JP3833655B2 - 光通信システム - Google Patents

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Description

技術分野
本発明は光通信システムに関し、特にWDM(Wavelength Division Multiplex)の光通信を行う光通信システムに関する。
背景技術
近年、インターネット等の通信サービスの拡大に伴い、ATM(Asynchronous Transfer Mode)ネットワークの開発が急速に進んでいる。ATMは、高速・広帯域に加え、サービス品質であるQOS(Quality Of Service)を保証できるので、マルチメディア通信に適している。
また、伝送技術としては、波長の異なる光を多重して、1本の光ファイバで複数の信号を同時に伝送するWDM技術が広く採用されている。
このような、WDMの光伝送を行って、ATM通信サービスを行うATMネットワークは、マルチメディア通信を担うものとして一層のサービスの高度化、高品質化が望まれている。
一方、WDMでは、伝送路に光中継アンプを多段に設けて、長距離・大容量伝送を行っている。この場合、光伝送の特性上、光中継アンプの波長不平坦性や伝送路の非線形効果等によって、伝送する光信号のS/N(信号対雑音比)が劣化する。従来では、光S/Nを均一にするために、光プリエンファシス制御を行っている。
従来の光プリエンファシス制御は、まず、光中継アンプで多段中継されて送られてきた光信号の符号誤り率(BER:ビット・エラーレート)を測定する。そして、送信局では、この測定結果にもとづいて、BERが所定の値になるように、光信号のパワーのレベルを上げて、WDM送信を実行する。
具体的には、WDM伝送するすべての波長に対して、BERが、通常は10E−15(=10-15)以下となるように、光パワーをコントロールしている。
しかし、上記のような伝送品質を保証するための従来の光プリエンファシス制御では、ATMのサービスメニューとは無関係に実行されているため、ネットワークコストが増大してしまい、経済的でないといった問題があった。
ここで、ATMネットワークによる顧客へのサービスメニューは、QOSによって、サービス提供の種類を有している。現行のATMの主要なサービスメニューとしては、UBR(Unspecified Bit Rate)とCBR(Continuous Bit Rate)がある。UBRは、帯域が空いていたらセルを通すというベストエフォート型のサービスである。CBRは、帯域を保証して、専用線のように使えるサービスである。
UBRは、LANトラフィックを想定したサービスであるため、データが欠落した時などには、端末側でTCP/IPなどのリトライ制御が実行されることになる。したがって、UBRの伝送品質は、10E−15である必要はなく、例えば、10E−11(=10-11)程度の伝送品質で通信を行ったとしても問題はない。
ところが、従来の技術では、サービスメニューとは関係なく全波長に対して(すなわち、UBR、CBR共に)、光プリエンファシス制御を施して光パワーを増幅しているので、やや過剰的な機能になっており、このため消費電力の増加やネットワークコストが増大してしまい、経済的なATMネットワークが構築されていなかった。
発明の開示
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、サービスメニューに柔軟に対応して、WDM伝送を効率よく行う光通信システムを提供することを目的とする。
本発明では上記課題を解決するために、図1に示すような、WDMの光通信を行う光通信システム1において、受信した光信号の各波長に対する符号誤り率を測定する符号誤り率測定手段21と、符号誤り率の情報を送信側へ伝送する符号誤り率伝送手段22と、から構成される光受信装置20と、光信号の各波長に、サービス品質クラスの高い高品質クラス通信、またはサービス品質クラスの低い低品質クラス通信の少なくとも一方のサービスを設定するサービス設定手段11と、符号誤り率にもとづいて、高品質クラス通信が、符号誤り率が大きい伝送品質の波長である低品質波長で伝送されている状態を認識した際には、高品質クラス通信のサービス数が、符号誤り率が小さい伝送品質の波長である高品質波長で伝送されている低品質クラス通信のサービス数を超えない場合に、低品質波長と高品質波長とを切り替えて、サービスの割り当てを変更するサービス割り当て変更手段12と、波長多重を行って光信号を送信する光信号送信手段14と、から構成される光送信装置10と、を有することを特徴とする光通信システム1が提供される。
ここで、符号誤り率測定手段21は、受信した光信号の各波長に対する符号誤り率を測定する。符号誤り率伝送手段22は、符号誤り率の情報を送信側へ伝送する。サービス設定手段11は、光信号の各波長に、サービス品質クラスの高い高品質クラス通信、またはサービス品質クラスの低い低品質クラス通信の少なくとも一方のサービスを設定する。サービス割り当て変更手段12は、符号誤り率にもとづいて、高品質クラス通信が、符号誤り率が大きい伝送品質の波長である低品質波長で伝送されている状態を認識した際には、高品質クラス通信のサービス数が、符号誤り率が小さい伝送品質の波長である高品質波長で伝送されている低品質クラス通信のサービス数を超えない場合に、低品質波長と高品質波長とを切り替えて、サービスの割り当てを変更する。光信号送信手段14は、波長多重を行って光信号を送信する。
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の光通信システムの原理図である。光通信システム1は、光送信装置10と光受信装置20から構成され、WDMの光通信を行う。光送信装置10と光受信装置20は、自回線と対回線の光ファイバケーブルで接続し、光ファイバケーブルには、光信号を増幅して中継する光中継アンプ(インラインアンプ)A1〜Amが設置される。
光受信装置20に対し、符号誤り率測定手段21は、受信したWDM光信号の各波長λ1〜λnに対して、符号誤り率であるBER(全符号の個数とその間に誤って受信された符号の個数の割合)を測定する。
ここで、光送信装置10からの光信号は、光中継アンプA1〜Amの波長不平坦性や光ファイバケーブルの非線形効果等によってS/Nが劣化する。符号誤り率測定手段21は、S/N劣化に伴って増加するBERを、λ1〜λnそれぞれに対して測定することで、各波長の伝送品質を検出する。
符号誤り率伝送手段22は、WDMで用いられるOSC(Optical Supervisory Channel)と呼ばれる光の監視信号に、BERの情報を挿入して、光送信装置10へ伝送する。
光送信装置10に対し、サービス設定手段11は、光信号の各波長に、サービス品質(QOS)クラスの高い高品質クラス通信、またはサービス品質クラスの低い低品質クラス通信の少なくとも一方のサービスを設定する。
サービス割り当て変更手段12は、光受信装置20から送信されたBERの情報にもとづいて、必要な場合にサービス割り当ての変更を行う。ここで、BER情報により、高品質クラス通信が、低品質波長で伝送されている状態を認識したとする。
この場合、高品質クラス通信のサービス数が、高品質波長で伝送されている低品質クラス通信のサービス数を超えない時には、低品質波長と高品質波長とを切り替えて、サービスの割り当てを変更する。
高品質波長とは、BERが小さい(S/N劣化が小さい)伝送品質の波長のことであり、低品質波長とは、BERが大きい伝送品質の波長のことである。ただし、低品質波長のBERは、高品質波長よりもS/N劣化が大きく、QOSクラスの高い通信には不向きだが、QOSクラスの低い通信を提供するには十分な値のBERである。
光パワー制御手段13は、サービス割り当て変更手段12による最適なサービス割り当ての変更が行えない場合、またはBERを所定の値にしたい場合には、低品質波長または全波長に対して光パワーを増幅して、光プリエンファシス制御を行う(光パワーを増幅することでBERを改善することが可能である)。なお、光パワー制御手段13は、ユーザによる外部取り付けが可能である。
光信号送信手段14は、サービス設定手段11によって各波長にサービスが設定された後の波長、またはサービス割り当て変更手段12によってサービス割り当ての変更が実行された後の波長、さらに光パワー増幅後の波長に対して、波長多重制御を行って、WDMの光信号を送信する。
次に図1、図2を用いて動作について説明する。図2は光通信システム1の動作を示すフローチャートである。
〔S1〕サービス設定手段11は、λ1に高品質クラス通信を設定し、λ2〜λnに低品質クラス通信を設定したとする。
〔S2〕光信号送信手段14は、サービスが設定された波長λ1〜λnの波長多重制御を行い、WDMの光信号を送信する。
〔S3〕符号誤り率測定手段21は、WDM光信号を受信すると、各波長のBERを測定する。ここでは、λ1のBERが大きいものと測定されたとして、λ1を低品質波長、λ2〜λnを高品質波長とする。
〔S4〕符号誤り率伝送手段22は、測定結果をOSC信号に挿入して、光送信装置10へ伝送する。
〔S5〕サービス割り当て変更手段12は、BER情報にもとづいて、高品質クラス通信が、低品質波長λ1で伝送されている状態を認識する。
〔S6〕サービス割り当て変更手段12は、高品質クラス通信のサービス数SHと、高品質波長λ2〜λnで伝送されている低品質クラス通信のサービス数SLとを比較する。そして、高品質クラス通信のサービス数SHが低品質クラス通信のサービス数SLを超えない時(SH≦SL)はステップS7へ行き、超える時(SH>SL)はステップS8へ行く。
〔S7〕サービス割り当て変更手段12は、高品質波長λ2〜λnの中の例えばλ2と低品質波長λ1とを切り替えて、高品質波長λ2に高品質クラス通信を割り当て、低品質波長λ1に低品質クラス通信を割り当てる。このようにして、サービスの割り当てを変更する。
〔S8〕高品質クラス通信のサービス数SHが、低品質クラス通信のサービス数SLを超える場合には、最適なサービスの割り当て変更はできない。この場合には(または所定のBERにしたい場合には)、光パワー制御手段13は、低品質波長λ1のみ、または全波長に対して光パワーを増幅して、BERを満たすようにする。
〔S9〕光信号送信手段14は、サービス割り当てが変更された、または光パワー増幅後の波長λ1〜λnに対して波長多重制御を行い、WDMの光信号を送信する。
次にWDMの光伝送を行ってATM通信サービスを行うシステムに、本発明の光通信システム1を適用した場合について詳しく説明する。図3はWDM装置の構成を示す図である。WDM装置100は、ATMインタフェースを収容してWDM伝送を行う装置であり、光送信装置10に対応する。なお、光受信装置20に対応する受信側のWDM装置の構成説明は省略し、以降では本発明に関連する制御部分を中心に説明する。
WDM装置100は、ATMの入力回線であるATM通信ラインL1〜Lnと接続する(出力回線側は図中省略する)。加入者インタフェース部101−1〜101−nは、ATM通信ラインL1〜Lnから入力されるセルのインタフェース処理を行う。ここで、ATM通信ラインL1、L2を通じて高品質クラス通信であるCBR(帯域保証型)のセルを受信し、ATM通信ラインL3〜Lnを通じて低品質クラス通信であるUBR(ベストエフォート型)のセルを受信するものとする。
加入者インタフェース部101−1〜101−nは、終端部101a、UPC(User Parameter Control)部101b、シェーパ(Shaper)部101cから構成される。終端部101aは、セルの受信処理を行う。UPC部101bは、過剰なトラフィックが入ることを禁止し、輻輳を防ぐ制御を行う。シェーパ部101cは、セルの帯域制限処理を行い、セル間隔を一定にするシェーパ制御を行う。
波長設定部102−1〜102−nは、ATM通信ラインL1〜Lnの各ライン毎に配置され、電気/光変換を行って、各ラインの受信セルを光信号に変換する。また、この場合、後段のWDM伝送(例えば、1550nm波長帯付近における高密度WDM伝送)を行うために、各ライン毎に異なる波長を割り付ける。波長設定部102−1〜102−nは、最初、ATM通信ラインL1〜Lnそれぞれに対してλ1〜λnを割り付けたとする。
光波長多重部105は(光パワー調整部104については後述する)、波長設定部102−1〜102−nから出力されるλ1〜λnの光信号の波長多重制御を行って、WDM光信号を生成する。光送信増幅部106は、WDM光信号を増幅し、光ファイバケーブル上に送信する。
一方、受信側のWDM装置では、WDM光信号を受信すると、各波長のBERを測定する。ここでは、λ1、λ2のBERが10E−11、λ3〜λnのBERが10E−15と測定されたとする。また、この測定結果は、OSC信号に乗せてWDM装置100へ送られる。
光受信増幅部107は、受信側のWDM装置からのOSC信号を受信する。最適波長選択処理部108は、OSC信号から、BER情報を抽出する。そして、CBRの通信が10E−11の伝送品質で伝送されており、UBRの通信が10E−15の伝送品質で伝送されている状態を認識する。ここで、CBRは、10E−15の伝送品質は必要であり、UBRは10E−11でも十分に提供可能である。したがって、以下のようなサービス割り当ての変更を行う。
最適波長選択処理部108は、CBRのサービス数SHと、高品質波長λ2〜λnで伝送されているUBRのサービス数SLとを比較する。ここでは、CBRのサービス数SHが、UBRのサービス数SLを超えていない。したがって、低品質波長λ1を高品質波長λ3へ切り替えるための切り替え指示信号SEL1を波長設定部102−1へ送信し、低品質波長λ2を高品質波長λ4へ切り替えるための切り替え指示信号SEL2を波長設定部102−2へ送信する。
また、高品質波長λ3を低品質波長λ1へ切り替えるための切り替え指示信号SEL3を波長設定部102−3へ送信し、高品質波長λ4を低品質波長λ2へ切り替えるための切り替え指示信号SEL4を波長設定部102−4へ送信する。
波長設定部102−1は、λ1をλ3に切り替え(ATM通信ラインL1のCBRに高品質波長λ3が割り当てられる)、波長設定部102−2は、λ2をλ4に切り替える(ATM通信ラインL2のCBR品質波長λ4が割り当てられる)。
また、波長設定部102−3は、λ3をλ1に切り替え(ATM通信ラインL3のUBRに低品質波長λ1が割り当てられる)、波長設定部102−4は、λ4をλ2に切り替える(ATM通信ラインL4のUBRに低品質波長λ2が割り当てられる)。その後は波長多重、増幅されて送信される。
図4〜図6は光信号の伝送品質の状態を示す図である。縦軸に光パワー、横軸に波長をとる。図4は初期の状態を示しており、図5は従来の光プリエンファシス制御後の状態を示しており、図6は本発明のサービス割り当て変更後の状態を示している。
各波長に対する光信号は、ノイズ部分であるASE(Amplified Spontaneous Emission:自然放射雑音)と信号光成分とからなる。λ1、λ2は、λ3〜λnに比較して、S/Nが劣化している。λ1、λ2のBERが10E−11、λ3〜λnのBERが10E−15である。
従来では図5のように、各波長に対して割り当てられているサービスとは無関係に、すべての波長が一定レベル以上の品質になるように光パワーを調整する光プリエンファシス制御を行っていた。このため、ネットワークコストが増大し経済的ではなかった。
一方、図6に示す本発明では、各波長に対して設定されたサービスの割り当てを変更して、効率のよいWDM伝送を行う。すなわち、UBRは10E−11でも十分に提供可能である。したがって、ここでは、λ1、λ2のCBRに対し、λ3〜λnの中にUBRのサービス数が2以上あるので、例えば、λ1とλ3とを互いに切り替え、λ2とλ4を互いに切り替えることで、光増幅をせずにWDM伝送を行う。このように、本発明では、波長を切り替えてサービスの割り当てを変更することで、ネットワークコストや消費電力の低減を図ることができ、経済的なネットワークを構築することが可能になる。
次に光パワー調整部104について説明する。光パワー調整部104は、光パワー制御手段13に対応し、ユーザによって取り付けが任意に行える。この光パワー調整部104を取り付ける必要があるときは、全波長について一定の伝送品質をEOL(End Of Life)保証したい場合などに取り付ける。
または、最適なサービス割り当て変更制御が行えない場合に取り付けられる。例えば、初期の状態でλ1〜λ5の波長に対して、λ1〜λ3にはCBR、λ4、λ5にはUBRを割り当てたとする。そして、BERの測定後、λ1〜λ3が低品質波長で、λ4、λ5が高品質波長であったような場合、低品質波長のCBRのサービス数がUBRのサービス数を超えているので、最適なサービス割り当て変更はできない。このような場合には、光パワー調整部104を取り付けて、光パワーを調整して、所定のBERを満たすようにする。光パワー調整部104としては、例えばVAT(variable attenuator)盤等を用いて光パワーの調整制御を行うことができる。
このように、従来固定的に設置されていた光パワー調整部104が、本発明により取り付け任意の装置とすることができるので、ユーザに対する購入・保守を効率よく行うことができ、利便性の向上を図ることが可能になる。
図7は光パワー調整部104の光パワー制御の概念を示す図である。1つの構成例として、光パワー調整部104は、コイルが巻かれた磁界発生器104aと、ファラデー回転子104bから構成される。動作としては、まず、電流をコイルに流して磁界を発生させ、ファラデー回転子104bに与える。すると、ファラデー回転子104bは、磁界により、偏波量が変化する。これに表示されていない偏光子、検光子を組み合わせることにより、ファラデー回転子104bを通過する光パワー量を制御することができる。
次にサービス設定手段11によるサービスの設定制御及びサービス割り当て変更手段12によるサービス割り当ての変更制御を、保守端末から実行する場合について説明する。
図8は保守端末が接続された光送信側のシステムの構成を示す図である。図3で上述したWDM装置100は1台でATM制御機能及びWDM制御機能の2つの機能を有していたが、図に示すシステムの場合は、これらの機能が分かれている。ATM制御装置30−1〜30−nは、WDM制御装置40と接続し、保守端末50は、WDM制御装置40と接続する(保守端末50が、ATM制御装置30−1〜30−n及びWDM制御装置40とバス接続する構成でもよい)。
次に動作について説明する。保守端末50は、WDM制御装置40を通じて、ATM制御装置30−1〜30−nそれぞれに対して、QOSを設定する。図では、ATM制御装置30−1がCBR通信を、ATM制御装置30−2〜30−nがUBR通信を行うように設定している。
WDM制御装置40は、ATM制御装置30−1〜30−nから送信されたセルデータをそれぞれ異なる波長の光信号に変換し、波長多重制御を行って、WDM光信号を送信する。
また、WDM制御装置40は、受信側のWDM制御装置から送られたOSC信号からBER情報を抽出する。そして、このBER情報は保守端末50へ送信される。オペレータは、保守端末50を通じて各波長の伝送品質を監視しており、BER情報にもとづいて、サービス割り当て変更制御を行う場合には、保守端末50を通じてWDM制御装置40に設定する。また、最適なサービス割り当てが不可能と判断した場合には、光パワー調整部をWDM制御装置40に取り付け、光パワーの増幅制御を行う。
このような構成にすることで、保守端末50から伝送品質の状態を知ることができ、QOSの設定やサービス割り当て変更制御等を外部から設定することができるので、保守性及び利便性の向上を図ることが可能になる(図3で示したWDM装置100に保守端末50を接続して上記のような制御を行ってもよい)。
以上説明したように、本発明の光通信システム1は、QOSの情報とWDM伝送路の着信光S/N情報とから、最適な波長を選択し、かつ所定のエラーレートがほしいときのみ、VAT盤のような光パワー調整部を使用する構成にした。これにより、通信サービスに柔軟に対応した伝送品質で、WDMの光伝送を効率よく行うことができ、経済的なネットワークを構築することが可能になる。
なお、上記の説明では、QOSの種類として、CBR、UBRを中心に説明したが、これ以外のQOSのクラスに対しても、サービス割り当ての変更制御を柔軟に行うことが可能である。
以上説明したように、本発明の光通信システムは、符号誤り率にもとづいて、高品質クラス通信が低品質波長で伝送されている状態を認識した際には、高品質クラス通信のサービス数が、高品質波長で伝送されている低品質クラス通信のサービス数を超えない場合に、低品質波長と高品質波長とを切り替えて、サービスの割り当てを変更する構成とした。これにより、通信サービスに柔軟に対応した伝送品質で、WDMの光伝送を効率よく行うことができ、経済的なネットワークを構築することが可能になる。
上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明の光通信システムの原理図である。
図2は、光通信システムの動作を示すフローチャートである。
図3は、WDM装置の構成を示す図である。
図4は、光信号の伝送品質の状態を示す図である。
図5は、光信号の伝送品質の状態を示す図である。
図6は、光信号の伝送品質の状態を示す図である。
図7は、光パワー調整部の光パワー制御の概念を示す図である。
図8は、保守端末が接続された光送信側のシステムの構成を示す図である。

Claims (10)

  1. WDMの光通信を行う光通信システムにおいて、
    受信した光信号の各波長に対する符号誤り率を測定する符号誤り率測定手段と、前記符号誤り率の情報を送信側へ伝送する符号誤り率伝送手段と、から構成される光受信装置と、
    光信号の各波長に、サービス品質クラスの高い高品質クラス通信、またはサービス品質クラスの低い低品質クラス通信の少なくとも一方のサービスを設定するサービス設定手段と、前記符号誤り率にもとづいて、前記高品質クラス通信が、符号誤り率が大きい伝送品質の波長である低品質波長で伝送されている状態を認識した際には、前記高品質クラス通信のサービス数が、符号誤り率が小さい伝送品質の波長である高品質波長で伝送されている前記低品質クラス通信のサービス数を超えない場合に、前記低品質波長と前記高品質波長とを切り替えて、サービスの割り当てを変更するサービス割り当て変更手段と、波長多重を行って前記光信号を送信する光信号送信手段と、から構成される光送信装置と、
    を有することを特徴とする光通信システム。
  2. 前記サービス設定手段は、前記高品質クラス通信に帯域保証型の通信サービスを設定し、前記低品質クラス通信にベストエフォート型の通信サービスを設定することを特徴とする請求項1記載の光通信システム。
  3. 最適なサービス割り当ての変更が行えない場合、または符号誤り率を所定の値にする場合に、前記低品質波長または全波長に対して、光パワーの増幅を行う光パワー制御手段をさらに有することを特徴とする請求項1記載の光通信システム。
  4. 前記光パワー制御手段は、外部取り付け可能であることを特徴とする請求項3記載の光通信システム。
  5. 前記サービス設定手段によるサービスの設定制御及び前記サービス割り当て変更手段によるサービス割り当ての変更制御を、保守端末から外部設定することを特徴とする請求項1記載の光通信システム。
  6. WDMの光信号を送信する光送信装置において、
    光信号の各波長に、サービス品質クラスの高い高品質クラス通信、またはサービス品質クラスの低い低品質クラス通信の少なくとも一方のサービスを設定するサービス設定手段と、
    符号誤り率にもとづいて、前記高品質クラス通信が、符号誤り率が大きい伝送品質の波長である低品質波長で伝送されている状態を認識した際には、前記高品質クラス通信のサービス数が、符号誤り率が小さい伝送品質の波長である高品質波長で伝送されている前記低品質クラス通信のサービス数を超えない場合に、前記低品質波長と前記高品質波長とを切り替えて、サービスの割り当てを変更するサービス割り当て変更手段と、
    波長多重を行って前記光信号を送信する光信号送信手段と、
    を有することを特徴とする光送信装置。
  7. 前記サービス設定手段は、前記高品質クラス通信に帯域保証型の通信サービスを設定し、前記低品質クラス通信にベストエフォート型の通信サービスを設定することを特徴とする請求項6記載の光送信装置。
  8. 最適なサービス割り当ての変更が行えない場合、または符号誤り率を所定の値にする場合に、前記低品質波長または全波長に対して、光パワーの増幅を行う光パワー制御手段をさらに有することを特徴とする請求項6記載の光送信装置。
  9. 前記光パワー制御手段は、外部取り付け可能であることを特徴とする請求項8記載の光送信装置。
  10. 前記サービス設定手段によるサービスの設定制御及び前記サービス割り当て変更手段によるサービス割り当ての変更制御を、保守端末から外部設定することを特徴とする請求項6記載の光送信装置。
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