JP4455993B2 - Ｗｄｍ層をベースにしたｏｃｈｐ装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＷＤＭ層をベースにした光チャンネル保護（ＯｃｈＰ）装置及びその方法に関するものである。

高密度波長分割多重化（ＤＷＤＭ）技術が急速に発展しており、ＷＤＭシステムの送信速度は、絶えず成長しつつあるネットワーク・データ・サービスと音声／画像サービスの要件、並びに一層高い送信帯域幅に対する遠隔通信オペレータの絶えず増加しつつある需要を叶えるように、急速に増加しており、同時に、ＷＤＭシステムの信頼性は顕著な問題になっている。システム・モジュールの高められた信頼性に基づいて、良好な保護の解決法を行うことはシステムの信頼性に対して重大な利益をもたらす。

現在、ＷＤＭシステムの２つの型の保護の解決策がある。一方は、光ライン保護とも称される光多重化セグメント保護（ＯＭＳＰ）であり、他方は、ＯＣｈＰである。前者の目的は、主に、送信光ファイバを保護することであり、後者は、設備レベルの保護を提供し、そして以下の作動原理を用いている。すなわち、チャンネル内の信号送信が遮断されるかもしくは性能がある程度まで劣化した時はいつも、システムの切換え装置が、送信のために信号を当該チャンネルから保護チャンネルに切換えるであろう。切換えを行うか否かは、受信された信号の品質に従って受信器内の決定装置によってのみ決定され、追加の検出装置を必要としない。

ＤＷＤＭ技術はとんとん拍子に発展し、送信速度は２倍で増加するので、各チャンネルにおけるトラフィックは、ますます多量になってきており、ネットワークにおける送信チャンネルの役割は、一層重大になってきており、結果として、各チャンネルの安全性及び信頼性は、一層良好なＯＣｈＰの解決策を必要とする、ネットワークにおける不可避な要素となっている。

伝統的なＷＤＭシステムに対する一般のＯＣｈＰ解決策の１つは、１＋１または１：１機構（ここで、１＋１はコールド・バックアップ(cold backup)を表し、１：１は、ホット・バックアップ(hot backup)を表し、それらの違いは、動作チャンネルが正常に動作している時に保護チャンネルがトラフィックを転送するか否かにある）を用い、すなわち電力配分装置を、各動作している光変換ユニット（ＯＴＵ）の光信号入力端に追加し、電力配分装置の２つの信号出力の一方を動作しているＯＴＵに接続し、他方の信号出力をバックアップＯＴＵに接続し、この方法で、動作しているＯＴＵが故障した場合に、システムの正常な動作を確実にするように、入力信号がバックアップＯＴＵに変えられ得る。代表的な１＋１の解決策が、図１に示されている。図１に示されているカプラは、１×２光スイッチと置き換えられ得る。図１における実線部分は動作しているチャンネルの経路を示し、そして点線部分は保護チャンネルの経路を示す。このような保護の解決策の特徴は、もう１つの波長信号を保護するために波長信号を用いるということであり、従って、動作しているチャンネルの数は、保護チャンネルの数に等しい。上述のＷＤＭをベースにした１＋１のＯＣｈＰの解決策はチャンネルの信頼性の問題を解決することができるけれども、波長資源の半分が無駄にされるので、一層高い初期設備費用を必要とする。

本発明の目的は、上述の問題を解決することであり、そして波長の無駄及び初期の設備費用を少なくしたＷＤＭ層のための独立した保護機構を実現するように、ＷＤＭ層をベースにしたＯＣｈＰ装置及びその方法を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明は、搬送されるトラフィックとＷＤＭシステムとの間で動作チャンネルための信号送信及び保護チャンネルのための経路選択を行うようにした、ＷＤＭ層をベースにしたＯＣｈＰ装置及びその方法を提供する。

前記ＯＣｈＰ装置は、送信モジュール及び受信モジュールを備え、該送信モジュール及び受信モジュールは双方とも、ＷＤＭシステムにおけるＮ個の動作チャンネルの受信端及び送信端にそれぞれ接続されたＮ個の動作チャンネルを備え、前記送信モジュール及び受信モジュールは、また、ＷＤＭシステムにおけるＭ個の保護チャンネルの受信端及び送信端に接続されたＭ個の保護チャンネルと、ＷＤＭシステムからの切換え要求に従って、特定の動作チャンネルにおける信号を特定の保護チャンネルに切換える、または特定の保護チャンネルにおける信号を特定の動作チャンネルに切換え戻すように設計された切換え装置とを備え、Ｍ及びＮは双方とも自然数であり、Ｍ＜Ｎである。

前記ＯＣｈＰ方法は、
（１）ＷＤＭシステムが、リアルタイムでシステム内のＯＣｈＰモジュールの経路状態及び各チャンネルにおける信号の品質を監視する段階と、
（２）保護チャンネルに切換えられるべき幾つかの信号が動作チャンネル内に存在するか否かをＷＤＭシステムが決定し、もし存在するならば、ＷＤＭシステムが保護チャンネルを選択する段階と、
（３）ＷＤＭシステムが、ＯＣｈＰ送信モジュール及びＯＣｈＰ受信モジュールに正確な切換え要求を送る段階と、
（４）ＷＤＭシステムからの前記切換え要求に従って、ＯＣｈＰ送信モジュール及びＯＣｈＰ受信モジュールが切換えを行う段階と、
を含む。

上述の解決策でもって、正常の場合、ＯＣｈＰモジュールは、該ＯＣｈＰモジュールに入って来るＮ経路信号に対して対応の動作チャンネルを選択し、送信のためにＷＤＭシステムにアクセスする。受信端において、ＯＣｈＰモジュールは、同様に、動作チャンネルを選択して信号を受信する。この時点において、保護チャンネルには何等トラフィックは送信されない、もしくは保護チャンネルを通して送信されるトラフィックは、ＯＣｈＰモジュールによって受信されない（低い優先順位を有するトラフィックだけが送信される）。チャンネル故障に起因して、ｍ個のチャンネル（１≦ｍ≦Ｍ）における信号の品質が劣化したもしくは喪失した場合には、送信端におけるＯＣｈＰモジュールは、送信のために信号を保護チャンネルに切換えるが、残りのＮ−ｍの経路の信号は、動作チャンネルを通して送信される。受信端において、ＯＣｈＰモジュールは、前記ｍ経路信号を受信するように対応の保護チャンネルを選択し、残りのＮ−ｍ経路の信号は動作チャンネルによって受信される。この方法で、ＷＤＭ層をベースにしたＭ：ＮのＯＣｈＰ解決策が履行される。チャンネルの数並びに劣化した信号または喪失した信号の蓋然性が些細であるという事実に起因して、保護チャンネルの数Ｍは、動作チャンネルの数Ｎよりも少なくて良い。１＋１の保護の解決策に比較して、このことは、資源及び初期費用を節約するのを助ける。保護チャンネルの数Ｍが１よりも大きい場合、それは、２つ以上のカスケードのバックアップＯＴＵがあることを示し、このことは、システムの構築費用を増やすことなく、バックアップＯＴＵの故障もしくは２つ以上の動作ＯＴＵの故障に起因してバックアップ性能が損なわれる危険性をさらに減少する。

本発明を、以下の実施形態及び図面を参照して一層詳細に説明する。該実施形態は、ホット・バックアップ（Ｍ：Ｎ）及びコールド・バックアップ（Ｍ＋Ｎ）の双方に対して適切なものである。

図２ａを参照すると、本発明によるＷＤＭ層をベースにしたＯＣｈＰ装置は、送信モジュールと受信モジュールを備え、送信モジュール及び受信モジュールは双方とも、ＷＤＭシステムにおけるＮの動作チャンネルの受信端及び送信端にそれぞれ接続されたＮの動作チャンネル（Ｎ入力及びＮ出力）を備える。

前記送信モジュール及び受信モジュールはまた、ＷＤＭシステムにおけるＭの保護チャンネルの受信端及び送信端にそれぞれ接続されたＭの保護チャンネルをも備える。

前記送信モジュール及び受信モジュールはまた、切換え装置をも備えており、該切換え装置は、特定の動作チャンネルにおける信号を特定の保護チャンネルに切換えるか、もしくはＷＤＭシステムからの切換え要求に従って、特定の保護チャンネルにおける信号を特定の動作チャンネルに切換え戻すように設計されており、ここに、Ｍ及びＮは、双方とも自然数であり、そしてＭ＜Ｎである。図２ｂ（Ｍ＝１である場合）を参照すると、１＋１の保護解決策と比較して、動作チャンネルを保護するためにただ１つの保護チャンネルだけを用いることにより、資源及び初期費用を節約するのを助ける。

図２ｂに示された１：Ｎまたは１＋１保護解決策は、光波長の利用率を用いて高めるためにバックアップＯＴＵの数を減らすのを助けることができるけれども、そのための前提は、ＯＴＵが正常に動作するはずだということである。バックアップＯＴＵがトラブルを起こす、または同じバックアップＯＴＵによって保護されている２つ以上の動作チャンネルにおけるＯＴＵがトラブルを起こす場合には、システムのバックアップ性能は損なわれるであろう。該解決策は、図３、図４及び図５に示されるように１つ以上の保護チャンネルを有することである。

前記装置は以下のように動作する。正常の場合には、ＯＣｈＰモジュールは、送信するためにＷＤＭシステムにアクセスするよう、前記ＯＣｈＰモジュールに入るＮ経路信号に対して対応の動作チャンネルを選択する。受信端において、ＯＣｈＰモジュールは、該信号を受信するよう動作チャンネルを同様に選択する。この時点において、保護チャンネルにはトラフィックが送信されない、もしくは保護チャンネルを通して送信されるトラフィックは、ＯＣｈＰ受信モジュールによって受信されないであろう。

ｍチャンネル（１≦ｍ≦Ｍ）における信号の品質がチャンネルの故障に起因して劣化したまたは喪失した場合には、ＯＣｈＰ送信モジュールは、送信のために信号を保護チャンネルに切換え、他方、残りのＮ−ｍ経路信号は、動作チャンネルを通して送信されるであろう。受信端において、ＯＣｈＰモジュールは、前記ｍ経路信号を受信するよう、対応の保護チャンネルを選択し、そして残りのＮ−ｍ経路の信号は、動作チャンネルによって受信される。保護チャンネルを通して現在送信されている信号のための動作チャンネルが回復した場合、ＯＣｈＰモジュールは、該信号を動作チャンネルに切換え戻すであろう。

ここで、動作チャンネルにおける信号が保護チャンネルに切換えられるか否かは、動作チャンネルの性能によって決定され、そして検出装置を何ら追加することなく、ＷＤＭシステム内の対応の受信器によってのみ決定される。というのは、ＷＤＭシステム内のすべての受信器はその機能を有しているからである。さらに、保護チャンネルを通して送信される信号が動作チャンネルに切換え戻されるか否かも動作チャンネルの性能によって決定される。従って、該保護の解決策は、ＷＤＭ層をベースにしている。

動作チャンネルのためかもしくは保護チャンネルのためかのいずれかに対して、ＯＣｈＰモジュールは、信号によって搬送されるトラフィックに対して何等かの処理を行う代わりに、該信号のための対応の経路を選択するだけである。従って、ＯＣｈＰモジュールはトラフィックに対して透明である。

ＯＣｈＰモジュールによって行われる信号の経路の選択は、ＷＤＭシステムにおけるチャンネルの性能に基づいているので、それは、ＷＤＭシステムとＯＣｈＰモジュールとの間の適切なプロトコルからの支援を必要とする。プロトコルは以下の機能を支援するべきである。

（１）ＷＤＭシステムが各チャンネルにおける信号の品質を監視し、リアルタイムでシステムにおけるＯＣｈＰモジュールの状態を送ること。

（２）保護チャンネルに切換えられるべき幾つかの信号が動作チャンネル内に存在するか否かを、ＷＤＭシステムが決定して保護チャンネルを選択すること。同様に、動作チャンネルに切換え戻されるべき幾つかの信号が保護チャンネル内に存在するか否かを、ＷＤＭシステムが決定すること。

（３）ＷＤＭシステムが正確な切換え要求をＯＣｈＰ送信モジュール及びＯＣｈＰ受信モジュールに同時に送ること。

（４）ＯＣｈＰモジュールがＷＤＭシステムからの前記切換え要求に従って切換えを行うこと。

ＯＣｈＰモジュールの上述の必要とされる特徴を考慮して、設計が行われた。そして、代表的な実施形態を以下の通り説明する。

実施形態１
ＯＣｈＰモジュールは、５０：５０カプラ（シャントとも称す）及びＭ：Ｎ（もしくはＭ×ＮまたはＮ×Ｍ、これは、ＭまたはＮ入力ポート及びＮまたはＭ出力ポートを示す）光スイッチを備える。図３を参照すると、送信モジュールの切換え装置は、Ｎ個の５０：５０カプラ及び１つのＮ×Ｍ光スイッチを備え、各カプラの２つの出力ポートの一方は、動作チャンネルに接続され、他方は、Ｎ×Ｍ光スイッチの入力ポートに接続される。Ｎ×Ｍ光スイッチのＭ個の出力ポートは、ＷＤＭシステムにおけるＭ個の保護チャンネルにそれぞれ接続される。受信モジュールの切換え装置は、５０：５０カプラ及び１つのＭ×Ｎ光スイッチを備え、各カプラの２つの入力の一方は、ＷＤＭシステムにおける動作チャンネルに接続され、他方は、Ｎ×Ｍ光スイッチの出力ポートに接続される。Ｍ×Ｎ光スイッチのＭ個の入力ポートは、ＷＤＭシステムにおけるＭ個の保護チャンネルにそれぞれ接続される。

上述の場合において、Ｍ：Ｎ光スイッチが制御されるべきであり、ＷＤＭシステムの受信端における動作チャンネル及び保護チャンネルのためのレーザは、同時に開いているべきではなく、代わりにそれらのいずれかだけが動作状態にあることができるが、しかしながら、送信端におけるレーザのためのどんな要件も必要ではない。

実施形態２
ＯＣｈＰモジュールは、１×２光スイッチ及びＭ：Ｎ光スイッチを備える。図４を参照すると、送信モジュールの切換え装置は、Ｎ個の１×２光スイッチ及び１つのＮ×Ｍ光スイッチを備え、各１×２光スイッチの２つの出力ポートの一方は、ＷＤＭシステムにおける動作チャンネルに接続され、他方は、Ｎ×Ｍ光スイッチの入力ポートに接続され、そしてＮ×Ｍ光スイッチのＭ個の入力ポートは、ＷＤＭシステムにおけるＭ個の保護チャンネルにそれぞれ接続される。受信モジュールの切換え装置は、Ｎ個の１×２光スイッチ及び１つのＭ×Ｎ光スイッチを備え、各１×２光スイッチの２つの入力ポートの一方は、ＷＤＭシステムにおける動作チャンネルに接続され、他方は、Ｎ×Ｍ光スイッチの出力ポートに接続され、そしてＭ×Ｎ光スイッチのＭ個の入力ポートは、ＷＤＭシステムにおけるＭ個の保護チャンネルにそれぞれ接続される。

上述の解決策は、Ｍ：Ｎ光スイッチ及び1×２光スイッチのためのプロトコル制御を厳密に必要とする、すなわち両端における光スイッチは、対応する経路に同時に切換えられるべきである。しかしながら、送信端及び受信端におけるレーザのためのどんな要件も必要ではない。

実施形態３
ＯＣｈＰモジュールは、Ｎ×（Ｎ＋Ｍ）光スイッチを備える。図５を参照すると、送信モジュールの切換え装置は、Ｎ×（Ｎ＋Ｍ）光スイッチを備え、そのＮ＋Ｍ出力ポートは、ＷＤＭシステムにおけるＮ個の動作チャンネル及びＭ個の保護チャンネルにそれぞれ接続される。受信モジュールの切換え装置は、（Ｎ＋Ｍ）×Ｎ光スイッチを備え、そのＮ＋Ｍ入力ポートは、ＷＤＭシステムにおけるＮ個の動作チャンネル及びＭ個の保護チャンネルに接続される。

上述の解決策は、両端における光スイッチが、対応の経路に同時に切換えられるべきであることを必要とする。しかしながら、送信及び受信端におけるレーザのためのどんな要件も必要ではない。

以下の計算は、Ｍ＞１の場合にシステムの信頼性が高められ得るということを示す。
上述の実施形態のいずれに対しても、２＋１６波長保護の場合（２つのカスケード（縦続）接続されたＯＴＵに等価、すなわち２つの独立の１＋８保護装置が２＋１６保護装置を形成するようにカスケード接続もしくは縦続接続される）、計算によれば、故障間平均時間（ＭＴＢＦ）は、（２つの独立の１＋８保護装置の元の解決策と比較して）ｋ／３０倍だけ延長され、ここに，ｋは，故障間時間（ＴＢＦ）に対するシステム利用可能時間の比であり、例えば、単一ボードの利用度が９９．９９％であるならば、ｋの値は約１０^４である。利用度の小数点の値の後に９が追加されるときはいつも、ｋの値は大きさの程度を増大する。Ｍ＋Ｎの解決策（すなわち、Ｍ個のカスケード接続されたＯＴＵ）が用いられる場合は、ＭＴＢＦは、

倍だけ延長される（Ｐは階乗機能を表す）。

本発明によるＯＣｈＰ方法は、Ｍ＞１の場合に、費用を減少し、システムの信頼性を高めるのに役立ち得るのは明らかである。

従来のＷＤＭをベースにした１＋１のＯＣｈＰ解決策を示す概略図である。 本発明によるＷＤＭシステムにおけるＯＣｈＰモジュールの配置を示す図である。 本発明によるＷＤＭをベースにした１＋ＮのＯＣｈＰ解決策を示した概略図である。 カプラ及び光スイッチから成るＯＣｈＰモジュールの内部構造を示す図である。 光スイッチから成るＯＣｈＰモジュールの内部構造を示す図である。 Ｎ×（Ｎ＋Ｍ）光スイッチから成るＯＣｈＰモジュールの構造を示す図である。

Claims (8)

1. 搬送されるトラフィックとＷＤＭシステムとの間の動作チャンネルを介する信号送信及び保護チャンネルのための経路選択を行うよう設計された、ＷＤＭ層をベースにしたＯＣｈＰ（光チャンネル保護）装置であって、
   送信モジュール及び受信モジュールを備え、該送信モジュール及び受信モジュールは双方とも、ＷＤＭシステムにおけるＮ個の動作チャンネルの受信端及び送信端にそれぞれ接続されたＮ個の動作チャンネルを備え、前記送信モジュール及び前記受信モジュールは双方とも、また、ＷＤＭシステムにおけるＭ個の保護チャンネルの受信端及び送信端にそれぞれ接続されたＭ個の保護チャンネルと、ＷＤＭシステムからの切換え要求に従って、特定の動作チャンネルにおける信号を特定の保護チャンネルに切換える、または特定の保護チャンネルにおける信号を特定の動作チャンネルに切換え戻すように設計された切換え装置とを備え、Ｍ及びＮは双方とも自然数であり、Ｍ＜Ｎであり、
   前記送信モジュールの前記切換え装置は、１つのＮ×（Ｎ＋Ｍ）光スイッチを備え、そのＮ＋Ｍ出力ポートは、ＷＤＭシステムにおけるＮ個の動作チャンネル及びＭ個の保護チャンネルにそれぞれ接続され、そして
   前記受信モジュールの前記切換え装置は、（Ｎ＋Ｍ）×Ｎ光スイッチを備え、そのＮ＋Ｍ入力ポートは、ＷＤＭシステムにおけるＮ個の動作チャンネル及びＭ個の保護チャンネルにそれぞれ接続される、ＷＤＭ層をベースにしたＯＣｈＰ装置。
2. 前記Ｎ×（Ｎ＋Ｍ）光スイッチは、Ｎ個の５０：５０カプラ及び１つのＮ×Ｍ光スイッチとして構成され、各カプラの２つの出力ポートの一方は、ＷＤＭシステムにおける動作チャンネルに接続され、他方は、Ｎ×Ｍ光スイッチの入力ポートに接続され、Ｎ×Ｍ光スイッチのＭ個の出力ポートは、ＷＤＭシステムにおけるＭ個の保護チャンネルにそれぞれ接続され、
   前記（Ｎ＋Ｍ）×Ｎ光スイッチは、Ｎ個の５０：５０カプラ及び１つのＭ×Ｎ光スイッチとして構成され、各カプラの２つの入力ポートの一方は、ＷＤＭシステムにおける動作チャンネルに接続され、他方は、Ｍ×Ｎ光スイッチの出力ポートに接続され、Ｍ×Ｎ光スイッチのＭ個の入力ポートは、ＷＤＭシステムにおけるＭ個の保護チャンネルにそれぞれ接続される請求項１に記載のＷＤＭ層をベースにしたＯＣｈＰ装置。
3. 前記Ｎ×（Ｎ＋Ｍ）光スイッチは、Ｎ個の１×２光スイッチ及び１つのＮ×Ｍ光スイッチとして構成され、各１×２光スイッチの２つの出力ポートの一方は、ＷＤＭシステムにおける動作チャンネルに接続され、他方は、Ｎ×Ｍ光スイッチの入力ポートに接続され、Ｎ×Ｍ光スイッチのＭ個の出力ポートは、ＷＤＭシステムにおけるＭ個の保護チャンネルにそれぞれ接続され、
   前記（Ｎ＋Ｍ）×Ｎ光スイッチは、Ｎ個の１×２光スイッチ及び１つのＭ×Ｎ光スイッチとして構成され、各１×２光スイッチの２つの入力ポートの一方は、ＷＤＭシステムにおける動作チャンネルに接続され、他方は、Ｍ×Ｎ光スイッチの出力ポートに接続され、Ｍ×Ｎ光スイッチのＭ個の入力ポートは、ＷＤＭシステムにおけるＭ個の保護チャンネルにそれぞれ接続される請求項１に記載のＷＤＭ層をベースにしたＯＣｈＰ装置。
4. 保護チャンネルの数Ｍは１より大きい請求項1に記載のＷＤＭ層をベースにしたＯＣｈＰ装置。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＷＤＭ層をベースにしたＯＣｈＰ装置を用いたＯＣｈＰ（光チャンネル保護）方法であって、
   （１）ＷＤＭシステムによって、リアルタイムでシステム内の送信モジュール及び受信モジュールの経路状態及び各チャンネルにおける信号の品質を監視する段階と、
   （２）特定の保護チャンネルに切換えられるべき幾つかの信号が動作チャンネル内に存在するか否かをＷＤＭシステムによって決定し、もし存在するならば、ＷＤＭシステムが該特定の保護チャンネルを選択する段階と、
   （３）ＷＤＭシステムによって、送信モジュール及び受信モジュールに切換え要求を送る段階と、
   （４）ＷＤＭシステムからの前記切換え要求に従って、送信モジュール及び受信モジュールによって切換えを行う段階と、
   を含むＯＣｈＰ方法。
6. 保護チャンネルの数Ｍは、１より大きい請求項５に記載のＷＤＭ層をベースにしたＯＣｈＰ方法。
7. ＷＤＭシステムはまた、保護チャンネル内を送信される幾つかの信号が動作チャンネルに切換え戻されるべきか否かを決定し、もし切換え戻されるべきならば、前記信号がどの動作チャンネルに切換えられるのかを決定して、送信モジュール及び受信モジュールに切換え要求を同時に送る、請求項５に記載のＷＤＭ層をベースにしたＯＣｈＰ方法。
8. 動作チャンネル内のどの信号も保護チャンネルに切換えられるべきでない場合、保護チャンネルは、低い優先順位を有するトラフィックを搬送する請求項５に記載のＷＤＭ層をベースにしたＯＣｈＰ方法。

Images