JP4823056B2 - 光伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、光伝送システムに関し、特に光スイッチ処理をして光伝送を行う光伝送システムに関する。

近年、光インターコネクトと呼ばれる技術が研究・開発されている。光インターコネクトとは、極めて短い距離の光データ通信の総称であって、通常はＬＡＮの伝送よりも短い距離の光通信を指す。

光インターコネクトは、装置間（パソコン同士の通信など）、ボード間（プリント基板同士の通信）、ボード内（プリント基板内の通信）の大きく３つの光配線に分類される。従来の金属配線では、伝送損失や伝送帯域の制約が問題となるが、光ファイバを用いることで、信号強度の減衰量及び伝送帯域は著しく改善されることになる。

一方、近年では、ＣＰＵの性能が際立って進歩しているが、ＣＰＵなどのＬＳＩチップの進化速度と、プリント基板上の電気配線における周辺技術の進化速度との間に大きな溝ができている。また、ＬＳＩチップの能力が飛躍的に向上し続けると同時に、信号のやりとりに必要な入出力ピン数も数千本と増大している。

このような膨大なピン数を現状の電気配線の延長技術で実現することは不可能であるため、配線ボトルネックの問題を解決するブレークスルーとして、ボード内光インターコネクトが注目されている。

また、他の適用分野としては、スーパーコンピュータなどを接続した並列計算機システムや高速ルータ内の信号スイッチングに対し、電気配線技術のボトルネック（帯域、物量）を回避するために、広帯域特性を有する光インターコネクトの適用が検討されている。

現在までに導入されている、光インターコネクトシステムにおいて、スイッチング技術に関しては、一旦、光信号を電気に変換してスイッチングを行うものが多い。ただし、このような構成では、帯域の増加に伴ってスイッチングのポート数の増加を招いてしまうことになるので、スイッチ規模の縮小化を図るために、スイッチングについても光信号のまま行う光パケットスイッチの検討が進められている。

従来の光スイッチ関連の技術として、光通信網の同期化を行い、ノードで受信するフレームタイミングの変動を減少させる技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平２−１８６８９８号公報（第６４６頁〜第６４８頁，第５図）

上記のような光インターコネクトのシステム上で、光パケットのスイッチングを行う場合、光スイッチの各入力ポート間では光パケットの到着時間差が生じることになる。
光パケットを光のまま保持でき、任意の到着時間差が補償可能なバッファ素子（遅延素子）といったものは存在しないため、転送パケット間で到着時間差を補正するためには、従来、ガードタイムを設けて光パケットの転送制御が行われていた。しかし、ガードタイムは情報を含まない無送信時間であり、到着時間差が大きいと、このガードタイムを増加することになるので、光パケット伝送効率が著しく低下してしまうといった問題があった。

図１２は光パケットの到着時間差により生じる問題点を示す図である。光伝送システム５は、送信部５１〜５３、受信部５４〜５６、光スイッチ５７を含み、送信部５１〜５３から送信された光パケットは、光スイッチ５７でスイッチングされて受信部５４〜５６へ送られる。なお、送信部５１〜５３から送信される光パケットには、先頭と末尾の箇所にガードタイムが設けられている。

また、光スイッチ５７は、どのポートから入力された光パケットに対しても同じスイッチタイミングでスイッチ処理を行う。図に示す点線の矩形は、タイミングｔ１で光パケットのスイッチングを行った場合に、タイミングｔ２でその光パケットが出力されることを示しており、どの入力ポートでも同じスイッチタイミングでスイッチ処理される様子を示している。

ここで、送信部５１から送信された光パケットｐ１は、光パケットｐ１の両端に設けられたガードタイムまで含めてタイミングｔ１内に収まるので、タイミングｔ１でスイッチングされ、タイミングｔ２で受信部５４へ出力されて、正常にスイッチングが行われることがわかる。

一方、送信部５２から送信された光パケットｐ２は、光パケットｐ１に比べて時間ｄ１だけ遅れて光スイッチ５７に到達しているので、光パケットｐ２のペイロード領域の後半部分は削れ、前半部分だけがタイミングｔ１内に収まっており、この前半ペイロード領域がスイッチングされて、タイミングｔ２で受信部５５へ送信されることになる。

また、送信部５３から送信された光パケットｐ３は、光パケットｐ１に比べて時間ｄ２だけ早く光スイッチ５７に到達しているので、光パケットｐ３のペイロード領域の前半部分は削れ、後半部分だけがタイミングｔ１内に収まり、この後半ペイロード領域だけがスイッチングされて、タイミングｔ２で受信部５６へ送信されることになる。

上記のような、光パケットｐ２、ｐ３に対して、ペイロード領域が削られずに正常にスイッチ処理が行われるためには、光パケットのペイロード領域をあらかじめ小さくしてガードタイム区間を長くとらなければならない。

このように、従来の光伝送システム５の構成では、光スイッチ５７の各入力ポートのスイッチタイミングに対して、光パケットの到着時間差が大きいと、到着時間差の補正のためのガードタイム区間を長く設定することが必要となり、その分、送信できるデータ量が少なくなってしまうため、データ転送効率が低下してしまうといった問題があった。

一方、受信部では、光スイッチング後の光パケットを受信すると、受信した個々の光パケットからクロックの抽出・再生を行うが、従来技術の他の問題点として、光伝送システム５では、各光パケットから抽出したクロックには、ビット位相ずれが生じるといった問題があった。

光伝送システム５では、バースト送信された光パケットを受信して、光パケット毎にクロックとデータを再生するが、異なる端末ノードから送信された光パケットは、上述の問題点として指摘した到着時間差の補正を調整したとしても、ビット単位までの調整はできないため、光パケットから再生された電気信号は、パケット毎にビット位相ずれが生じてしまう。

図１３は光パケットを受信する様子を示す図である。光伝送システム５において、送信部５１〜５３から送信された光パケット＃１〜＃３は、光スイッチ５７でスイッチングされて受信部５４へ送信される。図では、受信部５４は、スイッチング後の光パケットを、光パケット＃１、＃２、＃３の順に受信している。

図１４はビット位相ずれを示す図である。受信部５４は、受信した光パケット＃１からクロックｃｋ１を抽出し、受信した光パケット＃２からクロックｃｋ２を抽出し、受信した光パケット＃３からクロックｃｋ３を抽出する。

光パケット＃１〜＃３のそれぞれから抽出したクロックｃｋ１〜ｃｋ３は、本来は同期していることが必要であるが（例えば、３つの光パケット＃１〜＃３を合わせて、１つの情報データが表されるとすると、各光パケット＃１〜＃３から抽出したクロックは同期していなければならない）、光スイッチ５７を介しての送信部５１〜５３と受信部５４間の光ファイバ伝送路の環境条件の違いなどによって、各光ファイバ伝送路から伝送された光パケットには、ビットレベルでの位相ずれが生じるので、それらの光パケットから抽出したクロックｃｋ１〜ｃｋ３に対しても同期ずれが生じてしまう。

このように、バースト送信された光パケットを受信して、それぞれの光パケットからクロック抽出を行うと、ビット位相ずれが生じたクロックが抽出されるので、データ再生を高精度に実行できないといった問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、光パケットの到着時間差が大きい場合でも、ガードタイムを増加せずに到着時間差の補正を行い、かつビット位相ずれを補償して、光パケット伝送効率の向上を図った光伝送システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、光伝送システムが提供される。光伝送システムは、すべての入力ポートに同じスイッチタイミングが設定されて、前記入力ポートから入力した光信号を同一タイミングでスイッチ処理を行う光スイッチ処理部を含む光スイッチノードと、初期設定時に、光ダミーパケットを前記光スイッチノードへ送信し、前記光ダミーパケットが前記スイッチ処理されて、自ノードへ返信された返信光ダミーパケットの同期検出処理を行い、同期外れを検出した場合には、前記光スイッチ処理部の前記スイッチタイミングに対して、前記光ダミーパケットの前記光スイッチ処理部への到着タイミングが一致するように、前記光ダミーパケットの出力タイミングを調整して、前記スイッチタイミングと前記到着タイミングとの時間差の補正制御を行う時間差補正制御部を含み、各入力ポートに接続する複数の端末ノードとを有し、前記端末ノードが前記光スイッチノードに接続した場合は、接続した前記端末ノードは、自律的に前記光ダミーパケットを出力して、運用開始前に前記時間差の補正制御を行い、かつ前記時間差の補正制御は、前記光スイッチノードにすでに接続している他の端末ノードと独立して行う。

端末ノードを光スイッチノードに接続すると、自律的に光ダミーパケットが出力されて、時間差の補正制御が自動でかつ独立に実施されることにより、インサービス（運用中）で端末ノードの追加や交換等が可能になり、保守運用の効率を向上させることが可能になる。

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は光伝送システムの原理図である。光伝送システム１は、光スイッチノード１０と、端末ノード２０−１〜２０−ｎを有し、光スイッチノード１０と、端末ノード２０−１〜２０−ｎ（総称する場合は端末ノード２０）は、入力ポートＰ１〜Ｐｎ毎に、光ファイバでそれぞれ接続して、光インターコネクトが適用可能なシステムである。また、任意の端末ノードから出力された光パケットは、光スイッチノード１０で光信号のままスイッチングされて、所定の端末ノードへ伝送される。

光スイッチノード１０は、光スイッチ部１１を有し、光スイッチ部１１は、光スイッチ処理部１１ｂを含む。光スイッチ処理部１１ｂは、すべての入力ポートＰ１〜Ｐｎに同じスイッチタイミングを設定して、入力ポートＰ１〜Ｐｎから入力した光信号は同一タイミングでスイッチ処理を行う。

端末ノード２０（スーパーコンピュータ等に該当）は、時間差補正制御部２０ａを含み、時間差補正制御部２０ａは、返信ダミーパケット変換部（Ｏ／Ｅ）２２ａ、バッファ２３ａ、読み出し送信部（Ｅ／Ｏ）２４ａ、読み出しタイミング可変設定部２５ａから構成される。

バッファ２３ａは、初期設定時に、電気信号であるダミーパケット（時間差補正制御を行うための試験パケットである）を生成、格納する。また、運用時には、サービス情報を含む電気信号の運用パケットが格納される。

読み出し送信部２４ａは、初期設定時に、光ダミーパケットを光スイッチノードへ送信する場合は、バッファ２３ａから、読み出しタイミングにもとづいてダミーパケットを読み出し、読み出したダミーパケットを光信号に変換して、光ダミーパケットを生成して光スイッチ処理部１１ｂへ送信する。

返信ダミーパケット変換部２２ａは、スイッチ処理された後の返信光ダミーパケットを受信して電気信号の返信ダミーパケットに変換する。読み出しタイミング可変設定部２５ａは、返信ダミーパケットの同期検出を行い、同期外れを認識した場合は、同期が取れるまで、読み出し送信部２４ａの読み出しタイミングを変化させる。

そして、読み出し送信部２４ａは、変更後の読み出しタイミングにもとづいて、再度、バッファ２３ａからダミーパケットを読み出し、読み出したダミーパケットを光信号に変換して、光ダミーパケットを生成して光スイッチ部１１へ送信する。

このように、光スイッチ部１１のスイッチタイミングの範囲内に光ダミーパケットが収まって正常なスイッチ処理が行われるまで（返信ダミーパケットの同期が取れるまで）、読み出しタイミングを変化させる。

このような処理を行って、同期が取れた返信光ダミーパケットの受信を認識すると、その後のシステム運用時においては、読み出し送信部２４ａは、同期が取れたときの読み出しタイミングを用いて、バッファ２３ａから電気信号の運用パケットを読み出し、運用パケットを光信号に変換して光パケット（光ダミーパケットではなく、実際のサービス情報を含む光パケットである）を生成し、この光パケットを光スイッチ部１１へ送信して、通常の光通信が実施される。

このように、システムの初期設定時に、光ダミーパケットを用いての時間差補正制御を実行して、端末ノード２０からの光パケット送出タイミングを調整しておくことによって、光スイッチノード１０の入力ポートＰ１〜Ｐｎのスイッチタイミングに対して、端末ノード２０から送信される光パケットの到着時間を一致させておくことができるので、システム運用時には、光パケットのフィールドが削られない正常なスイッチ処理を行うことが可能になる。

なお、上記では、時間差補正制御部２０ａは、単一の光ダミーパケットを光スイッチノード１０へ送信して、光スイッチノード１０でスイッチ処理されて返信された返信光ダミーパケットの受信タイミングにもとづいて補正処理を行うものとしたが、初期設定時に、複数の光ダミーパケットから構成される光連続信号を光スイッチノード１０へ送信してもよい。

この場合、時間差補正制御部２０ａは、光スイッチ処理部１１ｂのスイッチタイミングにもとづくスイッチ処理によって、光連続信号が切り出されて返信された返信光ダミーパケットの受信タイミングにもとづいて補正処理を行う。

図２は光連続信号から生成された返信光ダミーパケットを示す図である。端末ノード２０から送信された複数の光ダミーパケットから構成される光連続信号は、光スイッチ処理部１１ｂのスイッチタイミング（図では１、３）によって切り出され、端末ノード２０へ折り返される。

この光スイッチ処理部１１ｂのスイッチタイミングと、複数の光ダミーパケットから構成される光連続信号の光スイッチ処理部１１ｂに対する入力タイミングとがずれると、スイッチ動作によって切り出された返信光ダミーパケットは、先頭または末尾の部分が落とされて折り返されてくることになり、端末ノード２０では、同期外れと認識することができる。

同期外れと認識した場合は、読み出しタイミングを変えて、バッファ２３ａからダミーパケットを読み出し、読み出したダミーパケットを光信号に変換して、複数の光ダミーパケットからなる光連続信号を生成して光スイッチ部１１へ送信する。図１と同様に、このような制御を同期が取れるまで繰り返す。

次に光スイッチノード１０と端末ノード２０の全体構成について説明する。図３は光スイッチノード１０と端末ノード２０の全体構成を示す図である。図１に示したように、端末ノード２０−１〜２０−ｎはそれぞれ、光ファイバで光スイッチノード１０と接続され、光ファイバを通じて、主信号である光パケットと制御信号とが、端末ノード２０−１〜２０−ｎと光スイッチノード１０との間でやりとりされる（制御信号は、光ファイバとは別に電気ケーブルを配線して通信してもよい）。

光スイッチノード１０は、図１で示した光スイッチ部１１と、光伝送制御部１２とから構成され、光伝送制御部１２は、光スイッチ側接続制御部１２ａ（以下、アービタ部１２ａと呼ぶ）と基準クロック源１２ｂから構成され、光スイッチ部１１と端末ノード２０−１〜２０−ｎとのシステムの全体制御（光パケット経路情報の集中制御を含む）を行う。

アービタ部１２ａは、光スイッチノード１０と端末ノード２０−１〜２０−ｎとのポート間接続処理や、光スイッチ部１１に対するスイッチ駆動制御などを行う。基準クロック源１２ｂは、システムのマスタクロックであって、基準クロック源１２ｂから生成されたクロック信号は、端末ノード２０−１〜２０−ｎ及び光スイッチ部１１へ分配され、システム内の各構成要素は、制御用の分配クロックに同期して動作する。

端末ノード２０は、光送受信部２−１と計算処理部２−２から構成され、光送受信部２−１は、図１で示した時間差補正制御部２０ａの他に、端末側接続制御部２０ｂとビット位相ずれ補償部２０ｃから構成される。なお、光送受信部２−１は、例えば、ラインカードのような構成を持つもので、端末ノード２０−１〜２０−ｎに対して、自由に挿入・取り外しが可能である。

計算処理部２−２は、ユーザインタフェースを有し、多様な情報処理を行う端末ノード２０の中央コンピュータ部分に該当する。端末側接続制御部２０ｂは、光スイッチノード１０と自端末ノードとのポート間接続処理を行う。時間差補正制御部２０ａは、図１で上述したので説明は省略する。また、ビット位相ずれ補償部２０ｃは、光スイッチノード１０からバースト的に送信される光パケットを受信して、各光パケット間のビット位相ずれ補償を行う（詳細は図１１で後述する）。

ここで、端末ノード２０と光スイッチ部１１とのポート間接続の概要について説明する。端末側接続制御部２０ｂは、運用前の初期設定時、アービタ部１２ａにポート間接続要求を送信する。各ポート（各端末ノード）からの接続要求を受け取ったアービタ部１２ａは、接続要求をもとに、接続経路を決定し、ポート接続可否情報を該当端末ノードの端末側接続制御部２０ｂに返信する。

端末側接続制御部２０ｂは、ポート接続可否情報を受信して、ポート接続が可能な場合、許可されたポートから光パケットを光スイッチ部１１へ送信する。アービタ部１２ａは、各端末ノードに対して、現在接続されているポート間接続状態を通知し、光スイッチ部１１のスイッチ経路の駆動制御を行って、光スイッチ部１１のすべての入力ポートに対して同一タイミングでスイッチ処理を行う。

次にシステムのサービス運用前に時間差補正制御部２０ａで行われる、端末ノード２０から送信された光パケットの光スイッチ部１１への到着タイミングと、スイッチタイミングとの時間差の補正制御について説明する。

図４は光ダミーパケットの構成を示す図である。光ダミーパケットＰａにはペイロード領域の先頭と末尾に、光ダミーパケットＰａの同期検出を行うための光ダミーパケット位置検出情報が設けられる。また、光ダミーパケット位置検出情報の両端にはガードタイムが設けられる（このガードタイムは、データのわずかな揺れ幅を補償するために付加した極短区間のものであり、従来のような時間差補正を行うために設けられている長区間のガードタイムとは異なる）。なお、光ダミーパケット位置検出情報及びガードタイムは、読み出し送信部２４ａ（図１）によって付加される。

図５は時間差補正を説明する図である。光スイッチ部１１に端末ノード２０−１、２０−２が接続されており、光伝送制御部１２からは分配クロックが、端末ノード２０−１、２０−２、光スイッチ部１１へ供給される。なお、光スイッチ部１１の入力ポート＃１in、＃２inのスイッチタイミングは同一タイミングであり、図中点線矩形で示す。

端末ノード２０−１、２０−２は、光スイッチノード１０と接続すると、自律的に光ダミーパケットまたは光ダミーパケットが連続した光連続信号を出力する。光スイッチ部１１内の光スイッチ処理部１１ｂ（図１）で光連続信号または光ダミーパケットがスイッチ処理された後に、返信光ダミーパケットは該当端末ノードへ返信される。

（１）端末ノード２０−１の時間差補正制御について（スイッチタイミングと時間差がなく、正常スイッチング可能な場合）。
端末ノード２０−１内の時間差補正制御部２０ａは、光スイッチ部１１でスイッチ処理されて折り返し送信された返信光ダミーパケットを受信すると、返信光ダミーパケットを電気信号のダミーパケットに変換しバッファ２３ａに格納する。

そして、現在の読み出しタイミング（分配クロックから作り出されたタイミングである）にもとづいて、ダミーパケットを読み出し、読み出したダミーパケットを光信号に変換して、光ダミーパケットを生成して光スイッチ部１１へ送信する。

光スイッチ部１１は、入力ポート＃１inで受信した光ダミーパケットをスイッチ処理して、出力ポート＃１outを介して端末ノード２０−１へループバックする。時間差補正制御部２０ａは、スイッチ処理後のループバックされた返信光ダミーパケットの同期検出を行う。同期検出処理は具体的には、返信光ダミーパケットの先頭・末尾に設けられている光ダミーパケット位置検出情報の検出を行う（実際には、返信光ダミーパケットが電気信号に変換された後の返信ダミーパケットの同期検出を行う）。

図では、同期が取れている様子を示している。時間差補正制御部２０ａが光ダミーパケットの先頭・末尾に設けられている光ダミーパケット位置検出情報を正常に検出することができれば、端末ノード２０−１から送信された光ダミーパケットは、光ダミーパケットの両端に設けられたガードタイムまで含めて入力ポート＃１inのスイッチタイミング内に収まっていることになり、光スイッチ部１１で正常にスイッチ処理されたことを示すことになる。

したがって、このことは、端末ノード２０−１から送信された光ダミーパケットの光スイッチ部１１への到着タイミングと、光スイッチ部１１のスイッチタイミングとに時間差はないということなので、端末ノード２０−１において、現在の読み出しタイミングで光パケットを運用時に出力すればよいことがわかる。

（２）端末ノード２０−２の時間差補正制御について（スイッチタイミングと時間差があり、正常スイッチング不可能な場合）。
端末ノード２０−２内の時間差補正制御部２０ａは、光スイッチ部１１でスイッチ処理されて折り返し送信された返信光ダミーパケットを受信すると、返信光ダミーパケットを電気信号のダミーパケットに変換しバッファ２３ａに格納する。

そして、現在の読み出しタイミング（分配クロックから作り出されたタイミングである）にもとづいて、ダミーパケットを読み出し、読み出したダミーパケットを光信号に変換して、光ダミーパケットを生成して光スイッチ部１１へ送信する。

光スイッチ部１１は、入力ポート＃２inで受信した光ダミーパケットをスイッチ処理して、出力ポート＃２outを介して、端末ノード２０−２へループバックする。時間差補正制御部２０ａは、スイッチ処理後のループバックされた返信光ダミーパケットの同期検出を行う。同期検出処理は具体的には、返信光ダミーパケットの先頭・末尾に設けられている光ダミーパケット位置検出情報の検出を行う（なお、実際には、返信光ダミーパケットが電気信号に変換された後の返信ダミーパケットの同期検出を行う）。

図では、同期が取れていない様子を示している。スイッチタイミング内に１つの光ダミーパケットが存在せずに、スイッチングタイミングをまたがった状態でスイッチ処理されている様子が示されている。

時間差補正制御部２０ａは、同期が取れていないことを認識すると、同期が取れるまで読み出しタイミングを変化させ、スイッチタイミングの範囲内に光パケットが収まって正常なスイッチ処理が行われるようにする。図の場合、分配クロックを２クロック分遅らせることで、スイッチタイミングの範囲内に光パケットが収まるので、光ダミーパケットの送信タイミング（読み出しタイミング）を２クロック分ずらすことになる。

この結果、端末ノード２０−２から送信された光ダミーパケットの光スイッチ部１１への到着タイミングと、光スイッチ部１１のスイッチタイミングとの時間差をなくすことができる。したがって、端末ノード２０−２では、時間補正後に得られた読み出しタイミングにもとづいて、光パケットを運用時に出力すればよいことになる。

次に複数の端末ノード２０−１〜２０−ｎから送信される光パケットと、光スイッチ部１１のスイッチ処理との間でタイムスロット間での調整ずれが発生する場合について説明する。上記では、１台の端末ノード２０と光スイッチ部１１における、光スイッチ部１１のスイッチタイミングに対する時間差調整を行うものであったが、複数の端末ノードから送信される光パケットと、光スイッチ部１１のスイッチ処理との間で、タイムスロット間での調整ずれが生じる可能性があるため、同一システムにおいてタイムスロット間のずれ調整も行う必要がある。

図６は光パケットのタイムスロット調整ずれを説明するための図である。光スイッチ部１１に端末ノードＮ１〜Ｎ４が接続する。端末ノードＮ１は、端末ノードＮ３宛の光パケットを光スイッチ部１１へ送信する。端末ノードＮ２は、端末ノードＮ３宛の光パケットと、端末ノードＮ４宛の光パケットを光スイッチ部１１へ送信する。

光スイッチ部１１は、受信した光パケットをスイッチ処理して該当の宛先端末ノードへ出力する。この場合、入力タイムスロットＴ１、Ｔ２において、端末ノードＮ１から出力された光パケットは端末ノードＮ３宛（Ｎ１→Ｎ３）であり、端末ノードＮ２から出力された光パケットは端末ノードＮ４宛（Ｎ２→Ｎ４）であるので、スイッチ処理時に競合することなく、出力タイムスロットＴ１、Ｔ２でそれぞれの光パケットが該当の宛先へ送信される。

ところが、入力タイムスロットＴ０では、端末ノードＮ１からの出力光パケットは端末ノードＮ３宛（Ｎ１→Ｎ３）であり、端末ノードＮ２からの出力光パケットも端末ノードＮ３宛（Ｎ２→Ｎ３）であるので、このタイムスロットでのスイッチ処理では競合が生じてしまうことになる。

図では、出力タイムスロットＴ０で、光パケット（Ｎ２→Ｎ３）が端末ノードＮ３へスイッチ処理されて出力しており、光パケット（Ｎ１→Ｎ３）は消失してしまっている様子が示されている。本来各端末ノードからパケット送信要求が、光スイッチ側接続制御部（アービタ）に送信され、ポート間での競合が起きないように調停制御を行っているため、このようなパケット消失はタイムスロットがずれて送信されてきていることに起因して発生する。

したがって、本発明の光伝送システム１においては、図１〜図５で上述した各端末ノード毎での時間差補正制御に加えて、さらに複数の端末ノードから送信される光パケットと、光スイッチ部１１のスイッチ処理との間で発生する可能性があるタイムスロットずれに対する調整制御も行う必要がある。

次にタイムスロットずれの調整制御を行う光伝送システム１の構成と動作について説明する。図７は光スイッチノード１０と端末ノード２０との構成を示す図である。なお、図１、図３で図示した同じ構成要素には同符号を付け、またタイムスロットずれの調整制御に必要な構成要素を中心に図示して説明する（各ノードには図１、図３で示した構成要素も含まれるが図示は省略する）。

アービタ部１２ａは、スイッチ駆動部１２ａ−１、タイミング調整信号生成部１２ａ−２から構成される。スイッチ駆動部１２ａ−１は、端末ノード２０からのポート間接続要求を受信して、ポート接続可否を判断し、ポート接続可否情報を送信する。また、ポート間接続要求には、宛先端末ノードを示す宛先情報が含まれており、スイッチ駆動部１２ａ−１は、この宛先情報から光スイッチ部１１のスイッチ接続経路を決定し、光スイッチ部１１のスイッチ駆動制御を行う。

タイミング調整信号生成部１２ａ−２は、端末ノード２０から送信されたタイミング調整要求信号を受信すると、光スイッチ部１１の入力ポートで競合を生じさせる送信タイミングで光パケットを送信している該当端末ノード２０に対して、タイミング調整信号を生成し出力する。

端末側接続制御部２０ｂは、接続要求送信部２１ｂ、光パケット送信部２２ｂ、タイムスタンプ解析部２３ｂ、タイミング補正部２４ｂから構成される。接続要求送信部２１ｂは、送信すべき光パケットの宛先ノードを認識し、ポート間接続要求を宛先情報と共に送信する。

光パケット送信部２２ｂは、光スイッチ部１１とポート間接続が可能な場合に、光パケットにタイムスタンプを付加して光スイッチ部１１へ送信する。タイムスタンプ解析部２３ｂは、スイッチ処理後の光パケットを受信してタイムスタンプの連続性を解析し、解析結果から各端末ノード間でのタイムスロットのずれが生じていることを認識するとタイミング調整要求信号をタイミング調整信号生成部１２ａ−２へ送信する。タイミング補正部２４ｂは、光スイッチノード１０から送信されたタイミング調整信号を受信して、光パケットの送信タイミングを調整する。

次に具体例を示して動作について説明する。図８はタイムスタンプが付加された光パケットのスイッチ処理を示す図である。光スイッチ部１１に端末ノードＮ１〜Ｎ３が接続する。端末ノードＮ１、Ｎ２は、端末ノードＮ３宛の光パケットにタイムスタンプを付加して、光スイッチ部１１へ送信する。

端末ノードＮ１は、タイムスタンプ＃０ａ、＃１ａ、・・・を光パケットに付加して光スイッチ部１１へ送信する。本来は、端末ノードＮ１から出力された光パケットは、入力タイムスロットＴ０にタイムスタンプ＃０ａの光パケットが到着し、入力タイムスロットＴ１にタイムスタンプ＃１ａの光パケットが到着し、入力タイムスロットＴ２にタイムスタンプ＃２ａの光パケットが到着するといったような流れとなるのだが、図では、１タイムスロット分早くずれて送出されている様子が示されている。すなわち、入力タイムスロットＴ０にタイムスタンプ＃１ａの光パケットが到着し、入力タイムスロットＴ１にタイムスタンプ＃２ａの光パケットが到着し、入力タイムスロットＴ２にタイムスタンプ＃３ａの光パケットが到着している。

また、端末ノードＮ２に関しては、タイムスタンプ＃０ｂを光パケットに付加し、タイムスタンプ＃０ｂの光パケットは、入力タイムスロットＴ０で光スイッチ部１１に到着している（正常送信である）。

なお、タイムスタンプは、どの端末ノードから送信された光パケットかがわかるものであり（ここの例では、“ａ”の符号から端末ノードＮ１が、“ｂ”の符号から端末ノードＮ２がわかる）、かつ連続性を持つ番号である（例えば、０〜ｎの順に番号を付ける）。

ここで、入力タイムスロットＴ０では、端末ノードＮ３宛の光パケットが２つあるため競合してしまい、出力タイムスロットＴ０では、タイムスタンプ＃１ａの光パケットが消失して、タイムスタンプ＃０ｂの光パケットが出力されたものとする。

図９はタイミング調整制御の動作を示すフローチャートである。図８でタイムスタンプ＃１ａの光パケット（Ｎ１→Ｎ３）が消失したことを認識した以降の制御を示す。
〔Ｓ１〕端末ノードＮ３のタイムスタンプ解析部２３ｂは、スイッチ処理後のタイムスタンプ＃０ｂの光パケットと、タイムスタンプ＃２ａ、＃３ａの光パケットとを受信して、これら光パケットのタイムスタンプの連続性を解析する。

ここでは、タイムスタンプ＃０ｂの光パケットの次にタイムスタンプ＃２ａの光パケットを受信しており、タイムスタンプは０〜ｎの順に付けると定義してあるので、＃１ａが消失していることがわかり（“ａ”から端末ノードＮ１から送出された光パケットであることもわかる）、タイムスタンプ＃１ａ、＃０ｂの光パケットのスイッチ処理時（すなわち、入力タイムスロットＴ０）にタイムスロットずれが生じていることを認識する。

〔Ｓ２〕タイムスタンプ解析部２３ｂは、タイミング調整要求信号を光スイッチノード１０のタイミング調整信号生成部１２ａ−２へ送信する。なお、タイミング調整要求信号は、光パケットの送信タイミングの補正が必要な端末ノードＮ１の識別子と、タイムスタンプが抜け落ちている個数（ここでは１つ）が含まれる。

〔Ｓ３〕タイミング調整信号生成部１２ａ−２は、タイミング調整要求信号を受信すると、送信タイミングの補正が必要なノードは端末ノードＮ１であることと、１タイムスロットの補正が必要であることを認識し、タイムスロットの補正数を含むタイミング調整信号を生成して、該当の端末ノードＮ１へ送信する。

〔Ｓ４〕端末ノードＮ１のタイミング補正部２４ｂは、受信したタイミング調整信号にもとづいて、タイムスロット単位に光パケットの送信タイミングを補正する。ここでは１タイムスロット遅延させることになる。

図１０はタイムスロットずれ調整後の光パケットの流れを示す図である。図１０の動作フローによって端末ノードＮ１は、端末ノードＮ３宛の光パケットを現状の送信タイミングよりも１タイムスロット遅らせて送信するので、入力タイムスロットＴ０で競合することがなくなり、正常なスイッチ処理が実施されることになる。

次にビット位相ずれ補償部２０ｃについて説明する。図１１はビット位相ずれ補償部２０ｃの構成を示す図である。ビット位相ずれ補償部２０ｃは、Ｏ／Ｅ２０ｃ−１、ＣＤＲ（Clock Data Recovery：クロック抽出部）２０ｃ−２、Ｓ／Ｐ（Serial／Parallel：並列化処理部）２０ｃ−３、ＦＩＦＯ（First In First Out：バッファ）２０ｃ−４、クロック乗せ換え部２０ｃ−５から構成される。

Ｏ／Ｅ２０ｃ−１は、光スイッチノード１０からバースト的に送信される光パケットを受信して光パケットを電気のデータ信号に変換する。ＣＤＲ２０ｃ−２は、データ信号からデータクロックを抽出する。

Ｓ／Ｐ２０ｃ−３は、データ信号を並列化処理してＮ本の並列データに変換し、データクロックを１／Ｎに分周して分周クロックを生成する。ＦＩＦＯ２０ｃ−４は、分周クロックを書き込みクロックとして並列データを格納する。

クロック乗せ換え部２０ｃ−５は、分周クロックでＦＩＦＯ２０ｃ−４に書き込まれた並列データを、自ノードで使用するシステムクロックでＦＩＦＯ２０ｃ−４から並列データを読み出して、クロックの乗せ換えを行う。そして、システムクロック信号を用いて、データ信号のリタイミング処理が行われる。

上記のように、各並列データに対して、分周クロックでＦＩＦＯ２０ｃ−４に書き込み、その後、自ノードで使用するシステムクロックでＦＩＦＯ２０ｃ−４から並列データを読み出して、システムクロックに乗せ換える。このような制御により、各光パケットから抽出したクロックが、システムクロックに統一して乗せ換えられるので、ビット位相ずれを吸収することが可能になる。

以上説明したように、本発明によれば、光インターコネクトシステム上で、スイッチ切り替え時間における光パケット信号間のガードタイムが削減可能であり、実効的な通信帯域を損なうことなく通信を行うことが可能になる。さらに、端末ノード２０は、光スイッチノード１０と接続すると、自律的にかつすでに接続している他の端末ノードと独立して時間差の補正制御を行うので、インサービス（運用中）で端末ノードの追加や交換等が可能になる。

また、複数の端末ノードから送信される光パケットと、光スイッチ部１１のスイッチ処理との間で競合が発生するような場合でも、自動的に送信タイミング補正が必要な端末ノードが検出され、効果的な調停制御が行われることにより、光パケット通信の運用性及び信頼性の向上を図ることが可能になる。

さらに、ビット位相ずれ補償部２０ｃを設けてクロック乗せ換え制御を行う構成としたので、受信した各光パケットに対して、ビットレベルまでの位相調整が可能になる。
（付記１） 光伝送を行う光伝送システムにおいて、
すべての入力ポートに同じスイッチタイミングが設定されて、前記入力ポートから入力した光信号を同一タイミングでスイッチ処理を行う光スイッチ処理部を含む光スイッチノードと、
初期設定時に、光ダミーパケットを前記光スイッチノードへ送信し、前記光ダミーパケットが前記スイッチ処理されて、自ノードへ返信された返信光ダミーパケットの同期検出処理を行い、同期外れを検出した場合には、前記光スイッチ処理部の前記スイッチタイミングに対して、前記光ダミーパケットの前記光スイッチ処理部への到着タイミングが一致するように、前記光ダミーパケットの出力タイミングを調整して、前記スイッチタイミングと前記到着タイミングとの時間差の補正制御を行う時間差補正制御部を含み、各入力ポートに接続する複数の端末ノードと、
を有することを特徴とする光伝送システム。

（付記２） 前記時間差補正制御部は、
前記初期設定時に、前記光ダミーパケットを前記光スイッチノードへ送信する場合は、バッファに格納されている電気信号のダミーパケットを、読み出しタイミングにもとづいて読み出し、読み出した前記ダミーパケットを光信号に変換して、前記光ダミーパケットを生成して前記光スイッチ処理部へ送信する読み出し送信部と、
前記スイッチ処理された後の前記返信光ダミーパケットを受信して、電気信号の返信ダミーパケットに変換する返信ダミーパケット変換部と、
前記返信ダミーパケットの同期検出を行い、同期外れを認識した場合は、同期が取れるまで前記読み出しタイミングを変化させる読み出しタイミング可変設定部と、
から構成され、システム運用時には、前記読み出し送信部は、同期が取れた前記読み出しタイミングを用いて、前記バッファから電気信号の運用パケットを読み出し、前記運用パケットを光信号に変換した後の光パケットを前記光スイッチノードへ送信することを特徴とする付記１記載の光伝送システム。

（付記３） 前記読み出し送信部は、前記光ダミーパケットの同期検出を行うための位置検出情報を、前記光ダミーパケットの先頭と末尾に付加し、前記読み出しタイミング可変設定部は、前記返信ダミーパケットから前記位置検出情報を検出して同期が取れている場合には、前記光スイッチ処理部の前記スイッチタイミングと前記光ダミーパケットの前記光スイッチ処理部への前記到着タイミングとが一致していると認識することを特徴とする付記２記載の光伝送システム。

（付記４） 前記時間差補正制御部は、単一の前記光ダミーパケットを前記光スイッチノードへ送信して、前記光ダミーパケットが前記光スイッチ処理部でスイッチ処理されて返信された前記返信光ダミーパケットの同期検出処理、または複数の連続した前記光ダミーパケットから構成される光連続信号を前記光スイッチノードへ送信して、前記光連続信号が前記光スイッチ処理部で切り出されて返信された前記返信光ダミーパケットの同期検出処理、のいずれかを行うことを特徴とする付記１記載の光伝送システム。

（付記５） 前記端末ノードは、前記光スイッチノードからバースト的に送信される光パケットを受信して、各光パケット間のビット位相ずれ補償を行うビット位相ずれ補償部をさらに有し、前記ビット位相ずれ補償部は、受信した前記光パケットを電気のデータ信号に変換する光／電気変換部と、前記データ信号からデータクロックを抽出するクロック抽出部と、前記データ信号を並列化処理してＮ本の並列データに変換し、前記データクロックを１／Ｎに分周して分周クロックを生成する並列化処理部と、前記並列データを格納するバッファと、前記分周クロックで前記バッファに書き込まれた前記並列データを、前記端末ノードで使用するクロックで前記バッファから前記並列データを読み出して、クロックの乗せ換えを行うクロック乗せ換え部と、から構成されることを特徴とする付記１記載の光伝送システム。

（付記６） 前記端末ノードが前記光スイッチノードに接続した場合は、接続した前記端末ノードは、自律的に前記光ダミーパケットを出力して、運用開始前に前記時間差の補正制御を行い、かつ前記時間差の補正制御は、前記光スイッチノードにすでに接続している他の端末ノードと独立して行うことを特徴とする付記１記載の光伝送システム。

（付記７） 光伝送を行う光伝送システムにおいて、
光パケットのスイッチ処理を行う光スイッチ部と、タイミング調整要求信号を受信した場合に、前記光スイッチ部の入力ポートでタイムスロットずれが生じている送信タイミングで前記光パケットを送信しているノードに対して、タイミング調整信号を生成し出力するタイミング調整信号生成部と、から構成される光スイッチノードと、
前記光パケットにタイムスタンプを付加して前記光スイッチ部へ送信する光パケット送信部と、スイッチ処理後の前記光パケットを受信して前記タイムスタンプの連続性を解析し、解析結果からタイムスロットずれが生じていることを認識すると前記タイミング調整要求信号を送信するタイムスタンプ解析部と、前記タイミング調整信号を受信して前記光パケットの送信タイミングを補正するタイミング補正部と、から構成される複数の端末ノードと、
を有し、
前記複数の端末ノードの内の第１の端末ノード、第２の端末ノード及び宛先端末ノードに対して、前記第１の端末ノードが送信する第１の光パケットと、前記第２の端末ノードが送信する第２の光パケットとの宛先が共に前記宛先端末ノードの場合には、
前記宛先端末ノードの前記タイムスタンプ解析部は、スイッチ処理後の前記第１の光パケットと前記第２の光パケットとを受信すると、前記第１の光パケットと前記第２の光パケットにそれぞれ付加されているタイムスタンプの連続性を解析し、タイムスロットずれが生じていることを認識すると、前記タイミング調整要求信号を出力し、
前記タイミング調整信号生成部は、前記タイミング調整要求信号を受信すると、タイムスロット単位に光パケットの送信タイミングがずれているノードに対して、送信タイミングのずれを補正するための前記タイミング調整信号を出力し、
前記第１の端末ノードまたは前記第２の端末ノードのいずれかの前記タイミング補正部は、受信した前記タイミング調整信号にもとづいて、タイムスロット単位に光パケットの送信タイミングを補正することを特徴とする光伝送システム。

（付記８） 前記タイムスタンプ解析部は、タイムスタンプの連続性が保たれていないノードを、タイムスロット単位に光パケットの送信タイミングがずれている宛先ノードと認識して、認識した前記宛先ノードの識別子及びタイムスタンプが抜け落ちている個数を前記タイミング調整要求信号に含めて送信することを特徴とする付記７記載の光伝送システム。

光伝送システムの原理図である。 光連続信号から生成された返信光ダミーパケットを示す図である。 光スイッチノードと端末ノードの全体構成を示す図である。 光ダミーパケットの構成を示す図である。 時間差補正を説明する図である。 光パケットのタイムスロット調整ずれを説明するための図である。 光スイッチノードと端末ノードとの構成を示す図である。 タイムスタンプが付加された光パケットのスイッチ処理を示す図である。 タイミング調整制御の動作を示すフローチャートである。 タイムスロットずれ調整後の光パケットの流れを示す図である。 ビット位相ずれ補償部の構成を示す図である。 光パケットの到着時間差により生じる問題点を示す図である。 光パケットを受信する様子を示す図である。 ビット位相ずれを示す図である。

符号の説明

１ 光伝送システム
１０ 光スイッチノード
１１ 光スイッチ部
１１ｂ 光スイッチ処理部
２０、２０−１〜２０−ｎ 端末ノード
２０ａ 時間差補正制御部
２２ａ 返信ダミーパケット変換部
２３ａ バッファ
２４ａ 読み出し送信部
２５ａ 読み出しタイミング可変設定部
Ｐ１〜Ｐｎ 入力ポート

Claims (5)

1. 光伝送を行う光伝送システムにおいて、
   すべての入力ポートに同じスイッチタイミングが設定されて、前記入力ポートから入力した光信号を同一タイミングでスイッチ処理を行う光スイッチ処理部を含む光スイッチノードと、
   初期設定時に、光ダミーパケットを前記光スイッチノードへ送信し、前記光ダミーパケットが前記スイッチ処理されて、自ノードへ返信された返信光ダミーパケットの同期検出処理を行い、同期外れを検出した場合には、前記光スイッチ処理部の前記スイッチタイミングに対して、前記光ダミーパケットの前記光スイッチ処理部への到着タイミングが一致するように、前記光ダミーパケットの出力タイミングを調整して、前記スイッチタイミングと前記到着タイミングとの時間差の補正制御を行う時間差補正制御部を含み、各入力ポートに接続する複数の端末ノードと、
   を有し、
   前記端末ノードが前記光スイッチノードに接続した場合は、接続した前記端末ノードは、自律的に前記光ダミーパケットを出力して、運用開始前に前記時間差の補正制御を行い、かつ前記時間差の補正制御は、前記光スイッチノードにすでに接続している他の端末ノードと独立して行う、
   ことを特徴とする光伝送システム。
2. 前記時間差補正制御部は、
   前記初期設定時に、前記光ダミーパケットを前記光スイッチノードへ送信する場合は、バッファに格納されている電気信号のダミーパケットを、読み出しタイミングにもとづいて読み出し、読み出した前記ダミーパケットを光信号に変換して、前記光ダミーパケットを生成して前記光スイッチ処理部へ送信する読み出し送信部と、
   前記スイッチ処理された後の前記返信光ダミーパケットを受信して、電気信号の返信ダミーパケットに変換する返信ダミーパケット変換部と、
   前記返信ダミーパケットの同期検出を行い、同期外れを認識した場合は、同期が取れるまで前記読み出しタイミングを変化させる読み出しタイミング可変設定部と、
   から構成され、システム運用時には、前記読み出し送信部は、同期が取れた前記読み出しタイミングを用いて、前記バッファから電気信号の運用パケットを読み出し、前記運用パケットを光信号に変換した後の光パケットを前記光スイッチノードへ送信することを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
3. 前記読み出し送信部は、前記光ダミーパケットの同期検出を行うための位置検出情報を、前記光ダミーパケットの先頭と末尾に付加し、前記読み出しタイミング可変設定部は、前記返信ダミーパケットから前記位置検出情報を検出して同期が取れている場合には、前記光スイッチ処理部の前記スイッチタイミングと前記光ダミーパケットの前記光スイッチ処理部への前記到着タイミングとが一致していると認識することを特徴とする請求項２記載の光伝送システム。
4. 前記時間差補正制御部は、単一の前記光ダミーパケットを前記光スイッチノードへ送信して、前記光ダミーパケットが前記光スイッチ処理部でスイッチ処理されて返信された前記返信光ダミーパケットの同期検出処理、または複数の連続した前記光ダミーパケットから構成される光連続信号を前記光スイッチノードへ送信して、前記光連続信号が前記光スイッチ処理部で切り出されて返信された前記返信光ダミーパケットの同期検出処理、のいずれかを行うことを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。
5. 前記端末ノードは、前記光スイッチノードからバースト的に送信される光パケットを受信して、各光パケット間のビット位相ずれ補償を行うビット位相ずれ補償部をさらに有し、前記ビット位相ずれ補償部は、受信した前記光パケットを電気のデータ信号に変換する光／電気変換部と、前記データ信号からデータクロックを抽出するクロック抽出部と、前記データ信号を並列化処理してＮ本の並列データに変換し、前記データクロックを１／Ｎに分周して分周クロックを生成する並列化処理部と、前記並列データを格納するバッファと、前記分周クロックで前記バッファに書き込まれた前記並列データを、前記端末ノードで使用するクロックで前記バッファから前記並列データを読み出して、クロックの乗せ換えを行うクロック乗せ換え部と、から構成されることを特徴とする請求項１記載の光伝送システム。

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