JP6464594B2 - ノード光スイッチ装置および光スイッチ方法 - Google Patents

Description

本発明は、ノード光スイッチ装置および光スイッチ方法に関し、特に、光ノード装置に用いられるノード光スイッチ装置および光スイッチ方法に関する。

近年、スマートフォンに代表される携帯端末の急速な普及と、携帯端末の高度化による高精細画像等の大容量データ通信により、ネットワークに流れるトラフィックは急速な伸びを続けている。具体的には例えば、日本国内の２０１２年度のブロードバンド契約者の総ダウンロードトラフィックは約１．７テラビット毎秒（Ｔｅｒａ ｂｉｔｓ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ：Ｔｂｐｓ）であり、年率約２０％の割合で増大を続けているとの報告がある。さらに、２０２０年にはペタビット毎秒（Ｐｅｔａ ｂｉｔｓ ｐｅｒ ｓｅｃｏｎｄ：Ｐｂｐｓ）程度になるとの予測もある。

このような状況に対し、大容量通信を支えるコアネットワークでは、複数の異なる波長の光信号を１本の光ファイバに多重して伝送する波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）技術など、大容量化技術の開発が進められてきた。初期のＷＤＭ通信では、ノード間をポイント・ツー・ポイント（ｐｏｉｎｔ−ｔｏ−ｐｏｉｎｔ）で結び、ノード内で一旦電気信号に変換した後、再度光信号に変換して次のノードに送信する方式が採用されていた。しかしながら、ノードを通過するトラフィックも一旦電気信号に変換されるため、大容量化が進むネットワークでは、電気スイッチのポート数と電力の増大が著しくなってきた。そのため近年では、ノードを通過するトラフィックは光信号のままカットスルーさせることとした光アドドロップ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ−Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ：ＯＡＤＭ）システムや光クロスコネクト（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｒｏｓｓ−Ｃｏｎｎｅｃｔ：ＯＸＣ）システム等の技術が開発されている。

上述したファイバ単位での伝送容量の拡張とともに、伝送エリアの拡張も進められている。すなわち、各ノードをリング状に配置する従来のリングネットワークから、複数リングを接続するマルチリングネットワーク、ノードをメッシュ状に配置するメッシュネットワーク等、ネットワークの複雑化が進んでいる。これとともに、カットスルーする光レイヤの複雑化も進んでいる。

一方、携帯端末の普及と画像データのストリーム配信は、突発的なトラフィック変動を発生させる。そのためネットワークには、上述した大容量化とともにトラフィック変動に柔軟に対応することが求められている。こうした新たな要求に対応するため、近年、動的なトラフィック変動に対応するエラスティクネットワーク等の研究開発が進められている。エラスティクネットワークでは、国際電気通信連合（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｕｎｉｏｎ：ＩＴＵ）電気通信標準化部門（Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ Ｓｅｃｔｏｒ：ＩＴＵ−Ｔ）で標準化されたグリッドに固定化されていた波長割り当てを柔軟化し、効率的な波長割り当を行うこととしている。このような光レイヤで複雑化するネットワークにおいて、動的かつ柔軟にネットワークを制御するネットワーク制御技術の重要性が高まっている。

このように複雑化するネットワークにおいて、動的かつ柔軟に光パスを収容するノード構成の一例が特許文献１に記載されている。

図１６に、特許文献１に記載された関連するノード構成を示す。関連するノード構成は、Ｋ本の入力側光ファイバ伝送路２−１〜２−Ｋと、光クロスコネクト部３と、Ｋ本の出力側光ファイバ伝送路４−１〜４−Ｋとを備える。入力側光ファイバ伝送路２−１〜２−ＫにはＪ個の波長分割多重光信号１−１〜１−Ｊがそれぞれ入力され、出力側光ファイバ伝送路４−１〜４−ＫからはＪ個の波長分割多重光信号５−１〜５−Ｊがそれぞれ出力される。さらに、アド／ドロップ機能を実現するために、ドロップ側の光信号終端装置３０およびアド側の光信号終端装置３１を備えている。

入力側光ファイバ伝送路２−１〜２−Ｋと光クロスコネクト部３との間には、Ｋ本の入力側光ファイバ伝送路２−１〜２−Ｋからの各波長分割多重光信号を分岐する光カプラ２１−１〜２１−Ｋが備えられている。Ｋ個の光カプラ２１−１〜２１−Ｋによって分岐される各入力側光ファイバ伝送路からの各波長分割多重光信号は、光増幅器３１−１〜３１−Ｋでそれぞれ光出力レベルを調整される。その後、１×Ｌの光カプラ（スターカプラ）３２−１〜３２−Ｋによって、受信器３５−１〜３５−Ｌの数に相当するＬ個の波長分割多重光信号に分岐される。

これにより、各入力側光ファイバ伝送路からの波長多重化信号は、ファイバ選択スイッチ３３−１〜３３−Ｌの各々に接続される。ファイバ選択スイッチは、Ｋ個の入力側光ファイバ伝送路の中から、いずれか１つのファイバの波長分割多重光信号を選択する。ファイバ選択スイッチは、Ｋ入力１出力のスイッチによって構成できる。Ｋ本すべての入力側光ファイバ伝送路からの波長分割光信号がファイバ選択スイッチ３３−１に与えられるが、例えば入力側光ファイバ伝送路２−１の波長分割多重光信号１−１、３６、３７だけが、ファイバ選択スイッチ３３−１によって選択される。選択された波長分割多重光信号３８−１は、光可変フィルタ（チューナブルフィルタ）３４−１に与えられ、さらに所望の波長の光信号３９−１のみが選択される。光可変フィルタは、複数の波長を含む波長分割多重光信号から、所望の波長のみを選択する。

図１７に、ファイバ選択スイッチ３３−１〜３３−Ｌを構成するＡ入力１出力（Ａ×１）のスイッチの構成を示す。Ａ入力１出力を持つＡ×１スイッチは、Ａ個の入力信号の中から１個の信号を抽出する能力を持ち、基本エレメントである１×２スイッチ４０を組み合わせて構成できる。

このような構成とすることにより、関連するノード構成によれば、波長無依存（カラーレス：Ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ）、方路無依存（ディレクションレス：Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｌｅｓｓ）、および衝突回避（コンテンションレス：Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎｌｅｓｓ）という３特性（ＣＤＣ）を実現することができるとされている。

特開２０１４−０１０４３７号公報（段落［０００７］〜［００２０］、図３、図４）

上述した関連するノード構成に用いられる光信号終端装置３０は、光カプラ、ファイバ選択スイッチ、および光可変フィルタを備える。そして、光カプラが受信器の数に相当する個数の波長分割多重光信号に分岐し、ファイバ選択スイッチがいずれか１つのファイバの波長分割多重光信号を選択する構成としている。そのため、関連するノード構成において取り出す（ドロップする）所望の光信号が含まれる波長分割多重光信号以外の、別のファイバからの波長分割多重光信号は使用されないので、分岐による損失が生じる。

このように、ＣＤＣ（Ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ、Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｌｅｓｓ、Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎｌｅｓｓ）機能に対応した光ノード装置においては、光ノード装置の損失が増大するという問題点があった。

本発明の目的は、上述した課題である、ＣＤＣ機能に対応した光ノード装置においては、光ノード装置の損失が増大する、という課題を解決するノード光スイッチ装置および光スイッチ方法を提供することにある。

本発明のノード光スイッチ装置は、光パスを終端する光ノード装置に用いられるノード光スイッチ装置であって、波長多重光信号を受け付けるノード光スイッチと、ノード光スイッチを制御する制御部、を有し、ノード光スイッチは、波長多重光信号を所定の分岐比で分岐し、分岐した各波長多重光信号から所望の波長信号を選択して出力し、制御部は、光パスの属性に応じて分岐比を設定する。

本発明の光スイッチ方法は、光パスを切り換える光スイッチ方法であって、波長多重光信号を受け付け、波長多重光信号を分岐する際の分岐比を、光パスの属性に応じて設定し、分岐比で分岐した各波長多重光信号から所望の波長信号を選択する。

本発明のノード光スイッチ装置および光スイッチ方法によれば、ＣＤＣ（Ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ、Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｌｅｓｓ、Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎｌｅｓｓ）機能に対応した光ノード装置の損失の増大を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係るノード光スイッチ装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る光ノード装置が用いられる光ネットワークの構成を模式的に示す概略図である。 本発明の第１の実施形態に係る光ノード装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るノード光スイッチ装置が備えるノード光スイッチの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るノード光スイッチが備えるスプリッタの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係るノード光スイッチ装置およびそれを用いた光ノード装置の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る光ノード装置の動作を説明するための光ノード装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る光ノード装置の動作を説明するためのノード光スイッチの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る光ノード装置の動作を説明するためのスプリッタの構成を示すブロック図である。 関連する光ノード装置の別の動作を説明するための光ネットワークの構成を模式的に示す概略図である。 本発明の第２の実施形態に係る光ノード装置の別の動作を説明するための光ネットワークの構成を模式的に示す概略図である。 関連する光ノード装置のさらに別の動作を説明するための光ネットワークの構成を模式的に示す概略図である。 本発明の第２の実施形態に係る光ノード装置のさらに別の動作を説明するための光ネットワークの構成を模式的に示す概略図である。 本発明の第３の実施形態に係るノード光スイッチ装置およびそれを用いた光ノード装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係るノード光スイッチ装置の動作を説明するためのノード光スイッチの構成を示すブロック図である。 関連するノードの構成を示すブロック図である。 関連するノードで用いられるＡ入力１出力スイッチの構成を示すブロック図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係るノード光スイッチ装置１１００の構成を示すブロック図である。ノード光スイッチ装置１１００は、光パスを終端する光ノード装置に用いられ、波長多重光信号を受け付けるノード光スイッチ１１１０、およびノード光スイッチ１１１０を制御する制御部１１２０を有する。

ノード光スイッチ１１１０は、波長多重光信号Ｓ１１０を所定の分岐比で分岐し、分岐した各波長多重光信号から所望の波長信号Ｓ１２０を選択して出力する。制御部１１２０は、光パスの属性に応じて分岐比を設定する。

このように、本実施形態によるノード光スイッチ装置１１００においては、制御部１１２０がノード光スイッチ１１１０の分岐比を光パスの属性に応じて設定する構成としている。

また、本実施形態による光パスを切り換える光スイッチ方法ではまず、波長多重光信号を受け付け、波長多重光信号を分岐する際の分岐比を、光パスの属性に応じて設定する。そして、この分岐比で分岐した各波長多重光信号から所望の波長信号を選択する。

このような構成としたことにより、波長多重光信号を、光ノード装置が所望の光パスを終端するために必要な個数にだけ分岐することが可能になる。そのため、分岐による損失を最小とすることができる。その結果、本実施形態によるノード光スイッチ装置１１００および光スイッチ方法によれば、光ノード装置の損失の増大を抑制することができる。

次に、本実施形態によるノード光スイッチ装置１１００を用いた光ノード装置について説明する。

図２に、本実施形態による光ノード装置が用いられる光ネットワーク５０００の構成を模式的に示す。光ネットワーク５０００は、例えば１６個のノードＮ１〜Ｎ１６がメッシュ状に接続された４×４のメッシュネットワーク５１００、および光ネットワーク管理装置５２００から構成される。各ノードＮ１〜Ｎ１６には本実施形態による光ノード装置１０００が配置しており、各ノード間は光伝送路５１２０により結ばれている。

光ネットワーク管理装置５２００はクライアントからのパス設定要求を受け付けて経路探索を行う。そして、経路探索の結果に基づいて、各ノードに対して光ノード装置におけるスイッチの切り換え等の指示を行う。図２では、４×４のメッシュネットワークを例として示したが、これに限らず、リングネットワーク、マルチリングネットワーク等の他の構成の光ネットワークであっても、本実施形態による光ノード装置を用いることができる。

図３に、本実施形態による光ノード装置１０００の構成を示す。光ノード装置１０００は、上述したノード光スイッチ装置１１００、ネットワーク光スイッチ１２００、波長可変トランスポンダ１３００、およびノード制御部１４００を有する。

ネットワーク光スイッチ１２００は、光ネットワークを構成する光伝送路５１２０およびノード光スイッチ装置１１００と接続している。ネットワーク光スイッチ１２００は光伝送路５１２０から受け取る波長多重光信号を、光のまま波長単位で経路を切り換え、光伝送路へ再度送出する。それとともに、このノードで光伝送路５１２０から分岐する波長多重光信号を波長単位で切り換えて分岐・挿入ポートに出力する。また、このノードで光伝送路５１２０へ挿入する波長多重光信号を分岐・挿入ポートで受け付け、波長単位で切り換えて光伝送路５１２０に送出する。

ネットワーク光スイッチ１２００として、波長選択スイッチを用いることができる。波長選択スイッチは例えば、光ファイバからの波長多重光信号をグレーティングで分波し、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）で構成したマイクロミラーを用いて任意のグレーティングに再度入力して合波する構成とすることができる。このような構成とすることにより、波長単位で経路切り換えを実現することが可能である。

ノード光スイッチ装置１１００は、光伝送路側ポート１１０１の任意のポートとトランスポンダ側ポート１１０２の任意のポートを波長単位で接続する。また、波長可変トランスポンダ１３００は、ノード光スイッチ装置１１００のトランスポンダ側ポート１１０２と接続しており、任意の波長の光信号を受信または送信する。

このような構成とすることにより、本実施形態の光ノード装置１０００によれば、波長無依存（カラーレス：Ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ）、方路無依存（ディレクションレス：Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｌｅｓｓ）、および衝突回避（コンテンションレス：Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎｌｅｓｓ）という３特性（ＣＤＣ）を実現することができる。

ここで、本実施形態の光ノード装置１０００が備えるノード制御部１４００は、光ネットワークを管理する光ネットワーク管理装置からの指示を受け付け、ノード光スイッチ装置１１００、ネットワーク光スイッチ１２００、および波長可変トランスポンダ１３００を制御する。このとき、ノード制御部１４００は、光ネットワーク管理装置から光パスの属性を含む光パス設定要求を取得し、取得した光パスの属性をノード光スイッチ装置１１００が備える制御部１１２０に通知する。

上述したように本実施形態のノード光スイッチ装置１１００によれば、光ノード装置１０００が所望の光パスを終端するために必要な個数にだけ分岐することが可能になるので、分岐による損失を最小とすることができる。その結果、本実施形態によるノード光スイッチ装置１１００およびそれを用いた光ノード装置１０００によれば、ＣＤＣ（Ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ、Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｌｅｓｓ、Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎｌｅｓｓ）機能に対応した光ノード装置の損失の増大を抑制することができる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態によるノード光スイッチ装置は、第１の実施形態に係るノード光スイッチ装置１１００と同様に、ノード光スイッチ１１１０および制御部１１２０を有する。

図４に、本発明の第２の実施形態に係るノード光スイッチ１１１０の構成を示す。ノード光スイッチ１１１０は、波長多重光信号を分岐する分岐比が可変な複数のスプリッタ１００と、複数のスプリッタ１００がそれぞれ分岐した波長多重光信号の中から一を選択する分岐比が可変なセレクタ２００を備える。さらに、スプリッタ１００とセレクタ２００を接続する光導波路３００と、セレクタ２００が選択した波長多重光信号のうち、所望の一波長の光信号を通過させる波長可変フィルタ４００を備える。

ノード光スイッチ１１１０は、図４に示すように、スプリット・アンド・セレクト方式によるスイッチ構成である。そのため、任意のポートからの波長多重光信号を方路制約、波長制約、波長競合なく切り換えることが可能である。すなわち、ノード光スイッチ１１１０によれば、波長無依存（カラーレス：Ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ）、方路無依存（ディレクションレス：Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｌｅｓｓ）、および衝突回避（コンテンションレス：Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎｌｅｓｓ）という３特性（ＣＤＣ）を実現することができる。

図４では、ノード光スイッチ１１１０の動作を説明するために、８入力８出力（８×８）のスイッチ構成を示す。しかし、入出力ポート数はこれに限られない。

図４に示した構成では、ノード光スイッチ１１１０は光伝送路側ポート１１０１からの波長多重光信号を分岐する１：８のスプリッタ１００、および各スプリッタ１００からの分岐された波長多重光信号のうち１つを選択する８：１セレクタ２００を備える。さらに、スプリッタ１００とセレクタ２００を接続する光導波路３００、およびセレクタ２００からの波長多重光信号のうち、任意の１波長を抜き出してトランスポンダ側ポート１１０２に出力する波長可変フィルタ４００を備える。なお、ここでは、トランスポンダ側ポート１１０２へ任意の波長を抜き出すために波長可変フィルタ４００を用いることとしたが、これに限らず、デジタルコヒーレント受信技術を用いることとしてもよい。

ノード光スイッチ１１１０に用いるスイッチ素子として、ＭＥＭＳ光スイッチ、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｌｉｃｏｎ）光スイッチ、ＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）光スイッチ、およびシリコンフォトニクス光スイッチ等を用いることができる。ここで、ＭＥＭＳ光スイッチは、シリコン基板上に形成したマイクロミラーの角度を変化させることにより光路を切り換える。ＬＣＯＳ光スイッチは、シリコン基板上に形成した液晶層の屈折率を変化させて入射光の反射角を変えることにより光路を切り換える。ＰＬＣ光スイッチは、シリコン基板上に石英光導波路でマッハツェンダ干渉計を構成し光の通過／非通過を制御する。そして、シリコンフォトニクス光スイッチは、シリコン基板上にシリコン光導波路でマッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ：ＭＺ）干渉計を構成し光の通過／非通過を制御する。

図５に、スプリッタ１００の構成を示す。図５では、ＰＬＣ光スイッチやシリコンフォトニクス光スイッチで用いられるＭＺ干渉計光スイッチ１１０を用いた１入力８出力（１：８）であるスプリッタ１００の構成を示す。

ＭＺ干渉計型光スイッチ１１０は、２個の光カプラ１１１、１１２、光カプラ間を結ぶ等長のスプリッタ光導波路１１３、およびスプリッタ光導波路１１３の屈折率を変化させる位相シフタ１１４を備える。入力された光信号は前段の光カプラ１１１で２分岐（５０：５０）され、後段の光カプラ１１２で再度合流される。このとき、位相シフタ１１４が非駆動である場合には、ＭＺ干渉計型光スイッチ１１０のクロスポートから１００％の光信号が出力される。一方、位相シフタ１１４を駆動すると、スプリッタ光導波路１１３を導波する光信号の速度が変化し、後段の光カプラ１１２で合流される際に位相差が生じる。この位相差を調整することにより、バーポートから１００％の光信号を出力することができる。また、位相差を変化させることにより、バーポートおよびクロスポートに５０％ずつ光信号を出力することも可能である。

すなわち、すべてのＭＺ干渉計型光スイッチ１１０を１００％出力に設定にすると、入力ポートと出力ポートは１対１（１：１）で接続されることになる。一方、すべてのＭＺ干渉計型光スイッチ１１０を５０％出力に設定すると、入力の１ポートに対して出力は８ポートとなるため１対８（１：８）で接続されることとなる。同様に、１対２（１：２）、１対４（１：４）で接続する構成も可能であり、任意の分岐比で接続することができる。なお、スプリッタ１００の入力ポートと出力ポートを入れ換えることにより、８対１（８：１）のセレクタ２００を実現することができる。

なお、位相シフタ１１４にはヒータ等を用いて光導波路の屈折率を変化させる熱光学効果型や、光導波路に電圧を印可することにより屈折率を変化させる電気光学効果型がある。しかし、ＰＬＣ光スイッチに用いられる石英光導波路やシリコンフォトニクス光スイッチに用いられるシリコン光導波路は電気光学効果による屈折率変化が小さいため、熱光学効果型の位相シフタを用いることが望ましい。

次に、本実施形態によるノード光スイッチ装置１１００およびそれを用いた光ノード装置１０００の動作について説明する。図６に、本実施形態によるノード光スイッチ装置１１００およびそれを用いた光ノード装置１０００の動作を説明するためのフローチャートを示す。

ここでは、図２に示した光ネットワーク５０００を例として説明する。光ネットワーク管理装置５２００はクライアントからのパス設定の要求を受け付ける（ステップＳ２１０）。このとき、光ネットワーク管理装置５２００は、ノード光スイッチ装置１１００が備えるノード光スイッチ１１１０の分岐比を考慮して経路探索を行う（ステップＳ２２０）。そして、このときの経路探索の結果に基づいて、ノード光スイッチ装置１１００にスイッチの切り換え等の指示を行う（ステップＳ２３０）。

次に、光ノード装置１０００が備えるノード制御部１４００（図３参照）は、光ネットワーク管理装置５２００の指示に従って所望のポートが接続されるように、光ノード装置１０００の各装置を制御する。すなわち、ノード光スイッチ装置１１００、ネットワーク光スイッチ１２００、および波長可変トランスポンダ１３００に対して、ポートの切り換えを指示する（ステップＳ２４０）。

ここでは一例として、光ノード装置１０００が、図７に示すように、光伝送路１から波長λ１の光信号を波長可変トランスポンダ１に分岐し、光伝送路１から波長λ２の光信号を可変波長トランスポンダ２に分岐する動作を説明する。まず、ネットワーク光スイッチ１２００は光伝送路１からの波長多重光信号（λ１、λ２、・・・、λｎ）を受け付け、波長λ１、λ２の光信号のみを抽出して分岐・挿入ポート１へ出力する（図６のステップＳ２５０）。

次に、ノード光スイッチ装置１１００が備えるノード光スイッチ１１１０は、ネットワーク光スイッチ１２００の分岐・挿入ポート１からの波長多重光信号（λ１、λ２）を光伝送路側ポート１１０１のポート１で受け付ける。このときノード光スイッチ１１１０は、図８に示すように、波長λ１の光信号を波長可変トランスポンダ１が接続されているトランスポンダ側ポート１１０２のポート１に接続し、波長λ２の光信号を波長可変トランスポンダ２が接続されているポート２に接続するように制御する（図６のステップＳ２６０）。

ノード光スイッチ１１１０が備えるスプリッタ１００のこのときの動作を、図９を用いて説明する。この場合の例では、１ポート入力に対して２ポート出力であるため、スプリッタ１００は２分岐の動作を行う。ポート１から入力された波長多重光信号（λ１、λ２）は、１段目スイッチ素子１０１をクロスポートに１００％出力するように設定することにより、クロスポートのみに出力される。同様に、２段目スイッチ素子１０２をクロスポートに１００％出力するように設定し、３段目スイッチ素子１０３をクロスポートに５０％出力、バーポートに５０％出力するように分岐比を設定する（図６のステップＳ２７０）。これにより、出力ポート１および出力ポート２に波長多重光信号（λ１、λ２）がそれぞれ出力される。

次に、波長可変フィルタ４００を設定する（図６のステップＳ２８０）ことにより、可変波長フィルタ４００の出力ポート１に波長λ１の光信号が、出力ポート２に波長λ２の光信号が出力される。

以上の動作により、ノード光スイッチ装置１１００から波長可変トランスポンダ１に波長λ１の光信号を、波長可変トランスポンダ２に波長λ２の光信号をそれぞれ出力することができる。

なお、上述の説明では、ノード光スイッチ１１１０が２分岐の動作をする場合を例として示したが、４分岐、８分岐の動作も同様に行うことが可能である。また、任意の波長可変トランスポンダ１３００から任意の光伝送路５１２０への挿入動作も、同様にして行うことができる。

以上説明したように、本実施形態のノード光スイッチ１１１０によれば、光ノード装置が所望の光パスを終端するために必要な個数にだけ、波長多重光信号を分岐することが可能になる。そのため、分岐による損失を最小とすることができる。その結果、ＣＤＣ（Ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ、Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｌｅｓｓ、Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎｌｅｓｓ）機能に対応した光ノード装置の損失の増大を抑制することができる。

次に、本実施形態によるノード光スイッチ装置１１００を用いた光ノード装置１０００の動作について、さらに詳細に説明する。本実施形態によるノード光スイッチ装置１１００は分岐比を任意に設定することができるので、以下に述べるように光パスを効率的に収容することが可能である。

まず図１０を用いて、分岐比を考慮せずに光パスを収容する場合について説明する。図１０では、光ネットワークの構成が４×４のメッシュネットワークである場合を例として説明する。ここで、ノード１（Ｎ１）からの光パスは、分岐損失による光信号のＳ／Ｎ（ｓｉｇｎａｌ／ｎｏｉｓｅ）比の劣化により到達距離が制限される。図１０では、光パスが８分岐で到達できる範囲を３×３の範囲（実線部）とし、４分岐で到達できる範囲を４×４の範囲（点線部）としている。

図１０に示した光ネットワークの構成において、ノード１（Ｎ１）からノード１０（Ｎ１０）へ８パスの要求、ノード１（Ｎ１）からノード１４（Ｎ１４）へ２パスの要求があった場合について説明する。この場合、ノード１（Ｎ１）のファイバ１にノード１４（Ｎ１４）向けの光パスを１パス収容すると、ファイバ１は４分岐に限定されるので８分岐とすることはできない。そのため、ファイバ１にノード１０（Ｎ１０）向けの光パスは残り３パスしか収容できないことになる。

ファイバ２についても同様である。したがって、ファイバ１とファイバ２の合計では、ノード１０（Ｎ１０）向けの光パスを６パス、ノード１４（Ｎ１４）向けの光パスを２パスしか収容できないことになる。そのため、パス設定要求のうち残りのノード１０（Ｎ１０）向け光パスの２パスを収容するためにファイバ３が必要となる。すなわち、合計で３本のファイバを使用する必要がある。

次に、本実施形態によるノード光スイッチ装置１１００を備えた光ノード装置１０００によって光パスを設定する場合について、図１１を用いて説明する。光ネットワークの構成およびパス要求は上述した場合と同様である。

ここで、本実施形態によるノード光スイッチ装置１１００は、制御部が光パスの属性に応じてノード光スイッチの分岐比を設定する。以下では、光パスの属性は光パスの到達距離であり、光パスの到達距離が光パスのホップ数に基づいて定まる場合について説明する。

この場合、図１１に示すように、本実施形態による光ノード装置１０００は、ファイバ１に光パスのホップ数が大きい、すなわち光パス間の距離が長いノード１４（Ｎ１４）向けのパスを収容する。そして、ファイバ２に光パスのホップ数が小さい、すなわち光パス間の距離が短いノード１０（Ｎ１０）向けのパスをまとめて収容することができる。これにより、２本のファイバですべてのパス設定要求を収容することが可能になる。

上述したように、本実施形態のノード光スイッチ装置１１００は、ノード光スイッチの分岐比を光パスのホップ数に基づいて定まる光パスの到達距離に応じて設定する構成としている。このような構成としたことにより、本実施形態のノード光スイッチ装置１１００を備えた光ノード装置１０００によれば、効率的に光パスを収容することが可能になる。

上記実施形態では、ノード光スイッチ装置１１００が、ノード光スイッチの分岐比を光パスのホップ数に基づいて定まる光パスの到達距離に応じて設定する構成について説明した。しかし、ノード光スイッチ装置１１００の構成はこれに限られない。以下では、ノード光スイッチ装置１１００が、ノード光スイッチの分岐比を光パスの信号フォーマットに基づいて定まる光パスの到達距離に応じて設定する構成について説明する。

ここでは、光ネットワークの構成が、ノード１（Ｎ１）からノード９（Ｎ９）がメッシュ状に接続された３×３メッシュネットワークである場合を例として説明する。そして、光ノード装置１０００が備える波長可変トランスポンダ１３００（図３参照）は、異なる信号フォーマットを送受信できるものが混在している構成としている。ここで、信号フォーマットには例えば、ＤＰ−ＱＰＳＫ（Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）および１６−ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などが含まれる。

ここで、ノード１（Ｎ１）からの光パスは、分岐損失による光信号のＳ／Ｎ（ｓｉｇｎａｌ／ｎｏｉｓｅ）比の劣化により到達距離が制限される。図１２では、信号フォーマットとしてＤＰ−ＱＰＳＫを用いた場合、光パスは８分岐で３×３の範囲に到達可能であり、信号フォーマットとして１６−ＱＡＭを用いた場合、光パスは４分岐で３×３の範囲に到達可能であるとしている。図１２に示した光ネットワークの構成において、ノード１（Ｎ１）からノード８（Ｎ８）へ、信号フォーマットがＤＰ-ＱＰＳＫの光パスについて６パス、信号フォーマットが１６−ＱＡＭの光パスについて２パスの要求があった場合について説明する。

まず図１２を用いて、分岐比を考慮せずに光パスを収容する場合について説明する。この場合、ノード１（Ｎ１）のファイバ１に１６−ＱＡＭの光パスを１パス収容すると、ファイバ１は４分岐に限定されるので８分岐とすることはできない。そのため、ファイバ１にはＤＰ−ＱＰＳＫの光パスであっても残り３パスしか収容できないことになる。ファイバ２についても同様である。したがって、ファイバ１とファイバ２の合計では、ノード８（Ｎ８）向けの光パスでＤＰ−ＱＰＳＫによる光パスを６パス、１６−ＱＡＭによる光パスを２パスしか収容できないことになる。そのため、パス設定要求のうち残りのノード８（Ｎ８）向け１６−ＱＡＭによる光パスの１パスを収容するためにファイバ３が必要となる。すなわち、合計で３本のファイバを使用する必要がある。

次に、本実施形態によるノード光スイッチ装置１１００を備えた光ノード装置１０００によって光パスを設定する場合について、図１３を用いて説明する。光ネットワークの構成およびパス要求は上述した場合と同様である。

ここで、本実施形態のノード光スイッチ装置１１００は、ノード光スイッチの分岐比を光パスの信号フォーマットに基づいて定まる光パスの到達距離に応じて設定する。この場合、光ノード装置１０００は図１３に示すように、ファイバ１にＤＰ−ＱＰＳＫの光パスを、ファイバ２に１６−ＱＡＭの光パスをまとめて収容することができる。これにより、２本のファイバですべてのパス設定要求を収容することが可能になる。

上述したように、本実施形態によるノード光スイッチ装置１１００は、ノード光スイッチの分岐比を光パスの信号フォーマットに基づいて定まる光パスの到達距離に応じて設定する構成としている。このような構成としたことにより、本実施形態のノード光スイッチ装置１１００を備えた光ノード装置１０００によれば、効率的に光パスを収容することが可能になる。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図１４は、本発明の第３の実施形態に係るノード光スイッチ装置２１００およびそれを用いた光ノード装置２０００の構成を示すブロック図である。

本実施形態によるノード光スイッチ装置２１００は、光パスを終端する光ノード装置に用いられ、波長多重光信号を受け付けるノード光スイッチ１１１０、および制御部１１２０を有する。ノード光スイッチ１１１０は、波長多重光信号を所定の分岐比で分岐し、分岐した各波長多重光信号から所望の波長信号を選択して出力する。

ノード光スイッチ装置２１００はさらに、ノード光スイッチ１１１０の前段および後段の少なくとも一方に配置した光増幅器２１１０を有する。図１４では、光増幅器２１１０がノード光スイッチ１１１０の前段に配置している場合を示す。

制御部１１２０は、ノード光スイッチ１１１０および光増幅器２１１０を制御する。具体的には、制御部１１２０は光パスの属性に応じてノード光スイッチ１１１０の分岐比を設定するとともに、このときの分岐比に応じて光増幅器２１１０の増幅率を設定する。

光ノード装置２０００は、上述したノード光スイッチ装置２１００、ネットワーク光スイッチ１２００、波長可変トランスポンダ１３００、およびノード制御部１４００を有する。ノード光スイッチ装置２１００以外の構成は、第１および第２の実施形態における光ノード装置１０００と同様であるので、それらの説明は省略する。

次に、本実施形態によるノード光スイッチ装置２１００の動作について、図１５を用いて説明する。図１５は、ノード光スイッチ装置２１００が備えるノード光スイッチ１１１０の構成を示すブロック図である。

ここでは光信号が、図１５に示したようにノード光スイッチ１１１０に入出力する場合を例として説明する。すなわち、ノード光スイッチ１１１０の光伝送路側ポート１１０１に波長λ１からλ３の光信号が、ポート４に波長λ４の光信号が入力される。そしてトランスポンダ側ポート１１０２のポート１に波長λ１の光信号が、ポート２にλ２、ポート３にλ３、そしてポート５に波長λ４の光信号がそれぞれ出力される。

図１４に示したように、光信号は光伝送路５１２０、ネットワーク光スイッチ１２００、およびノード光スイッチ装置２１００を通過し、波長可変トランスポンダ１３００に入力される。この経路中で、光信号は各デバイスが有する透過損失により減衰する。また、波長可変トランスポンダ１３００は所定のダイナミックレンジ（例えば０ｄＢｍ〜−１０ｄＢｍ）を有し、その範囲に入力光の光パワーを収める必要がある。このため、上述した経路中に光増幅器を設置し、損失を補償する必要がある。

このとき、図１５に示した例では、波長λ１、λ２、λ３の光信号は３分岐されるが、波長λ４の光信号は分岐されないので分岐損失が異なる。ここで、本実施形態のノード光スイッチ装置２１００は、制御部１１２０が分岐比に応じて光増幅器２１１０の増幅率を設定する構成としている。そのため、本実施形態のノード光スイッチ装置２１００によれば、光増幅器２１１０で補償する光量を最小化することができ、光ノード装置２０００の省電力化を図ることが可能となる。

上述したように、本実施形態のノード光スイッチ装置２１００は、制御部１１２０が光パスの属性に応じてノード光スイッチ１１１０の分岐比を設定するとともに、このときの分岐比に応じて光増幅器２１１０の増幅率を設定する構成としている。これにより、ＣＤＣ（Ｃｏｌｏｒｌｅｓｓ、Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｌｅｓｓ、Ｃｏｎｔｅｎｔｉｏｎｌｅｓｓ）機能に対応した光ノード装置の損失の増大を抑制することができるとともに、光ノード装置の省電力化を図ることが可能となる。

本発明は上記実施形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。

１０００、２０００ 光ノード装置
１１００、２１００ ノード光スイッチ装置
１１０１ 光伝送路側ポート
１１０２ トランスポンダ側ポート
１１１０ ノード光スイッチ
１１２０ 制御部
１２００ ネットワーク光スイッチ
１３００ 波長可変トランスポンダ
１４００ ノード制御部
２１１０ 光増幅器
５０００ 光ネットワーク
５１００ メッシュネットワーク
５１２０ 光伝送路
５２００ 光ネットワーク管理装置
１００ スプリッタ
１０１ １段目スイッチ素子
１０２ ２段目スイッチ素子
１０３ ３段目スイッチ素子
１１０ ＭＺ干渉計型光スイッチ
１１１、１１２ 光カプラ
１１３ スプリッタ光導波路
１１４ 位相シフタ
２００ セレクタ
３００ 光導波路
４００ 波長可変フィルタ
１−１〜１−Ｊ、５−１〜５−Ｊ、３６、３７、３８−１ 波長分割多重光信号
２−１〜２−Ｋ 入力側光ファイバ伝送路
３ 光クロスコネクト部
４−１〜４−Ｋ 出力側光ファイバ伝送路
２１−１〜２１−Ｋ 光カプラ
３０、３１ 光信号終端装置
３１−１〜３１−Ｋ 光増幅器
３２−１〜３２−Ｋ 光カプラ
３３−１〜３３−Ｌ ファイバ選択スイッチ
３４−１ 光可変フィルタ
３５−１〜３５−Ｌ 受信器
４０ １×２スイッチ

Claims (10)

1. 光パスを終端する光ノード装置に用いられるノード光スイッチ装置であって、
   波長多重光信号を受け付けるノード光スイッチと、
   前記ノード光スイッチを制御する制御部、を有し、
   前記ノード光スイッチは、前記波長多重光信号を所定の分岐比で分岐し、分岐した各波長多重光信号から所望の波長信号を選択して出力し、
   前記制御部は、前記光パスの属性に応じて前記分岐比を設定し、
   前記ノード光スイッチの前段および後段の少なくとも一方に配置した光増幅器をさらに有し、
   前記制御部は、前記分岐比に応じて前記光増幅器の増幅率を設定する
   ノード光スイッチ装置。
2. 光パスを終端する光ノード装置に用いられるノード光スイッチ装置であって、
   波長多重光信号を受け付けるノード光スイッチと、
   前記ノード光スイッチを制御する制御部、を有し、
   前記ノード光スイッチは、前記波長多重光信号を所定の分岐比で分岐し、分岐した各波長多重光信号から所望の波長信号を選択して出力し、
   前記制御部は、前記光パスの属性に応じて前記分岐比を設定し、
   前記ノード光スイッチは、
   前記波長多重光信号を分岐する分岐比が可変な複数のスプリッタと、
   前記複数のスプリッタがそれぞれ分岐した波長多重光信号の中から一を選択する分岐比が可変なセレクタと、
   前記スプリッタと前記セレクタを接続する光導波路と、
   前記セレクタが選択した波長多重光信号のうち、所望の一波長の光信号を通過させる波長可変フィルタ、とを備える
   ノード光スイッチ装置。
3. 前記光パスの属性は、前記光パスの到達距離である
   請求項１または２に記載したノード光スイッチ装置。
4. 前記光パスの到達距離は、前記光パスのホップ数に基づいて定まる
   請求項３に記載したノード光スイッチ装置。
5. 前記光パスの到達距離は、前記光パスの信号フォーマットに基づいて定まる
   請求項３に記載したノード光スイッチ装置。
6. 光パスを終端する光ノード装置に用いられるノード光スイッチ装置であって、波長多重光信号を受け付けるノード光スイッチと、前記ノード光スイッチを制御する制御部、を有し、前記ノード光スイッチは、前記波長多重光信号を所定の分岐比で分岐し、分岐した各波長多重光信号から所望の波長信号を選択して出力し、前記制御部は、前記光パスの属性に応じて前記分岐比を設定するノード光スイッチ装置と、
   光ネットワークを構成する光伝送路および前記ノード光スイッチ装置と接続するネットワーク光スイッチと、
   前記ノード光スイッチ装置と接続する波長可変トランスポンダと、
   前記ノード光スイッチ装置、前記ネットワーク光スイッチ、および前記波長可変トランスポンダを制御するノード制御部、とを有し、
   前記ノード制御部は、前記光ネットワークを管理する光ネットワーク管理装置から、前記光パスの属性を含む光パス設定要求を取得し、取得した前記光パスの属性を前記制御部に通知する
   光ノード装置。
7. 前記光パスの属性は、前記光パスの到達距離であり、
   前記光パスの到達距離は、前記光パスのホップ数および前記光パスの信号フォーマットのいずれかに基づいて定まる
   請求項６に記載した光ノード装置。
8. 請求項１から５のいずれか一項に記載したノード光スイッチ装置と、
   光ネットワークを構成する光伝送路および前記ノード光スイッチ装置と接続するネットワーク光スイッチと、
   前記ノード光スイッチ装置と接続する波長可変トランスポンダと、
   前記ノード光スイッチ装置、前記ネットワーク光スイッチ、および前記波長可変トランスポンダを制御するノード制御部、とを有し、
   前記ノード制御部は、前記光ネットワークを管理する光ネットワーク管理装置から、前記光パスの属性を含む光パス設定要求を取得し、取得した前記光パスの属性を前記制御部に通知する
   光ノード装置。
9. 光パスを切り換える光スイッチ方法であって、
   波長多重光信号を受け付け、
   前記波長多重光信号を分岐する際の分岐比を、前記光パスの属性に応じて設定し、
   前記分岐比で分岐した各波長多重光信号から所望の波長信号を選択し、
   前記波長多重光信号を分岐する前に前記波長多重光信号を増幅し、
   前記波長多重光信号を増幅する際の増幅率を前記分岐比に応じて設定する
   光スイッチ方法。
10. 前記光パスの属性は、前記光パスの到達距離であり、
    前記光パスの到達距離は、前記光パスのホップ数および前記光パスの信号フォーマットのいずれかに基づいて定まる
    請求項９に記載した光スイッチ方法。

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