JP5359618B2

JP5359618B2 - 光通信ネットワーク

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Publication number: JP5359618B2
Application number: JP2009158554A
Authority: JP
Inventors: 義明青野
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2029-07-03
Also published as: JP2011015254A

Description

本発明は光通信ネットワークに関する。

近年、インターネット利用者の増加に加えて、利用できるアクセス網のブロードバンド化が著しい。これに対応してインターネットのバックボーンネットワークでも大量のデータを効率良く運ぶことが求められている。これを解決する技術の一つに、１本の光ファイバに何本もの波長の違う光信号を通すことで、通信容量を大幅に増やした波長分割多重（ＷＤＭ；ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式がある。

波長分割多重方式を用いた光通信ネットワークはメッシュ状に構成でき、そのエッジ部分にＩＰルータやＡＴＭスイッチなどの機器を接続する構成となる。エッジにある各機器はネットワーク上で光信号による通信路（光パス）を設定して互いに通信する。波長分割多重方式には、光パス上の中継点となるノード（伝送装置）において、光信号の波長を変換しないタイプと、波長を変換するタイプとの２種類があり、それぞれ一長一短がある。本発明は前者の波長を変換しないタイプの波長分割多重方式の光通信ネットワークを対象としている。波長を変換しない光通信ネットワークでは、通信するエンド‐エンド間で同じ波長の光信号を使うことになる。

他方、波長分割多重方式を用いた光通信ネットワークでは、通信容量の増大だけでなく、信頼性も要求されるため、プロテクション機能を実装する必要がある。プロテクション機能とは、或る通信路に障害が発生した場合、予備の通信路に速やかに切り替える機能である。

プロテクション機能には、メインの通信路に障害が発生したら、事前に設定しておいた予備の通信路に切り替える方式と、予備の通信路を事前に設定しておくのではなく、障害時に迂回路を計算して設定する方式とがある。しかし、後者の方式は切り替え時間が長くなる。このため、高速切り替えを要求される光通信ネットワークでは、前者の方式が使用される。予備の通信路を事前に設定しておいて障害発生時に通信路の切り替えを行う波長分割多重方式の光通信ネットワークを記載した文献として、例えば特許文献１がある。

特開２００４−２５４３１７号公報

波長分割多重方式の光通信ネットワークでは、同一パスに同じ波長の光信号を複数流すことはできない。このため、プロテクション機能のために事前に設定できる予備の通信路の数が制限され、二次以上の障害に対する冗長性の確保に課題がある。以下、この点について具体的に説明する。

例えば、４つのノードが図１０のようにメッシュ状に接続された光通信ネットワークにおいて、ノードＡからノードＣに至るパスは合計４本存在する。しかし、ノードＡとノードＣとの通信に波長λ_ACの同じ光信号を使用する場合、パスＰ１とパスＰ３はノードＢにおいて合流しているので、何れか一方しか同時には設定できない。同様にパスＰ２とパスＰ４はノードＤで合流しているので、何れか一方しか同時には設定できない。つまり、図１０の光通信ネットワークでは、ノードＡからノードＣに対して最大２本の冗長パスしか設定できない。

図１１は、ノードＡとノードＣの間に、２本のパスＰ１、Ｐ２を設定し、パスＰ１を現用パス、パスＰ２を予備パスとして、ノードＡとノードＣとの間で通信を行っている状態を示している。この状態で、図１２に示すように、例えばノードＡとノードＢとをつなぐ光ファイバの不具合が原因で障害が発生したとすると、プロテクション機能を用いて受信端のノードＣにおいてパスの切り替えが行われ、パスＰ２を現用パスに使用して通信が継続される。

しかし、図１２に示す状態では、ノードＡとノードＣとの間には１つのパスＰ２しか存在しない。従って、例えば図１３に示すように、ノードＡとノードＢとをつなぐ光ファイバの不具合が原因で二次障害が発生すると、パスＰ２も使えなくなり、ノードＡからノードＣへの通信は断たれることになる。

本発明はこのような事情に鑑みて提案されたものであり、その目的は、障害に応じた冗長構成の再構築を速やかに行うことができる光通信ネットワークを提供することにある。

本発明の第１の光通信ネットワークは、光信号の送受信機能を有する複数のノード装置で構成され、前記ノード装置は或る波長にて受信した光信号を当該波長にて送信するように構成された光通信ネットワークであって、送信端となるノード装置と受信端となるノード装置とを接続する第１の光パスと、前記第１の光パスとは一部異なる経路を用いて前記送信端となるノード装置と前記受信端となるノード装置とを接続する光パスであって、パスの途中で前記第１の光パスに合流する経路を有し、且つ、合流箇所より上流側の個所に当該パスの光信号の遮断と透過を切り替える遮断透過切替器を介在させた第２の光パスと、を備える。

本発明によれば、光通信ネットワークにおいて障害に応じた冗長構成の再構築を速やかに行うことができる。

本発明の実施の形態のブロック図である。設定可能な光パスの説明図である。光パスの初期状態を示す図である。一次障害が発生したときの光パスの状態を示す図である。一次障害に応じて冗長パスを再構築した状態を示す図である。二次障害が発生したときの光パスの状態を示す図である。本発明の別の実施の形態のブロック図である。光パスの中継点となるＷＤＭ装置の構成例を示すブロック図である。光パスの受信端となるＷＤＭ装置の構成例を示すブロック図である。本発明が解決しようとする課題の説明図である。本発明が解決しようとする課題の説明図である。本発明が解決しようとする課題の説明図である。本発明が解決しようとする課題の説明図である。

図１を参照すると、本発明の第１の実施の形態に係る光通信ネットワークは、４個のＷＤＭ装置１、２、３、４と、ＷＤＭ装置１とＷＤＭ装置２とをつなぐ光ファイバＦ₁₂と、ＷＤＭ装置１とＷＤＭ装置３とをつなぐ光ファイバＦ₁₃と、ＷＤＭ装置２とＷＤＭ装置３とをつなぐ光ファイバＦ₂₃と、ＷＤＭ装置２とＷＤＭ装置４とをつなぐ光ファイバＦ₂₃と、ＷＤＭ装置３とＷＤＭ装置４とをつなぐ光ファイバＦ₃₄とから構成されている。

ＷＤＭ装置１〜４は、複数の異なる波長のそれぞれにて光信号を送受信することにより、複数の光信号を同時に送受信可能に構成されたノード装置である。それぞれのＷＤＭ装置１〜４は、送信端および受信端になり得る。以下では、説明の便宜上、ＷＤＭ装置１が送信端、ＷＤＭ装置４が受信端となって、所定の波長λ₁₄を用いてエンド‐エンド通信する場合を例に、本実施の形態におけるパス切替構成を説明する。

４つのＷＤＭ装置１〜４が図１のようにメッシュ状に接続された光通信ネットワークでは、ＷＤＭ装置１からＷＤＭ装置４に至る光パスは、図２に示すようにＰ１〜Ｐ４の合計４本存在する。しかし、ＷＤＭ装置１とＷＤＭ装置４との通信に波長λ₁₄の同じ光信号を使用する場合、光パスＰ１と光パスＰ３は、ＷＤＭ装置１から合流点であるＷＤＭ装置２までの光路長に差があるため、同時に設定して双方に同じ波長の信号を流すと、光信号どうしが干渉して正常な通信が行えない。同様に、光パスＰ２と光パスＰ４もＷＤＭ装置３で合流しているので、同時に設定して双方に同じ波長の光信号を流すと、光信号どうしが干渉して正常な通信が行えない。

ただし、光パスＰ１と光パスＰ３とを同時に設定しても、一方の光パスから他方の光パスに合流する光信号が存在しなければ、光信号どうしの干渉は発生しない。従って、一方の光パスを使用した通信が正常に行える。例えば、ＷＤＭ装置３において、光パスＰ３の光信号をＷＤＭ装置２へ送信しなければ、ＷＤＭ装置２において光パスＰ１に光パスＰ３からの光信号は合流しない。このため、ＷＤＭ装置１から光ファイバＦ₁₂を通じてＷＤＭ装置２に送られてきた光パスＰ１の光信号は、干渉を受けずに光ファイバＦ₂₃を通じてＷＤＭ装置４へ送り届けられることになる。同様に、光パスＰ２と光パスＰ４とを同時に設定しても、一方の光パスから他方の光パスに合流する光信号が存在しなければ、光信号どうしの干渉は発生しないので、一方の光パスを使用した通信が正常に行える。

そこで本実施の形態では、図３に示すように、上記の４つの光パスＰ１〜Ｐ４を設定し、そのうちの光パスＰ３の途中に遮断透過切替器５を設け、光パスＰ４の途中に遮断透過切替器６を設けている。

遮断透過切替器５は、ＷＤＭ装置３内に位置し、ＷＤＭ装置１から光ファイバＦ₁₃を通じて受信した波長λ₁₄を分岐することにより生成した同一波長、同一信号の２つの光信号のうち、光パスＰ３の光信号としてＷＤＭ装置２へ送信する光信号を遮断している。光パスＰ３の矢印が遮断透過切替器５の下流側で破線で表示されているのは、それ以降、光パスＰ３には光信号が一切送信されていないことを示している。これに対して、分岐により生成された２つの光信号のうち、光パスＰ２の光信号としてＷＤＭ装置４へ送信する光信号は遮断されていない。

また遮断透過切替器６は、ＷＤＭ装置２内に位置し、ＷＤＭ装置１から光ファイバＦ₁₂を通じて受信した波長λ₁₄を分岐することにより生成した同一波長、同一信号の２つの光信号のうち、光パスＰ４の光信号としてＷＤＭ装置３へ送信する光信号を遮断している。他方、分岐により生成された２つの光信号のうち、光パスＰ１の光信号としてＷＤＭ装置４へ送信する光信号は遮断されていない。

図３に示す状態では、受信端のＷＤＭ装置４は、ＷＤＭ装置１との通信に関して光パスＰ１と光パスＰ２との２つの光パスを冗長パスとし、何れか一方を現用パス、他方を予備パスとして使用している。そして、ＷＤＭ装置４は、例えば光パスＰ１を現用、光パスＰ２を予備としている場合、光パスＰ１を通じて受信した光信号をＷＤＭ装置１から送信された光信号として扱って処理を行っている。

また、受信端のＷＤＭ装置４は、障害が原因で現用パスＰ１の光信号が途絶えた場合、予備パスＰ２が正常であれば、受信端切替を実施することにより、現用パスをＰ１からＰ２に切り替え、ＷＤＭ装置１との通信を継続する。例えば、図４に示すように、ＷＤＭ装置１とＷＤＭ装置２との間の光ファイバＦ₁₂に切断などの障害７が発生した場合、現用パスＰ１の光信号はＷＤＭ装置２やＷＤＭ装置４に届かなくなるが、予備パスＰ２は障害７による影響を受けない。このため、ＷＤＭ装置４は予備パスＰ２を現用パスに切り替えて、ＷＤＭ装置１との通信を継続する。

図４に示す状態では、ＷＤＭ装置１とＷＤＭ装置４との間に光信号が流れている光パスはパスＰ２の一つしか存在しない。従って、例えばＷＤＭ装置３とＷＤＭ装置４との間の光ファイバＦ₃₄にも障害が発生するという、二次障害が発生すると、パスＰ２も使えなくなり、ＷＤＭ装置１からＷＤＭ装置４への通信は断たれることになる。

そこで、本実施の形態では、図４に示すように障害７により光パスＰ１が使用できなくなった場合、その光パスＰ１の代わりに、光パスＰ３を冗長パスとして使用できるように、遮断透過切替器５を遮断状態から透過状態に設定を変更する。このような設定変更は、ＷＤＭ装置３へ図示しないネットワーク管理システム（ＮＭＳ）経由でオペレータがマニュアル操作で行うことができる。また、ＧＭＰＬＳ（ＧｅｎｅｒａｌｉｚｅｄＭｕｌｔｉｐｒｏｔｏｃｏｌＬａｂｅｌＳｗｉｔｃｈｉｎｇ）等の技術を用いてＷＤＭ装置３が障害７を検知し、自律的に遮断透過切替器５の設定を変更するようにすることもできる。この設定変更によって、図５に示すように、ＷＤＭ装置５からＷＤＭ装置２に向けて、今まで遮断されていた波長λ₁₄の光信号の送信が開始される。このとき、光パスＰ１の光信号は障害７のためにＷＤＭ装置２に届かないため、ＷＤＭ装置２とＷＤＭ装置４との間の光ファイバＦ₂₃において、光パスＰ３の波長λ₁₄の光信号に光パスＰ１の同じ波長の光信号が合流することはない。このため、受信端のＷＤＭ装置４は、ＷＤＭ装置１との通信に関して光パスＰ２と光パスＰ３との２つの光パスを冗長パスとして使用することが可能になる。

従って、例えば図６に示すように、ＷＤＭ装置３とＷＤＭ装置４との間の光ファイバＦ₃₄に障害８が発生しても、ＷＤＭ装置４において受信端切替を実施し、予備パスＰ３を現用パスとして使用することにより、ＷＤＭ装置１からＷＤＭ装置４への通信をなおも継続することが可能になる。

以上の構成では、４つの光パスＰ１〜Ｐ４のうちの光パスＰ３、Ｐ４にのみ遮断透過切替器５、６を介在させたが、図７に示すように残りの光パスＰ１、Ｐ２にも遮断透過切替器９、１０を介在させるようにしても良い。遮断透過切替器９は、ＷＤＭ装置３に設けられ、光パスＰ２が冗長パスとして使用されているときは透過に設定され、それ以外（障害パス等）は遮断に設定される。また遮断透過切替器１０は、ＷＤＭ装置２に設けられ、光パスＰ１が冗長パスとして使用されているときは透過に設定され、それ以外（障害パス等）のときは遮断に設定される。

また、図６または図７に示すように、光パスＰ３のパス長は、光パスＰ１、Ｐ２に比べて長い。このため、障害７、８が回復して光パスＰ１、Ｐ２を使用できるようになった場合は、現用パスを光パスＰ３から光パスＰ１または光パスＰ２に切り替えることが望ましい。

例えば、図６において、障害８が回復した場合、図５に示した状態に戻るので、ＷＤＭ装置４は受信端切替を行って光パスＰ２を現用パスに切り替える。さらに、図５において障害７が回復した場合、遮断透過切替器５を遮断に設定すれば、図３に示した状態に戻ることができる。遮断透過切替器５の設定変更は、ＷＤＭ装置３へ図示しないネットワーク管理システム（ＮＭＳ）経由でオペレータがマニュアル操作で行うことができる。また、ＧＭＰＬＳ等の技術を用いてＷＤＭ装置３が障害７の回復を検知し、自律的に遮断透過切替器５の設定を変更するようにすることもできる。

また、図７において、障害７が回復した場合、遮断透過切替器５を遮断に設定変更すると同時に遮断透過切替器１０を透過に設定変更すれば、光パスＰ３の代わりに光パスＰ１を現用パスとして使用することができる。そして、障害７に続いて障害８が回復した場合、遮断透過切替器６を遮断に設定変更すると同時に遮断透過切替器９を透過に設定変更すれば、光パスＰ２を現用パスとして組み入れることができる。これら遮断透過切替器の設定変更もオペレータによるマニュアル設定または自動で行うことができる。

次に、ＷＤＭ装置１〜４の構成例について説明する。

図８を参照すると、ＷＤＭ装置３は、光カプラ（ＣＰＬ；optical coupler）３１、クロスコネクト部３２、制御部３３を含んで構成される。

光カプラ３１は、制御部３３からの指示に従って、ＷＤＭ装置１から受信した波長λ₁₄の光信号をコピーする。そして、光カプラ３１は、コピーにより生成したＷＤＭ装置４向けの光信号とＷＤＭ装置２向けの光信号とのうち、前者をクロスコネクト部３２の入力ポート３２ｂに送出し、後者を入力ポート３２ｃに送出する。

クロスコネクト部３２は、入力ポート３２ａ、３２ｂ、３２ｃと、出力ポート３２ｄ、３２ｅを有する。入力ポート３２ａには、ＷＤＭ装置２から受信した波長λ₁₄の光信号が入力される。入力ポート３２ｂ、３２ｃには、上記の光カプラ３１から出力されたＷＤＭ装置４向けの波長λ₁₄光信号、ＷＤＭ装置２向けの波長λ₁₄光信号が入力される。出力ポート３２ｄから出力される光信号はＷＤＭ装置４に向けて送信される。出力ポート３２ｅから出力される光信号はＷＤＭ装置２に向けて送信される。クロスコネクト部３２は、制御部３３からの指示に従って、入力される信号の波長毎に、任意の入力ポートと任意の出力ポートとを接続し、また非接続とする。具体的には、波長λ₁₄の光信号に関して、入力ポート３２ａと出力ポート３２ｄとを接続し、または非接続とする。また、波長λ₁₄の光信号に関して、入力ポート３２ｂと出力ポート３２ｄとを接続し、または非接続とする。また波長λ₁₄の光信号に関して、入力ポート３２ｃと出力ポート３２ｄｅとを接続し、または非接続とする。

このクロスコネクト部３２が、上述した遮断透過切替器に相当する。例えば図３の遮断透過切替器５は、波長λ₁₄の光信号をＷＤＭ装置２へ送信しないように遮断している。これは、図８のクロスコネクト部３２において、波長λ₁₄の光信号に関して入力ポート３２ｃと出力ポート３２ｅとを非接続とすることで実現される。

制御部３３は、図示しないネットワーク管理装置などの遠隔地から与えられる制御信号を受信解析して、光カプラ３１、クロスコネクト部３２の動作状態を制御する。

図８に示すＷＤＭ装置３の構成によれば、光信号を光電気変換を介さずに、光のレベルでコピーし、それぞれ異なる経路への送信が可能となる。なお、同一波長の光信号を２つ以上の複数経路にコピーし、その送信を個々の経路毎に制御可能であれば、図８に示す構成以外の構成も採用可能である。例えば、同一波長の光信号を複数経路にコピーし送信できる波長選択スイッチ等の光デバイスが実現されれば、それを用いても良い。また、ＷＤＭ装置３は、光信号を一旦、電気信号に変換し、変換後の電気信号に基づいて光信号を生成し、生成した光信号をそれぞれ異なる経路へ送信するように構成されていても良い。

なお、ＷＤＭ装置２はＷＤＭ装置３と同様に図８のように構成することができる。また、ＷＤＭ装置１も、図８のように構成することができる。ただし、ＷＤＭ装置１では、光カプラ３１には、図示しない情報処理装置から出力される電気信号を変換した光信号が入力される。勿論、ＷＤＭ装置１は、光カプラを用いずに、同じ波長λ₁₄の光信号をそれぞれ独立に複数生成する構成としても良い。

図９を参照すると、ＷＤＭ装置４は、受信部４１、パス選択部４２、制御部４３を含んで構成される。

受信部４１は、制御部４３からの指示に従って、ＷＤＭ装置２からの波長λ₁₄の光信号を受信ポート４１ａで受信し、ＷＤＭ装置３からの波長λ₁₄の光信号を受信ポート４１ｂで受信する。そして、受信した光信号を各光パス毎に電気信号に変換してパス選択部４２へ出力する。

パス選択部４２は、制御部４３からの指示に従って、各光パス毎の電気信号に基づいて、各光パス毎の通信品質を推定する。通信品質とは、例えば、誤り率、伝送損失、信号対雑音比等である。そして、パス選択部４２は、各光パス毎の通信品質に基づいて、複数の光パスの中から一つの光パスを現用パスとして選択する。例えば、パス選択部４２は、通信品質が最も高い光パスを現用パスとして選択する。現用パスに光信号から変換された電気信号は、図示しない情報処理装置へ伝達される。

制御部４３は、図示しないネットワーク管理装置などの遠隔地から与えられる制御信号を受信解析して、受信部４１、パス選択部４２の動作状態を制御する。

このように本実施の形態によれば、光通信ネットワークにおいて障害に応じた冗長構成の再構築を速やかに行うことができる。その理由は、光パスＰ１と光パスＰ２とを冗長パスとしている状態で、障害７により光パスＰ１が使えなくなった場合、遮断透過切替器５に対する設定変更を行うだけで、光パスＰ１の代わりに光パスＰ３を冗長パスとして速やかに組み入れることができるためである。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は以上の実施の形態にのみ限定されず、その他各種の付加変更が可能である。例えば、上述した実施の形態では、受信端となるＷＤＭ装置４には、２本の光ファイバＦ₂₃、Ｆ₃₄しか接続されていないので、冗長パスの最大数は２であったが、３本以上の光ファイバが接続されている場合、冗長パスを３つ以上とすることが可能である。

また、本発明は受信端切替以外にも応用が可能である。例えば、ＷＤＭ装置３とＷＤＭ装置４とをつなぐ光ファイバＦ₃₄が存在しない場合、ＷＤＭ装置４における冗長パスは１つになり、ＷＤＭ装置４で受信端切替によるプロテクション機能は使えない。しかし、光パスＰ１と光パスＰ３とを設定し、遮断透過切替器５を遮断に設定しておけば、障害７が発生したときに遮断透過切替器５を透過設定に変更するだけで、光パスＰ１の代わりに光パスＰ３を用いて通信を継続することができる。

１、２、３、４…ＷＤＭ装置
５、６、９、１０…遮断透過切替器
７、８…障害

Claims

光信号の送受信機能を有する複数のノード装置で構成され、前記ノード装置は或る波長にて受信した光信号を当該波長にて送信するように構成された光通信ネットワークであって、
送信端となるノード装置と受信端となるノード装置とを接続する第１の光パスと、
前記第１の光パスとは一部異なる経路を用いて前記送信端となるノード装置と前記受信端となるノード装置とを接続する光パスであって、パスの途中で前記第１の光パスに合流する経路を有し、且つ、合流箇所より上流側の個所に当該パスの光信号の遮断と透過を切り替える遮断透過切替器を介在させた第２の光パスと、
前記第１の光パスおよび前記第２のパスとは合流がなく、前記送信端となるノード装置と前記受信端となるノード装置とを前記第１のパスとは一部またはすべて異なる経路で接続する第３の光パスと、
前記遮断透過切替器の切り替えを制御する制御手段と
を備え、
前記第１の光パスおよび前記第２の光パスの何れか一方の光パスと、前記第３の光パスとを冗長パスとして使用する
ことを特徴とする光通信ネットワーク。
前記受信端となるノード装置に設けられ、冗長パスとして使用されている複数の光パスの中から現用パスとして使用する光パスを選択するパス選択手段、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光通信ネットワーク。
前記第２の光パスは、前記第３の光パスの途中から分岐する経路を有する、
ことを特徴とする請求項２に記載の光通信ネットワーク。
前記遮断透過切替器は、前記第２の光パスの前記第３の光パスから分岐した光信号の遮断と透過を行う、
ことを特徴とする請求項３に記載の光通信ネットワーク。
光信号の送受信機能を有する複数のノード装置で構成され、前記ノード装置は或る波長にて受信した光信号を当該波長にて送信するように構成された光通信ネットワークにおけるパス設定方法であって、
送信端となるノード装置と受信端となるノード装置とを接続する第１の光パスを設定するとともに、前記第１の光パスとは一部異なる経路を用いて前記送信端となるノード装置と前記受信端となるノード装置とを接続する光パスであって、パスの途中で前記第１の光パスに合流する経路を有し、且つ、合流より手前の個所に当該パスの光信号の遮断と透過を切り替える遮断透過切替器を介在させた第２の光パスを設定し、
前記第１の光パスおよび前記第２のパスとは合流がなく、前記送信端となるノード装置と前記受信端となるノード装置とを前記第１のパスとは一部またはすべて異なる経路で接続する第３の光パスを設定し、
前記第１の光パスの使用状態に応じて前記遮断透過切替器の切り替えを制御し、
前記第１の光パスおよび前記第２の光パスの何れか一方の光パスと、前記第３の光パスとを冗長パスとして使用する、
ことを特徴とするパス設定方法。
前記受信端となるノード装置において、冗長パスとして使用されている複数の光パスの中から現用パスとして使用する光パスを選択する、
ことを特徴とする請求項５に記載のパス設定方法。
前記第２の光パスは、前記第３の光パスの途中から分岐する経路を有する、
ことを特徴とする請求項６に記載のパス設定方法。
前記遮断透過切替器は、前記第３の光パスの途中から分岐した前記第２の光パスの光信号の遮断と透過を行う、
ことを特徴とする請求項７に記載のパス設定方法。