JP5019296B2 - 光通信ノード装置 - Google Patents
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Description
本発明は、光通信ノード装置に係り、特に、光クロスコネクト装置、ＲＯＡＤＭ(Reconfigurable Add Drop Multiplexer)装置等で構成される光ネットワークにおける光通信ノードに関する。詳しくは、複数の拠点に対して効率的にデータ配送する通信方式であるマルチキャスト通信を効率的に実現する光通信ノード装置に関する。
マルチキャスト通信方式は、送信端と受信端がPoint to Multi-Pointの関係になるツリートポロジの通信路を構築し、ツリーの分岐点においてデータを適宜複製して通信を行うもので、複数拠点に複数のPoint-To-Pointリンクを設定しデータ配送を行う場合に比べ、少ない設備量でのデータ配送を実現する。
マルチキャスト通信方式の実現手段の一つとして、ネットワーク階層のＩＰレイヤにてデータの複製を行う。マルチキャストを行うＩＰマルチキャストがありＩＰルータ等のノードのコピーが行われる（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照）。
また、ネットワーク階層の物理レイヤにおいて、マルチキャストトポロジを行う光マルチキャスト方式も提案されている（例えば、非特許文献3参照）。光マルチキャスト方式は、電気信号処理が不要なため、電気処理回路の削減による設備削減、消費電力低減が可能といったメリットがある。
本発明は、マルチキャスト通信のうち光マルチキャストを実現する通信ノードに関するものである。
Thomas A Maufer著、楠本博之訳、"ＩＰマルチキャスト入門"、共立出版 Vijay Bollapragada, Curtis Murphy, Russ White著、"インサイドCisco IOS アーキテクチャ"、ソフトバンクパブリッシング Xijun Zhang, John Wei, Chunming Qiao, "On fundamental issues in IP over WDM multicast", Proc. of Eight International Conference on Computer communications and Networks 1999, pp. 84-90, Oct. 1999
Thomas A Maufer著、楠本博之訳、"ＩＰマルチキャスト入門"、共立出版 Vijay Bollapragada, Curtis Murphy, Russ White著、"インサイドCisco IOS アーキテクチャ"、ソフトバンクパブリッシング Xijun Zhang, John Wei, Chunming Qiao, "On fundamental issues in IP over WDM multicast", Proc. of Eight International Conference on Computer communications and Networks 1999, pp. 84-90, Oct. 1999
例えば、一般的な光通信路設定の制約条件となる伝送品質パラメータの一つに、光ＳＮ比があげられる。所望の光ＳＮ比を実現するためには、光信号の光パワーに適するレンジが存在する。一般的には、光パワーが適切なレンジより小さい場合、光ＳＮ比劣化により通信可能な距離が短くなり、パワーが適切なレンジより大きい場合は、光の非線形効果により通信可能な距離が短くなる。従って、物理的に広範囲に通信路を構築するためには、光パワー等の伝送パラメータを制御することが重要である。
この光パワーの制御に関して、現状検討されている光マルチキャスト用ノード装置においては、データ複製を光カプラにより実現するため、データの複製数（光カプラの分岐数）に応じて光パワーも分配されるという特有の特徴がある。マルチキャストトポロジにおいては、一般的に分岐後に必要な光パワーが通信距離に応じて異なるものの、従来の光ノード装置では光パワーの分配比が固定値であったため、通信路に応じた最適な設計が不可能であった。
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、光マルチキャストの通信路設定に制約を与える項目の一つである伝送品質をモニタし、パス設定要求に応じてノード設定状態を変更し、従来技術よりも柔軟に効率的なマルチキャストトポロジを構築可能な光通信ノードを提供することを目的とする。
図１は、本発明の原理構成図である。
本発明（請求項１）は、同一光信号を同時に複数ノードに送信する光通信ノード装置であって、
入力多重信号を分波する入力多重信号制御手段１２０と、
光信号の入力部と出力部を１：Ｎ（Ｎは自然数）接続するスイッチ機能手段１４０と、
スイッチ機能手段１４０からの信号を合波する出力多重信号制御手段１６０と、
スイッチング動作を制御する制御機能手段１１０と、
を有し、
スイッチ機能手段１４０は、
制御機能手段１１０からの命令により分岐比を変える分岐比可変光スイッチを含み、
制御機能手段１１０は、
光信号を出力する各出力伝送路に対して必要な伝送品質を満たすように、スイッチ機能手段１４０における分岐比可変光スイッチの分岐比を決定して動的に変更させる手段を含む。
入力多重信号を分波する入力多重信号制御手段１２０と、
光信号の入力部と出力部を１：Ｎ（Ｎは自然数）接続するスイッチ機能手段１４０と、
スイッチ機能手段１４０からの信号を合波する出力多重信号制御手段１６０と、
スイッチング動作を制御する制御機能手段１１０と、
を有し、
スイッチ機能手段１４０は、
制御機能手段１１０からの命令により分岐比を変える分岐比可変光スイッチを含み、
制御機能手段１１０は、
光信号を出力する各出力伝送路に対して必要な伝送品質を満たすように、スイッチ機能手段１４０における分岐比可変光スイッチの分岐比を決定して動的に変更させる手段を含む。
また、本発明（請求項２）のスイッチ機能手段１４０は、分岐比可変１×N光スイッチとN×１光スイッチにより構成される。
また、本発明（請求項３）のスイッチ機能手段１４０は、分岐比可変１×２光スイッチと光カプラからなるDC（Delivery and Coupler）スイッチにより構成される。
また、本発明（請求項４）のスイッチ機能手段１４０は、分岐比可変１×N光スイッチと２×１光スイッチにより構成される。
また、本発明（請求項５）の入力多重信号制御手段１２０、または、出力多重信号制御手段１６０は、
スイッチング処理の単位となるチャネル光信号毎に光パワーを測定する特性測定手段と、
特性測定手段の光信号の光パワー測定値に応じて、同一出力伝送路に出力される光パワーを動的に制御するためのチャネル光信号毎の光増幅器と、を含む。
スイッチング処理の単位となるチャネル光信号毎に光パワーを測定する特性測定手段と、
特性測定手段の光信号の光パワー測定値に応じて、同一出力伝送路に出力される光パワーを動的に制御するためのチャネル光信号毎の光増幅器と、を含む。
上記のように、本発明によれば、光パワーの分配量等に対する制御機構を設け、分岐後の総計到達距離を延長し、光パワー等の限られた伝送資源を有効活用した効率的なマルチキャスト通信路設定が可能となり、従来技術と同量の伝送資源により従来技術より広範囲にわたるマルチキャスト通信路を設定可能となる。
以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。
以下における「通信路」とは、光パス（波長パス、波長群パス）、ＧＭＰＬＳ（Generalized Multi Protocol Label Switching）、ＭＰＬＳのＬＳＰ(Label Switched Path)、ファイバパス、ＴＤＭ（Time Division Multiplexing）パス（SDH/SONET等）、Ethernet(登録商標)リンク等、光もしくは電気を媒体として通信されるあらゆる通信路を表す。
また、以下における「ノード装置」とは、光クロスコネクト、ＲＯＡＤＭ(Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer)、ＴＤＭクロスコネクト、Ethernet等のＬ２スイッチ、ルータ等、上記「通信路」を接続することのできるあらゆる通信ノードを表す。
また、以下における「伝送品質」とは、ＯＮＳＲ、ＳＮＲ、光パワー伝送品質パラメータを表す。
また、以下における「通信網」とは、上記「通信路」と「ノード装置」を接続することによって可能なあらゆるトポロジの通信網を表し、トポロジは、メッシュ、または、リング、または、ツリー、または、スターであってもよい。
また、上記の通信網上に設定されるマルチキャスト通信路は、送信端と配送先が1：1の関係にあるユニキャスト通信路もその範疇に含む。
以下において、Ｃｈ（チャネル）とは、スイッチング機能に対応した信号の管理単位である。Ｃｈは単一の波長信号、もしくは、複数の波長信号により構成される。ポートはＣｈ信号を入出力するＩＦ（インタフェース部分）である。
図２は、本発明の一実施の形態における光通信ノードの構成を示す。
同図に示す光通信ノードは制御機能部１１０、入力多重信号制御部１２０、多重信号入力ＩＦ（インタフェース）１３０、スイッチ機能部１４０、多重信号出力ＩＦ１５０、出力多重信号制御部１６０、伝送路１０１、１０２から構成される。
制御機能部１１０は、分岐動作、スイッチング動作を制御する。
多重信号入力ＩＦ１３０は、入力伝送路１０１（例えば、光ファイバに相当）単位に多重化されたチャネルまたは多重信号を受信するインタフェースである。
入力多重信号制御部１２０は、伝送路１０１単位に多重化された多重信号に対して、伝送品質の特性測定、光増幅機能、分離機能等を実現する管理制御機能部である。
スイッチ機能部１４０は、多重信号入力ＩＦ１３０と多重信号出力ＩＦ１５０を任意に接続し通信路を構成する機能を有し、複数の出力部に信号を出力する際の信号の複製のための光分岐素子を含み、光分岐素子における光分岐処理を実現する機能部である。
多重信号出力ＩＦ１５０は、スイッチ機能部１４０で光分岐処理された信号を出力部に出力する。
出力多重信号制御部１６０は、伝送品質の特性測定、光増幅、チャネル信号を出力伝送路１０２単位の多重信号に多重する機能等を実現する管理制御機能部である。
以下、入力多重信号制御部１２０、出力多重信号制御部１６０を更に詳細に説明する。なお、スイッチ機能部１４０の説明は実施例にて後述する。
図３は、本発明の一実施の形態における詳細な構成図である。
入力多重信号制御部１２０は、光増幅部１２１、分離機能部１２２から構成される。光増幅部１２１は、入力信号光を増幅する機能部である。また、分離機能部１２２は、伝送路からの受信単位に多重されている多重信号を、スイッチング処理を行う単位に波長分離するDe-MUX機能部である。
出力多重信号制御部１６０は、特性測定部１６１、光増幅部１６２、多重機能部１６３から構成される。特性測定部１６１は、光パワー等の伝送品質を測定する機能部である。光増幅器１６２は、光信号に光パワー等の伝送資源を供給する機能部である。多重機能部１６３は、スイッチング処理を行う単位であるチャネル信号を、伝送路１０２への送信単位に波長多重（または、編集）するMux機能を実現する機能部である。
以下、光通信ノードに入力された光信号の処理手順を説明する。
図４は、本発明の一実施の形態における光信号の処理手順を示す図である。
ステップ１０１） 通信路を構成する前段ノード装置から伝送路１０１を介して多重化された光信号が多重信号受信ＩＦ（ファイバポートに相当）により受信され、入力多重信号制御部１２０に転送される。
ステップ１０２） 入力された光信号は、入力多重信号制御部１２０の光増幅部１２１において増幅される。
ステップ１０３） 光増幅部１２１を通過した後、分離機能部１２２において、スイッチ機能部１４０のスイッチング処理単位に信号が分離される。スイッチング処理単位に分離された各信号はスイッチ機能部１４０のポートに送信される。
ステップ１０４）以下の手順は、分離されたチャネル信号毎に実施される。
スイッチ機能部１４０のポートに入力された光信号は、制御機能部１１０により指定された伝送資源分岐処理を実施し、制御機能部１１０により指定された複数の出力ポートに出力する。光信号は出力ポートから出力多重信号制御機能部１６０に転送される。
ステップ１０５）ステップ１０５からステップ１０７の手順は、同一の出力多重信号制御機能部１６０に転送されたすべてのチャネル信号に対して実施される。
出力多重信号制御機能部１６０では、まず、特性測定部１６１において、各チャネルの信号品質（光パワー等）を測定する。
ステップ１０６） 次に、資源供給部１６２において、測定された信号品質に基づき、光パワー等の伝送資源が供給され、多重部１６３へと転送される。
ステップ１０７） 多重部１６３においては、スイッチング処理単位の信号を伝送路入力単位の光信号に多重化（Mux）する。多重化された信号は、通信路上の次のノードへ接続される伝送路１０２へと転送される。
次に、本発明のノード装置を含む通信網の一例において、各出力伝送路に必要な伝送資源量に基づき、本発明のノード装置がスイッチ機能部１４０における伝送資源分配量を可変制御する手順の一例を図５に示す。
ノードＡは本発明のノード装置である。ノードＢ〜ノードＨは、本発明のノード装置、または光信号の送信機能／受信機能／転送機能のいずれかを備えるノード装置である。
伝送路＃１から伝送路＃７は同図に示すようにノード装置間を接続する伝送路である。それぞれの伝送路の距離の例を以下に示す。
伝送路＃１ 30ｋｍ（ノードＡ−Ｂ間）
伝送路＃２ 30ｋｍ（ノードＡ−Ｃ間）
伝送路＃３ 500ｋｍ（ノードＣ−Ｄ間）
伝送路＃４ 200ｋｍ（ノードＣ−Ｅ間）
伝送路＃５ 30ｋｍ（ノードＡ−Ｈ間）
伝送路＃６ 10ｋｍ（ノードＨ−Ｇ間）
伝送路＃７ ２00ｋｍ（ノードＨ−Ｆ間）
ノード装置Ａは出力多重信号ＩＦ＃１と出力多重信号ＩＦ＃２をそれぞれ備え、それぞれ伝送路＃５、伝送路＃２に接続されている。
伝送路＃２ 30ｋｍ（ノードＡ−Ｃ間）
伝送路＃３ 500ｋｍ（ノードＣ−Ｄ間）
伝送路＃４ 200ｋｍ（ノードＣ−Ｅ間）
伝送路＃５ 30ｋｍ（ノードＡ−Ｈ間）
伝送路＃６ 10ｋｍ（ノードＨ−Ｇ間）
伝送路＃７ ２00ｋｍ（ノードＨ−Ｆ間）
ノード装置Ａは出力多重信号ＩＦ＃１と出力多重信号ＩＦ＃２をそれぞれ備え、それぞれ伝送路＃５、伝送路＃２に接続されている。
これらのノード装置と伝送路により構築された通信において、ノードＢからノードＤ及びノードＧ（図５の破線）、または、ノードＢからノードＥ及びノードＦ及びノードＧ（図５の一点破線）に対するpoint-to-multipoint通信をそれぞれマルチキャストツリー通信路１、マルチキャストツリー通信路２上で行うと想定する。
ここで、各マルチキャストツリー通信路において、それぞれの送信先ノードまでの光信号送信に必要な伝送品質と、複数ある送信先ノードの配送優先度が管理され、必要伝送品質と配送優先度に基づき、ノードＡの光分岐素子の光分岐率が決定される。
マルチキャストツリー通信路１にて通信を行う場合は、ノードＡは出力多重信号ＩＦ＃１、＃２に、ぞれぞれ以下に示すような伝送品質を満たすように光パワーを分配し送信する。
・出力多重信号ＩＦ＃１：
伝送路＃５→ノードＨ→伝送路＃６→ノードＧの経路への光信号に必要な伝送品質を実現する光パワー；
・出力多重信号ＩＦ＃２：
伝送路＃２→ノードＣ→伝送路＃３→ノードＤの経路への光信号に必要な伝送品質を実現する光パワー；
一方、マルチキャストツリー通信路２にて通信を行う場合は、ノードＡは出力多重信号ＩＦ＃１，＃２にそれぞれ以下のような伝送品質を満たすように光パワーを分配し送信する。
伝送路＃５→ノードＨ→伝送路＃６→ノードＧの経路への光信号に必要な伝送品質を実現する光パワー；
・出力多重信号ＩＦ＃２：
伝送路＃２→ノードＣ→伝送路＃３→ノードＤの経路への光信号に必要な伝送品質を実現する光パワー；
一方、マルチキャストツリー通信路２にて通信を行う場合は、ノードＡは出力多重信号ＩＦ＃１，＃２にそれぞれ以下のような伝送品質を満たすように光パワーを分配し送信する。
・出力多重信号ＩＦ＃１：
伝送路＃５→ノードＨ→伝送路＃７→ノードＦの経路への光信号に必要な伝送品質を実現する光パワー；
伝送路＃５→ノードＨ→伝送路＃６→ノードＧの経路への光信号に必要な伝送品質を実現する光パワー；
・出力多重信号ＩＦ＃２：
以下の条件の伝送品質を同時に満たすことが可能な光パワー；
伝送路＃２→ノードＣ→伝送路＃４→ノードＥの経路への光信号に必要な伝送品質を実現する光パワー；
それぞれのツリー通信路で通信を行う場合で、ノードＡの出力多重信号ＩＦ＃１、＃２における伝送品質の要求条件が異なるため、ノードＡでは通信を行う通信路に応じて、光分岐素子の光パワー分配率を動的に制御し、要求の伝送品質条件を満たすように分配率の動的な制御を行う。例えば、ノードＤに到達するよう送信する場合は、長距離の伝送路を通過するので分配率を大きくし、ノードＥに到達するよう送信する場合は、ノードＤに到達させる場合に比べ分配率を小さくすることができる。また、分岐後の分岐数が多い場合は分配率を大きくし、分岐数が少ない場合は分配率を小さくする。マルチキャストした複数宛先ノード全てに十分なパワーを分岐することができない場合には、配送優先度に基づき分岐比を変えることもできる。
伝送路＃５→ノードＨ→伝送路＃７→ノードＦの経路への光信号に必要な伝送品質を実現する光パワー；
伝送路＃５→ノードＨ→伝送路＃６→ノードＧの経路への光信号に必要な伝送品質を実現する光パワー；
・出力多重信号ＩＦ＃２：
以下の条件の伝送品質を同時に満たすことが可能な光パワー；
伝送路＃２→ノードＣ→伝送路＃４→ノードＥの経路への光信号に必要な伝送品質を実現する光パワー；
それぞれのツリー通信路で通信を行う場合で、ノードＡの出力多重信号ＩＦ＃１、＃２における伝送品質の要求条件が異なるため、ノードＡでは通信を行う通信路に応じて、光分岐素子の光パワー分配率を動的に制御し、要求の伝送品質条件を満たすように分配率の動的な制御を行う。例えば、ノードＤに到達するよう送信する場合は、長距離の伝送路を通過するので分配率を大きくし、ノードＥに到達するよう送信する場合は、ノードＤに到達させる場合に比べ分配率を小さくすることができる。また、分岐後の分岐数が多い場合は分配率を大きくし、分岐数が少ない場合は分配率を小さくする。マルチキャストした複数宛先ノード全てに十分なパワーを分岐することができない場合には、配送優先度に基づき分岐比を変えることもできる。
［第1の実施例］
図３を用いて説明する。
図３を用いて説明する。
図３において、伝送路はＳＭファイバ等の光ファイバである。多重信号入力ＩＦ１０３，多重信号出力ＩＦ１０４は、コネクタである。入力多重信号制御部１２０は、EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier)やSOA（Semiconductor Optical Amplifier）等の光増幅器１２１とAWG (Arrayed Wavelength Grating)の分波器で構成される分離部１２２を有する。出力多重信号制御部１６０は、光カプラと光パワーモニタからなる特性測定部１６１と、EDFAやSOA等の光増幅器である光増幅部１６２と、AWGなどの合波器で構成される多重機能部１６３を有する。
また、スイッチ機能部１４０は、分岐比可変光スイッチで構成される分岐素子１４１、Ｎ×1光スイッチから構成される。分岐比可変光スイッチは、例えば、マッハツェンダ型導波路を利用して構成可能である。マッハツェンダ型導波路を縦続接続することで、１×Ｎの任意の分岐比可変光スイッチを構成できる。本発明のノード装置では最大で入力ポート数分存在する。また、Ｎ×１光スイッチは、例えば、ＰＬＣ光スイッチやMEMS (Micro Electro Mechanical System)スイッチにより構成することができる。本発明のノード装置では、Ｎは必要な出力多重信号制御部１６０及びTributary方路数に応じて決定される。
以下に各部機能の動作詳細について示す。
通信路を構成する前段ノード装置から波長多重化された光信号が受信され、入力多重信号制御部１２０の光増幅部１２１に転送される。光増幅部１２１においては、光パワーの増幅処理が行われた後、分離部１２２であるＡＷＧに転送される。ＡＷＧでは、波長多重された信号をスイッチング機能部１４０のスイッチング単位である波長単位、もしくは波長群に分離し、分離された各信号はスイッチ機能部１４０のポートに転送される。スイッチ機能部１４０は光入力用ポートを備える。ポートに入力された光信号は、分岐素子１４１である分岐比可変光スイッチに転送される。分岐比可変スイッチの出力部は、光信号転送先となる出力多重信号制御部１６０のポート数分あり、各出力部に対して分配する光パワーを任意に設定できる。光分岐素子から出力された光はＮ×１光スイッチ１４２に接続される。Ｎ×１光スイッチ１４２は、各入力多重信号制御部１２０から転送される光信号の入力部が、入力多重信号制御部１２０の分離部１２２のポート数Ｎだけあり、Ｎ×１スイッチ機能により出力多重信号制部１６０に出力する光信号を選択する機能を持つ。Ｎ×１光スイッチ１４２から出力された光は、光カプラと光モニタにより構成される特性測定部１６１に転送される。特性測定部１６１では各光信号の光パワーが測定される。特性測定部１６１から出力された光は光増幅部１６２に転送される。
光増幅部１６２のゲインは、制御機能部１１０において特性測定部１６１にて測定した光パワーに応じて決定され、設定される。なお、ノード間距離が短く受信ノードで十分なパワーで受信できる場合には、光増幅部１６２を省略することも可能である。増幅された光信号は多重機能部１６３であるＡＷＧに転送され、出力伝送路単位に多重化され、多重信号出力ＩＦ１０４により出力される。
次に、ノード装置の制御機能について説明する。
ノード装置の制御機能部１１０においては、各出力伝送路に出力し、到達先となるノード装置まで光信号を伝送するための伝送品質を担保するためのOSNRが記録される。このOSNRは、文献１「B．コルテ/J.フィーガン「組み合わせ最適化」、シュプリンガー・フェアラーク東京株式会社」の最小重み木である「シュタイナーツリー」を計算する既知のアルゴリズム、または、ＩＬＰ(Integer Linear Program)等の最適化手法によって計算されたマルチキャスト通信路の経路情報に基づき、文献２「E. Desurvire著"Erbium-Doped Fiber Amplifiers" A Wiley-I E. Desurvire著"Erbium-Doped Fiber Amplifiers", A Wiley-Interscience Publication.」、文献３「石尾秀樹監修、中川清司、中沢正隆、相田一夫、萩本和夫、共著、『光増幅器とその応用』、オーム社」のＳＮＲ計算方法を適用することで求めることができ、決定された情報が制御機能部１１０内に保存される。
決定された必要伝送品質に基づき、実際の分岐素子の光パワー分岐比が、例えば、以下の方法により決定される。この分岐比決定方法の概要について以下に示す。
本手順では、以下の情報を固定値として管理する。
・固定値：
−Root, Destination及びツリー通信路；
−各リンク（ノード内損失を含む）で発生する損失；
−ルートノードへの入力パワー；
−Destinationノードの受信器に必要な伝送品質を満たす最低パワー；
本手順では、リソースＤＢより得られた以下の情報を変数として管理する。
−Root, Destination及びツリー通信路；
−各リンク（ノード内損失を含む）で発生する損失；
−ルートノードへの入力パワー；
−Destinationノードの受信器に必要な伝送品質を満たす最低パワー；
本手順では、リソースＤＢより得られた以下の情報を変数として管理する。
・変数：
−分岐点において各リンクに送信するパワー；
本手順は、以下の目的を達成するマルチキャスト経路を結果として出力する。
−分岐点において各リンクに送信するパワー；
本手順は、以下の目的を達成するマルチキャスト経路を結果として出力する。
・目的解：
−伝送品質を担保した光信号の転送が可能Destinationノード数を最大化する解；
また、本手順実施中は制御機能部１１０において対象通信網のトポロジ情報が管理される。本手順により分岐比率を決定する際に制御機能部１１０が用いる管理項目を以下に示す。
−伝送品質を担保した光信号の転送が可能Destinationノード数を最大化する解；
また、本手順実施中は制御機能部１１０において対象通信網のトポロジ情報が管理される。本手順により分岐比率を決定する際に制御機能部１１０が用いる管理項目を以下に示す。
・管理されるトポロジ情報中のノードｖに共通なデータ：
−Dest_Listv：ノードｖの子孫中と自分自身に存在するDestinationノードｄ∈｛１・・Ｄ｝のリスト；
−Ｒｖ：ｖが光信号を受信するために必要な最低パワー；
−Ｐｄ：上記Destination ｄに到達するための信号品質を実現するために必要な最低パワー［ｄＢ］；（これは前述の方法（文献２，３）等によって計算することができる。ｄがｖ自身の場合はＰｄ＝Ｒｖとする。）
−Next(d)：Rootから上記Destinationノードに到達するためのNext hop先；
−Em：子ノードｍに対して送信されるパワー［ｄＢ］；
−ｅｍ：子ノードｍに対して送信されるパワー［ｍＷ］；
−Lnext（d）：ノードｖからｖのnext(d)に該当するノードに到達する際に考慮する光パワー損失[dB]；
・送信端ノード情報（マルチキャストツリーのルート）について特有な管理データ：
−Iroot：Rootに与えられるパワー[dB]；
−iroot：Rootに与えられるパワー[mW]；
−pd：Destination dに到達するために必要な最低パワー[mW]；
ここで、管理データとして、Dest_ListnはPdの値によって順位付けしたnの識別子のプライオリティキューとして管理される。トポロジ情報の生成または、ツリーのルートから深さ優先探索の順に生成される。
−Dest_Listv：ノードｖの子孫中と自分自身に存在するDestinationノードｄ∈｛１・・Ｄ｝のリスト；
−Ｒｖ：ｖが光信号を受信するために必要な最低パワー；
−Ｐｄ：上記Destination ｄに到達するための信号品質を実現するために必要な最低パワー［ｄＢ］；（これは前述の方法（文献２，３）等によって計算することができる。ｄがｖ自身の場合はＰｄ＝Ｒｖとする。）
−Next(d)：Rootから上記Destinationノードに到達するためのNext hop先；
−Em：子ノードｍに対して送信されるパワー［ｄＢ］；
−ｅｍ：子ノードｍに対して送信されるパワー［ｍＷ］；
−Lnext（d）：ノードｖからｖのnext(d)に該当するノードに到達する際に考慮する光パワー損失[dB]；
・送信端ノード情報（マルチキャストツリーのルート）について特有な管理データ：
−Iroot：Rootに与えられるパワー[dB]；
−iroot：Rootに与えられるパワー[mW]；
−pd：Destination dに到達するために必要な最低パワー[mW]；
ここで、管理データとして、Dest_ListnはPdの値によって順位付けしたnの識別子のプライオリティキューとして管理される。トポロジ情報の生成または、ツリーのルートから深さ優先探索の順に生成される。
図６に資源分配量計算時の管理データの一例を示した。
次に、図７に管理データ生成までの手順を示す。なお、管理データは、予め全てのマルチキャストツリーについて作成しておく。
ここで、Ｖ、Ｄは次のように定義されている。
Ｖ：ツリー中の全ノードの集合；
Ｄ：全てのDestinationノード（配送先ノード）の集合；
φ：空集合；
また、制御機能部１１０においては、出力多重信号制御部１６０の以下の情報を保存され、管理される。
Ｄ：全てのDestinationノード（配送先ノード）の集合；
φ：空集合；
また、制御機能部１１０においては、出力多重信号制御部１６０の以下の情報を保存され、管理される。
・Ｐｉｎ（出力多重信号制御部ＩＤ，ＣｈＩＤ）：
特性測定部１６１において測定される各出力多重信号制御部、各Ｃｈの光パワー；
・ＭＰ（出力多重信号制御部ＩＤ，ＣｈＩＤ）：
各出力多重信号制御部１６０、各Ｃｈにおける所望の通信路に光信号をテンスする際に必要な最小パワー。前述の方法により通信路経路に基づき決定される；
・Ｇ（出力多重信号制御部ＩＤ，ＣｈＩＤ）：
各出力多重信号制御部、各Ｃｈに対する設定する光増幅器ゲイン；
ここで、Ｇは、ＰｉｎとＭＰの値に基づき決定される。
特性測定部１６１において測定される各出力多重信号制御部、各Ｃｈの光パワー；
・ＭＰ（出力多重信号制御部ＩＤ，ＣｈＩＤ）：
各出力多重信号制御部１６０、各Ｃｈにおける所望の通信路に光信号をテンスする際に必要な最小パワー。前述の方法により通信路経路に基づき決定される；
・Ｇ（出力多重信号制御部ＩＤ，ＣｈＩＤ）：
各出力多重信号制御部、各Ｃｈに対する設定する光増幅器ゲイン；
ここで、Ｇは、ＰｉｎとＭＰの値に基づき決定される。
次に、図８に制御機能部１１０から各機能部に対する制御手順を示す。
ステップ２０１） 制御機能部１１０から入力多重信号制御部１２０に対して、光増幅器のゲイン設定要求が通知され、入力多重信号制御部１２０において、光増幅器のゲインが設定される。
ステップ２０２） 制御機能部１１０からスイッチ機能部１４０に対して分岐比設定要求が送信され、スイッチ機能部１４０において分岐素子１４１の分岐比が設定される。
ステップ２０３） 制御機能部１１０からスイッチ機能部１４０に対してスイッチ設定要求が送信され、スイッチ機能部１４０において、スイッチ設定が行われる。
ステップ２０４） 制御機能部１１０から出力多重信号制御部１６０に対して、光パワー測定要求が送信される。出力多重信号制御部１６０において、光パワーが測定され、測定結果が制御機能部１１０へ返送される。
ステップ２０５） 制御機能部１１０において、出力多重信号制御部１６０の光増幅部１６２のゲイン設定値が計算され、計算結果の値にゲインを設定するためのゲイン設定要求が出力多重信号制御部１６０に送信される。
ステップ２０６） 出力多重信号制御部１６０では、制御機能部１１０からのゲイン設定要求で指定された値にゲインを設定する。
なお、上記の手順のうち、ステップ２０２、ステップ２０３は順不同でよい。
また、上記の手順のうち、ステップ２０１は制御機能部１１０からの命令ではなく、光増幅器のALC(Auto Level Control)機能、もしくは、AGC（Auto Gain Control）機能により実施されてもよい。
［第２の実施例］
本発明は、第１の実施例のノード装置構成を図９のようにして実現することもできる。
本発明は、第１の実施例のノード装置構成を図９のようにして実現することもできる。
伝送路はＳＭファイバ等の光ファイバである。
多重信号入力ＩＦ１０３，多重信号出力ＩＦ１０４は、コネクタである。入力多重信号制御部２２０は、EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier)やSOA（Semiconductor Optical Amplifier）等の光増幅器１２１とAWG (Arrayed Wavelength Grating)の分波器で構成される分離部１２２を有する。出力多重信号制御部２６０は、光カプラと光パワーモニタからなる特性測定部１６１と、EDFAやSOA等の光増幅器である光増幅部１６２と、光カプラ２６３で構成される。
また、スイッチ機能部２４０の構成要素を示す。
スイッチ機能部２４０は、分岐比可変M×N DC-SW (Delivery and Coupling SW)を有する。Mは多重信号の多重数であり、Nは出力伝送路数（Trunk方路数）とTributary方路数の和である。
また、分岐比可変M×N DC-SWの構成を図１０に示す。同図に示すように、分岐比可変M×N DC-SW２４０は、分岐素子としてM×N個の分岐比可変１×２光スイッチ２４１と、出力伝送路数（Trunk方路数）とTributary方路数の和Nだけ存在し、M個の分岐比可変１×２光スイッチにより出力された光信号の合波を行う光カプラ２４２を有する。
分岐比可変M×N DC-SW２４０に入力された光信号は、分岐素子である分岐比可変１×２光スイッチ２４１に転送される。分岐比可変１×２光スイッチの出力の片方は光カプラ２４２に、片方は次段の分岐比可変１×２光スイッチに転送され、分岐比可変１×２光スイッチ２４１はN段多段される。光カプラ２４２に集められた光は合波され、出力多重信号制御部２６０に転送される。出力多重信号制御部２６０においては、合波機能を光カプラ２４２により実現する点以外は、第１の実施例と同様である。
［第３の実施例］
本発明は、第１の実施例のノード装置構成を図１１に示すようにして実現することができる。
本発明は、第１の実施例のノード装置構成を図１１に示すようにして実現することができる。
入力多重信号制御部３２０は、EDFAやSOA等の光増幅器３２１とAWGの分波器で構成される分離部３２２を有する。出力多重信号制御部３６０は、光パワーモニタからなる特性測定部３６１と、EDFAやSOA等の光増幅器である光増幅部３６２と、AWGなどの合波器で構成される多重機能部３６３を有する。
また、スイッチ機能部３４０の構成要素を示す。
スイッチ機能部３４０は、N×N光スイッチで構成され、Nは出力伝送路数（Trunk方路数）とTributary方路数の和である。
また、N×N光スイッチの構成を図１２に示す。N×N光スイッチは、N×N個存在する２×１光スイッチ３４１と、分岐比可変１×N光スイッチ３４２から構成される。分岐比可変１×N光スイッチ３４２は、入力伝送路数(Trunk方路数)とTributary方路数の和Nだけ存在し、N個の２×１光スイッチ３４１に対して光信号を分岐する。
N×N光スイッチ３４０に入力された光信号は、分岐素子である分岐比可変１×N光スイッチ３４２に転送される。分岐比可変１×N光スイッチ３４２の出力は、N個の２×１スイッチ３４１に転送される。N個の２×１光スイッチ３４１はそれぞれ別のN個の導波路に出力される。それぞれの出力導波路には他の入力ポートからの光も出力することができるようN個の２×１光スイッチ３４１が接続されている。２×１光スイッチ３４１から出力された光信号は、出力多重信号制御部３６０に転送される。出力多重信号制御部３６０においては、第１の実施例と同様の処理を行う。
［第４の実施例］
また、本発明の光通信ノードは、図１３に示すような構成も可能である。
また、本発明の光通信ノードは、図１３に示すような構成も可能である。
同図に示す光通信ノードは、制御機能部５１０、入力多重信号制御部５２０、スイッチ機能部５４０、出力多重信号制御部５６０、多重信号入力ＩＦ５０３、多重信号出力ＩＦ５０４から構成される。
入力多重信号制御部５２０は、分離機能部５２１、特性測定部５２２、光増幅部５２３から構成される。
出力多重信号制御部５３０は、多重部５６１と光増幅部５６２から構成される。
図１４に光信号の処理手順を示す。
ステップ４０１）通信路を構成する前段ノード装置からの伝送路上から多重化された光信号が多重信号入力ＩＦ５０３（ファイバポートに相当）により受信され、入力多重信号制御部５２０に転送される。
ステップ４０２） 入力多重信号制御部５２０においては、分離機能部５２１において、スイッチ機能部５４０のスイッチング処理単位に信号が分離される。
ステップ４０３） 次に、特性測定部５２２において、各Ｃh（チャンネル）の信号品質（光パワー等）を測定する。
ステップ４０４） その後、光増幅５２３において、測定された信号品質に基づき、光パワー等の光増幅を行い、信号はスイッチ機能部５４０のポートに送信される。
ステップ４０５） スイッチ機能部５４０のポートに入力された光信号は、制御機能部５１０により指定された伝送資源分岐処理を実施し、制御機能部５１０により指定された複数の出力ポートに出力する。光信号は出力ポートから出力多重信号制御部５６０に転送される。
ステップ４０６） 出力多重信号制御部５６０では、まず、多重部５６１においては、スイッチング処理単位の信号を伝送路入力単位の光信号に多重化（Mux）する。
ステップ４０７） 多重化された信号は光増幅部５６２において、通信路上の次のノードへ接続される伝送路へと転送される。
また、この構成の場合の、スイッチ機能部５１０の実施例については、第１の実施例、第２の実施例、第３の実施例のスイッチ機能部と同様の構成とすることができる。
また、制御機能部５１０のいては、入力多重信号制御部５２０の以下の情報が保存され管理される。
・Pin2（入力多重信号制御部ＩＤ、ＣｈＩＤ）：
−特性測定部５２２において測定される各出力多重信号制御部５６０、各チャネルの光パワー；
・ＭＰ２（入力多重信号制御部ＩＤ，ＣｈＩＤ）：
−各入力多重信号制御部５２０、各チャネルにおける所望の通信路に光信号を転送する際に必要な最小パワー；（前述と同様の方法により通信路経路に基づき決定される）
・Ｇ２（入力多重信号制御部ＩＤ，ＣｈＩＤ）：
−各入力多重信号制御部、各チャネルに対して設定する光増幅器ゲイン；
ここで、Ｇ２はＰｉｎ２とＭＰ２の値に基づき決定される。
−特性測定部５２２において測定される各出力多重信号制御部５６０、各チャネルの光パワー；
・ＭＰ２（入力多重信号制御部ＩＤ，ＣｈＩＤ）：
−各入力多重信号制御部５２０、各チャネルにおける所望の通信路に光信号を転送する際に必要な最小パワー；（前述と同様の方法により通信路経路に基づき決定される）
・Ｇ２（入力多重信号制御部ＩＤ，ＣｈＩＤ）：
−各入力多重信号制御部、各チャネルに対して設定する光増幅器ゲイン；
ここで、Ｇ２はＰｉｎ２とＭＰ２の値に基づき決定される。
次に、制御機能部５１０からの核機能部に対する制御手順を示す。
図１５は、本発明の第４の実施例の制御動作のフローチャートである。
ステップ５０１） 制御機能部５１０から入力多重信号制御部５２０に対して、光パワー測定要求が送信される。入力多重信号制御部５２０において、光パワーが測定され、測定結果が、制御機能部５１０に返送される。
ステップ５０２） 制御機能部５１０から入力多重信号制御部５２０に対して、光増幅部５２３のゲイン設定要求が通知され、入力多重信号制御部５２０において光増幅部５２３のゲインが設定される。入力多重信号制御部５２０における光増幅のゲイン設定値は分岐素子の分岐比の設定予定値に基づき決定される。
ステップ５０３） 制御機能部５１０からスイッチ機能部５４０に対して分岐比設定要求が送信され、スイッチ機能部５４０において、分岐素子の分岐比が設定される。
ステップ５０４） 制御機能部５１０からスイッチ機能部５４０に対してスイッチ設定要求が送信され、スイッチ機能部５４０において、スイッチ設定が行われる。
ステップ５０５） 制御機能部５４０において、出力多重信号制御部５６０の光増幅部５６２のゲイン設定値が計算され、計算結果の値にゲインを設定するためのゲイン設定要求が出力多重信号制御部５６０に送信される。また、この値はオペレータが事前設定することもできる。
ステップ５０６） 出力多重信号制御部５６０では、制御機能部５１０からのゲイン設定要求で指定された値にゲインを設定する。
なお、上記の手順のうち、ステップ５０２、ステップ５０３は順不同でよく、ステップ５０３、ステップ５０２の順序で実施する場合は、ステップ５０３において実際に設定した分岐比に基づいてステップ５０２のゲイン設定値を決定して実施することもできる。
なお、上記の手順のうち、ステップ５０５は制御機能部５１０からの命令ではなく、光増幅部のALC機能、もしくは、AGC機能により実施させてもよい。
なお、本発明は、上記の実施の形態及び実施例に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。
本発明は、マルチキャスト通信方式における光通信ノードに適用可能である。
１，２ マルチキャストツリー通信路
１０１，１０２ 伝送路
１０３ 多重信号入力ＩＦ(インタフェース)
１０４ 多重信号出力ＩＦ
１１０ 制御機能手段、制御機能部
１２０ 入力多重信号制御手段、入力多重信号制御部
１２１ 光増幅部
１２２ 分離機能部
１３０ 多重信号入力ＩＦ
１４０ スイッチ機能手段、スイッチ機能部
１４１ 光カプラ
１４２ N×１光スイッチ
１５０ 多重信号出力ＩＦ
１６０ 出力多重信号制御手段、出力多重信号制御部
１６１ 特性測定部
１６２ 光増幅部
１６３ 多重機能部
２２０ 入力多重信号制御部
２２１ 光増幅部
２２２ 分離部
２４０ スイッチ機能部
２４１ 分岐比可変１×２光スイッチ
２４２ 光カプラ
２６０ 出力多重信号制御部
２６１ 特性測定部
２６２ 光増幅部
２６３ 光カプラ
３２０ 入力多重信号制御部
３２１ 光増幅部
３２３ 分離部
３４０ スイッチ機能部（N×N光スイッチ）
３４１ ２×１光スイッチ
３４２ 分岐比可変１×N光スイッチ
３６０ 出力多重信号制御部
３６１ 特性測定部
３６２ 光増幅部
３６３ 多重機能部
５０３ 多重信号入力ＩＦ
５０４ 多重信号出力ＩＦ
５１０ 制御機能部
５２０ 入力多重信号制御部
５２１ 分離機能部
５２２ 特性測定部
５２３ 光増幅部
５４０ スイッチ機能部
５６０ 出力多重信号制御部
５６１ 多重部
５６２ 光増幅部
１０１，１０２ 伝送路
１０３ 多重信号入力ＩＦ(インタフェース)
１０４ 多重信号出力ＩＦ
１１０ 制御機能手段、制御機能部
１２０ 入力多重信号制御手段、入力多重信号制御部
１２１ 光増幅部
１２２ 分離機能部
１３０ 多重信号入力ＩＦ
１４０ スイッチ機能手段、スイッチ機能部
１４１ 光カプラ
１４２ N×１光スイッチ
１５０ 多重信号出力ＩＦ
１６０ 出力多重信号制御手段、出力多重信号制御部
１６１ 特性測定部
１６２ 光増幅部
１６３ 多重機能部
２２０ 入力多重信号制御部
２２１ 光増幅部
２２２ 分離部
２４０ スイッチ機能部
２４１ 分岐比可変１×２光スイッチ
２４２ 光カプラ
２６０ 出力多重信号制御部
２６１ 特性測定部
２６２ 光増幅部
２６３ 光カプラ
３２０ 入力多重信号制御部
３２１ 光増幅部
３２３ 分離部
３４０ スイッチ機能部（N×N光スイッチ）
３４１ ２×１光スイッチ
３４２ 分岐比可変１×N光スイッチ
３６０ 出力多重信号制御部
３６１ 特性測定部
３６２ 光増幅部
３６３ 多重機能部
５０３ 多重信号入力ＩＦ
５０４ 多重信号出力ＩＦ
５１０ 制御機能部
５２０ 入力多重信号制御部
５２１ 分離機能部
５２２ 特性測定部
５２３ 光増幅部
５４０ スイッチ機能部
５６０ 出力多重信号制御部
５６１ 多重部
５６２ 光増幅部
Claims (5)
- 同一光信号を同時に複数ノードに送信する光通信ノード装置であって、
入力多重信号を分波する入力多重信号制御手段と、
光信号の入力部と出力部を１：Ｎ（Ｎは自然数）接続するスイッチ機能手段と、
前記スイッチ機能手段からの信号を合波する出力多重信号制御手段と、
スイッチング動作を制御する制御機能手段と、
を有し、
前記スイッチ機能手段は、
前記制御機能手段からの命令により分岐比を変える分岐比可変光スイッチを含み、
前記制御機能手段は、
光信号を出力する各出力伝送路に対して必要な伝送品質を満たすように、前記スイッチ機能手段における前記分岐比可変光スイッチの分岐比を決定して動的に変更させる手段を含む
ことを特徴とする光通信ノード装置。 - 前記スイッチ機能手段は、
分岐比可変１×N光スイッチとN×１光スイッチにより構成される
請求項１記載の光通信ノード装置。 - 前記スイッチ機能手段は、
分岐比可変１×２光スイッチと光カプラからなるDC（Delivery and Coupler）スイッチにより構成される
請求項１記載の光通信ノード装置。 - 前記スイッチ機能手段は、
分岐比可変１×N光スイッチと２×１光スイッチにより構成される
請求項１記載の光通信ノード装置。 - 前記入力多重信号制御手段、または、前記出力多重信号制御手段は、
スイッチング処理の単位となるチャネル光信号毎に光パワーを測定する特性測定手段と、
前記特性測定手段の前記光信号の光パワー測定値に応じて、同一出力伝送路に出力される光パワーを動的に制御するためのチャネル光信号毎の光増幅器と、
を含む
請求項１記載の光通信ノード装置。
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