JP5490517B2 - 光通信システム、光通信方法およびｏｌｔ - Google Patents

Description

本発明は、光アクセスネットワークで用いられる光通信システム、光通信方法、光通信システムを構成するＯＬＴの高信頼化・省電力化に関する。

近年、高速なインターネット通信サービスを安価に提供するために、高速で低コストな光通信システムの普及が進んでいる。ＰＯＮ(Passive Optical Network) 方式は、１本の光ファイバを光スプリッタで複数分岐させる方式で、局側に配置される１台のＯＬＴ(Optical Line Terminal：光加入者線終端装置）で、各ユーザ側に配置される複数のＯＮＵ(Optacal Network Unit ：光加入者線ネットワーク装置）を効率良く収容することができる。

現在、広く普及している技術としてＥＰＯＮ (Ethernet (登録商標) Passive Optical Network)システムがある。ＥＰＯＮシステムは、Ethernet技術をベースとしたＰＯＮシステムであり、その通信方式はＩＥＥＥ８０２．３ａｈ (IEEE: The Institute of Electrical and Electronics Engineers)に定められている。ＥＰＯＮでは、時分割多重（ＴＤＭ: Time Division Multiplexing）技術を用い、全ＯＮＵの合計で上下１ギガビット／秒の通信が実現されている（非特許文献１）。今後、さらなる高速化を実現する光アクセス方式として、ＴＤＭ技術に波長多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing) 技術を組み合わせたＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮ方式の通信方式が検討されている。

図１は、従来の光通信システムの構成例を示す。
図において、ＯＬＴは、複数のインタフェース（ＯＳＵ）１〜ｎを備える。ＯＬＴのインタフェース１とＯＮＵ１１〜１ｘは、光ファイバと光スプリッタで構成されるＰＯＮ１を介して接続される。同様に、ＯＬＴのインタフェースｎとＯＮＵｎ１〜ｎｘはＰＯＮｎを介して接続される。各インタフェース１〜ｎは、下り光信号を出力する波長λd1〜λdxn の波長可変レーザ１１、上り光信号を受光するＰＤ(Photo Diode) ２１、上下光信号分離用のＷＤＭフィルタ３１を備える。ＯＬＴは、各インタフェースの下り光信号をＰＯＮ１〜ＰＯＮｎに振り分けるＡＷＧ(Array Waveguide Gratings)３２、ＰＯＮ１〜ｎからの上り光信号を各インタフェースに振り分けるＡＷＧ３３を備える。ＯＮＵ１１〜１ｘ，…，ＯＮＵｎ１〜ｎｘは、それぞれ波長λu1〜λunのいずれかを出力する固定波長レーザ４１、上下光信号分離用のＷＤＭフィルタ４２、下り光信号を受光するＰＤ４３から構成される。

本光通信システムの特徴は、ＯＬＴの各インタフェース１〜ｎがそれぞれ送信波長を選択することにより、ＰＯＮ１〜ＰＯＮｎのいずれかに信号を送り、その先に接続されるＯＮＵと通信を行う点であり、ＡＷＧが波長ルータの役割を担っている。下り信号用のＡＷＧ３２の出力ポートはＷＤＭフィルタ３１を介してそれぞれのＰＯＮ１〜ＰＯＮｎに接続されており、入力波長と入出力ポートの関係は、例えば図２のようになる。また、インタフェース１からＰＯＮ１〜ＰＯＮｎの各ＯＮＵに対し割り当てる光信号の波長は、図３に示すようにＡＷＧの波長周回性（ＦＳＲ）を利用し、周回ごとの波長を各ＰＯＮに収容されるＯＮＵに割り当てる（非特許文献２）。

例えば、インタフェース１からＰＯＮ１に接続されるＯＮＵ１１〜１ｘに送信する波長として、ＡＷＧ３２のＦＳＲごとのλd1，λdn+1, …, λd(x-1)n+1 に設定することにより、ＡＷＧ３２の入力ポートＩＮ１から入力した光信号は出力ポートＯＵＴ１からＰＯＮ１に送出され、ＯＮＵ１１〜１ｘに到達する。同様に、インタフェース１からＰＯＮｎに接続されるＯＮＵｎ１〜ｎｘに送信する場合には、送信波長としてλdn，λd2n,…, λdxn に設定することにより、ＡＷＧ３２の入力ポートＩＮ１から入力した光信号は出力ポートＯＵＴｎからＰＯＮｎに送出され、ＯＮＵｎ１〜ｎｘに到達する。また、インタフェースｎからＰＯＮｎに接続されるＯＮＵｎ１〜ｎｘに送信する波長としてλd1，λdn+1, …, λd(x-1)n+1 を設定することにより、ＡＷＧ３２の入力ポートＩＮｎから入力した光信号は出力ポートＯＵＴｎからＰＯＮｎに送出され、ＯＮＵｎ１〜ｎｘに到達する。

さらに、トラフィックが特定のインタフェースに偏らないように、複数のインタフェースと連携し、動的波長制御（ＤＷＡ：Dynamic Wavelength Allocation）を行うことも可能になっている。

上りの通信についても同様であり、ＯＮＵが送信波長を選択することで、ＯＬＴのＡＷＧ３３を介して受信するインタフェースが選択される。

ＯＬＴにはインタフェースが複数搭載されており、ＯＮＵに信号を送信するインタフェース、またＯＮＵから信号を受信するインタフェースは動的に変更可能である。したがって、あるレーザや、これに接続する上位の装置に障害が発生し、特定のインタフェースで正常に光信号が送受信できない場合でも、ＯＮＵの通信を継続することができる。すなわち、他のインタフェースが機能を補う高信頼な構成となっている。

さらに、総トラフィックが少ないときには一部のインタフェースを休止させることで省電力化を図るという運用も可能である。

IEEE802.3ah standard（http://www.ieee802.org/3/efm/public/comments/ ） Yu-Li Hsueh, Wei-Tao Shaw, and Leonid G.Kazovsky, Stanford University Akira Agata and Shu Yamamoto, KDDI Reserch and Development Laboratories "SUCCESS PON DEMONSTRATOR: EXPERIMENTAL EXPOLORATION OF NEXT-GENARATION OPTICAL ACCESS NETWORK "

従来の構成では、ＯＬＴのコントロール部（図１では図示せず）において、ＯＬＴに搭載されている複数のインタフェースのトラフィック状況をすべて把握し、同時に制御する必要があることから制御が複雑になっていた。また、ＤＷＡに応じた波長チューニングを実現するためには、高価な波長可変レーザ光源を用いる必要があった。特に、従来のＤＷＡでは、フレーム単位で波長を切り替えるために非常に高頻度で波長を切り替える必要があり、波長切替速度が速い波長可変レーザが必要で、そのための制御回路も複雑になっていた。

さらに、ＰＯＮの通信に波長の設定・制御を考慮した新たなプロトコルが必要となり、ＥＰＯＮなどＴＤＭ−ＰＯＮの回路をそのまま活用できない問題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決し、高価な波長可変レーザや複雑な制御を用いることなく、障害に強く、省電力性に優れた光通信システム、光通信方法およびＯＬＴを提供することを目的とする。

第１の発明は、ＯＬＴの複数のインタフェースが波長の周回性を有するＡＷＧを介して複数のＰＯＮに１対１に接続され、各ＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとＷＤＭ／ＴＤＭ方式で通信を行う光通信システムにおいて、ＯＬＴの各インタフェースおよび各ＯＮＵは、異なる波長で同じ信号を送信する複数の光送信器と、各光送信器から出力される光信号を合波する手段とを備え、インタフェースは少なくとも２つの光送信器が同時に発光・変調可能な構成とし、ＰＯＮに接続される複数のＯＮＵはそれぞれ複数の光送信器の中で同じ波長の１つの光送信器が発光・変調する構成とし、ＯＬＴの各インタフェースと複数のＰＯＮが１対１に接続されるときに、各インタフェースは、自身の配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵに対して、全てのインタフェースにおいて共通の波長かつＴＤＭ方式で通信を行う構成であり、障害が発生したインタフェースまたはトラフィックが少ないインタフェース（以下、「休止対象インタフェース」という）の機能を引き継ぐ所定のインタフェースは、ＡＷＧを介して当該所定のインタフェース配下のＰＯＮに送出される共通の波長および休止対象インタフェース配下のＰＯＮに送出される波長をそれぞれ有する複数の光送信器を動作させ、それぞれのＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとの下り通信を担うとともに、休止対象インタフェース配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵは、ＡＷＧを介して当該所定のインタフェースに送出される波長の光送信器に切り替え、当該所定のインタフェースがそれぞれのＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとの上り通信を担う構成である。

第１の発明の光通信システムにおいて、ＯＬＴは、各インタフェースにおける障害およびトラフィックを監視し、休止対象インタフェースを検出したときに、所定のインタフェースが複数の光送信器を動作させ、かつ休止対象インタフェースの配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵが光送信器を切り替える制御を行い、所定のインタフェースが休止対象インタフェースの配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとの下り通信および上り通信を担う構成である。

第１の発明の光通信システムにおいて、所定のインタフェースが複数の光送信器を動作させて複数のインタフェース配下のＰＯＮに接続されるＯＮＵとの下り通信を担う処理と、各インタフェース配下のＰＯＮに接続されるＯＮＵが光送信器の波長を切り替えて上り通信を担うインタフェースを切り替える処理を独立に行う構成である。

第１の発明の光通信システムにおいて、ＯＮＵは、複数の光送信器および合波する手段に代えて送信波長が切り替わる波長可変光送信器を用いた構成である。

第２の発明は、ＯＬＴの複数のインタフェースが波長の周回性を有するＡＷＧを介して複数のＰＯＮに１対１に接続され、各ＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとＷＤＭ／ＴＤＭ方式で通信を行う光通信方法において、ＯＬＴの各インタフェースおよび各ＯＮＵは、異なる波長で同じ信号を送信する複数の光送信器と、各光送信器から出力される光信号を合波する手段とを備え、インタフェースは少なくとも２つの光送信器が同時に発光・変調可能な構成とし、ＰＯＮに接続される複数のＯＮＵはそれぞれ複数の光送信器の中で同じ波長の１つの光送信器が発光・変調する構成とし、ＯＬＴの各インタフェースと複数のＰＯＮが１対１に接続されるときに、各インタフェースは、自身の配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵに対して、全てのインタフェースにおいて共通の波長かつＴＤＭ方式で通信を行い、障害が発生したインタフェースまたはトラフィックが少ないインタフェース（以下、「休止対象インタフェース」という）の機能を引き継ぐ所定のインタフェースは、ＡＷＧを介して当該所定のインタフェース配下のＰＯＮに送出される共通の波長および休止対象インタフェース配下のＰＯＮに送出される波長をそれぞれ有する複数の光送信器を動作させ、それぞれのＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとの下り通信を担うとともに、休止対象インタフェース配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵは、ＡＷＧを介して当該所定のインタフェースに送出される波長の光送信器に切り替え、当該所定のインタフェースがそれぞれのＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとの上り通信を担うことを特徴とする。

第２の発明の光通信方法において、ＯＬＴは、各インタフェースにおける障害およびトラフィックを監視し、休止対象インタフェースを検出したときに、所定のインタフェースが複数の光送信器を動作させ、かつ休止対象インタフェースの配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵが光送信器を切り替える制御を行い、所定のインタフェースが休止対象インタフェースの配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとの下り通信および上り通信を担うことを特徴とする。

第２の発明の光通信方法において、所定のインタフェースが複数の光送信器を動作させて複数のインタフェース配下のＰＯＮに接続されるＯＮＵとの下り通信を担う処理と、各インタフェース配下のＰＯＮに接続されるＯＮＵが光送信器の波長を切り替えて上り通信を担うインタフェースを切り替える処理を独立に行うことを特徴とする。

第３の発明は、ＯＬＴの複数のインタフェースが波長の周回性を有するＡＷＧを介して複数のＰＯＮに１対１に接続され、各ＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとＷＤＭ／ＴＤＭ方式で通信を行う光通信システムのＯＬＴにおいて、各インタフェースは、異なる波長で同じ信号を送信する複数の光送信器と、各光送信器から出力される光信号を合波する手段とを備え、インタフェースは少なくとも２つの光送信器が同時に発光・変調可能な構成とし、ＯＬＴの各インタフェースと複数のＰＯＮが１対１に接続されるときに、各インタフェースは、自身の配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵに対して、全てのインタフェースにおいて共通の波長かつＴＤＭ方式で通信を行い、障害が発生したインタフェースまたはトラフィックが少ないインタフェース（以下、「休止対象インタフェース」という）の機能を引き継ぐ所定のインタフェースは、ＡＷＧを介して当該所定のインタフェース配下のＰＯＮに送出される共通の波長および休止対象インタフェース配下のＰＯＮに送出される波長をそれぞれ有する複数の光送信器を動作させ、それぞれのＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとの下り通信を担うとともに、休止対象インタフェース配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵがＡＷＧを介して当該所定のインタフェースに送出される波長の光送信器に切り替え、当該所定のインタフェースがそれぞれのＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとの上り通信を担う構成である。

第３の発明の光通信システムのＯＬＴにおいて、各インタフェースにおける障害およびトラフィックを監視し、休止対象インタフェースを検出したときに、所定のインタフェースが複数の光送信器を動作させ、かつ休止対象インタフェースの配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵが光送信器を切り替えるように制御し、所定のインタフェースが休止対象インタフェースの配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとの下り通信および上り通信を担う構成である。

第３の発明の光通信システムのＯＬＴにおいて、所定のインタフェースが複数の光送信器を動作させて複数のインタフェース配下のＰＯＮに接続されるＯＮＵとの下り通信を担う処理と、各インタフェース配下のＰＯＮに接続されるＯＮＵが光送信器の波長を切り替えて上り通信を担うインタフェースを切り替える処理を独立に行う構成である。

本発明は、ＯＬＴのインタフェースが他のインタフェースを含む複数のＰＯＮの下り通信を担う際には、複数の波長の光送信器を動作させ、異なる波長で同一の下り光信号を送信する。これにより、当該インタフェースはＡＷＧの機能により、他のインタフェース配下のＯＮＵを本来の配下のＯＮＵに加えてＴＤＭ制御により一括して扱うことができる。

また、ＯＬＴのインタフェースが他のインタフェースを含む複数のＰＯＮの上り通信を担う際には、他のインタフェース配下のＯＮＵの光送信器を切り替えて、送信する上り光信号の波長を切り替える。これにより、当該インタフェースはＡＷＧの機能により、他のインタフェース配下のＯＮＵを本来の配下のＯＮＵに加えてＴＤＭ制御により一括して扱うことができる。

また、このような制御は、ＯＬＴが各インタフェースにおける障害およびトラフィックを監視し、障害が発生したインタフェースまたはトラフィックが少ないインタフェース（休止対象インタフェース）の配下のＯＮＵとの通信を特定のインタフェースが担う場合に有効である。これにより、休止対象インタフェースの配下のＯＮＵとの通信を特定のインタフェースが容易に引き継ぐことができ、ＰＯＮシステムの高信頼化と省電力化を実現することがてのる。

従来の光通信システムの構成例を示す図である。 下り光信号の波長割り当てを示す図である。 インタフェース１からみた下り光信号の波長配置を示す図である。 本発明の光通信システムの第１の実施形態を示す図である。 下り光信号用のＡＷＧ３２の波長割り当て例を示す図である。 上り光信号用のＡＷＧ３３の波長割り当て例を示す図である。 各インタフェースの出力波長と下り通信用のＡＷＧ３２の入出力ポートの配置例を示す図である。 各ＯＮＵの出力波長と上り通信用のＡＷＧ３３の入出力ポートの配置例を示す図である。 インタフェース引き継ぎテーブルの例を示す図である。 インタフェース１からインタフェースｎへのＯＮＵ管理情報引き継ぎ例を示す図である。 通常の認証動作例を示す図である。 インタフェース間でＯＮＵの引き継ぎを伴う認証動作例を示す図である。 消費電力セーブのためのインタフェース間の引き継ぎ例を示す図である。 本発明の光通信システムの第２の実施形態を示す図である。 本発明の光通信システムの第３の実施形態を示す図である。 本発明の光通信システムの第４の実施形態を示す図である。

（第１の実施形態）
図４は、本発明の光通信システムの第１の実施形態を示す。
図において、ＯＬＴは、上位リンクに接続される複数のインタフェース（ＯＳＵ）１〜ｎを備える。ＯＬＴのインタフェース１は、光ファイバと光スプリッタで構成されるＰＯＮ１を介してＯＮＵ１１〜１ｘと接続される。以下同様に、ＯＬＴのインタフェースｎは、ＰＯＮｎを介してＯＮＵｎ１〜ｎｘと接続される。各インタフェース１〜ｎは、下り光信号を出力する波長λd1〜λdnの固定波長レーザ１２−１〜１２−ｎ、各波長の下り光信号を合波するカプラ１５、上り光信号を受光するＰＤ(Photo Diode) ２１、上下光信号分離用のＷＤＭフィルタ３１を備える。ＯＬＴは、さらに各インタフェース１〜ｎのカプラ１５とＷＤＭフィルタ３１との間に、各インタフェース１〜ｎの下り光信号をＰＯＮ１〜ＰＯＮｎに振り分ける下り通信用のＡＷＧ(Array Waveguide Gratings)３２を接続し、各インタフェース１〜ｎのＷＤＭフィルタ３１とＰＤ２１との間に、ＰＯＮ１〜ＰＯＮｎからの上り光信号を各インタフェース１〜ｎに振り分ける上り通信用のＡＷＧ３３を接続する。

ＯＮＵ１１〜１ｘ，…，ＯＮＵｎ１〜ｎｘは、それぞれ波長λu1〜λunの固定波長レーザ４１−１〜４１−ｎ、各波長の上り光信号を合波するカプラ４４、上下光信号分離用のＷＤＭフィルタ４２、下り光信号を受光するＰＤ４３を備える。なお、各ＰＯＮに接続される複数ｘ個のＯＮＵは、同じ波長の１つの固定波長レーザが動作し、波長を切り替えるときには一斉に同一波長に切り替えられる構成である。

ここで、各インタフェースがそれぞれＰＯＮと１対１で接続されるときは、各インタフェースは同じ波長の１つの固定波長レーザが動作し、それぞれ同じ波長で個別の下り光信号を送信する。また、１つのインタフェースが複数のＰＯＮの下り通信を担うときは、複数の固定波長レーザが同時に動作し、それぞれ異なる波長で同じ下り光信号を送信する。

また、各インタフェースがそれぞれＰＯＮと１対１で接続されるときは、各ＰＯＮにそれぞれ接続されるＯＮＵは、それぞれ同じ波長の１つの固定波長レーザが動作し、それぞれ同じ波長で上り光信号を送信する。また、１つのインタフェースが複数のＰＯＮの上り通信を担うためにＰＯＮに接続されるインタフェースを変更するときは、そのＰＯＮに接続されるＯＮＵは別波長の固定波長レーザに一斉に切り替え、その別波長で上り光信号を送信する。すなわち、本発明におけるＯＮＵは、複数の波長の固定波長レーザ４１−１〜４１−ｎを備えるものの同時に動作することはないので、波長λu1〜λunの波長可変レーザを用いてもよい。

図５は、下り通信用のＡＷＧ３２の波長割り当て例を示す。例えば、インタフェース１の波長λd1〜λdnの下り光信号は、ＡＷＧ３２の入力ポートＩＮ１から出力ポートＯＵＴ１〜ＯＵＴｎにそれぞれ分波され、各インタフェースのＷＤＭフィルタ３１を介してそれぞれＰＯＮ１〜ＰＯＮｎに出力される。これにより、１つのインタフェースが複数のＰＯＮの下り通信を担うことができる。

図６は、上り通信用のＡＷＧ３３の波長割り当て例を示す。例えば、ＯＮＵ１１〜１ｘから出力される波長λu1〜λunの上り光信号は、ＰＯＮ１を介してＯＬＴのインタフェース１に入力し、インタフェース１のＷＤＭフィルタ３１を介してＡＷＧ３３の入力ポートＩＮ１から出力ポートＯＵＴ１〜ＯＵＴｎにそれぞれ分波し、各インタフェースのＰＤ２１に受光する。これにより、１つのインタフェースが複数のＰＯＮの上り通信を担うことができる。

（下り通信の通常時、通常電力モード時の対応）
下り通信において、上位リンク障害または各インタフェース故障がない通常時、またトラフィックが多い場合に対応する通常電力モード時には、インタフェース１〜ｎはそれぞれ同じ波長の１つの固定波長レーザのみが動作し、他の固定波長レーザは動作を停止する。各インタフェースは、それぞれ対応するＰＯＮの下り通信を担う。例えば、各インタフェースの下り光信号の波長をλd1とすると、図５の波長割り当て例に従えば、インタフェース１がＰＯＮ１の下り通信を賄い、以下同様にインタフェースｎがＰＯＮｎの下り通信を担う。すわわち、インタフェース１とＰＯＮ１に収容されるＯＮＵ１１〜１ｘが下り通信を行う場合、インタフェース１の固定波長レーザ１２−１から出力された波長λd1の下り光信号は、ＡＷＧ３２の入力ポートＩＮ１から出力ポートＯＵＴ１に出力され、ＷＤＭフィルタ３１を介してＰＯＮ１に出力され、さらにＰＯＮ１に収容されるＯＮＵ１１〜１ｘの各ＷＤＭフィルタ４２を介してＰＤ４３に受光する。なお、各インタフェースと各ＰＯＮに収容される複数のＯＮＵとの下り通信は、通常のＴＤＭ−ＰＯＮのプロトコルに準じて行われる。

（下り通信のＯＬＴ側障害時、省電力モード時の対応）
下り通信において、上位リンク障害または各インタフェース故障の場合、またトラフィックが少ない場合に対応する省電力モード時には、１つのインタフェースが複数の固定波長レーザを動作させ、対応するいくつかのインタフェースを停止／休止させる。１つのインタフェースで動作する複数の固定波長レーザは、複数の波長の搬送波を同じ下り信号で変調する構成とし、各波長対応に複数のＰＯＮの下り通信を担う。例えば、インタフェースｎが故障し、インタフェース１がＰＯＮ１，ＰＯＮｎの下り通信を担う場合には、インタフェース１の波長λd1，λdnの固定波長レーザ１２−１，１２−ｎを動作させ、波長λd1，λdnの下り光信号をＡＷＧ３２を介してＰＯＮ１，ＰＯＮｎに送信する。すなわち、インタフェース１は、波長λd1，λdnの下り光信号を用いてＯＮＵ１１〜１ｘ，ＯＮＵｎ１〜ｎｘとの下り通信を通常のＴＤＭ−ＰＯＮのプロトコルに準じて行う。なお、上位リンク障害または各インタフェース故障の場合の波長設定は、ＰＯＮの通信とは独立に、予め決められたテーブルに従って行う（詳しくは後述する）。

（上り通信の通常時、通常電力モード時の対応）
上り通信において、ＯＬＴ側に障害がない通常時、またＯＬＴ全体としてトラフィックが多い場合に対応する通常電力モード時には、各ＰＯＮに収容される複数のＯＮＵはそれぞれ同じ波長の１つの固定波長レーザのみが動作し、他の固定波長レーザは動作を停止する。各インタフェースは、それぞれ対応するＰＯＮの上り通信を担う。例えば、各ＯＮＵの上り光信号の波長をλu1とすると、図６の波長割り当て例に従えば、インタフェース１がＰＯＮ１の通信を賄い、以下同様にインタフェースｎがＰＯＮｎの通信を担う。すなわち、ＯＮＵ１１〜１ｘがインタフェース１と上り通信を行う場合、ＯＮＵ１１〜１ｘの固定波長レーザ４１−１から出力された波長λu1の上り光信号は、ＷＤＭフィルタ４２を介してＰＯＮ１に出力され、さらにインタフェース１のＷＤＭフィルタ３１を介してＡＷＧ３３の入力ポートＩＮ１から出力ポートＯＵＴ１に出力され、ＰＤ２１に受光する。なお、各インタフェースと各ＰＯＮに収容される複数のＯＮＵとの上り通信は、通常のＴＤＭ−ＰＯＮのプロトコルに準じて行われる。

（上り通信のＯＬＴ側障害時、省電力モード時の対応）
上り通信において、上位リンク障害または各インタフェース故障の場合、またＯＬＴ全体としてトラフィックが少ない場合に対応する省電力モード時には、複数のＰＯＮに収容されるＯＮＵの上り通信をＯＬＴの１つのインタフェースが担い、対応するいくつかのインタフェースを停止／休止させる。通常時と異なるインタフェースに接続されるＯＮＵは、そのインタフェースに対応する波長の固定波長レーザに切り替える。例えば、インタフェースｎが故障し、インタフェース１がＰＯＮ１，ＰＯＮｎの上り通信を担う場合には、インタフェースｎに接続されていたＰＯＮｎのＯＮＵｎ１〜ｎｘは、波長λu1の固定波長レーザ４１−１から波長λu2の固定波長レーザ４１−２に切り替え、波長λu2の上り光信号をＡＷＧ３３を介してインタフェース１のＰＤ２１に受光させる。すなわち、インタフェース１は、波長λu1，λd2の上り光信号を用いてＯＮＵ１１〜１ｘ，ＯＮＵｎ１〜ｎｘとの上り通信を通常のＴＤＭ−ＰＯＮのプロトコルに準じて行う。なお、上位リンク障害または各インタフェース故障の場合の波長設定は、ＯＬＴの認証を受けられない場合は別の波長に切り替えて認証を試すアルゴリズムで対応する。

（ＰＯＮ区間の特定方法）
各インタフェースおよびＯＮＵが送信する光信号の波長と、ＯＬＴのＡＷＧ３２，３３の入出力ポートに接続するＰＯＮ１〜ｎは、図７および図８に示すように対応関係付けておけば、初期状態で全てのインタフェースおよびＯＮＵが特定の波長を用いれば、どのＯＮＵがどのＰＯＮに接続されたのか確認することができる。

また、互いの出力波長を予め取り決めておくことで、ＯＮＵが接続されたときなどに、複数のインタフェースからの下り信号が特定のＰＯＮ区間に不用意に入り込み、下り信号が衝突したり、ＯＮＵからの上り信号がインタフェース内で他のＰＯＮのＯＮＵの上り信号と衝突してしまうことを防ぐことができる。

（上位通信障害）
ＯＬＴ上位の装置やこれに接続するケーブルに障害が発生し正常な通信を行うことができなくなった場合、インタフェースは障害を検知することで、正常に通信を行える他のインタフェースに対し、配下のＯＮＵの情報を引き継ぎ、配下のＯＮＵに対し、波長の切り替え指示を行うことで通信を継続させることができる。

例えば、インタフェース１の上位装置が故障し、通信が正常に行えなくなった場合、ＯＬＴは図９に示すインタフェース引き継ぎテーブルを参照し、引き継ぎ条件に適合したインタフェースｎ（条件によっては複数のインタフェースに引き継いでもよい）に対し、図１０に示すようにＰＯＮ１のＯＮＵ１１〜１ｘの管理情報を引き継がせて通信を開始する。該当ＯＮＵをインタフェースｎにすべて引き継がせる場合、インタフェース１は配下のＯＮＵ１１〜１ｘに対し、出力波長をλu1からλunに切り替えを指示し、さらにＯＮＵからの指示確認を受けた後に通信停止告知を行い、必要に応じてＯＮＵからの通信停止告知確認を受けて通信を停止する。その後、インタフェースｎは波長λd2の固定波長レーザ１２−２を動作させてＰＯＮ１のＯＮＵ１１〜１ｘとの下り通信を開始し、ＰＯＮ１のＯＮＵ１１〜１ｘは波長λunの固定波長レーザ１２−ｎを動作させてインタフェースｎとの上り通信を開始する。

上記の状態では、インタフェースｎは、波長λd1の固定波長レーザ１２−１と波長λd2の固定波長レーザ１２−２を同時に起動し、ＰＯＮ１とＰＯＮｎの各ＯＮＵとの下り通信を行う。この時、インタフェースｎが用いる下り光信号は波長に関わらず、同じ変調信号を同時出力されるため、インタフェースｎは単純に配下のＯＮＵが追加されたと同じような状況で通信（ＴＤＭ）を行うことができる。これによりインタフェースｎはＰＯＮ１とＰＯＮｎのＯＮＵを別個のものとして扱う必要がなくなるため、インタフェースやＯＮＵの送受信系を単純化することができる。

（障害系の上下通信のどちらかが正常）
また、インタフェースの上位側において上り通信のみに障害が発生した場合には、下り通信はそのまま継続させ、ＯＮＵ側の出力波長を別のインタフェースにアクセスするよう切り替え指示を出す（上り通信のみを引き継がせる）ことで、該当インタフェースの残存機能を有効に使用することができる。

また、インタフェースの上位側において下り通信のみに障害が発生した場合には、上りの通信はそのまま継続させ、下り通信のみ他のインタフェースに引き継がせることで、該当インタフェースの残存機能を有効に使用することができる。

（認証方法）
ＯＮＵがＰＯＮに接続されインタフェースと通信を開始する際、上記のように予め取り決めた波長で通信を行う場合ならば、図１１のように、インタフェース１とＯＮＵ１１との間では下り波長λd1、上り波長λu1の通信となる。しかし、インタフェースとＯＮＵが通信障害などにより初期波長で通信を行えない状態になった場合や、インタフェースがこれ以上ＯＮＵを受け入れられない場合も考えられる。

これに対応するため、上記のような状態が発生または発生しそうな場合、図１２に示すように、関係するインタフェースがそれぞれ対応する波長の認証信号を他のインタフェースの認証信号と衝突しないタイミングΔＴg で出力し、複数のインタフェースから認証信号をＰＯＮへ送信することで、ＯＮＵは複数のインタフェースから認証信号を受け取り応答することができる。例えば、ＰＯＮ１に収容のＯＮＵ１１へ送信するインタフェース２の下り波長はλdnとし、インタフェース３の下り波長はλd(n-1)とし、以下同様にインタフェースｎの下り波長はλd2とする。

このとき認証信号内にインタフェースの障害状況や切り替え指示情報があれば、これに従いＯＮＵは波長の切り替えを行い、指定のインタフェースと通信を行うことができる。しかし、これらの情報がない場合、ＯＮＵは予め指定されている例えば波長λu1の上り光信号で応答をし、波長λu1の上り光信号を受けるインタフェース１からの応答を待つ。応答が一定時間ない場合、該当インタフェース１に通信障害があると判断し、次の認証用信号群が到着して一定の時間ΔＴr が経過した後に、別の波長λu2に切り替え、別のインタフェース２に対してコンタクトを開始する。その際、ＯＮＵは使用した波長情報を付加してインタフェース側に送信することで、この信号を受信したインタフェース２は、図６の入力波長とＡＷＧ３３の入出力ポートの関係から、ＰＯＮ１に収容されているＯＮＵから送られてきた信号であることを認識することができる。例えば、図４の構成で、インタフェース1 が故障し、ＯＮＵ１１との認証状態が切れてしまった場合、再認証のためＯＮＵ１１は波長λu2を用いてインタフェース２へコンタクトを開始するが、インタフェース２はＯＮＵ１１がどのＰＯＮに収容されているかを判断するため、応答信号の使用波長情報を参照し、上記のようにＰＯＮ１に収容されているＯＮＵ１１であることを認識する。これにより、インタフェース２は、ＰＯＮ１のＯＮＵ１１に対する認証作業として、波長λdnの認証用信号をＡＷＧ３２の入力ポートＩＮ２から出力ポートＯＵＴ１に出力し、ＰＯＮ１を介してＯＮＵ１１に送信する。以下、インタフェース２とＯＮＵ１１との間で、波長λdnの認証用信号と、波長λu2の応答信号を用いて認証処理が行われる。

また、インタフェースが認証前のＯＮＵに対して波長の切り替え指示を行い、担当インタフェースを変更することで認証前に波長切り替えが行えるため、認証後に改めて波長の切り替え作業を行うよりも、リンクを一旦切断して再認証するプロセスを省くことができる。

（認証前の波長切り替え（トラフィック集中））
ＯＮＵがＰＯＮに接続した際に、始めに認証を行おうとするインタフェースが高負荷状態で該当ＯＮＵの認証が困難な場合、上記のインタフェース障害時の動作と同様に対応する。すなわち、インタフェースは認証信号の出力を停止する、もしくは出力してもＯＮＵの応答信号に対して反応しないことで、ＯＮＵの波長を切り替えさせ、引き受け可能な別のインタフェースに通信を引き継がせることもできる。

（省電力動作）
１台以上のインタフェースの余剰帯域が、他の（引継ぎ可能な）インタフェースの使用している帯域を上回る状態となった場合、帯域に余裕のあるインタフェースへＯＮＵを引き継がせ、通信するＯＮＵがなくなったインタフェースは自ら休止／停止状態となり、消費電力を効率化することができる。

図１３は、消費電力セーブのためのインタフェース間の引き継ぎ例を示す。
インタフェース１とＰＯＮ１のＯＮＵ１１との間で、波長λd1の下り光信号と、波長λu1の上り光信号を用いて通信が行われているときに、インタフェースｎで受け入れ可能帯域が発生した場合を想定する。インタフェースｎは、インタフェース１との間でＯＮＵ情報の引継作業を行う。インタフェース１は、ＯＮＵ１１をインタフェースｎに切り替えるために、まずＯＮＵ１１の出力波長をλu1からλunに切り替えるように指示し、ＯＮＵ１１との間で切り替え手順を実行する。その後、インタフェース１は休止状態になり、ＯＮＵ１１は出力波長をλu1からλunに切り替え、インタフェースｎとの認証処理に入る。

インタフェースｎは、波長λd2の認証用信号を送信すると、ＯＬＴのＡＷＧ３２、ＰＯＮ１を介してＯＮＵ１１に到達する。一方、ＯＮＵ１１は、波長λunの応答信号を送信すると、ＰＯＮ１、ＯＬＴのＡＷＧ３３を介してインタフェースｎに到達する。これらを繰り返して認証処理を行い、以下インタフェースｎとＯＮＵ１１との間で、波長λd2の下り光信号と、波長λunの上り光信号を用いて通信が行われる。

また、引き受けたインタフェースの使用帯域が増加し、高負荷状態となった場合、休止／停止状態のインタフェースを起動させ、引き継がれたＯＮＵに、元のインタフェースと通信を行うよう波長切り替え指示を行うことで、ＯＬＴ全体の使用帯域に応じた効率的な電力調整が実現できる。

ところで、本発明におけるＯＬＴのインタフェースおよびＯＮＵの制御は、各インタフェースにおける障害およびトラフィックを監視するＯＬＴの制御部（図４に図示せず）で行われる。ＯＬＴの制御部では、各インタフェースのトラフィック等のステータスを把握し、どのインタフェースが何台受け入れ可能かといった図９に記載の情報を管理する。また、各インタフェースのトラフィックが所定値以下になった場合は、ＯＬＴの制御部では、図９に記載の情報を参照して受け入れ可能なインタフェースを探し、これに適合するインタフェースがある場合は、省電力モードに切り替える制御を行う。

また、各インタフェースのトラフィックを把握して制御を行う点は、従来技術のＤＷＡでも同様である。しかし、従来技術のＤＷＡの場合、フレーム単位で波長の切り替えを行う必要があるため、非常に高頻度で波長を切り替えて通信を行う必要があることから、波長切替速度が速いレーザが必要となり、高頻度で波長切り替えを行うための複雑な回路も必要となる。一方、本発明の構成では、波長の切り替えは、障害発生時、低消費電力モードに移行する場合など、限られた場合だけ行うこととするため、従来技術のＤＷＡほどは、高価な部品を必要としない構成で対応可能となる。

（第２の実施形態）
図１４は、本発明の光通信システムの第２の実施形態を示す。
本実施形態は、ＯＬＴの各インタフェース１〜ｎにおいて、図４に示す第１の実施形態の下り光信号を出力する波長λd1〜λdnの固定波長レーザ１２−１〜１２−ｎに代えて、波長λd1〜λdnの光源１３−１〜１３−ｎと、波長λd1〜λdnの光搬送波をカプラ１５で合波した後に下り信号で一括変調する変調器１４を備えることを特徴とする。個々の固定波長レーザに対して制御を行う必要がないため、光送信制御を単純化することができる。

（第３の実施形態）
図１５は、本発明の光通信システムの第３の実施形態を示す。
本実施形態は、各ＯＮＵにおいて、図４に示す第１の実施形態の上り光信号を出力する波長λu1〜λunの固定波長レーザ４１−１〜４１−ｎに代えて、波長λu1〜λunの光源４５−１〜４５−ｎと、波長λu1〜λunの光搬送波をカプラ４４で合波した後に上り信号で一括変調する変調器４６を備えることを特徴とする。個々の固定波長レーザに対して制御を行う必要がないため、光送信制御を単純化することができる。

（第４の実施形態）
以上示した第１〜第３の実施形態は、任意の１つのインタフェースが複数のＰＯＮの下り通信および上り通信を担う場合に対応する構成である。第４の実施形態は、１つまたは特定の少数のインタフェースが複数のＰＯＮの下り通信および上り通信を担う場合に対応する構成を示す。

図１６は、本発明の光通信システムの第４の実施形態を示す。ここでは、通信故障や省電力設定時にインタフェース１のみがＰＯＮ１〜ＰＯＮｎの下り通信および上り通信を担う場合を想定する。

図１６において、インタフェース１は下り光信号を出力する波長λd1〜λdnの固定波長レーザ１２−１〜１２−ｎおよびカプラ１５を備え、インタフェース２〜ｎはそれぞれ波長λd1の固定波長レーザ１２−１を備える。その他のＯＬＴの構成は、他の実施形態と同様である。

ＰＯＮ１に接続されるＯＮＵ１１〜１ｘは、インタフェース１に送信する上り光信号を出力する波長λu1の固定波長レーザ４１−１を備える。ＰＯＮｎに接続されるＯＮＵｎ１〜ｎｘは、インタフェースｎまたはインタフェース１に送信する上り光信号を出力する波長λu1，λu2の固定波長レーザ４１−１，４１−２およびカプラ４４を備える。同様に、ＰＯＮ２に接続されるＯＮＵ２１〜２ｘ（図示せず）は、インタフェース２またはインタフェース１に送信する上り光信号を出力する波長λu1，λunの固定波長レーザ４１−１，４１−ｎおよびカプラ４４を備える。その他のＯＮＵの構成は、他の実施形態と同様である。

これにより、インタフェース１は、ＰＯＮ１に加えて、必要に応じてＰＯＮ２〜ＰＯＮｎの下り通信および上り通信を担うことができ、完全な予備系専用のインタフェースとしても、他のインタフェース２〜ｎの通信障害時やトラフィック集約（省電力設定）に対応することができる。一方、インタフェース２〜ｎは下り光信号を送信するレーザの数を最小１つにすることができ、ＰＯＮ２〜ＰＯＮｎに接続される各ＯＮＵも上り光信号を送信するレーザの数を２つにすることができる。

なお、本実施形態は、第２の実施形態および第３の実施形態にも同様に適用することができる。また、ＯＮＵの２つの固定波長レーザは、１つの可変波長レーザに置き換えることも可能である。

１１ 波長可変レーザ
１２ 固定波長レーザ
１３ 光源
１４ 変調器
１５ カプラ
２１ ＰＤ
３１ ＷＤＭフィルタ
３２ 下り通信用のＡＷＧ
３３ 上り通信用のＡＷＧ
４１ 固定波長レーザ
４２ ＷＤＭフィルタ
４３ ＰＤ
４４ カプラ
４５ 光源
４６ 変調器

Claims (10)

1. ＯＬＴの複数のインタフェースが波長の周回性を有するＡＷＧを介して複数のＰＯＮに１対１に接続され、各ＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとＷＤＭ／ＴＤＭ方式で通信を行う光通信システムにおいて、
   前記ＯＬＴの各インタフェースおよび前記各ＯＮＵは、異なる波長で同じ信号を送信する複数の光送信器と、各光送信器から出力される光信号を合波する手段とを備え、
   前記インタフェースは少なくとも２つの光送信器が同時に発光・変調可能な構成とし、前記ＰＯＮに接続される複数のＯＮＵはそれぞれ複数の光送信器の中で同じ波長の１つの光送信器が発光・変調する構成とし、
   前記ＯＬＴの各インタフェースと前記複数のＰＯＮが１対１に接続されるときに、前記各インタフェースは、自身の配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵに対して、全てのインタフェースにおいて共通の波長かつＴＤＭ方式で通信を行う構成であり、
   障害が発生したインタフェースまたはトラフィックが少ないインタフェース（以下、「休止対象インタフェース」という）の機能を引き継ぐ所定のインタフェースは、前記ＡＷＧを介して当該所定のインタフェース配下のＰＯＮに送出される前記共通の波長および休止対象インタフェース配下のＰＯＮに送出される波長をそれぞれ有する複数の光送信器を動作させ、それぞれのＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとの下り通信を担うとともに、前記休止対象インタフェース配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵは、前記ＡＷＧを介して当該所定のインタフェースに送出される波長の光送信器に切り替え、当該所定のインタフェースがそれぞれのＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとの上り通信を担う構成である
   ことを特徴とする光通信システム。
2. 請求項１に記載の光通信システムにおいて、
   前記ＯＬＴは、前記各インタフェースにおける障害およびトラフィックを監視し、前記休止対象インタフェースを検出したときに、前記所定のインタフェースが複数の光送信器を動作させ、かつ前記休止対象インタフェースの配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵが光送信器を切り替える制御を行い、前記所定のインタフェースが前記休止対象インタフェースの配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとの下り通信および上り通信を担う構成である
   ことを特徴とする光通信システム。
3. 請求項１に記載の光通信システムにおいて、
   前記所定のインタフェースが複数の光送信器を動作させて複数のインタフェース配下のＰＯＮに接続されるＯＮＵとの下り通信を担う処理と、前記各インタフェース配下のＰＯＮに接続されるＯＮＵが光送信器の波長を切り替えて上り通信を担うインタフェースを切り替える処理を独立に行う構成である
   ことを特徴とする光通信システム。
4. 請求項１に記載の光通信システムにおいて、
   前記ＯＮＵは、複数の光送信器および合波する手段に代えて送信波長が切り替わる波長可変光送信器を用いた構成である
   ことを特徴とする光通信システム。
5. ＯＬＴの複数のインタフェースが波長の周回性を有するＡＷＧを介して複数のＰＯＮに１対１に接続され、各ＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとＷＤＭ／ＴＤＭ方式で通信を行う光通信方法において、
   前記ＯＬＴの各インタフェースおよび前記各ＯＮＵは、異なる波長で同じ信号を送信する複数の光送信器と、各光送信器から出力される光信号を合波する手段とを備え、
   前記インタフェースは少なくとも２つの光送信器が同時に発光・変調可能な構成とし、前記ＰＯＮに接続される複数のＯＮＵはそれぞれ複数の光送信器の中で同じ波長の１つの光送信器が発光・変調する構成とし、
   前記ＯＬＴの各インタフェースと前記複数のＰＯＮが１対１に接続されるときに、前記各インタフェースは、自身の配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵに対して、全てのインタフェースにおいて共通の波長かつＴＤＭ方式で通信を行い、
   障害が発生したインタフェースまたはトラフィックが少ないインタフェース（以下、「休止対象インタフェース」という）の機能を引き継ぐ所定のインタフェースは、前記ＡＷＧを介して当該所定のインタフェース配下のＰＯＮに送出される前記共通の波長および休止対象インタフェース配下のＰＯＮに送出される波長をそれぞれ有する複数の光送信器を動作させ、それぞれのＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとの下り通信を担うとともに、前記休止対象インタフェース配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵは、前記ＡＷＧを介して当該所定のインタフェースに送出される波長の光送信器に切り替え、当該所定のインタフェースがそれぞれのＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとの上り通信を担う
   ことを特徴とする光通信方法。
6. 請求項５に記載の光通信方法において、
   前記ＯＬＴは、前記各インタフェースにおける障害およびトラフィックを監視し、前記休止対象インタフェースを検出したときに、前記所定のインタフェースが複数の光送信器を動作させ、かつ前記休止対象インタフェースの配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵが光送信器を切り替える制御を行い、前記所定のインタフェースが前記休止対象インタフェースの配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとの下り通信および上り通信を担う
   ことを特徴とする光通信方法。
7. 請求項５に記載の光通信方法において、
   前記所定のインタフェースが複数の光送信器を動作させて複数のインタフェース配下のＰＯＮに接続されるＯＮＵとの下り通信を担う処理と、前記各インタフェース配下のＰＯＮに接続されるＯＮＵが光送信器の波長を切り替えて上り通信を担うインタフェースを切り替える処理を独立に行う
   ことを特徴とする光通信方法。
8. ＯＬＴの複数のインタフェースが波長の周回性を有するＡＷＧを介して複数のＰＯＮに１対１に接続され、各ＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとＷＤＭ／ＴＤＭ方式で通信を行う光通信システムのＯＬＴにおいて、
   前記各インタフェースは、異なる波長で同じ信号を送信する複数の光送信器と、各光送信器から出力される光信号を合波する手段とを備え、
   前記インタフェースは少なくとも２つの光送信器が同時に発光・変調可能な構成とし、 前記ＯＬＴの各インタフェースと前記複数のＰＯＮが１対１に接続されるときに、前記各インタフェースは、自身の配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵに対して、全てのインタフェースにおいて共通の波長かつＴＤＭ方式で通信を行い、
   障害が発生したインタフェースまたはトラフィックが少ないインタフェース（以下、「休止対象インタフェース」という）の機能を引き継ぐ所定のインタフェースは、前記ＡＷＧを介して当該所定のインタフェース配下のＰＯＮに送出される前記共通の波長および休止対象インタフェース配下のＰＯＮに送出される波長をそれぞれ有する複数の光送信器を動作させ、それぞれのＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとの下り通信を担うとともに、前記休止対象インタフェース配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵが前記ＡＷＧを介して当該所定のインタフェースに送出される波長の光送信器に切り替え、当該所定のインタフェースがそれぞれのＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとの上り通信を担う構成である
   ことを特徴とする光通信システムのＯＬＴ。
9. 請求項８に記載の光通信システムのＯＬＴにおいて、
   前記各インタフェースにおける障害およびトラフィックを監視し、前記休止対象インタフェースを検出したときに、前記所定のインタフェースが複数の光送信器を動作させ、かつ前記休止対象インタフェースの配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵが光送信器を切り替えるように制御し、前記所定のインタフェースが前記休止対象インタフェースの配下のＰＯＮに接続される複数のＯＮＵとの下り通信および上り通信を担う構成である
   ことを特徴とする光通信システムのＯＬＴ。
10. 請求項８に記載の光通信システムのＯＬＴにおいて、
    前記所定のインタフェースが複数の光送信器を動作させて複数のインタフェース配下のＰＯＮに接続されるＯＮＵとの下り通信を担う処理と、前記各インタフェース配下のＰＯＮに接続されるＯＮＵが光送信器の波長を切り替えて上り通信を担うインタフェースを切り替える処理を独立に行う構成である
    ことを特徴とする光通信システムのＯＬＴ。

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