JP5465694B2

JP5465694B2 - 光パケット送受信装置および光パケット受信装置

Info

Publication number: JP5465694B2
Application number: JP2011120710A
Authority: JP
Inventors: 智紀山田
Original assignee: Fujitsu Telecom Networks Ltd
Current assignee: Fujitsu Telecom Networks Ltd
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2031-05-30
Also published as: JP2012249170A

Description

本発明は、光パケット信号に付与された経路情報に従って光スイッチを切り替えることにより、光パケット単位でのパケット交換を可能とする光パケット交換方式に関する。

波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）を用いた光伝送システムにおいて、波長選択スイッチ（ＷＳＳ：wavelength selective switch）等を用いることで、波長単位のパス切替を行う技術が実用化されている。その次の技術として、切替を行う単位を例えばＩＰパケット（１０ＧＥｔｈｅｒ（10 Gigabit Ethernet（登録商標））信号等）一つ一つという細かい単位とし、各々を光パケットという形式に変換して、超高速の光スイッチで方路切り替えを行う光パケット交換方式が検討されている（例えば、特許文献１参照）。

ＩＰパケットはデータが存在しない間は有意な情報が転送されておらず、その分だけ帯域が無駄になっているが、光パケット交換方式が実現すれば、データが存在しない時間帯を別のパケットが占有できることになる。従って、光パケット交換方式は、伝送路の帯域利用効率を飛躍的に高める可能性があり、将来の技術として有望視されている。

特開２００８−２３５９８６号公報

光パケット交換方式においては、光パケット毎にパケット長が変わるので、光信号が存在する時間帯と、存在しない時間帯とがある。ここでは、光信号が存在する比率を表す指標として、「パケット密度」を定義する。パケット密度は、パケット長／パケット間隔で定義される。

光パケット交換システムにおいては、光パケット送信装置で光パケットを出力する際、パケット密度に応じて出力される光パケットのピークパワーが変動する。従って、光パケット交換システムの光受信器は、様々なピークパワーを有する光パケットを受信することが要求される。なお、本明細書でいう「ピークパワー」とは、光信号が「１」のときの光パワーレベルを意味する。

図１は、光受信器に入力される光パケット信号の一例を示す。図１は、ピークパワーが大きな光パケット♯１の後に、ピークパワーの小さな光パケット♯２が入力されることを示している。隣接する光パケット♯１と光パケット♯２の間隔を「光パケット間隔」と呼ぶ。また、隣接する光パケット♯１と光パケット♯２間のピークパワー差を「光パケット間レベル差」と呼ぶ。光受信器は、通常、光パケット間隔が短く且つ光パケット間レベル差が大きい場合、適切な受信処理を行うことが難しくなる。この点について以下説明する。

図２は、光受信器の構成の一例を示す。図２に示すように、光受信器１００は、ＰＩＮ−ＰＤ１０２と、プリアンプ１０４と、カップリングコンデンサ１０５と、リミッタアンプ１０６と、Ｇ−ＶＣＯ１０８と、バンドパスフィルタ１１０と、Ｄフリップフロップ１１２と、アンプ１１４と、コンデンサ１１６とを備える。

光受信器１００に入力された光パケット信号は、ＰＩＮ−ＰＤ１０２で電気信号に変換された後、プリアンプ１０４にて増幅される。プリアンプ１０４は、差動出力のプリアンプである。プリアンプ１０４から出力されたパケット信号は、カップリングコンデンサ１０５を介してリミッタアンプ１０６で増幅される。リミッタアンプ１０６から出力されたパケット信号は、Ｇ−ＶＣＯ１０８と、Ｄフリップフロップ１１２とに入力される。

Ｇ−ＶＣＯ（Gated Voltage-Controlled-Oscillator）１０８は、発振したクロックの位相を入力されたパケット信号の位相に合わせ、バンドパスフィルタ１１０に出力する。バンドパスフィルタ１１０から出力されたクロックは、アンプ１１４で増幅された後、コンデンサ１１６を介して差動クロックＡ，Ｂとして出力される。Ｇ−ＶＣＯ１０８、バンドパスフィルタ１１０、アンプ１１４、およびコンデンサ１１６は、タイミング抽出回路を構成している。

Ｄフリップフロップ１１２には、リミッタアンプ１０６からのパケット信号（データ）と、アンプ１１４からのクロックとが入力される。Ｄフリップフロップ１１２は、パケット信号を識別再生した後、データＡ，Ｂとして出力する。

ここで、図１に示すようにピークパワーの大きな光パケット♯１のすぐ後にピークパワーの小さな光パケット♯２が光受信器１００に入力されると、光パケット♯１の電荷がコンデンサ１１６から抜けきるのに時間がかかるため、光パケット♯２からのクロック抽出が難しくなる。その結果、Ｄフリップフロップ１１２に入力されるデータとクロックの位相が不定となり、光パケット♯２の識別再生を行うことができなくなる可能性がある。

図３は、ピークパワーの大きな光パケットの後にピークパワーの小さな光パケットが入力された場合に、ピークパワーの小さな光パケットが受信不可となる光パケット間隔と、光パケット間レベル差の関係を示す。例えば、光パケット間隔が２５ｎｓのときに、光パケット間レベル差が３ｄＢ以上あると、後続のピークパワーの小さな光パケットは、光受信器で受信することができない。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、光パケット間レベル差が大きい場合でも、光パケットを適切に受信できる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の光パケット送受信装置は、光レベル情報が付加された光パケットを送信する光パケット送信装置と、光パケットを受信する光パケット受信装置とを備える。光パケット受信装置は、入力された光パケットのヘッダに付加された光レベル情報に応じて、該光パケットを複数の出力ポートのいずれかに出力する光スイッチ部と、光スイッチ部の各出力ポート毎に設けられた複数の光減衰器であって、出力される光パケットのピークパワーが所定の受信可能範囲内となるようにそれぞれの減衰量が設定された複数の光減衰器と、複数の光減衰器の後段に設けられた光カプラと、光カプラから出力された光パケットを受信する光受信器とを備える。

光スイッチ部は、光パケットの光レベルと、光パケットの出力ポートとを対応付けたテーブルを備え、該テーブルを参照して入力された光パケットの出力ポートを判定してもよい。

光減衰器は可変光減衰器であり、光パケット受信装置は、各可変光減衰器から出力された光パケットのピークパワーを検出する光レベルモニタと、光レベルモニタにより検出されたピークパワー情報に基づいて、各可変光減衰器から出力される光パケットのピークパワーが受信可能範囲内となるように各可変光減衰器の減衰量を制御する減衰量制御部と、を備えてもよい。

光パケット受信装置は、光受信器で受信した光パケットのビットエラーレートを検出するＢＥＲ検出部をさらに備えてもよい。減衰量制御部は、ピークパワー情報に加え、ＢＥＲ検出部により検出されたビットエラーレート情報に基づいて可変光減衰器の減衰量を制御してもよい。

本発明の別の態様は、光パケット受信装置である。この装置は、光レベル情報が付加された光パケットを受信する光パケット受信装置であって、入力された光パケットのヘッダに付加された光レベル情報に応じて、該光パケットを複数の出力ポートのいずれかに出力する光スイッチ部と、光スイッチ部の各出力ポート毎に設けられた複数の光減衰器であって、出力される光パケットのピークパワーが所定の受信可能範囲内となるようにそれぞれの減衰量が設定された複数の光減衰器と、複数の光減衰器の後段に設けられた光カプラと、光カプラから出力された光パケットを受信する光受信器とを備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を装置、方法、システム、プログラム、プログラムを格納した記録媒体などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、光パケット間レベル差が大きい場合でも、光パケットを適切に受信できる。

光受信器に入力される光パケット信号の一例を示す図である。光受信器の構成の一例を示す図である。ピークパワーの小さな光パケットが受信不可となる光パケット間隔と、光パケット間レベル差の関係を示す図である。本発明の実施形態に係る光パケット送受信装置を示す図である。光パケット送信装置の構成を説明するための図である。光パケットのフォーマットの一例を示す図である。光パケット受信装置の構成を説明するための図である。光レベルと出力ポートとを対応付けたテーブルの一例を示す図である。減衰器制御部の制御を説明するための図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。

図４は、本発明の実施形態に係る光パケット送受信装置１０を示す。図４に示すように、光パケットを送信する第１〜第４光パケット送信装置１２ａ〜１２ｄと、第１〜第４光パケット送信装置１２ａ〜１２ｄからの光パケットを受信する光パケット受信装置１４とを備える。

図５は、光パケット送信装置の構成を説明するための図である。図５に示すように、光パケット送信装置１２は、入力されたクライアント信号にヘッダを付与して電気信号のパケットを生成するパケット生成部１６と、パケット生成部１６にて生成されたパケットを光パケットに変換して出力する電気／光変換部１８とを備える。

パケット生成部１６は、パケットのヘッダにパケット長情報を付与するパケット長情報付加部２０と、パケットのヘッダに光レベル情報を付加する光レベル情報付加部２２とを備える。光レベル情報付加部２２で付加する光レベル情報は、電気信号のパケットが電気／光変換部１８で光パケットに変換されたときのピークパワーである。上述したように、光パケットのピークパワーは、パケット密度に応じて変動する。パケット生成部１６ではパケット密度が分かるので、電気信号の段階で電気／光変換後の光パケットのピークパワーを推定できる。例えば、光レベル情報付加部２２は、光パケットの光レベルを「特大」、「大」、「中」、「小」の４つのレベルに分類し、その情報をヘッダに付与する。

図６は、光パケットのフォーマットの一例を示す。光パケットは、図６に示すように、ユーザ領域であるデータと、データの前に設けられたヘッダとから構成されている。ヘッダは、光レベル情報と、パケット長情報とを有する。なお、図６には図示していないが、ヘッダには、光パケット交換を行うための宛先情報や、光パケットの送信元情報などが含まれてもよい。

図７は、光パケット受信装置の構成を説明するための図である。図７に示すように、光パケット受信装置１４は、光スイッチ部２１と、第１〜第４可変光減衰器２３ａ〜２３ｄと、第１〜第４光分岐カプラ２４ａ〜２４ｄと、第１〜第４光レベルモニタ２６ａ〜２６ｄと、光カプラ２８と、光受信器３０と、ＢＥＲ検出部３２と、減衰器制御部３４とを備える。

光スイッチ部２１は、４つの入力ポート（第１〜第４入力ポートＩＰ１〜ＩＰ４）と、４つの出力ポート（第１〜第４出力ポートＯＰ１〜ＯＰ４）と、解析部３６とを備える。本実施形態において、第１入力ポートＩＰ１には第１光パケット送信装置１２ａからの光パケットが入力され、第２入力ポートＩＰ２には第２光パケット送信装置１２ｂからの光パケットが入力され、第３入力ポートＩＰ３には第３光パケット送信装置１２ｃからの光パケットが入力され、第４入力ポートＩＰ４には第４光パケット送信装置１２ｄからの光パケットが入力される。

光スイッチ部２１は、第１〜第４入力ポートＩＰ１〜ＩＰ４に入力された光パケットのヘッダに付加された光レベル情報に応じて、該光パケットを第１〜第４出力ポートＯＰ１〜ＯＰ４のいずれかに出力する。

解析部３６は、第１〜第４入力ポートＩＰ１〜ＩＰ４に入力された光パケットのヘッダを解析し、光レベル情報およびパケット長情報を抽出する。解析部３６は、光パケットの光レベルと、光パケットの出力ポートとを対応付けたテーブルを備え、該テーブルを参照して入力された光パケットの出力ポートを判定する。図８は、光レベルと出力ポートとを対応付けたテーブルの一例を示す。図８に示すように、光レベルが「特大」の光パケットは第１出力ポートＯＰ１に出力され、光レベルが「大」の光パケットは第２出力ポートＯＰ２に出力され、光レベルが「中」の光パケットは第３出力ポートＯＰ３に出力され、光レベルが「小」の光パケットは第１出力ポートＯＰ４に出力される。なお、パケット長情報は、光スイッチ部２１が光パケットの最後尾を判定するために用いられる。

第１〜第４出力ポートＯＰ１〜ＯＰ４の後段にはそれぞれ、第１〜第４可変光減衰器２３ａ〜２３ｄが設けられており、入力された光パケットを減衰させる。各第１〜第４可変光減衰器２３ａ〜２３ｄの減衰量は、減衰器制御部３４により制御される。

第１〜第４可変光減衰器２３ａ〜２３ｄの後段にはそれぞれ、第１〜第４光分岐カプラ２４ａ〜２４ｄが設けられている。第１〜第４光分岐カプラ２４ａ〜２４ｄはそれぞれ、入力された光パケットを分岐し、一方を第１〜第４光レベルモニタ２６ａ〜２６ｄに出力し、他方を光カプラ２８に出力する。

第１〜第４光レベルモニタ２６ａ〜２６ｄはそれぞれ、入力された一方の光パケットのピークパワーを検出する。検出されたピークパワー情報は、減衰器制御部３４に入力される。

光カプラ２８は、第１〜第４光分岐カプラ２４ａ〜２４ｄの後段に設けられており、入力された他方の光パケットを多重化する。

光受信器３０は、光カプラ２８から出力された光パケットを受信し、等化増幅（Reshaping）、リタイミング（Retiming）、識別再生（Regenerating）等の所定の受信処理を行う。光受信器３０の構成は、例えば図２に示す光受信器１００と同様であってよい。

ＢＥＲ検出部３２は、光受信器３０で受信した各光パケットのビットエラーレートを検出する。ＢＥＲ検出部３２で検出された各光パケットのビットエラーレート情報は、減衰器制御部３４に入力される。

次に、図７を用いて、本実施形態に係る光パケット送受信装置１０の動作について説明する。ここでは、第３光パケット送信装置１２ｃから出力された光パケット♯１が光スイッチ部２１の第３入力ポートＩＰ３に入力され、第４光パケット送信装置１２ｄから出力された光パケット♯２が光スイッチ部２１の第３入力ポートＩＰ４に入力され、第１光パケット送信装置１２ａから出力された光パケット♯３が光スイッチ部２１の第１入力ポートＩＰ１に入力され、第２光パケット送信装置１２ｂから出力された光パケット♯４が光スイッチ部２１の第２入力ポートＩＰ２に入力される場合を考える。光パケットが光スイッチ部２１には、光パケット♯１、♯２、♯３、♯４の順で入力される。また、光パケット♯１の光レベルは「特大」であり、光パケット♯２の光レベルは「中」であり、光パケット♯３の光レベルは「大」であり、光パケット♯４の光レベルは「小」である。光パケット♯１〜♯４を光カプラで多重化した場合、光パケット♯１の直後の光パケット♯２は、光パケット間レベル差が大きいため、通常の光受信器では受信できないとする。また、光パケット♯３の直後の光パケット♯４は、光パケット間レベル差が大きいため、通常の光受信器では受信できないとする。

光スイッチ部２１の解析部３６は、入力された各光パケット♯１〜♯４のヘッダを解析し、光レベル情報およびパケット長情報を抽出する。そして、図８に示すテーブルを参照して、各パケットの出力ポートを選択する。具体的には、第３入力ポートＩＰ３に入力された光パケット♯１は、光レベル情報が「特大」であるので、第１出力ポートＯＰ１から出力される。第４入力ポートＩＰ４に入力された光パケット♯２は、光レベル情報が「中」であるので、第３出力ポートＯＰ３から出力される。第１入力ポートＩＰ１に入力された光パケット♯３は、光レベル情報が「大」であるので、第２出力ポートＯＰ２から出力される。第２入力ポートＩＰ２に入力された光パケット♯４は、光レベル情報が「小」であるので、第４出力ポートＯＰ４から出力される。

第１〜第４出力ポートＯＰ１〜ＯＰ４から出力された各光パケットは、第１〜第４可変光減衰器２３ａ〜２３ｄに入力される。ここで、本実施形態においては、減衰器制御部３４は、各第１〜第４可変光減衰器２３ａ〜２３ｄから出力される光パケットのピークパワーが所定の受信可能範囲Ｒ内となるように各第１〜第４可変光減衰器２３ａ〜２３ｄの減衰量を制御する。受信可能範囲Ｒは、その範囲内であれば後段の光受信器３０で適切に受信できるという範囲である。

図９は、減衰器制御部の制御を説明するための図である。装置の起動直後においては、入力される光パケットのピークパワーが正確には分からない場合がある。そのような場合、減衰器制御部３４は、以下の手順により減衰量を設定する。ここでは、第１可変減衰器２３ａを例として説明する。

（１）まず、１つ目の光パケットについては、減衰させずにそのまま第１可変減衰器２３ａ通過させる。

（２）１つ目の光パケットのピークパワーが第１光レベルモニタ２６ａにより検出される。

（３）減衰器制御部３４は、検出された１つ目の光パケットのピークパワー情報に基づいて、第１可変減衰器２３ａの減衰量を制御する。具体的には、１つ目の光パケットのピークパワーが受信可能範囲Ｒ内か否かを判定し、受信可能範囲Ｒ内ではない場合には、１つ目の光パケットのピークパワーを受信可能範囲Ｒ内とするのに必要な減衰量を計算する。そして、第１可変減衰器２３ａをその減衰量となるよう制御する。一方、受信可能範囲Ｒ内である場合は、そのままの減衰量（すなわち、減衰なし）で問題ないので、減衰量を維持する。

（４）次に入力された光パケットは、第１可変減衰器２３ａにより設定された減衰量だけ減衰される。光スイッチ部２１により、第１出力ポートＯＰ１から出力されてくる光パケットは光レベルが「特大」のものに限定されているので、次の光パケットのピークパワーを受信可能範囲Ｒ内とすることができる。第１光レベルモニタ２６ａによるピークパワーのモニタリングは常時行われ、ピークパワーが受信可能範囲Ｒを超えた場合には、再度減衰量の設定が行われる。

以上のような減衰量の制御が第２〜第４可変光減衰器２３ｂ〜２３ｄについても同様に行われる。これにより、第１〜第４可変光減衰器２３ａ〜２３ｄから出力される光パケット♯１〜♯４のピークパワーは、受信可能範囲Ｒ内となる。

図７に戻り、第１〜第４可変光減衰器２３ａ〜２３ｄから出力された光パケット♯１〜♯４は、第１〜第４光レベルモニタ２６ａ〜２６ｄを介して光カプラ２８に入力される。光カプラ２８は、光パケット♯１〜♯４を多重化し、光受信器３０に出力する。光受信器３０に入力される光パケット♯１〜♯４は、ピークパワーが受信可能範囲Ｒ内となっており、光パケット間レベル差が低減されているので、光受信器３０は、光パケット♯１〜♯４を適切に受信できる。

受信可能範囲Ｒは、光受信器３０の性能によってことなるので、実験やシミュレーションにより適宜設定すればよい。

減衰器制御部３４は、ＢＥＲ検出部３２により検出されたビットエラーレート情報に基づいて第１〜第４可変光減衰器２３ａ〜２３ｄの減衰量を制御してもよい。具体的には、減衰器制御部３４は、ビットエラーレートが減少するように第１〜第４可変光減衰器２３ａ〜２３ｄの減衰量をフィードバック制御する。これにより、第１〜第４可変光減衰器２３ａ〜２３ｄの減衰量を適切な値に設定でき、良好な受信状態を維持することができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せによりいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、光スイッチ部２１の各出力ポートから出力される光パケットのピークパワーが予め大体分かっており、殆ど変動しないという場合には、第１〜第４可変光減衰器２３ａ〜２３ｄの減衰量は固定であってよい。さらに、この場合には可変光減衰器である必要はなく、減衰量が固定の減衰器であってもよい。

１０光パケット送受信装置、１２光パケット送信装置、１４光パケット受信装置、１６パケット生成部、１８電気／光変換部、２０パケット長情報付加部、２１光スイッチ部、２２光レベル情報付加部、２８光カプラ、３０光受信器、３２ＢＥＲ検出部、３４減衰器制御部、３６解析部。

Claims

光レベル情報が付加された光パケットを送信する光パケット送信装置と、
光パケットを受信する光パケット受信装置と、を備える光パケット送受信装置であって、
前記光パケット受信装置は、
入力された光パケットのヘッダに付加された光レベル情報に応じて、該光パケットを複数の出力ポートのいずれかに出力する光スイッチ部と、
前記光スイッチ部の各出力ポート毎に設けられた複数の光減衰器であって、出力される光パケットのピークパワーが所定の受信可能範囲内となるようにそれぞれの減衰量が設定された複数の光減衰器と、
複数の前記光減衰器の後段に設けられた光カプラと、
前記光カプラから出力された光パケットを受信する光受信器と、
を備えることを特徴とする光パケット送受信装置。
前記光スイッチ部は、光パケットの光レベルと、光パケットの出力ポートとを対応付けたテーブルを備え、該テーブルを参照して光パケットの出力ポートを判定することを特徴とする請求項１に記載の光パケット送受信装置。
前記光減衰器は可変光減衰器であり、
前記光パケット受信装置は、
各可変光減衰器から出力された光パケットのピークパワーを検出する光レベルモニタと、
前記光レベルモニタにより検出されたピークパワー情報に基づいて、各可変光減衰器から出力される光パケットのピークパワーが前記受信可能範囲内となるように各可変光減衰器の減衰量を制御する減衰量制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光パケット送受信装置。
前記光パケット受信装置は、
前記光受信器で受信した光パケットのビットエラーレートを検出するＢＥＲ検出部をさらに備え、
前記減衰量制御部は、ピークパワー情報に加え、前記ＢＥＲ検出部により検出されたビットエラーレート情報に基づいて前記可変光減衰器の減衰量を制御することを特徴とする請求項３に記載の光パケット送受信装置。
光レベル情報が付加された光パケットを受信する光パケット受信装置であって、
入力された光パケットのヘッダに付加された光レベル情報に応じて、該光パケットを複数の出力ポートのいずれかに出力する光スイッチ部と、
前記光スイッチ部の各出力ポート毎に設けられた複数の光減衰器であって、出力される光パケットのピークパワーが所定の受信可能範囲内となるようにそれぞれの減衰量が設定された複数の光減衰器と、
複数の前記光減衰器の後段に設けられた光カプラと、
前記光カプラから出力された光パケットを受信する光受信器と、
を備えることを特徴とする光パケット受信装置。
前記光スイッチ部は、光パケットの光レベルと、光パケットの出力ポートとを対応付けたテーブルを備え、該テーブルを参照して入力された光パケットの方路切替を行うことを特徴とする請求項５に記載の光パケット受信装置。
前記光減衰器は可変光減衰器であり、
各可変光減衰器から出力された光パケットのピークパワーを検出する光レベルモニタと、
前記光レベルモニタにより検出されたピークパワー情報に基づいて、各可変光減衰器から出力される光パケットのピークパワーが前記受信可能範囲内となるように各可変光減衰器の減衰量を制御する減衰量制御部と、
を備えることを特徴とする請求項５または６に記載の光パケット受信装置。
前記光受信器で受信した光パケットのビットエラーレートを検出するＢＥＲ検出部をさらに備え、
前記減衰量制御部は、ピークパワー情報に加え、前記ＢＥＲ検出部により検出されたビットエラーレート情報に基づいて前記可変光減衰器の減衰量を制御することを特徴とする請求項７に記載の光パケット受信装置。