JP5507412B2 - 光伝送装置 - Google Patents

Description

本発明は、光信号のまま伝送する機能と、光信号を電気信号に変換した後に再度光信号に変換して伝送する機能を有する光伝送装置に関する。

近年、インターネットにおけるトラフィック量の増大に伴い、中継網の伝送装置にて生じるルーティングなどの電気処理による伝送遅延の回避、伝送装置処理部の規模縮小化等に向け、ＯＥＯ（Optical- Electrical-Optical）変換を行わないフォトニックネットワークの研究が活発に行われている（非特許文献１参照）。しかし、光パケットスイッチングなどのフォトニックネットワークでは、光バッファの実現が難しいことから、将来のネットワークにおいては、全てがフォトニックネットワークに置き換わっていくのではなく、電気処理をベースとした既存ネットワークと、これらフォトニックネットワークが共存するネットワークアーキテクチャになるものと考えられる。

以上のような背景をもとに、非特許文献２では、光処理と電気処理両方の機能を合わせ持つネットワークの提案がなされている。非特許文献２をもとにした光伝送装置の構成例を図１３に示す。図１３の光伝送装置９０は、一方からの光信号を分岐する光スプリッタ９００と、光スプリッタ９００で分岐された一方の光信号を受信する光受信器９０１と、光受信器９０１からの電気信号を蓄える電気バッファ９０２と、電気バッファ９０２とは異なる追加電気バッファ９０３と、電気バッファ９０２と追加電気バッファ９０３からの信号を読み出す制御回路９０４と、光スプリッタ９００で分岐された他方の光信号を透過する光遅延線９０５と、光遅延線９０５からの光信号を光増幅する光増幅器９０６と、光増幅器９０６からの光信号を光再生あるいは光飽和する半導体光増幅器９０７と、半導体光増幅器９０７からの飽和信号を電気バッファ９０２からの電気信号と追加電気バッファ９０３からの電気信号で変調する光変調器９０８で構成される。

制御回路９０４における制御方法としては、非特許文献２に記載のＦＩＦＯ（First-In First-Out）制御が挙げられる。光受信器９０１は、一方からの光信号を受信した後、受信した信号のヘッダ情報を制御回路９０４に送信し、制御回路９０４では、受信したヘッダ情報をもとに光信号の到着時刻、フレーム長に関する情報を得る。制御回路９０４は、追加電気バッファ９０３に到着する信号の到着時刻、フレーム長に関する情報も監視する。これらの情報をもとに、到着時刻が早い順に電気バッファ９０２の信号と追加電気バッファ９０３から信号を読み出し、送信する方法がＦＩＦＯ制御である。

ここで、電気バッファ９０２に到着する信号が追加電気バッファ９０３に到着する信号と時間的に衝突しない場合には、一方からの光信号を半導体光増幅器９０７にて光再生することにより、光伝送装置９０にて光／電気／光変換することなく伝送し、電気バッファ９０２に到着する信号が追加電気バッファ９０３に到着する信号と時間的に衝突する場合には、一方からの光信号を半導体光増幅器９０７にて光飽和させてからＦＩＦＯ制御にて電気バッファ９０２の信号と追加電気バッファ９０３の信号を順次読み出し変調することで光伝送装置９０にて光／電気／光変換して伝送するよう動作する。

光増幅器９０６は、半導体光増幅器９０７にて光飽和動作させるために、一方からの光信号を光増幅するために用いられる。光飽和動作は、非特許文献３に記載の半導体光増幅器の特性を利用することにより実現される。すなわち、光遅延線９０５からの光信号を、半導体光増幅器９０７の光入出力特性において光飽和領域となる光入力強度まで光増幅器９０６により光増幅させ、増幅させた光信号を半導体光増幅器９０７に入力することにより半導体光増幅器９０７にて入力光信号のデータの削除を行い、出力される飽和信号（データが削除された光信号）を再度光変調器９０８で変調することにより実現する。

光遅延線９０５は、光受信器９０１による信号受信処理と制御回路９０４におけるヘッダ情報処理に要する時間相当の光遅延線であり、制御回路９０４は、光受信器９０１からの光信号をもとにクロック信号を生成する機能を有し、クロック信号、設計された光遅延線９０５の距離、光受信器９０１によるヘッダ情報処理、制御回路９０４におけるヘッダ情報処理に要する時間を考慮し、光遅延線９０５を透過した光信号が光増幅器９０６と半導体光増幅器９０７を通過するタイミングと、光増幅器９０６と半導体光増幅器９０７の制御タイミングを一致させる。

以上のように構成・制御することにより、一方からの光信号は、追加電気バッファに到着する信号と時間的に衝突しない限り、光／電気／光変換することなく光信号のまま伝送することが可能となるため、電気処理による伝送遅延特性の劣化を防ぐことができる。

S. J. Ben Yoo, "Optical Packet and Burst Switching Technologies for the Future Photonic Internet," Journal Lightwave Technology, Vol.24, No.12, pp.4468-4492, December 2006. Tatsuya Shimada, Hideaki Kimura, and Hisaya Hadama, "Traffic design to reduce the number of OEO conversions in multi-stage access network," IEICE Electronics Express, Vol.7, No.12, 886-891. Satoshi Narikawa, "Gbit-Class Transmission Using SOA Data Rewriter for WDM-PON," IEICE TRANS COMMUN. , Vol.E91-B, No.2, pp.399-408, February 2008.

しかしながら、このように構成・制御を行う場合、追加電気バッファの伝送帯域（トラフィック量）によって、光のまま伝送できる信号の割合も変動するため、所望の伝送遅延特性を満たせない場合が生じてしまう。

本発明は、以上のような背景で行われたものであり、光処理と電気処理両方の機能を合わせもつ光伝送装置において、所望の伝送遅延特性を実現することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の光伝送装置は、電気バッファと追加電気バッファへ到着する信号の伝送帯域に応じて、光／電気／光変換をするかしないかを判定するトークンを設定することにより、所望の光／電気／光変換する割合に制御するものである。

すなわち、本発明の光伝送装置は、一方からの光信号を他方に伝送する光伝送装置であって、前記一方からの光信号を分岐する光スプリッタと、該光スプリッタで分岐された一方の光信号を受信する光受信器と、該光受信器からの信号を蓄える電気バッファと、該電気バッファとは異なる追加電気バッファと、前記電気バッファと追加電気バッファから信号を読み出す制御回路と、前記光スプリッタで分岐されたもう一方の光信号を透過する光遅延線と、該光遅延線からの光信号を光増幅する光増幅器と、該光増幅器からの光信号を光再生または光飽和する半導体光増幅器と、該半導体光増幅器の光飽和動作時に半導体光増幅器からの飽和信号を前記電気バッファからの電気信号と前記追加電気バッファからの電気信号で変調する光変調器と、前記制御回路に接続されるデータベースとを備え、前記制御回路は、トークン量を保持し、前記トークン量は、トークンを割り当てる周期毎に、単位周期で割り当てられるトークン量に基づき足し算され、前記一方からの光信号が前記半導体光増幅器にて光再生されることにより伝送される場合に前記一方からの光信号のフレーム長に基づき引き算され、前記トークンを割り当てる周期と、前記単位周期で割り当てられるトークン量と、トークンの初期トークン値は、所望の光／電気／光変換の割合と、電気バッファへ到着する信号の伝送帯域と、追加電気バッファに到着する信号の伝送帯域の各値から、前記データベースを参照して設定され、前記制御回路は、前記制御回路が保持するトークン量が、前記電気バッファに到着する信号のフレーム長相当ある場合には、前記半導体光増幅器が光再生動作し、前記制御回路が保持するトークン量が、前記電気バッファに到着する信号のフレーム長相当ない場合には、前記半導体光増幅器が光飽和動作するように制御を行うことを特徴とする。

また、前記制御回路は、前記電気バッファに到着する信号が前記追加電気バッファに到着する信号と時間的に衝突する場合には、前記制御を行い、前記電気バッファに到着する信号が前記追加電気バッファに到着する信号と時間的に衝突しない場合には、前記半導体光増幅器が光再生動作するように制御するとともに、前記制御回路が保持するトークン量が、０未満の場合には、前記トークン量を０とし、０以上の場合には、処理を行わないことを特徴とする。

また、前記データベースは、前記電気バッファへ到着する信号の伝送帯域、前記追加電気バッファに到着する信号の伝送帯域、初期トークン値、トークンを割り当てる周期、単位周期で割り当てられるトークン量から算出される前記一方からの光信号の光／電気／光変換の割合に関する情報を保持することが好ましい。

このように構成・制御・設定することにより、追加電気バッファの伝送帯域が変動した場合においても、一方からの光信号における所望の伝送遅延特性を満たすために、光／電気／光変換する割合を制御することが可能となる。

本発明によれば、光処理と電気処理両方を合わせもつ光伝送装置において、光／電気／光変換する割合を制御することができるので、所望の伝送遅延特性を実現することができる。

本発明の光伝送装置の構成例を示す図である。 本発明の光伝送装置の第１の制御方法を説明するフローチャートである。 信号の伝送帯域と、初期トークン値と、トークン割り当て周期と、単位周期で割り当てられるトークン量と、光／電気／光変換の割合の関係例を示す図である。 信号の伝送帯域と、初期トークン値と、トークン割り当て周期と、単位周期で割り当てられるトークン量と、光／電気／光変換の割合の関係例を示す図である。 信号の伝送帯域と、初期トークン値と、トークン割り当て周期と、単位周期で割り当てられるトークン量と、光／電気／光変換の割合の関係例を示す図である。 第１の制御方法を適用する場合と適用しない場合の比較を示す図である。 本発明の光伝送装置の第２の制御方法を説明するフローチャートである。 信号の伝送帯域と、初期トークン値と、トークン割り当て周期と、単位周期で割り当てられるトークン量と、光／電気／光変換の割合の関係例を示す図である。 信号の伝送帯域と、初期トークン値と、トークン割り当て周期と、単位周期で割り当てられるトークン量と、光／電気／光変換の割合の関係例を示す図である。 信号の伝送帯域と、初期トークン値と、トークン割り当て周期と、単位周期で割り当てられるトークン量と、光／電気／光変換の割合の関係例を示す図である。 第２の制御方法を適用する場合と適用しない場合の比較を示す図である。 トークンを設定するフローチャートである。 従来の光伝送装置の構成例を示す図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の光伝送装置の構成例を示す図である。本発明の光伝送装置は、一方から他方に光信号を伝送する光伝送装置１０であって、図１に示すように、一方からの光信号を分岐する光スプリッタ１００と、光スプリッタ１００で分岐された一方の光信号を受信して電気信号に変換する光受信器１０１と、光受信器１０１から出力された電気信号を蓄える電気バッファ１０２と、他の装置やネットワーク等から受信した電気信号を蓄える、電気バッファ１０２とは異なる追加電気バッファ１０３と、電気バッファ１０２と追加電気バッファ１０３から電気信号を読み出す制御回路１０４と、光スプリッタ１００で分岐されたもう一方の光信号を透過する光遅延線１０５と、光遅延線１０５からの光信号を光増幅する光増幅器１０６と、光増幅器からの光信号を光再生あるいは光飽和する半導体光増幅器１０７と、半導体光増幅器１０７の光飽和動作時において、半導体光増幅器１０７からの飽和信号を電気バッファ１０２からの電気信号と追加電気バッファ１０３からの電気信号で変調する光変調器１０８と、制御回路１０４に接続されるデータベース１０９からなる。

光増幅器１０６は、半導体光増幅器１０７にて光飽和動作させるために、一方からの光信号を光増幅するために用いられる。光飽和動作は、光遅延線１０５からの光信号を、半導体光増幅器１０７の光入出力特性において光飽和領域となる光入力強度まで光増幅器１０６により光増幅させ、増幅させた光信号を半導体光増幅器１０７に入力することにより半導体光増幅器１０７にて入力光信号のデータの削除を行い、出力される飽和信号（データが削除された光信号）を再度光変調器１０８で変調することにより実現する。

光遅延線１０５は、光受信器１０１による信号受信処理と制御回路１０４におけるヘッダ情報処理に要する時間相当の光遅延線であり、制御回路１０４は、光受信器１０１からの光信号をもとにクロック信号を生成する機能を有し、クロック信号、設計された光遅延線１０５の距離、光受信器１０１によるヘッダ情報処理、制御回路１０４におけるヘッダ情報処理に要する時間を考慮し、光遅延線１０５を透過した光信号が光増幅器１０６と半導体光増幅器１０７を通過するタイミングと、光増幅器１０６と半導体光増幅器１０７の制御タイミングを一致させる。

半導体光増幅器１０７は、電気バッファ１０２の信号を光／電気／光変換せずに伝送する場合には光再生動作をし、電気バッファ１０２の信号を光／電気／光変換して伝送する場合および追加電気バッファ１０３の信号を伝送する場合には光飽和動作をする。

制御回路１０４は、一方からの光信号を半導体光増幅器１０７にて光再生して伝送するか、光飽和させてから電気バッファ１０２の信号で変調して伝送するかを判定するためのトークンを保持し、前記トークンの初期トークン値Ｔｏｋｅｎ０と、トークンを割り当てる周期ＴｏｋｅｎＴと、単位周期で割り当てられるトークン量ＴｏｋｅｎＶは、電気バッファ１０２へ到着する信号の伝送帯域（トラフィック量）Ｂｏｐｔ、追加電気バッファ１０３に到着する信号の伝送帯域（トラフィック量）Ｂａｄｄ、初期トークン値Ｔｏｋｅｎ０、トークンを割り当てる周期ＴｏｋｅｎＴ、単位周期で割り当てられるトークン量ＴｏｋｅｎＶから算出される一方からの光信号の光／電気／光変換の割合に関する情報を保持するデータベース１０９に基づき設定され、トークン量は、一方からの光信号が半導体光増幅器１０７にて光再生されることにより伝送される場合に光信号のフレーム長に基づき引き算され、また前記トークンを割り当てる周期ＴｏｋｅｎＴと、単位周期で割り当てられるトークン量ＴｏｋｅｎＶに基づき足し算される。

制御回路１０４は、電気バッファ１０２に到着する信号が追加電気バッファ１０３に到着する信号と時間的に衝突しない場合で、トークン量が電気バッファ１０２に到着する信号のフレーム長相当ある場合には、一方からの光信号を半導体光増幅器１０７にて光再生することで光伝送装置１０にて光／電気／光変換することなく伝送するよう動作し、電気バッファ１０２に到着する信号が追加電気バッファ１０３に到着する信号と時間的に衝突しない場合で、トークン量が電気バッファ１０２に到着する信号のフレーム長相当ない場合には、一方からの光信号を半導体光増幅器１０７にて光飽和させてから電気バッファ１０２の信号で変調することで光伝送装置１０にて光／電気／光変換して伝送するよう動作する。

制御回路１０４は、電気バッファ１０２に到着する信号が追加電気バッファ１０３に到着する信号と時間的に衝突する場合で、トークン量が電気バッファ１０２に到着する信号のフレーム長相当ある場合には、一方からの光信号を半導体光増幅器１０７にて光再生することで光伝送装置１０にて光／電気／光変換することなく伝送するよう動作し、電気バッファ１０２に到着する信号が追加電気バッファ１０３に到着する信号と時間的に衝突する場合で、トークン量が電気バッファ１０２に到着する信号のフレーム長相当ない場合には、一方からの光信号を半導体光増幅器１０７にて光飽和させてから電気バッファ１０２の信号で変調することで光伝送装置１０にて光／電気／光変換して伝送するよう動作する。

上述のように、本発明の光伝送装置は、光／電気／光変換して伝送する信号の割合を制御する機能を具備するものである。

ここで、本発明の特徴とするところは、電気バッファ１０２へ到着する信号の伝送帯域と、追加電気バッファ１０３へ到着する信号の伝送帯域と、所望の光／電気／光変換の割合から、初期トークン値と、トークンを割り当てる周期と、単位周期で割り当てられるトークン量を制御回路１０４に設定することにより、光／電気／光変換する割合を制御することが可能となることである。

図２は、本発明に係る光伝送装置の制御回路の第１の制御方法を説明するフローチャートである。制御回路１０４は、はじめに、電気バッファ１０２の信号が追加電気バッファ１０３の信号と時間的に衝突していないかどうかを判定する（Ｓ１０１）。電気バッファ１０２の信号が追加電気バッファ１０３の信号と時間的に衝突する場合（Ｓ１０１でＹｅｓの場合）、トークン量が電気バッファ１０２に到着する信号のフレーム長相当あるかどうかを判定する（Ｓ１０２）。トークン量が、電気バッファ１０２に到着する信号のフレーム長相当ある場合（Ｓ１０２でＹｅｓの場合）、半導体光増幅器１０７では光再生動作を行うことで、電気バッファ１０２の信号を光／電気／光変換することなく伝送する（Ｓ１０３）。また、トークン量が、電気バッファ１０２に到着する信号のフレーム長相当ない場合（Ｓ１０２でＮｏの場合）、電気バッファ１０２の信号を半導体光増幅器１０７にて光飽和させてから再度光変調器１０８で変調することで光／電気／光変換して伝送する（Ｓ１０４）。

一方、電気バッファ１０２の信号が追加電気バッファ１０３の信号と時間的に衝突しない場合（Ｓ１０１でＮｏの場合）も、Ｓ１０２と同様に、トークン量が電気バッファ１０２に到着する信号のフレーム長相当あるかどうかを判定する（Ｓ１０５）。トークン量が、電気バッファ１０２に到着する信号のフレーム長相当ある場合（Ｓ１０５でＹｅｓの場合）、半導体光増幅器１０７では光再生動作を行うことで、電気バッファ１０２の信号を光／電気／光変換することなく伝送する（Ｓ１０６）。また、トークン量が、電気バッファ１０２に到着する信号のフレーム長相当ない場合（Ｓ１０５でＮｏの場合）、電気バッファ１０２の信号を半導体光増幅器１０７にて光飽和させてから再度光変調器１０８で変調することで光／電気／光変換して伝送する（Ｓ１０７）。このように制御することにより、トークンを用いて光／電気／光変換の割合を制御することが可能となる。

図３〜図５は、制御回路の第１の制御方法において、データベース１０９に保持されている、電気バッファ１０２へ到着する信号の伝送帯域と、追加電気バッファ１０３に到着する信号の伝送帯域と、初期トークン値と、トークンを割り当てる周期と、単位周期で割り当てられるトークン量と、光／電気／光変換の割合の関係例を示す図である。ここで、最大伝送速度は１Ｇｂｉｔ／ｓ、電気バッファ１０２および追加電気バッファ１０３に伝送されてくる信号は、可変長６４〜１５１８ｂｙｔｅの可変長フレームがランダムに生成されるものとし、ポアソン過程に従って到着するものと仮定した。また、図３〜図５では、以下のパラメータを用いた。

図３において、
電気バッファへ到着する信号の伝送帯域Ｂｏｐｔ＝２５０ ｏｒ ５００Ｍｂｉｔ／ｓ
追加電気バッファに到着する信号の伝送帯域Ｂａｄｄ＝２５０ ｏｒ ５００Ｍｂｉｔ／ｓ
初期トークン値Ｔｏｋｅｎ０＝１００ｂｉｔ
単位周期で割り当てられるトークン量ＴｏｋｅｎＶ＝１００ｂｉｔ
とした。

図４において、
電気バッファへ到着する信号の伝送帯域Ｂｏｐｔ＝５００Ｍｂｉｔ／ｓ
追加電気バッファに到着する信号の伝送帯域Ｂａｄｄ＝２５０Ｍｂｉｔ／ｓ
単位周期で割り当てられるトークン量ＴｏｋｅｎＶ＝１００ｂｉｔ
トークンを割り当てる周期ＴｏｋｅｎＴ＝０．２５μｓ、０．３μｓ、０．３５μｓ
とした。

図５において、
電気バッファへ到着する信号の伝送帯域Ｂｏｐｔ＝５００Ｍｂｉｔ／ｓ
追加電気バッファに到着する信号の伝送帯域Ｂａｄｄ＝２５０Ｍｂｉｔ／ｓ
初期トークン値Ｔｏｋｅｎ０＝１００ｂｉｔ
トークンを割り当てる周期ＴｏｋｅｎＴ＝０．２５μｓ、０．３μｓ、０．３５μｓ
とした。

図３より、トークンを割り当てる周期ＴｏｋｅｎＴが変化すると、電気バッファ１０２へ到着する信号の伝送帯域と、追加電気バッファ１０３へ到着する信号の伝送帯域において、所望の光／電気／光変換の割合が変化することから、電気バッファ１０２へ到着する信号の伝送帯域と、追加電気バッファ１０３へ到着する信号の伝送帯域と、所望の光／電気／光変換の割合から、初期トークン値と、トークンを割り当てる周期と、単位周期で割り当てられるトークン量をデータベース１０９から参照可能であることが理解できる。第１の制御方法では、追加電気バッファ１０３へ到着する信号の伝送帯域が変化しても電気バッファ１０２へ到着する信号の伝送帯域が同じであれば、光／電気／光変換の割合が同一であることから、追加電気バッファ１０３へ到着する信号の伝送帯域の変動の影響を受けることなく光／電気／光変換の割合の制御が可能である。

図３では、初期トークン値Ｔｏｋｅｎ０＝１００ｂｉｔ、単位周期で割り当てられるトークン量ＴｏｋｅｎＶ＝１００ｂｉｔと固定して、トークンを割り当てる周期ＴｏｋｅｎＴを変化させたが、Ｔｏｋｅｎ０、ＴｏｋｅｎＶを変化させることも可能である。

図４は、Ｂｏｐｔ＝５００Ｍｂｉｔ／ｓ、Ｂａｄｄ＝２５０Ｍｂｉｔ／ｓ、ＴｏｋｅｎＶ＝１００ｂｉｔ、ＴｏｋｅｎＴ＝０．２５μｓ、０．３μｓ、０．３５μｓにおける光／電気／光変換の割合の初期トークン値Ｔｏｋｅｎ０依存性を示す。図４より、トークンを割り当てる周期ＴｏｋｅｎＴの代わりに、初期トークン値を変化させることにより、所望の光／電気／光変換の割合を得ることも可能であることが理解できる。

図５は、Ｂｏｐｔ＝５００Ｍｂｉｔ／ｓ、Ｂａｄｄ＝２５０Ｍｂｉｔ／ｓ、Ｔｏｋｅｎ０＝１００ｂｉｔ、ＴｏｋｅｎＴ＝０．２５μｓ、０．３μｓ、０．３５μｓにおける光／電気／光変換の割合の単位周期で割り当てられるトークン量ＴｏｋｅｎＶ依存性を示す。図５より、単位周期で割り当てられるトークン量を変化させることにより、所望の光／電気／光変換の割合を得ることも可能であることが理解できる。

図３〜図５は、一部の条件における関係例を示しているが、その他の条件においてもあらかじめ数値計算を行い、データベース１０９に登録しておくことにより、より細かく光／電気／光変換する割合を制御することが可能となる。また、トラフィック条件（フレーム長、フレーム到着）が変化した場合も同様に、あらかじめ数値計算を行い、データベース１０９に登録しておくことにより、光／電気／光変換する割合を制御することが可能である。例えば、固定長フレームの場合や、フレームが一定の間隔で到着する場合等における数値計算を行っておくことで、光／電気／光変換する割合を制御することが可能である。

図６は、第１の制御方法を適用する場合と適用しない場合の比較を示す図である。図３と同様に、最大伝送速度は１Ｇｂｉｔ／ｓ、電気バッファ１０２および追加電気バッファ１０３に伝送されてくる信号は可変長６４〜１５１８ｂｙｔｅの可変長フレームがランダムに生成されるものとし、ポアソン過程に従って到着するものと仮定した。Ｂｏｐｔ＝５００Ｍｂｉｔ／ｓ、Ｂａｄｄ＝２５０Ｍｂｉｔ／ｓにおいて、第１の制御方法を適用せず、ＦＩＦＯ制御のみを実施した場合、光／電気／光変換の割合Ｒは、約５１％となる。これに対し、第1の制御方法を適用することにより、自由に光／電気／光変換の割合Ｒを変更できることが理解できる。

ここで、単位周期で割り当てられるトークン量ＴｏｋｅｎＶを２５ｂｉｔ→５０ｂｉｔ→１００ｂｉｔと大きくしていくと、光／電気／光変換の割合Ｒの可変幅が狭くなる傾向にある。そのため、従来の光／電気／光変換の割合に近い値で制御したい場合には、トークンを割り当てる周期ＴｏｋｅｎＴを短くする必要があるが、一方で、可変幅が狭くてよい場合には、トークンを割り当てる周期を長くすることができ、制御動作速度を遅く設計することが可能となる。

図７は、本発明に係る光伝送装置の制御回路の第２の制御方法を説明するフローチャートである。制御回路１０４は、はじめに、電気バッファ１０２の信号が追加電気バッファ１０３の信号と時間的に衝突していないかどうかを判定する（Ｓ２０１）。電気バッファ１０２の信号が追加電気バッファ１０３の信号と時間的に衝突する場合（Ｓ２０１でＹｅｓの場合）、トークン量が電気バッファ１０２に到着する信号のフレーム長相当あるかどうかを判定する（Ｓ２０２）。トークン量が、電気バッファ１０２に到着する信号のフレーム長相当ある場合（Ｓ２０２でＹｅｓの場合）、半導体光増幅器１０７では光再生動作を行うことで、電気バッファ１０２の信号を光／電気／光変換することなく伝送する（Ｓ２０３）。また、トークン量が、電気バッファ１０２に到着する信号のフレーム長相当ない場合（Ｓ２０２でＮｏの場合）、電気バッファ１０２の信号を半導体光増幅器１０７にて光飽和させてから再度変調することで光／電気／光変換して伝送する（Ｓ２０４）。

一方、電気バッファ１０２の信号が追加電気バッファ１０３の信号と時間的に衝突しない場合（Ｓ２０１でＮｏの場合）は、トークン量が、電気バッファ１０２に到着する信号のフレーム長相当あるなしに関わらず、半導体光増幅器１０７では光再生動作を行うことで、電気バッファ１０２の信号を光／電気／光変換することなく伝送する（Ｓ２０５）。その結果、トークン量が０未満となる場合（Ｓ２０６でＹｅｓの場合）にはトークン量を０に設定し（Ｓ２０７）、トークン量が０以上となる場合には何もしない（Ｓ２０８）。

制御回路の第１の制御方法を説明するフローチャートと異なる点は、第１の制御方法のフローチャートでは、トークン量のあるなしだけが判定基準であるが、第２の制御方法のフローチャートでは、トークン量のあるなしだけでなく、追加電気バッファ１０３との衝突状態も判定基準に含めている点である。

図８〜図１０は、制御回路の第２の制御方法において、データベース１０９に保持されている、電気バッファ１０２へ到着する信号の伝送帯域と、追加電気バッファ１０３に到着する信号の伝送帯域と、初期トークン値と、トークンを割り当てる周期と、単位周期で割り当てられるトークン量と、光／電気／光変換の割合の関係例を示す図である。ここで、最大伝送速度は１Ｇｂｉｔ／ｓ、電気バッファ１０２および追加電気バッファ１０３に伝送されてくる信号は、可変長６４〜１５１８ｂｙｔｅの可変長フレームがランダムに生成されるものとし、ポアソン過程に従って到着するものと仮定した。また、図８〜図１０では、以下のパラメータを用いた。

図８において、
電気バッファへ到着する信号の伝送帯域Ｂｏｐｔ＝２５０ ｏｒ ５００Ｍｂｉｔ／ｓ
追加電気バッファに到着する信号の伝送帯域Ｂａｄｄ＝２５０ ｏｒ ５００Ｍｂｉｔ／ｓ
初期トークン値Ｔｏｋｅｎ０＝１００ｂｉｔ
単位周期で割り当てられるトークン量ＴｏｋｅｎＶ＝１００ｂｉｔ
とした。

図９において、
電気バッファへ到着する信号の伝送帯域Ｂｏｐｔ＝５００Ｍｂｉｔ／ｓ
追加電気バッファに到着する信号の伝送帯域Ｂａｄｄ＝２５０Ｍｂｉｔ／ｓ
単位周期で割り当てられるトークン量ＴｏｋｅｎＶ＝１００ｂｉｔ
トークンを割り当てる周期ＴｏｋｅｎＴ＝０．２５μｓ、０．３μｓ、０．３５μｓ
とした。

図１０において、
電気バッファへ到着する信号の伝送帯域Ｂｏｐｔ＝５００Ｍｂｉｔ／ｓ
追加電気バッファに到着する信号の伝送帯域Ｂａｄｄ＝２５０Ｍｂｉｔ／ｓ
初期トークン値Ｔｏｋｅｎ０＝１００ｂｉｔ
トークンを割り当てる周期ＴｏｋｅｎＴ＝０．２５μｓ、０．３μｓ、０．３５μｓ
とした。

図８より、トークンを割り当てる周期ＴｏｋｅｎＴが変化すると、電気バッファ１０２へ到着する信号の伝送帯域と、追加電気バッファ１０３へ到着する信号の伝送帯域において、所望の光／電気／光変換の割合が変化することから、電気バッファ１０２へ到着する信号の伝送帯域と、追加電気バッファ１０３へ到着する信号の伝送帯域と、所望の光／電気／光変換の割合から、初期トークン値と、トークンを割り当てる周期と、単位周期で割り当てられるトークン量をデータベース１０９から参照可能であることが理解できる。第２の制御方法では、追加電気バッファ１０３へ到着する信号の伝送帯域が変化すると、電気バッファ１０２へ到着する信号の伝送帯域が同じでも変化する。より具体的に見ると、図８において、Ｂｏｐｔ＝２５０Ｍｂｉｔ／ｓ、Ｂａｄｄ＝２５０Ｍｂｉｔ／ｓと、Ｂｏｐｔ＝２５０Ｍｂｉｔ／ｓ、Ｂａｄｄ＝５００Ｍｂｉｔ／ｓで比較すると、同一のトークンを割り当てる周期ＴｏｋｅｎＴにおいて、Ｂｏｐｔ＝２５０Ｍｂｉｔ／ｓ、Ｂａｄｄ＝２５０Ｍｂｉｔ／ｓの場合の方が、Ｂｏｐｔ＝２５０Ｍｂｉｔ／ｓ、Ｂａｄｄ＝５００Ｍｂｉｔ／ｓに比べ、光／電気／光変換の割合が小さくなる。これより、電気バッファ１０２へ到着する信号の伝送帯域Ｂｏｐｔが２５０Ｍｂｉｔ／ｓと一定で、追加電気バッファ１０３へ到着する信号の伝送帯域だけが変化するような場合、Ｂｏｐｔ＝２５０Ｍｂｉｔ／ｓ、Ｂａｄｄ＝５００Ｍｂｉｔ／ｓに合わせて、初期トークン値、トークンを割り当てる周期、単位周期で割り当てられるトークン量を設定することにより、Ｂａｄｄが５００Ｍｂｉｔ／ｓ以下に変化しても、初期トークン値、トークンを割り当てる周期、単位周期で割り当てられるトークン量の設定を変更することなく、Ｂｏｐｔ＝２５０Ｍｂｉｔ／ｓ、Ｂａｄｄ＝５００Ｍｂｉｔ／ｓのときの光／電気／光変換の割合以下に制御することが可能となる。

図８では、初期トークン値Ｔｏｋｅｎ０＝１００ｂｉｔ、単位周期で割り当てられるトークン量ＴｏｋｅｎＶ＝１００ｂｉｔと固定して、トークンを割り当てる周期ＴｏｋｅｎＴを変化させたが、Ｔｏｋｅｎ０、ＴｏｋｅｎＶを変化させることも可能である。

図９は、Ｂｏｐｔ＝５００Ｍｂｉｔ／ｓ、Ｂａｄｄ＝２５０Ｍｂｉｔ／ｓ、ＴｏｋｅｎＶ＝１００ｂｉｔ、ＴｏｋｅｎＴ＝０．２５μｓ、０．３μｓ、０．３５μｓにおける光／電気／光変換の割合の初期トークン値Ｔｏｋｅｎ０依存性を示す。図９より、トークンを割り当てる周期ＴｏｋｅｎＴの代わりに、初期トークン値を変化させることにより、所望の光／電気／光変換の割合を得ることも可能であることが理解できる。

図１０は、Ｂｏｐｔ＝５００Ｍｂｉｔ／ｓ、Ｂａｄｄ＝２５０Ｍｂｉｔ／ｓ、Ｔｏｋｅｎ０＝１００ｂｉｔ、ＴｏｋｅｎＴ＝０．２５μｓ、０．３μｓ、０．３５μｓにおける光／電気／光変換の割合の単位周期で割り当てられるトークン量ＴｏｋｅｎＶ依存性を示す。図１０より、単位周期で割り当てられるトークン量を変化させることにより、所望の光／電気／光変換の割合を得ることも可能であることが理解できる。

図８〜図１０は、一部の条件における関係例を示しているが、その他の条件においてもあらかじめ数値計算を行い、データベース１０９に登録しておくことにより、より細かく光／電気／光変換する割合を制御することが可能となる。また、トラフィック条件（フレーム長、フレーム到着）が変化した場合も同様に、あらかじめ数値計算を行い、データベース１０９に登録しておくことにより、光／電気／光変換する割合を制御することが可能である。例えば、固定長フレームの場合や、フレームが一定の間隔で到着する場合等における数値計算を行っておくことで、光／電気／光変換する割合を制御することが可能である。

第２の制御方法では、図７のフローチャートに示すように、トークン量が０未満になった場合の処理が示されているが、トークン量が０未満になった場合の処理を削除することも可能である。すなわち、Ｓ２０６〜Ｓ２０８の処理を削除することも可能である。Ｓ２０６〜Ｓ２０８の処理は、トークン量が０未満になった場合にトークン量を０に設定することにより、よりトークンが溜まり易い状態にするための処理であるため、Ｓ２０６〜Ｓ２０８の処理を削除した場合は、削除しない場合に比べトークンが溜まりにくくなる。しかし、上述のとおり、初期トークン値、トークンを割り当てる周期、単位周期で割り当てられるトークン量を変化させることにより、Ｓ２０６〜Ｓ２０８の処理と同等の効果を得ることができるため、Ｓ２０６〜Ｓ２０８の処理を削除することが可能となる。

図１１は、第２の制御方法を適用する場合と適用しない場合の比較を示す図である。図８と同様に、最大伝送速度は１Ｇｂｉｔ／ｓ、電気バッファ１０２および追加電気バッファ１０３に伝送されてくる信号は可変長６４〜１５１８ｂｙｔｅの可変長フレームがランダムに生成されるものとし、ポアソン過程に従って到着するものと仮定した。Ｂｏｐｔ＝５００Ｍｂｉｔ／ｓ、Ｂａｄｄ＝２５０Ｍｂｉｔ／ｓにおいて、第２の制御方法を適用せず、ＦＩＦＯ制御のみを実施した場合、光／電気／光変換の割合Ｒは、約５１％となる。これに対し、第２の制御方法を適用することにより、従来の光／電気／光変換の割合Ｒ以下での制御が可能となることが理解できる。

図１２は、トークンを設定するフローチャートである。光伝送装置の制御回路１０４では、電気バッファ１０２へ到着する信号の伝送帯域Ｂｏｐｔの情報と、追加電気バッファ１０３へ到着する信号の伝送帯域Ｂａｄｄの情報を取得する（Ｓ３０１）。次に、所望の光／電気／光変換の割合の値Ｒを設定する（Ｓ３０２）。制御回路１０４では、上記Ｂｏｐｔ、Ｂａｄｄ、Ｒから、データベース１０９を参照して、初期トークン値Ｔｏｋｅｎ０と、トークンを割り当てる周期ＴｏｋｅｎＴと、単位周期で割り当てられるトークン量ＴｏｋｅｎＶをそれぞれ設定する（Ｓ３０３）。設定後一定時間経過した後、再度Ｂｏｐｔ、Ｂａｄｄの値を取得し、前回設定したＢｏｐｔ、Ｂａｄｄと比較して変化がある場合（Ｓ３０４でＹｅｓの場合）、Ｓ３０３に戻り、再度データベース１０９を参照して初期トークン値Ｔｏｋｅｎ０と、トークンを割り当てる周期ＴｏｋｅｎＴと、単位周期で割り当てられるトークン量ＴｏｋｅｎＶをそれぞれ設定する。一方で、前回設定したＢｏｐｔ、Ｂａｄｄと比較して変化がない場合（Ｓ３０４でＮｏの場合）、一定時間何もせず（Ｓ３０５）、再度Ｓ３０４に戻る。

ここで、電気バッファ１０２へ到着する信号の伝送帯域と追加電気バッファ１０３へ到着する信号の伝送帯域の情報は、それぞれのバッファの信号を一定時間モニタリングすることにより可能である。また、上述したフローチャートにおいて途中で光／電気／光変換の割合Ｒの設定値が変更された場合には、Ｓ３０２に戻り、データベース１０９を参照の上、Ｓ３０３の制御を行う。

このように制御することにより、電気バッファ１０２へ到着する信号の伝送帯域、追加電気バッファ１０３へ到着する信号の伝送帯域に変動が生じても、所望の光／電気／光変換の割合に制御することが可能となる。

１０，９０ 光伝送装置
１００，９００ 光スプリッタ
１０１，９０１ 光受信器
１０２，９０２ 電気バッファ
１０３，９０３ 追加電気バッファ
１０４，９０４ 制御回路
１０５，９０５ 光遅延線
１０６，９０６ 光増幅器
１０７，９０７ 半導体光増幅器
１０８，９０８ 光変調器
１０９ データベース

Claims (3)

1. 一方からの光信号を他方に伝送する光伝送装置であって、
   前記一方からの光信号を分岐する光スプリッタと、該光スプリッタで分岐された一方の光信号を受信する光受信器と、該光受信器からの信号を蓄える電気バッファと、該電気バッファとは異なる追加電気バッファと、前記電気バッファと追加電気バッファから信号を読み出す制御回路と、前記光スプリッタで分岐されたもう一方の光信号を透過する光遅延線と、該光遅延線からの光信号を光増幅する光増幅器と、該光増幅器からの光信号を光再生または光飽和する半導体光増幅器と、該半導体光増幅器の光飽和動作時に半導体光増幅器からの飽和信号を前記電気バッファからの電気信号と前記追加電気バッファからの電気信号で変調する光変調器と、前記制御回路に接続されるデータベースとを備え、
   前記制御回路は、トークン量を保持し、
   前記トークン量は、トークンを割り当てる周期毎に、単位周期で割り当てられるトークン量に基づき足し算され、前記一方からの光信号が前記半導体光増幅器にて光再生されることにより伝送される場合に前記一方からの光信号のフレーム長に基づき引き算され、
   前記トークンを割り当てる周期と、前記単位周期で割り当てられるトークン量と、トークンの初期トークン値は、所望の光／電気／光変換の割合と、電気バッファへ到着する信号の伝送帯域と、追加電気バッファに到着する信号の伝送帯域の各値から、前記データベースを参照して設定され、
   前記制御回路は、
   前記制御回路が保持するトークン量が、前記電気バッファに到着する信号のフレーム長相当ある場合には、前記半導体光増幅器が光再生動作し、
   前記制御回路が保持するトークン量が、前記電気バッファに到着する信号のフレーム長相当ない場合には、前記半導体光増幅器が光飽和動作するように制御を行う
   ことを特徴とする光伝送装置。
2. 請求項１に記載の光伝送装置において、
   前記制御回路は、
   前記電気バッファに到着する信号が前記追加電気バッファに到着する信号と時間的に衝突する場合には、前記制御を行い、
   前記電気バッファに到着する信号が前記追加電気バッファに到着する信号と時間的に衝突しない場合には、前記半導体光増幅器が光再生動作するように制御するとともに、前記制御回路が保持するトークン量が、０未満の場合には、前記トークン量を０とし、０以上の場合には、処理を行わないことを特徴とする光伝送装置。
3. 請求項１又は２に記載の光伝送装置において、
   前記データベースは、前記電気バッファへ到着する信号の伝送帯域、前記追加電気バッファに到着する信号の伝送帯域、初期トークン値、トークンを割り当てる周期、単位周期で割り当てられるトークン量から算出される前記一方からの光信号の光／電気／光変換の割合に関する情報を保持することを特徴とする光伝送装置。

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