第２分波部は、多数の光スプリッタを含むものとし、第２選択部は、多数の半導体光増幅器ゲートアレーを含むものとすることができる。

また、本発明は、光ネットワークを構成する多数のノードと接続され、ノード間通信を支援する多波長光変換システムにおいて、多数のノードと一対一接続され、それぞれ接続されたノードから受信した光信号を逆多重化して相異なる波長のチャネルに出力する多数の波長分割逆多重化器と、該多数の波長分割逆多重化器と一対一接続され、それぞれ入力されたチャネルをその目的地に応じて分類する多数のスイッチブロックと、該多数のスイッチブロックと一対一接続され、それぞれ該当スイッチブロックから入力されたチャネルの波長を該当出発地に割り当てられた単一波長のチャネルに変換する多数の固定波長変換器アレーと、多数のノードと一対一接続され、それぞれ接続されたノードを目的地とする波長変換されたチャネルを収集し、多重化した光信号として出力する多数の波長分割多重化器と、を含むことを特徴とする。

この多波長光交換システムは、それぞれ互いに接続された波長分割逆多重化器とスイッチブロックとの間に介在され、進行する各チャネルを一部分岐して出力する多数のカプラと、該カプラにより分岐されたチャネルからその目的地を把握し、各チャネルが自己の目的地に進行できるように多数のスイッチブロックに制御信号を出力する制御部と、をさらに含む構成とすることができる。また、各スイッチブロックは、接続された波長分割逆多重化器から相異なる波長のチャネルを受信し、それぞれ受信されたチャネルを分割して出力する多数の第１スプリッタと、該多数の第１スプリッタと一対一接続され、制御信号に応じて、それぞれ設けられた多数の半導体光増幅器(ＳＯＡ)のうち一つのみをスイッチオンするようにされ、その各ＳＯＡには接続先目的地が割り当てられている多数のＳＯＡゲートアレーと、それぞれ接続先目的地が割り当てられており、該割り当てられた目的地に向かうチャネルを時間順に整列させる多数のバッファと、を含むものとし、各バッファは、同一の目的地に向かうチャネルをそれぞれ分割して出力する多数のスプリッタと、該多数のスプリッタと一対一接続され、制御信号に応じて、それぞれ設けられた多数のＳＯＡのうち一つのみをスイッチオンするようにされ、その多数のＳＯＡには相異なる遅延時間が割り当てられる多数のＳＯＡゲートアレーと、該多数のＳＯＡゲートアレー中同一の遅延時間が割り当てられたＳＯＡと接続され、それぞれ割り当てられた遅延時間分、入力されたチャネルを遅延して出力する多数の遅延線と、該多数の遅延線を通過したチャネルを収集して出力する合波器と、を含むものとすることができる。

本発明に従う多波長光交換システムは、全体素子数を低減しながら波長数だけの少数の光ファイバ遅延線を利用して衝突を解決することができ、スプリッタとＳＯＡ(semiconductor optical amplifier)を利用するスイッチング部分と一定時間間隔の光ファイバ遅延線を使用するバッファ部分をそれぞれモジュール化することができるので、ノード数や波長数の増加時、拡張が容易であることは勿論、多くの費用節減効果を有するとの利点がある。

また、本発明に従う多波長光交換システムは、波長変換時間と安定性において、適用し難い可変波長変換器に代えて、固定的に特定波長に変換する固定波長変換器を使用して信号を再配列することにより、安定的な衝突解決と同時に目的地へのスイッチングが円滑になるとの利点がある。さらに、所望する目的地ノードと所望する遅延線を選択する制御部も相互関連なしでそれぞれのノード別に独立的な制御ができるので、全体システムの負荷を低減することができる利点がある。

以下、本発明に従う好適な実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、本発明の要旨のみを明瞭にする目的で、関連した公知機能又は構成に関する具体的な説明は省略する。

図１は本発明に応じた多波長光交換システムを設けた光ネットワークの全体構成を示す図である。この光ネットワークは、第１乃至第４ノード１１１〜１１４と、これらノード１１１〜１１４間の通信を支援する光交換システム２００と、から構成される。

図２は図１に示した光交換システム２００の全体構成を示す図である。当該光ネットワークで伝送される光信号は相異なる波長を有する第１乃至第４チャネルλ１〜λ４で構成され、光交換システム２００は、波長分割逆多重化部２１０と、ルーティング部２２０と、固定波長変換部２６０と、波長分割多重化部２７０と、を含む。

波長分割逆多重化部２１０は、各ノード１１１〜１１４から受信された多波長の光信号を逆多重化して第１乃至第４チャネルλ１〜λ４に出力する機能を遂行し、第１乃至第４ノード１１１〜１１４と一対一接続された第１乃至第４波長分割逆多重化器２１１〜２１４で構成される。各波長分割逆多重化器２１１〜２１４と接続されたノード１１１〜１１４から入力された光信号を逆多重化することにより、相異なる波長を有する第１乃至第４チャネルλ１〜λ４を出力する。波長分割逆多重化器２１１〜２１４には１×４導波路列格子を使用することができる。

ルーティング部２２０は、逆多重化されたチャネルを目的地に応じて分類する機能を遂行し、分岐部２３０、スイッチング部２５０及び制御部２４０を含む。

分岐部２３０は、各チャネルを一部分岐して出力する機能を遂行し、第１乃至第４カプラ２３１〜２３４を含む。第１乃至第４カプラ２３１〜２３４は波長分割逆多重化器２１１〜２１４と一対一接続され、各カプラ２３１〜２３４は該当波長分割逆多重化器２１１〜２１４から入力された各チャネルを一部分岐して制御部２４０に出力する。

スイッチング部２５０は、制御信号に応じて前記各チャネルをその目的地と接続された経路にスイッチングする機能を遂行し、第１乃至第４スイッチブロック２５１〜２５４を含む。第１乃至第４スイッチブロック２５１〜２５４は第１乃至第４波長分割逆多重化器２１１〜２１４と一対一接続され、各スイッチブロック２５１〜２５４は制御信号に応じて、入力された各チャネルの経路をスイッチングする機能を遂行する。例えば、入力されたチャネルの目的地が第２ノード１１２である場合、第２ノード１１２と接続された経路に出力されるようにスイッチングする。

制御部２４０は、分岐されたチャネルからその目的地を把握し、各チャネルが自己の目的地に進行できるように制御信号を出力する。即ち、制御部２４０は、入力された各チャネルのヘッダー(header)にあるアドレス情報と優先順位(Quality of Service：QoS)情報を読み出して該当スイッチブロック２５１〜２５４を制御するようになる。

図３は図２に示したスイッチブロック２５１〜２５４の内部構成を示す図である。スイッチブロック２５１〜２５４は、第１分波部３１０、第１選択部３２０及びバッファリング部３３０を含む。

第１分波部３１０は、入力された各チャネルを均等に多分割して出力する機能を遂行し、第１乃至第４スプリッタ３１１〜３１４を含む。第１乃至第４スプリッタ３１１〜３１４はそれぞれ相異なる波長のチャネルを受信し、各スプリッタ３１１〜３１４は入力されたチャネルを均等に多分割して出力する。

第１選択部３２０は、制御信号に応じて、前記各チャネルの多分割された光信号のうち該当目的地に進行する光のみを出力する機能を遂行し、第１乃至第４半導体光増幅器ゲートアレー(semiconductor optical amplifier gate array；SOA gate array)３２１〜３２４を含む。第１乃至第４ＳＯＡゲートアレー３２１〜３２４は、第１乃至第４スプリッタ３１１〜３１４と一対一接続され、各ＳＯＡゲートアレー３２１〜３２４はオン／オフ(On/Off)スイッチング用として高速スイッチである第１乃至第４ＳＯＡ(ＳＯＡ１〜ＳＯＡ４)を含む。制御部２４０は、各ＳＯＡゲートアレー３２１〜３２４に制御信号を出力し、該当ＳＯＡゲートアレー３２１〜３２４を構成する第１乃至第４ＳＯＡ(ＳＯＡ１〜ＳＯＡ４)のうち一つのみをスイッチオンすることにより、入力されたチャネルが自己の目的地に向けられるように制御する。

バッファリング部３３０は、第１選択部３２０から出力され同一の目的地に向かうチャネルを時間順に整列させる機能を遂行し、第１乃至第４バッファ(buffer)３３１〜３３４を含む。第１バッファ３３１は各ＳＯＡゲートアレー３２１〜３２４の第１ＳＯＡ(ＳＯＡ１)と、第２バッファ３３２は各ＳＯＡゲートアレー３２１〜３２４の第２ＳＯＡ(ＳＯＡ２)と、第３バッファ３３３は各ＳＯＡゲートアレー３２１〜３２４の第３ＳＯＡ(ＳＯＡ３)と、第４バッファ３３４は各ＳＯＡゲートアレー３２１〜３２４の第４ＳＯＡ(ＳＯＡ４)と接続される。各バッファ３３１〜３３４は出力端で信号の衝突を防止するために出力順序を再配列する機能を遂行する。

図４乃至図６は図３に示したスイッチブロック２５１〜２５４の動作を説明するためのタイムチャートである。図４は第１分波部３１０に入力される第１乃至第４チャネルを示した図であり、図５はバッファ部３３０に入力される第１乃至第４チャネルを示した図であり、図６はバッファ部３３０から出力される第１乃至第４チャネルを示した図である。第１乃至第４チャネルλ１〜λ４がスイッチブロック２５１〜２５４に入力され、第１及び第２チャネルλ１，λ２は第１ノード１１１、第３チャネルλ３は第２ノード１１２、そして第４チャネルλ４は第３ノード１１３をその目的地とする。制御部２４０は、各チャネルのアドレス情報を読み出した後、第１ＳＯＡゲートアレー３２１の第１ＳＯＡ(ＳＯＡ１)をスイッチオンして第１チャネルλ１を第１バッファ３３１に出力し、第２ＳＯＡゲートアレー３２２の第１ＳＯＡ(ＳＯＡ１)をスイッチオンして第２チャネルλ２を第１バッファ３３１に出力し、第３ＳＯＡゲートアレー３２３の第２ＳＯＡ(ＳＯＡ２)をスイッチオンして第３チャネルλ３を第２バッファ３３２に出力し、第４ＳＯＡゲートアレー３２４の第３ＳＯＡ(ＳＯＡ３)をスイッチオンして第４チャネルλ４を第３バッファ３３３に出力する。

図７は図３に示したバッファ３３１〜３３４の内部構成を示す図である。バッファ３３１〜３３４は、補助スイッチング部４１０、第２分波部４２０、第２選択部４３０、第１遅延部４４０及び第２合波部４７０を含む。

補助スイッチング部４１０は、後述するバッファ３３１〜３３４の拡張を助ける機能を遂行し、第１乃至第４スイッチ４１１〜４１４を含む。第１乃至第４スイッチ４１１〜４１４は、相異なる波長の第１乃至第４チャネルを入力とし、各スイッチ４１１〜４１４は入力されたチャネルをそのまま通過させるようにした、一つの入力端と２つの出力端を有する１×２スイッチで構成することができる。

第２分波部４２０は、同一の目的地に向かうチャネルをそれぞれ均等に多分割して出力する機能を遂行し、第１乃至第４スプリッタ４２１〜４２４を含む。第１乃至第４スプリッタ４２１〜４２４は、第１乃至第４スイッチ４１１〜４１４と一対一接続され、それぞれ相異なる波長のチャネルを入力とし、各スプリッタ４２１〜４２４は入力されたチャネルを均等に多分割して出力する。

第２選択部４３０は、制御信号に応じて、入力された各チャネルの多分割された光信号のうち割り当てられた遅延時間に符合する光信号のみを出力する機能を遂行し、第１乃至第４ＳＯＡゲートアレー４３１〜４３４を含む。第１乃至第４ＳＯＡゲートアレー４３１〜４３４は第１乃至第４スプリッタ４２１〜４２４と一対一接続され、各ＳＯＡゲートアレー４３１〜４３４は、オン／オフ(On/Off)スイッチング用として高速スイッチである第１乃至第４ＳＯＡ(ＳＯＡ１〜ＳＯＡ４)を含む。制御部２４０は各ＳＯＡゲートアレー４３１〜４３４に制御信号を出力し、該当ＳＯＡゲートアレー４３１〜４３４を構成する第１乃至第４ＳＯＡ(ＳＯＡ１〜ＳＯＡ４)のうち一つのみをスイッチオンすることにより、入力された各チャネルが割り当てられた遅延時間だけ遅延されるように制御する。制御部２４０は同一の目的地に向かうチャネルが重ならないように、少なくとも時間間隔Ｔ(＞０)を有して直列に広がるように制御信号を出力する。

第１遅延部４４０は、第２選択部４３０から出力される各チャネルを、割り当てられた時間だけ遅延して出力する機能を遂行し、第１合波部４５０及び第１遅延経路部４６０を含む。第１合波部４５０は第１乃至第４合波器４５１〜４５４を含み、各合波器４５１〜４５４は第１乃至第４ＳＯＡゲートアレー４３１〜４３４から相異なる波長のチャネルを収集して出力する機能を遂行する。第１合波器４５１は各ＳＯＡゲートアレー４３１〜４３４の第１ＳＯＡ(ＳＯＡ１)と接続され、第２合波器４５２は各ＳＯＡゲートアレー４３１〜４３４の第２ＳＯＡ(ＳＯＡ２)と接続され、第３合波器４５３は各ＳＯＡゲートアレー４３１〜４３４の第３ＳＯＡ(ＳＯＡ３)と接続され、第４合波器４５４は各ＳＯＡゲートアレー４３１〜４３４の第４ＳＯＡ(ＳＯＡ４)と接続される。第１遅延経路部４６０は第１乃至第４遅延線４６１〜４６４を含み、各遅延線４６１〜４６４は割り当てられた遅延時間だけ、入力されたチャネルを遅延して出力する機能を遂行する。遅延時間０の第１遅延線４６１は第１合波器４５１と接続され、遅延時間Tを有する第２遅延線４６２は第２合波器４５２と接続され、遅延時間２Tを有する第３遅延線４６３は第３合波器４５３と接続され、遅延時間３Tを有する第４遅延線４６４は第４合波器４５４と接続される。

第２合波部４７０は、第１乃至第４遅延線４６１〜４６４を通過した第１乃至第４チャネルλ１〜λ４を収集して出力する。

図１６及び図１７は図７に示したバッファ３３１〜３３４の動作を説明するためのタイムチャートである。図１６を参照すると、第１ノード１１１を目的地とする第１及び第２チャネルλ１，λ２がバッファに入力されると、制御部２４０は、第１ＳＯＡゲートアレー４３１の第１ＳＯＡ(ＳＯＡ１)をスイッチオンすることにより、第１チャネルλ１が遅延時間０の第１遅延線４６１を通過するようにし、第２ＳＯＡゲートアレー４３２の第２ＳＯＡ(ＳＯＡ２)をスイッチオンすることにより、第２チャネルλ２が遅延時間Tを有する第２遅延線４６２を通過するようにする。図１７にはバッファ３３１〜３３４から出力される第１及び第２チャネルλ１，λ２が示されている。

図２をさらに参照すると、固定波長変換部２６０は、ルーティング部２２０により分類された相異なる波長のチャネルを、該当出発地に割り当てられた波長のチャネルに変換する。固定波長変換部２６０は第１乃至第４固定波長変換器アレー(fixed wavelength converter array:ＦＷＣ array)２６１〜２６４で構成され、第１乃至第４ＦＷＣアレー２６１〜２６４は第１乃至第４スイッチブロック２５１〜２５４と一対一接続される。即ち、第１ＦＷＣアレー２６１は第１スイッチブロック２５１から入力された相異なる波長の第１乃至第４チャネルを単一波長の第１チャネルに変換し、第２ＦＷＣアレー２６２は第２スイッチブロック２５２から入力された相異なる波長の第１乃至第４チャネルを単一波長の第２チャネルに変換し、第３ＦＷＣアレー２６３は第３スイッチブロック２５３から入力された相異なる波長の第１乃至第４チャネルを単一波長の第３チャネルに変換し、第４ＦＷＣアレー２６４は第４スイッチブロック２５４から入力された相異なる波長の第１乃至第４チャネルを単一波長の第４チャネルに変換する。

このように、固定波長変換部２６０を通過した後は、第１ノード１１１から入力された第１乃至第４チャネルλ１〜λ４はどんな目的地アドレスを有していても、第１チャネルに変換されて該当目的地に向かうようになり、第２ノード１１２から入力された第１乃至第４チャネルλ１〜λ４も同じく第２チャネルに変換されて該当目的地に向かうようになる。ある一つの目的地から見てみると、周辺出発地から出力されたチャネルは常に相異なる波長に変換され入力されるので、相互衝突が発生せず、別の衝突解決用光ファイバ遅延線が不要で、流動的に波長を変える可変波長変換器を使用しなくても衝突を解決することができ、可変波長変換器の不安定性と遅延時間を防止し、どこでも所望するコネクション(connection)を生成することができる。

例えば、第１ノード１１１から入力された４チャネルの光信号が全て第１ノード１１１を目的地とする最悪の場合でも、制御部２４０は、目的地に適合するように第１スイッチブロック２５１の第１ＳＯＡ(ＳＯＡ１)をスイッチオンし、第１バッファ３３１の第１乃至第４スプリッタ４２１〜４２４で各チャネルが４分岐された後、重なる時間帯の第１乃至第４チャネルλ１〜λ４を再配列するためにそれぞれ順序通り遅延時間０〜３Ｔの第１乃至第４遅延線４６１〜４６４を通過させればよい。すると、一定時間間隔Ｔを有して第１乃至第４チャネルλ１〜λ４が順序通り配列され、これが第１ＦＷＣアレー２６１を通過して単一波長の第１チャネルλ１に変換され目的地である第１ノード１１１に出力される。この時に、他のノードから入力されたチャネルが第１ノード１１１を目的地としていた場合、同一の過程を経た結果、該当ＦＷＣアレーにより、前記第１ノード１１１から入力され第１ノード１１１に向かう第１チャネルλ１とは異なる波長のチャネルに変換され出力されるので、目的地からみると、波長が重ならず、別の衝突は発生しない。

波長分割多重化部２７０は、固定波長変換部２６０で波長変換されたチャネルを目的地別に収集し、多重化した光信号として出力する機能を遂行し、第１乃至第４波長分割多重化器２７１〜２７４を含む。第１乃至第４波長分割多重化器２７１〜２７４は第１乃至第４ノード１１１〜１１４と一対一接続される。第１波長分割多重化器２７１は第１乃至第４ＦＷＣアレー２６１〜２６４の第１ＦＷＣ(ＦＷＣ１)と接続され、第２波長分割多重化器２７２は第１乃至第４ＦＷＣアレー２６１〜２６４の第２ＦＷＣ(ＦＷＣ２)と接続され、第３波長分割多重化器２７３は第１乃至第４ＦＷＣアレー２６１〜２６４の第３ＦＷＣ(ＦＷＣ３)と接続され、第４波長分割多重化器２７４は第１乃至第４ＦＷＣアレー２６１〜２６４の第４ＦＷＣ(ＦＷＣ４)と接続される。

図８乃至図１５は図２に示した光交換システムの動作を説明するための図である。図８ａは第１ノード１１１から入力される光信号を示し、図８ｂは第２ノード１１２から入力される光信号を示す。

図９は第１スイッチブロック２５１に入力される第１チャネル乃至第４チャネルλ１〜λ４を示し、第１チャネルλ１及び第２チャネルλ２は第１ノード１１１を目的地とし、第３チャネルλ３は第２ノード１１２を目的地とし、第４チャネルλ４は第３ノード１１３を目的地とする。

図１０は第２スイッチブロック２５２に入力される第１チャネル乃至第４チャネルλ１〜λ４を示し、第１チャネルλ１は第１ノード１１１を目的地とし、第２チャネルλ２は第２ノード１１２を目的地とし、第３チャネルλ３は第３ノード１１３を目的地とし、第４チャネルλ４は第４ノード１１４を目的地とする。

図１１ａは第１ＦＷＣアレー２６１の第１ＦＷＣ(ＦＷＣ１)に入力される第１及び第２チャネルλ１，λ２を示し、図１１ｂは第１ＦＷＣアレー２６１の第２ＦＷＣ(ＦＷＣ２)に入力される第３チャネルλ３を示し、図１１ｃは第１ＦＷＣアレー２６１の第３ＦＷＣ(ＦＷＣ３)に入力される第４チャネルλ４を示し、図１１ｄは第１ＦＷＣアレー２６１の第４ＦＷＣ(ＦＷＣ４)に入力されるチャネルがないことを示す。図示したように、第１ノード１１１を目的地とする第１及び第２チャネルλ１，λ２は、第１ＦＷＣ(ＦＷＣ１)に入力され、第２ノード１１２を目的地とする第３チャネルλ３は第２ＦＷＣ(ＦＷＣ２)に入力され、第３ノード１１３を目的地とする第４チャネルλ４は第３ＦＷＣ(ＦＷＣ３)に入力されることが分かる。

図１２ａは第２ＦＷＣアレー２６２の第１ＦＷＣ(ＦＷＣ１)に入力される第１チャネルλ１を示し、図１２ｂは第２ＦＷＣアレー２６２の第２ＦＷＣ(ＦＷＣ２)に入力される第２チャネルλ２を示し、図１２ｃは第２ＦＷＣアレー２６２の第３ＦＷＣ(ＦＷＣ３)に入力される第３チャネルλ３を示し、図１２ｄは第２ＦＷＣアレー２６２の第４ＦＷＣ(ＦＷＣ４)に入力される第４チャネルλ４を示す。図示したように、第１ノード１１１を目的地とする第１チャネルλ１は第１ＦＷＣ(ＦＷＣ１)に入力され、第２ノード１１２を目的地とする第２チャネルλ２は第２ＦＷＣ(ＦＷＣ２)に入力され、第３ノード１１３を目的地とする第３チャネルλ３は第３ＦＷＣ(ＦＷＣ３)に入力され、第４ノード１１４を目的地とする第４チャネルλ４は第４ＦＷＣ(ＦＷＣ４)に入力されることが分かる。

図１３ａは第１ＦＷＣアレー２６１の第１ＦＷＣ(ＦＷＣ１)から出力される第１チャネルλ１を示し、図１３ｂは第１ＦＷＣアレー２６１の第２ＦＷＣ(ＦＷＣ２)から出力される第１チャネルλ１を示し、図１３ｃは第１ＦＷＣアレー２６１の第３ＦＷＣ(ＦＷＣ３)から出力される第１チャネルλ１を示し、図１３ｄは第１ＦＷＣアレー２６１の第４ＦＷＣ(ＦＷＣ４)から出力されるチャネルがないことを示す。図示したように、第１ＦＷＣアレー２６１は入力される第１乃至第４チャネルλ１〜λ４を第１チャネルλ１に波長変換して出力することが分かる。

図１４ａは第２ＦＷＣアレー２６２の第１ＦＷＣ(ＦＷＣ１)から出力される第２チャネルλ２を示し、図１４ｂは第２ＦＷＣアレー２６２の第２ＦＷＣ(ＦＷＣ２)から出力される第２チャネルλ２を示し、図１４ｃは第２ＦＷＣアレー２６２の第３ＦＷＣ(ＦＷＣ３)から出力される第２チャネルλ２を示し、図１４ｄは第２ＦＷＣアレー２６２の第４ＦＷＣ(ＦＷＣ４)から出力される第２チャネルλ２を示す。図示したように、第２ＦＷＣアレー２６２は入力された第１乃至第４チャネルλ１〜λ４を第２チャネルλ２に波長変換して出力することが分かる。

図１５ａは第１波長分割多重化器２７１から出力される光信号を示し、図１５ｂは第２波長分割多重化器２７２から出力される光信号を示し、図１５ｃは第３波長分割多重化器２７３から出力される光信号を示し、図１５ｄは第４波長分割多重化器２７４から出力される光信号を示す。図示したように、第１乃至第４波長分割多重化器２７１〜２７４は入力された一つ以上のチャネルを波長分割多重化して出力することが分かる。

ここまでは、ノード数と波長数が全て４で同一に固定された場合を説明したが、ネットワーク運営中、需要が増加するか、新たなノードが追加され波長を増加させる必要があるか、またはリンクが増加する場合があり得、既存の接続関係の変更なしで一部素子の追加のみによりネットワーク構成を維持することができる波長拡張性(Wavelength Modularity)やリンク拡張性(Link Modularity)も考慮すべき重要な要因になる。

図１８乃至図２０は図２に示した光交換システムの波長拡張性を説明するための図である。図１８乃至図２０に示した光交換システム２００’は図２に示した光交換システム２００に波長拡張のための構成素子が追加に設けられたものであるので、以下、重なる説明は省略し、同一の構成素子に対しては同一の図面符号を使用する。

図１８を参照すると、各波長分割逆多重化器２１１〜２１４は接続されたノードから入力された５チャネルの光信号を逆多重化することにより、相異なる波長を有する第１乃至第５チャネルλ１〜λ５を出力する。

図１９を参照すると、スイッチブロック２５１’〜２５４’は、第５チャネルλ５を処理するために第５スプリッタ３１５と第５ＳＯＡゲートアレー３２５をさらに設けている。第５スプリッタ３１５は第５チャネルλ５を入力とし、第５スプリッタ３１５は入力された第５チャネルλ５を均等に４分岐して出力する。第５ＳＯＡゲートアレー３２５は第５スプリッタ３１５と接続され、第５ＳＯＡゲートアレー３２５は第１乃至第４ＳＯＡ(ＳＯＡ１〜ＳＯＡ４)を含む。制御部２４０は、第５ＳＯＡゲートアレー３２５に制御信号を出力し、第１乃至第４ＳＯＡ(ＳＯＡ１〜ＳＯＡ４)のうち一つのみをスイッチオンすることにより、入力された第５チャネルλ５が自己の目的地に向けられるように制御する。

図２０を参照すると、バッファ３３１’〜３３４’は、第５チャネルλ５を処理するために第５スイッチ４１５と、第５スプリッタ４２５と、第５ＳＯＡゲートアレー４３５と、をさらに設けている。第５スイッチ４１５は入力された第５チャネルλ５をそのまま通過させる。第５スプリッタ４２５は第５スイッチ４１５と接続され、入力された第５チャネルλ５を均等に４分岐して出力する。第５ＳＯＡゲートアレー４３５は第５スプリッタ４２５と接続され、第５ＳＯＡゲートアレー４３５は第１乃至第４ＳＯＡ(ＳＯＡ１〜ＳＯＡ４)を含む。制御部２４０は、第５ＳＯＡゲートアレー４３５に制御信号を出力して、第１乃至第４ＳＯＡゲート(ＳＯＡ１〜ＳＯＡ４)のうち一つのみをスイッチオンすることにより、入力されたチャネルが遅延時間０〜３Ｔを有する第１乃至第４遅延線４６１〜４６４のうち一つを通過するように制御する。制御部２４０は同一の目的地に向かうチャネルが重ならないように少なくとも時間間隔Ｔ(＞０)を有して直列に広がるように制御信号を出力する。

このように、ノード間の接続を再構成する必要なく容易に効果的なルーティングが遂行できることが分かる。即ち、図２及び図１８に示した光交換システム２００，２００’でノード間の接続関係は同一に維持される。

図２１乃至図２３は図２に示した光交換システムのリンク拡張性を説明するための図である。図２１乃至図２３に示した光交換システム２００’’は図２に示した光交換システム２００にリンク拡張のための構成素子が追加に設けられたものであるので、以下、重なる説明は省略し、同一の構成素子に対しては同一の図面符号を使用する。

図２１を参照すると、光交換システム２００’’は第１乃至第５ノード１１１〜１１５と接続され、これらノード間の通信を支援する。光交換システム２００’’は、第５ノード１１５と接続された第５波長分割逆多重化器２１５と、第５カプラ２３５と、第５スイッチブロック２５５’’と、第５ＦＷＣ(ＦＷＣ５)と、第５ＦＷＣアレー２６５’’と、第５ノード１１５と接続された第５波長分割多重化器２７５と、をさらに設けている。第５波長分割逆多重化器２１５は、接続された第５ノード１１５から入力された４チャネルの光信号を逆多重化することにより、相異なる波長を有する第１乃至第４チャネルλ１〜λ４を出力する。第５カプラ２３５は第５波長分割逆多重化器２１５と第５スイッチブロック２５５’’との間に介在され、その間に進行するチャネルをそれぞれ一部分岐して制御部２４０に出力する。

図２２を参照すると、各スイッチブロック２５１’’〜２５５’’には、第５ＳＯＡ(ＳＯＡ５)と第５バッファ３３５’’をさらに設ける。各スプリッタ３１１〜３１４は入力されたチャネルを均等に４分岐して出力する。第１乃至第４ＳＯＡゲートアレー３２１’’〜３２４’’は第１乃至第４スプリッタ３１１〜３１４と一対一接続され、これら各ＳＯＡゲートアレー３２１’’〜３２４’’は第１乃至第５ＳＯＡゲート(ＳＯＡ１〜ＳＯＡ５)を含む。制御部２４０は、各ＳＯＡゲートアレー３２１’’〜３２４’’に制御信号を出力し、該当ＳＯＡゲートアレー３２１’’〜３２４’’を構成する第１乃至第５ＳＯＡゲート(ＳＯＡ１〜ＳＯＡ５)のうち一つのみをスイッチオンすることにより、入力されたチャネルが自己の目的地に向けられるように制御する。

図２３を参照すると、バッファ３３１’’〜３３５’’は、第５ＳＯＡ(ＳＯＡ５)と、第５合波器４５５と、第５遅延線４６５と、をさらに設けている。各スプリッタ４２１〜４２４は、接続されたスイッチ４１１〜４１４から入力された該当チャネルを均等に５分岐して出力する。各ＳＯＡゲートアレー４３１’’〜４３４’’は第１乃至第５ＳＯＡ(ＳＯＡ１〜ＳＯＡ５)を含む。制御部２４０は、各ＳＯＡゲートアレー４３１’’〜４３４’’に制御信号を出力し、該当ＳＯＡゲートアレー４３１’’〜４３４’’を構成する第１乃至第５ＳＯＡ(ＳＯＡ１〜ＳＯＡ５)のうち一つのみをスイッチオンすることにより、入力されたチャネルが遅延時間０〜４Ｔを有する第１乃至第５遅延線４６１〜４６５のうち一つを通過するように制御する。制御部２４０は、同一の目的地に向かう同一波長のチャネルが重ならないように少なくとも時間間隔Ｔ(＞０)を有して直列に広がるように制御信号を出力する。

第５合波器４５５は、第１乃至第４ＳＯＡゲートアレー４３１’’〜４３４’’の第５ＳＯＡ(ＳＯＡ５)と接続される。遅延時間４Ｔを有する第５遅延線４６５は第５合波器４５５と接続される。第２合波部４７０は第１乃至第５遅延線４６１〜４６５を通過した第１乃至第４チャネルλ１〜λ４を収集して出力する。

さらに図２１を参照すると、第１乃至第５ＦＷＣアレー２６１’’〜２６５’’は第１乃至第５スイッチブロック２５１’’〜２５５'と一対一接続され、第５ＦＷＣアレー２６５’’は第５スイッチブロック２５５’’から入力された相異なる波長の第１乃至第４チャネルを単一波長の第５チャネルに変換する。

波長分割多重化部２７０’’は、固定波長変換部２６０’’により波長変換されたチャネルを目的地別に収集し、多重化した光信号として出力する機能を遂行する。波長分割多重化部２７０’’は第１乃至第５波長分割多重化器２７１〜２７５を含み、第１乃至第５波長分割多重化器２７１〜２７５は第１乃至第５ノード１１１〜１１５と一対一接続される。第１波長分割多重化器１１１は各第１ＦＷＣ(ＦＷＣ１)と接続され、第２波長分割多重化器２７２は各第２ＦＷＣ(ＦＷＣ２)と接続され、第３波長分割多重化器２７３は各第３ＦＷＣ(ＦＷＣ３)と接続され、第４波長分割多重化器２７４は各第４ＦＷＣ(ＦＷＣ４)と接続され、第５波長分割多重化器２７５は各第５ＦＷＣ(ＦＷＣ５)と接続される。

このように、既存のノード接続関係を維持したまま、容易にリンク拡張ができることが分かる。

一方、波長が増加するか、リンクの数が増加すると、０〜４Ｔの遅延時間を有する光ファイバ遅延線のみでは衝突を解決するのに不足する可能性が考えられるが、これを解決するためにはバッファの拡張性が要求される。

図２４は図７に示したバッファの拡張性を説明するための図である。図２４に示したバッファは、図７に示したバッファ３３１〜３３４に拡張のための構成素子が追加に設けられたものであるので、以下、重なる説明は省略し、同一の構成素子に対しては同一の図面符号を使用する。

このバッファは、第２遅延部５１０、第３分波部５２０、第３選択部５３０、第３遅延部５４０、第４合波部５７０及び第５合波部５８０をさらに設け、第３遅延部５４０は第３合波部５５０及び第２遅延経路部５６０を含む。また、第３分波部５２０は第２分波部４２０と、第３選択部５３０は第２選択部４３０と、第３遅延部５４０は第１遅延部４４０と、第４合波部５７０は第２合波部４７０と同一の構成を有する。

各スイッチ４１１〜４１４は相異なる波長のチャネルを入力とし、各スイッチ４１１〜４１４は制御信号に応じて、入力されたチャネルを第１または第２出力端に出力する。

第２遅延部５１０は、補助スイッチング部４１０から出力される各チャネルを割り当てられた時間だけ遅延して出力する機能を遂行し、４個の第５遅延線５１１〜５１４を含む。第５遅延線５１１〜５１４はそれぞれ遅延時間４Ｔを有し、第１乃至第４スイッチ４１１〜４１４と一対一接続される。

第５合波部５８０は、第２及び第４合波部４７０，５７０から入力された第１乃至第４チャネルλ１〜λ４を結合して出力する。

制御部２４０は、各スイッチ４１１〜４１４に制御信号を出力することによって、入力されたチャネルが第１または第２出力端に出力されるように制御し、同一の目的地に向かうチャネルが重ならないように少なくとも時間間隔Ｔ(＞０)を有して直列に広がるように制御信号を出力する。即ち、各スイッチ４１１〜４１４の第１出力端に出力されるチャネルは０〜３Ｔの遅延時間を有し、各スイッチ４１１〜４１４の第２出力端に出力されるチャネルは４Ｔ〜７Ｔの遅延時間を有するようになる。

このように、本例のバッファは重なった構成を有することにより、図７に示した構成に加えられた素子をモジュール化することが容易であり、このようなモジュールを単純に追加することにより既存構成での衝突を解決することができる。

本発明に従う多波長光交換システムを設けた光ネットワークの全体構成を示す図。図１に示した光交換システムの全体構成を示す図。図２に示したスイッチブロックの内部構成を示す図。図３に示したスイッチブロック２５１〜２５４の動作を説明するための図。図３に示したスイッチブロック２５１〜２５４の動作を説明するための図。図３に示したスイッチブロック２５１〜２５４の動作を説明するための図。図３に示したバッファ３３１〜３３４の内部構成を示す図。図２に示した光交換システムの動作を説明するための図。図２に示した光交換システムの動作を説明するための図。図２に示した光交換システムの動作を説明するための図。図２に示した光交換システムの動作を説明するための図。図２に示した光交換システムの動作を説明するための図。図２に示した光交換システムの動作を説明するための図。図２に示した光交換システムの動作を説明するための図。図２に示した光交換システムの動作を説明するための図。図７に示したバッファ３３１〜３３４の動作を説明するための図。図７に示したバッファ３３１〜３３４の動作を説明するための図。図２に示した光交換システムの波長拡張性を説明するための図。図２に示した光交換システムの波長拡張性を説明するための図。図２に示した光交換システムの波長拡張性を説明するための図。図２に示した光交換システムのリンク拡張性を説明するための図。図２に示した光交換システムのリンク拡張性を説明するための図。図２に示した光交換システムのリンク拡張性を説明するための図。図７に示したバッファの拡張性を説明するための図。

Claims

光ネットワークを構成する多数のノードと接続され、ノード間通信を支援する多波長光変換システムにおいて、
多数のノードと一対一接続されると共に各ノードから受信された光信号を逆多重化して相異なる波長のチャネルに出力する多数の波長分割逆多重化器を含む波長分割逆多重化部と、
該多数の波長分割逆多重化器と一対一接続されると共に前記チャネルを目的地に応じて分類する多数のスイッチブロックを含むルーティング部と、
該多数のスイッチブロックと一対一接続されると共に該分類されたチャネルを該当出発地に割り当てられた単一波長のチャネルに変換する多数の固定波長変換器アレーを含む固定波長変換部と、
多数のノードと一対一接続されると共に前記単一波長のチャネルを目的地別に収集し、多重化した光信号として出力する多数の波長分割多重化器を含む波長分割多重化部と、を含むことを特徴とする多波長光変換システム。
波長分割逆多重化部は、多数の導波路列格子を含む請求項１記載の多波長光交換システム。
ルーティング部は、
各チャネルを一部分岐して出力する分岐部と、
制御信号に応じて前記各チャネルをその目的地へ向かう経路にスイッチングするスイッチング部と、
前記分岐部により一部分岐されたチャネルからその目的地を把握し、前記各チャネルが自己の目的地に進行できるように制御信号を出力する制御部と、を含む請求項１記載の多波長光交換システム。
スイッチング部は、
各チャネルを分割して出力する第１分波部と、
制御信号に応じて前記分割されたチャネルのうち、該当目的地に進行するチャネルのみを出力する第１選択部と、
該第１選択部から出力され同一の目的地に向かうチャネルを時間順に整列させるバッファリング部と、を含む請求項３記載の多波長光交換システム。
第１分波部は、多数の光スプリッタを含む請求項４記載の多波長光交換システム。
第１選択部は、多数の半導体光増幅器ゲートアレーを含む請求項４記載の多波長光交換システム。
バッファリング部は、
同一の目的地に向かうチャネルを多分割して出力する第２分波部と、
制御信号に応じて前記多分割されたチャネルのうち割り当てられた遅延時間に符合するチャネルのみを出力する第２選択部と、
該第２選択部から出力される各チャネルを、割り当てられた時間だけ遅延して出力する遅延部と、
該遅延部を通過して入力されるチャネルを収集して出力する合波部と、を含む請求項４記載の多波長光交換システム。
第２分波部は、多数の光スプリッタを含む請求項７記載の多波長光交換システム。
第２選択部は、多数の半導体光増幅器ゲートアレーを含む請求項７記載の多波長光交換システム。
光ネットワークを構成する多数のノードと接続され、ノード間通信を支援する多波長光変換システムにおいて、
多数のノードと一対一接続され、それぞれ接続されたノードから受信した光信号を逆多重化して相異なる波長のチャネルに出力する多数の波長分割逆多重化器と、
該多数の波長分割逆多重化器と一対一接続され、それぞれ入力されたチャネルをその目的地に応じて分類する多数のスイッチブロックと、
該多数のスイッチブロックと一対一接続され、それぞれ該当スイッチブロックから入力されたチャネルの波長を該当出発地に割り当てられた単一波長のチャネルに変換する多数の固定波長変換器アレーと、
多数のノードと一対一接続され、それぞれ接続されたノードを目的地とする波長変換されたチャネルを収集し、多重化した光信号として出力する多数の波長分割多重化器と、を含むことを特徴とする多波長光変換システム。
それぞれ互いに接続された波長分割逆多重化器とスイッチブロックとの間に介在され、進行する各チャネルを一部分岐して出力する多数のカプラと、
該カプラにより分岐されたチャネルからその目的地を把握し、前記各チャネルが自己の目的地に進行できるように前記多数のスイッチブロックに制御信号を出力する制御部と、をさらに含む請求項１０記載の多波長光交換システム。
各スイッチブロックは、
接続された波長分割逆多重化器から相異なる波長のチャネルを受信し、それぞれ受信されたチャネルを分割して出力する多数の第１スプリッタと、
該多数の第１スプリッタと一対一接続され、制御信号に応じて、それぞれ設けられた多数の半導体光増幅器(ＳＯＡ)のうち一つのみをスイッチオンするようにされ、前記各ＳＯＡには接続先目的地が割り当てられている多数のＳＯＡゲートアレーと、
それぞれ接続先目的地が割り当てられており、該割り当てられた目的地に向かうチャネルを時間順に整列させる多数のバッファと、を含む請求項１１記載の多波長光交換システム。
各バッファは、
同一の目的地に向かうチャネルをそれぞれ分割して出力する多数のスプリッタと、
該多数のスプリッタと一対一接続され、制御信号に応じて、それぞれ設けられた多数のＳＯＡのうち一つのみをスイッチオンするようにされ、前記多数のＳＯＡには相異なる遅延時間が割り当てられる多数のＳＯＡゲートアレーと、
該多数のＳＯＡゲートアレー中同一の遅延時間が割り当てられたＳＯＡと接続され、それぞれ割り当てられた遅延時間分、入力されたチャネルを遅延して出力する多数の遅延線と、
該多数の遅延線を通過したチャネルを収集して出力する合波器と、を含む請求項１２記載の多波長光交換システム。