JP7124841B2 - 親局装置、子局装置、光通信システム及び波長切替方法 - Google Patents

Description

本発明は、親局装置、子局装置、光通信システム及び波長切替方法に関し、光アクセスネットワークにおける波長切替方式に適用し得るものである。

例えば、ＩＴＵ－Ｔの標準であるＧ．９８９．３には、ＴＷＤＭ－ＰＯＮ（時間波長分割多重受動光網：Ｔｉｍｅ ａｎｄ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ Ｐａｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）における光波長切替技術が示されている（非特許文献１参照）。

図２は、非特許文献１に示されている光波長切替デバイスを用いた光波長切替手続の手法を示すシーケンス図である。図３は、従来のＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）が下り信号を同期するときの同期状態遷移図である。

図２において、ＯＮＵが接続している波長から別波長に波長切替する際、まず、元の波長のＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）制御機能（図２では、Ｓｏｕｃｅ ＯＬＴ ＣＴと表記している。）から波長切替要求信号（Ｔｕｎｉｎｇ＿Ｃｏｎｔｒｏｌ）がＯＮＵに届く。この信号には、どのタイミングで、どの波長のＯＬＴ制御機能（図２では、Ｔａｒｇｅｔ ＯＬＴ ＣＴと表記している。）と通信すべきかに関する情報が示されている。

そして、切替時刻ＴＯ４ ｓｔａｒｔにおいて、ＯＮＵは光波長の変更を開始する。波長の変更時間中は、ＯＮＵは、元波長と別波長のいずれの光波長の信号も受信できない。その結果、ＯＮＵは、１２５μｍ秒間隔で繰り出される下り信号のＰＨＹフレームのヘッダの中にあるフレーム同期信号ＰＳｙｎｃやＳＦＣ（Ｓｕｐｅｒ Ｆｒａｍｅ Ｃｏｕｎｔｅｒ）信号を取得できなくなる。

そうすると、図３に例示するように、ＯＮＵは、同期状態（Ｓｙｎｃ ｓｔａｔｅ）から再同期状態（Ｒｅ－Ｓｙｎｃ ｓｔａｔｅ）に遷移する。ここで、ＯＮＵは、さらにＮ－１回（例えばＮは「３」とする。）連続してフレーム同期信号ＰＳｙｎｃとＳＦＣ信号を取得できない場合、同期が完全に外れ、Ｈｕｎｔ状態（Ｈｕｎｔ ｓｔａｔｅ）に遷移する。これは、図２の「Ｏ８．１：Ｏｆｆ－Ｓｙｎｃ」と示される状態である。

図２に示すように、Ｓｏｕｃｅ ＯＬＴ ＣＴやＴａｒｇｅｔ ＯＬＴ ＣＴは、ＯＮＵに対して、上り信号をどのタイミングで送信するかに関する情報が含んでいるＰＬＯＡＭｕ ｇｒａｎｔ信号を間欠的に送信するが、ＯＮＵは、フレーム同期が外れているため、ＰＬＯＡＭｕ ｇｒａｎｔ信号を受信できない。

その後、光デバイスレベルでの波長切替が終わると、「Ｏ８．２：Ｐｒｏｆｉｌｅ Ｌｅａｒｎｉｎｇ状態」となる。この時間では、まず、物理層のビット同期が取られ、次に受信されたビット列からフレーム同期信号ＰＳｙｎｃが検出される。そうすると、図３に示すように、ＯＮＵは、Ｈｕｎｔ状態（Ｈｕｎｔ ｓｔａｔｅ）から同期前状態（Ｐｒｅ－Ｓｙｎｃ ｓｔａｔｅ）になり、例えば１２５μ秒後、もう一度、フレーム同期信号ＰＳｙｎｃが検出されて、かつ今回のＳＦＣの値が前回のＳＦＣの値に「１」を加えた正しい値で受信されると、フレーム同期が取れた同期状態（Ｓｙｎｃ Ｓｔａｔｅ）となる。

Ｔａｒｇｅｔ ＯＬＴ ＣＴは、ＯＮＵの移行先の波長でＰＬＯＡＭｕ ｇｒａｎｔを送信し、ＯＮＵがＰＬＯＡＭｕ ｇｒａｎｔを正しく受信すると、ＯＮＵは、変更した波長で、上り信号Ｔｕｎｉｎｇ＿Ｒｅｓｐｏｎｓｅ（Ｃｏｍｐｌｅｔｅ＿ｕ）をＴａｒｇｅｔ ＯＬＴ ＣＴに応答する。

これにより、Ｔａｒｇｅｔ ＯＬＴ ＣＴにおいて、ＯＮＵのプロファイルが確定する。その後、Ｔａｒｇｅｔ ＯＬＴ ＣＴとＯＮＵとの間でさらに下り信号Ｔｕｎｉｎｇ＿Ｒｅｓｐｏｎｓｅ（Ｃｏｍｐｌｅｔｅ＿ｕ）及び上り信号Ｔｕｎｉｎｇ＿Ｒｅｓｐｏｎｓｅ（Ｃｏｍｐｌｅｔｅ＿ｕ）が授受され、下り信号Ｔｕｎｉｎｇ＿Ｃｏｎｔｒｏｌ（Ｃｏｍｐｌｅｔｅ＿ｄ） ＆ Ｄａｔａ ｇｒａｎｔをＯＮＵが受信することによって、ＯＮＵにおいてＴｕｎｉｎｇが完了する。そして、Ｄａｔａ＿ｇｔａｎｔによってユーザデータの送信許可が出ると、加入者の情報が送信可能となる。

ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．９８９．３"４０－Ｇｉｇａｂｉｔ－ｃａｐａｂｌｅ ｐａｓｓｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＮＧ－ＰＯＮＳ）：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ Ｌａｙｅｒ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ"

ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．９８９．３の波長切替手続の手法は、比較的低速の波長切替デバイスを用いることを前提とした手法である。この手法によれば、波長切替に要する時間が長く、その間、通信が途絶してしまうという課題がある。仮に、波長切替速度が比較的速い波長切替デバイスを用いたとしても、上記の通り長い手続きを経るため、加入者が情報を送信できるまでに長い時間を必要とする仕様となっている。

本発明は、上述した課題に鑑み、フレーム同期等に係る時間を短縮して、波長切替に伴う通信断の時間を短く（以後、「高速切替」と呼ぶ。）することができる親局装置、子局装置、光通信システム及び波長切替方法を提供しようとするものである。

かかる課題を解決するために、第１の本発明に係る親局装置は、Ｍ（Ｍは２以上の整数）台の子局装置との間で、第１～第Ｋ（Ｋは２以上の整数）の波長のいずれかを割り当て、波長毎に複数の時間スロットで時分割多重し、時分割多重した各波長を多重化した光信号で通信する時間波長分割多重方式を採用した光通信システムの親局装置において、（１）第１～第Ｋの波長のいずれかで光通信するＫ個の光終端手段と、（２）各光終端手段からの光信号を合波して送出し、又は、子局装置から受信した光信号を分波して各光終端手段に出力するシステム制御手段とを備え、システム制御手段が、子局装置に割り当てる波長を高速切替させる際、当該子局装置を収容している光終端手段に対して、切替前の波長における当該子局装置の時間スロットの終了時刻から、次のフレーム周期における切替先の波長で、当該子局装置に割り当てる時間スロットの開始時刻までの時間内で、当該子局装置に対する切替先の波長への切替の開始と終了の時刻を含む高速切替制御情報を指示する高速切替制御部を有し、光終端手段が、高速切替制御部からの高速切替制御情報を含む制御フレームを子局装置に送信することを特徴とする。

第２の本発明に係る子局装置は、親局装置と、Ｍ（Ｍは２以上の整数）台の子局装置との間で、第１～第Ｋ（Ｋは２以上の整数）の波長のいずれかを割り当て、波長毎に複数の時間スロットで時分割多重し、時分割多重した各波長を多重化した光信号で通信する時間波長分割多重方式を採用した光通信システムの子局装置において、（１）親局装置から指示された波長で光通信する波長可変通信手段と、（２）親局装置から受信した制御フレームに基づいて、波長の切替制御を行う制御手段とを備え、制御手段が、制御フレームに含まれている高速切替制御情報の切替先の波長への切替の開始と終了の時刻に基づき、切替前の波長における当該子局装置の時間スロットの終了時刻から、次のフレーム周期における切替先の波長で、当該子局装置に割り当てる時間スロットの開始時刻までの時間内で、切替先の波長への切替を開始させ終了させることを特徴とする。

第３の本発明に係る光通信システムは、親局装置と、Ｍ（Ｍは２以上の整数）台の子局装置との間で、第１～第Ｋ（Ｋは２以上の整数）の波長のいずれかを割り当て、波長毎に複数の時間スロットで時分割多重し、時分割多重した各波長を多重化した光信号で通信する時間波長分割多重方式を採用した光通信システムにおいて、親局装置は、（１）第１～第Ｋの波長のいずれかで光通信するＫ個の光終端手段と、（２）各光終端手段からの光信号を合波して送出し、又は、子局装置から受信した光信号を分波して各光終端手段に出力するシステム制御手段とを備え、システム制御手段が、子局装置に割り当てる波長を高速切替させる際、当該子局装置を収容している光終端手段に対して、切替前の波長における当該子局装置の時間スロットの終了時刻から、次のフレーム周期における切替先の波長で、当該子局装置に割り当てる時間スロットの開始時刻までの時間内で、当該子局装置に対する切替先の波長への切替の開始と終了の時刻を含む高速切替制御情報を指示する高速切替制御部を有し、光終端手段が、高速切替制御部からの高速切替制御情報を含む制御フレームを前記子局装置に送信することを特徴とする。

第４の本発明に係る波長切替方法は、親局装置と、Ｍ（Ｍは２以上の整数）台の子局装置との間で、第１～第Ｋ（Ｋは２以上の整数）の波長のいずれかを割り当て、波長毎に複数の時間スロットで時分割多重し、時分割多重した各波長を多重化した光信号で通信する時間波長分割多重方式を採用した光通信システムでの波長切替方法において、親局装置は、（１）第１～第Ｋの波長のいずれかで光通信するＫ個の光終端手段と、（２）各光終端手段からの光信号を合波して送出し、又は、子局装置から受信した光信号を分波して各光終端手段に出力するシステム制御手段とを備え、システム制御手段が、子局装置に割り当てる波長を高速切替させる際、当該子局装置を収容している光終端手段に対して、切替前の波長における当該子局装置の時間スロットの終了時刻から、次のフレーム周期における切替先の波長で、当該子局装置に割り当てる時間スロットの開始時刻までの時間内で、当該子局装置に対する切替先の波長への切替の開始と終了の時刻を含む高速切替制御情報を指示する高速切替制御部を有し、光終端手段が、高速切替制御部からの高速切替制御情報を含む制御フレームを子局装置に送信することを特徴とする。

本発明によれば、フレーム同期に係る時間を短縮して、高速に波長を切り替えることができる。

実施形態に係る光通信システムの構成と、ＯＬＴ（親局通信装置）及び各ＯＮＵ（子局通信装置）の内部構成とを示す構成図である。 非特許文献１に示されている光波長切替デバイスを用いた光波長切替手続の手法を示すシーケンス図である。 従来のＯＮＵが下り信号を同期するときの同期状態遷移図である。 実施形態に係る高速波長切替の動作を説明する説明図である。 実施形態に係るＯＮＵの高速切替部による切替タイミングを説明する説明図である。 実施形態に係るＯＮＵが下り信号を同期するための同期状態遷移図である。 実施形態に係る高速切替可能なシステムで用いるフレームのフレーム構成の一例を示すフレーム構成図である（その１）。 実施形態に係る高速切替可能なシステムで用いるフレームのフレーム構成の一例を示すフレーム構成図である（その２）。

（Ａ）実施形態
以下では、本発明に係る親局装置、子局装置、光通信システム及び波長切替方法の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

（Ａ－１）実施形態の構成
図１は、実施形態に係る光通信システムの構成と、ＯＬＴ（親局通信装置）及び各ＯＮＵ（子局通信装置）の内部構成とを示す構成図である。

光通信システム５は、親局装置としてのＯＬＴ１と、Ｍ（Ｍは２以上の整数）台の子局装置としてのＯＮＵ３（３－１～３－５）との間で、第１～第Ｋ（Ｋは２以上の整数）の波長のいずれかを割り当て、波長毎の複数の時間スロット（タイムスロット）で時分割多重化し、時分割多重化した各波長を多重化した光信号で通信する時間波長分割多重化方式を採用した光通信システムである。

図１では、光通信システム５が、１台のＯＬＴ１と、複数（例えば、図１では５台：Ｍ＝５）のＯＮＵ３（３－１～３－５）と、スプリッタ２とを有する場合を例示している。

ここでは、２波長（Ｋ＝２）を使用するＴＷＤＭ－ＰＯＮシステムに、光通信システム５を適用する場合を例示するが、使用する波長数やＯＮＵの台数はこれに限定されず、一般的には図１に例示する数よりも多い。

ＯＬＴ１は、下り信号（ＯＬＴ１側からＯＮＵ３に向けた信号）を、全ＯＮＵ３に放送的に送信する。各波長（波長λ１、波長λ２）には、一般に複数のＯＮＵ３宛の信号が含まれているので、ＯＮＵ３は、受信した１波長の中から、高速フレーム同期部２７によって自ＯＮＵ３宛のＰＬＯＡＭ等の制御信号や加入者向けのユーザデータを抽出する。加入者向けのユーザデータについては、ＯＮＵ３は、加入者端末に転送する。

ＯＮＵ３は、上り信号（ＯＮＵ３側からＯＬＴ１に向けた信号）を、ＯＬＴ１から指示された波長、且つ、ＯＬＴ１から指示されたタイミングでＯＬＴ１に送信することで、他のＯＮＵ３からの上り信号との衝突を防ぐ。

（Ａ－１－１）ＯＬＴ（親局装置）
ＯＬＴ１は、コア網と接続すると共に、光ファイバを通じてスプリッタ２と接続している。ＯＬＴ１は、システム制御部１１、ＳＷ（スイッチ）部１２、ＯＳＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｕｎｉｔ）１４－１～１４－２、光合分波器１３を有する。

ここでは、２波長を使用するＴＷＤＭ－ＰＯＮシステムの場合を例示しており、ＯＬＴ１が２台のＯＳＵ１４－１とＯＳＵ１４－２とを備える場合を例示する。しかし、ＯＳＵ１４の数は使用する波長の数に応じた数としてもよい。

例えば、ＯＳＵ１４－１は波長λ１で送受信し、ＯＳＵ１４－２は波長λ２で送受信する。各ＯＮＵ３（３－１～３－５）は、ＯＬＴ１から指示された波長λ１又は波長λ２のいずれかを用いて、波長λ１又は波長λ２に対応するＯＳＵ１４－１又はＯＳＵ１４－２と通信する。

また例えば、ＯＮＵ３が波長λ１でＯＳＵ１４－１と通信している場合に、ＯＬＴ１が当該ＯＮＵ３に対して波長λ１から波長λ２への切替指示をしたときには、当該ＯＮＵ３は使用波長を波長λ２に切り替え、その後、当該ＯＮＵ３はＯＳＵ１４－２と通信する。

[システム制御部１１]
システム制御部１１は、ＯＳＵ１４やＯＮＵ３を含むＰＯＮシステム全体の管理（例えば、障害管理、構成管理、加入者・課金管理、性能管理及びセキュリティ管理など）を行い、各ＯＮＵ３との間の光通信を制御する。例えば、システム制御部１１は、各ＯＮＵ３のサービスを勘案して、各ＯＮＵ３が使用する波長を指示したり、ＯＳＵ１４－１及びＯＳＵ１４－２のいずれかに各ＯＮＵ３を収容することを設定したりする。

なお、各ＯＮＵ３に対して帯域を割り当てる処理に関して、通常の場合は、当該ＯＮＵ３を収容している各ＯＳＵ１４のＯＳＵ制御部１００が行ない、ＯＮＵ３に対して波長を高速切替した上で当該ＯＮＵ３に帯域を割り当てる場合は、システム制御部１１が行なうのが処理を分散させる機能配備として好適ではあるが、すべてのＯＮＵの帯域割当をシステム制御部１１が行うようにしてもよい。

ＯＳＵ１４は、ＯＮＵ３に対して、送信開始時刻と終了するまでの時間、すなわちタイムスロットを指示することで上りの通信帯域を与えるが、これには次に説明する２つの方法がある。

第１の方法は、ＯＳＵ１４がＯＮＵ３に対して固定的に帯域を割り当てる方法である。システム制御部１１が、各ＯＮＵ３を収容しているＯＳＵ１４－１及びＯＳＵ１４－２に対して、各ＯＮＵ３の帯域に関する情報を通知する。これにより、ＯＳＵ１４－１及び１４－２は、収容している各ＯＮＵ３の帯域に応じたタイムスロットを割り当て、時分割多重化させることができる。

第２の方法は、ＯＮＵ３がＯＳＵ１４に対して送信キューに溜まっている情報を通知し、ＯＳＵ１４が通知された情報に基づいて収容している各ＯＮＵ３に帯域を割り当てる方法である。この場合、システム制御部１１は、下りの情報に関して、ＯＳＵ１４－１及びＯＳＵ１４－２に収容される各ＯＮＵ３に関する情報をＳＷ部１２に通知し、各ＯＮＵ３宛の情報を、当該のＯＮＵ３を収容するＯＳＵ１４に転送させる。

高速切替制御部１１ａは、各ＯＮＵ３の波長を高速切替することをＯＳＵ１４－１及び１４－２に指示するものである。高速切替制御部１１ａは、高速切替時に、対象とするＯＮＵ３を特定する情報、当該ＯＮＵ３の移行先の波長、移行先の波長への切替時刻（切替タイミング）に関する情報等を含む高速切替制御情報を高速切替用フレーム組立部１２１に通知する。

ここで、移行先の波長への切替時刻に関する情報は、高速切替の対象とするＯＮＵ３が、移行先の波長に高速切替を行なう切替タイミング（切替時刻）に関する情報である。

例えば、移行先の波長への切替時刻は、当該ＯＮＵ３が通信をしておらず、他のＯＮＵ３が通信をしている時間内の時刻とする。つまり、移行先の波長への切替時刻は、切替前の波長（例えば波長λ１）を使用してＯＮＵ３の通信が終了した時刻から、切替後の波長（例えば波長λ２）において当該ＯＮＵ３に割り当てた帯域で、当該ＯＮＵ３が通信を開始する時刻までの時間内の時刻とする。

より具体的には、下りの情報は、先頭にヘッダ、末尾にトレーラと呼ばれる制御情報領域を有し、ＯＮＵ３宛の情報をヘッダとトレーラの間のペイロード領域に格納する所定のフレームを用いて送信され、当該フレームは特定の周期（例えば１２５μ秒）を有する。そして、波長切替を行うのは、波長λ１のあるフレーム周期で当該ＯＮＵ３に割り当てているタイムスロットの終了時刻（時刻１）から、これに続く、移行先の波長λ２のフレーム周期で当該ＯＮＵ３に割り当てようとするタイムスロットの開始時刻までの時間内の時刻とする。また、フレーム同期をヘッダを用いて行うのは、時刻１から、移行先である波長λ２のヘッダ開始時刻までの時間内でなければならない。なお、より詳細な説明は動作の項で詳細に行なう。

なお、上りについては、下りと異なり、各ＯＮＵ３が先頭に同期用のプリアンブル情報を付与したバースト状の信号を送信する。これを上りフレームと呼ぶ。

また、高速切替制御部１１ａは、高速切替用フレーム組立部１２１に対して、高速切替時に、通常の波長切替とは異なる高速切替用フレームの組み立て指示をする。

なお、高速波長切替を行なうか否かの判断は、受信部１１０からの制御情報に基づいて、当該ＯＮＵ３との間のサービスの種類や、当該ＯＮＵ３の要求帯域が急増したことなどを勘案して判断するようにしてもよい。より具体的には、超低遅延サービスのＯＮＵ３について、その時点で割り当てている帯域では要求されている超低遅延サービスを提供できないような場合に高速波長切替を行なうようにしてもよい。

［ＳＷ部］
ＳＷ部１２は、コア網（上位網）と接続しており、コア網とＯＳＵ１４との間のパケットの送受信を中継するスイッチである。

ＳＷ部１２は、システム制御部１１から通知されたＯＮＵ３の収容先に関する情報に従って、コア網から受信したユーザデータのパケットを、当該ユーザパケットの宛先のＯＮＵ３と接続しているＯＳＵ１４－１又はＯＳＵ１４－２のいずれかに転送する。また、ＳＷ部１２は、ＯＳＵ１４－１及び１４－２によって受信処理されたユーザデータを受け取ると、そのユーザデータをコア網に送信する。

［ＯＳＵ］
ＯＳＵ１４（１４－１及び１４－２）は、各ＯＮＵ３との間で光通信を行なう光終端部である。ＯＳＵ１４は、それぞれ異なる波長で光通信を行なう。ＯＳＵ１４は、システム制御部１１の制御により、各ＯＮＵ３の要求帯域に応じたタイムスロットを割り当てて、その割り当て情報とコア網から受信したＯＮＵ３宛のユーザデータとを時分割多重化して送信する。

上述したように、システム制御部１１は、各ＯＮＵ３との間のトラフィックやサービスを勘案して、各ＯＮＵ３を、ＯＳＵ１４－１及び１４－２のいずれかに収容させるかを決定する。そして、システム制御部１１により決定された制御情報が、ＳＷ部１２及びＯＳＵ１４に通知され、さらに各ＯＳＵ１４を経由して各ＯＮＵ３に通知される。これにより、各ＯＳＵ１４と、各ＯＳＵ１４に収容される各ＯＮＵ３との間で光通信が行なわれる。

各ＯＮＵ３を収容するＯＳＵ１４は、物理的にはＯＮＵ３内の波長可変送信器２３／波長可変受信器２５に設定される波長で決まる。この制御情報はＯＬＴ１のシステム制御部１１から、ＯＳＵ１４とＯＮＵ３との間で送受信する情報の一部として制御データを送り、更にＯＮＵ制御部２１に制御データを通知して制御する。

ここで、各ＯＳＵ１４への各ＯＮＵ３の収容例を説明する。例えば、ＯＳＵ１４－１及びＯＳＵ１４－２はそれぞれ異なる波長λ１、λ２を使用する。ＯＳＵ１４－１及びＯＳＵ１４－２はそれぞれ、下り通信及び上り通信の両方で、１波長で１０Ｇｂ／ｓの光通信を行なうものとする。すなわち、ＯＳＵ１４－１と、ＯＳＵ１４－１に収容されるＯＮＵ３とは、波長λ１で下り通信と上り通信を行ない、ＯＳＵ１４－２と、ＯＳＵ１４－２に収容されるＯＮＵ３とは、波長λ２で下り通信と上り通信を行なう。各ＯＳＵ１４は各々最大１０Ｇｂ／ｓで通信可能とし、１台のＯＳＵ１４－１、ＯＳＵ１４－２には、０台～５台のＯＮＵ３が収容可能であるとする。また、各ＯＮＵ３が使用する波長は、上りと下り各々１波長だが、上りと下りは別波長を用いても良い。

上述したような場合で、例えば、ＯＮＵ３－１～ＯＮＵ３－５の通信量（要求帯域）が、８Ｇｂ／ｓ，２Ｇｂ／ｓ，３Ｇｂ／ｓ，３Ｇｂ／ｓ，３Ｇｂ／ｓであるとし、ＯＳＵ１４－１が、ＯＮＵ３－１とＯＮＵ３－２を収容し、ＯＳＵ１４－２が、ＯＮＵ３－３、ＯＮＵ３－４、ＯＮＵ３－５を収容しているものとする。

この例の場合、ＯＳＵ１４－１の波長λ１の合計帯域は１０Ｇｂ／ｓとなり、ＯＳＵ１４－２の波長λ２の合計帯域は９Ｇｂ／ｓとなるので、それぞれ不足なく通信できる（最大帯域１０Ｇｂ／ｓ以下で通信できる）ので好適な収容例と言える。この例の場合、波長λ２は１Ｇｂ／ｓだけ余る。

なお、ＯＮＵ３－１～ＯＮＵ３－５の通信量が全て２Ｇｂ／ｓならば、ＯＳＵ１４－１で全てのＯＮＵ３－１～ＯＮＵ３－５を収容するようにしてもよい。この場合、ＯＳＵ１４－２は収容するＯＮＵ３がないため停止させられるので、消費電力の観点から好適な収容方法と言える。つまり、各ＯＮＵ３の要求帯域量やサービスを勘案して、ＯＳＵ１４－１及びＯＳＵ１４－２のうちいずれか一方のＯＳＵ１４に、全てのＯＮＵ３を収容させることもでき、その場合、消費電力を低減させることができる。

ＯＳＵ１４（１４－１及び１４－２）は、ＯＳＵ制御部１００、受信部１１０、送信部１２０を有する。

［受信部］
受信部１１０は、受信フレーム処理部１１１と、光受信部１１２とを有する。

光受信部１１２は、光合分波器１３から光信号を受信し、光信号を電気信号に変換する。

受信フレーム処理部１１１は、光受信部１１２からのデータを解析して、当該データがユーザデータであるときにはＳＷ部１２に与え、当該データが制御データであるときにはＯＳＵ制御部１００に与える。

［ＯＳＵ制御部］
ＯＳＵ制御部１００は、ＯＳＵ１４における処理を制御する。ＯＳＵ制御部１００は、各ＯＮＵ３との間で制御情報（制御データ）の送受信処理や、帯域制御処理、通常の波長切替処理、高速波長切替処理などを行なう。

ここで、通常の波長切替処理は、ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．９８９．３標準化技術に基づく波長切替処理を意図する。つまり、所定条件に基づいて、あるＯＮＵ３について波長切替を行うようにシステム制御部１１から指示されたときには、ＩＴＵ－Ｔ Ｇ．９８９．３標準化技術に従って、波長変更前のＯＳＵ１４－１のＯＳＵ制御部１００は、ＯＮＵ３に対して波長切替信号（Ｔｕｎｉｎｇ＿Ｃｏｎｔｒｏｌ）を送信する。そして、新たなリンクが確立した後に、ユーザデータの送受信を開始する。なお、波長切替信号はフレームヘッダに乗せてＯＮＵ３に通知する。

高速波長切替処理は、高速切替制御部１１ａから指示により行なわれる処理であり、通常の波長切替処理よりも高速で波長切替を行なう処理である。高速波長切替処理の詳細については、動作の項で詳細に説明する。

＜ＯＮＵ管理制御部＞
ＯＮＵ管理制御部１０１は、システム制御部１１からの制御情報に基づいて、当該ＯＳＵ１４が収容するＯＮＵ３に関する情報を保持しており、各ＯＮＵ３との間の光通信処理を制御する。

ＯＮＵ管理制御部１０１は、ＯＮＵ３を制御または管理するための情報を、送信部１２０に通知する。ここで、ＯＮＵ３に関する情報は、例えば、各ＯＮＵ３の登録、光送信出力強度および光波長に関するＰＬＯＡＭの情報を含む。

［送信部］
送信部１２０は、高速切替用フレーム組立部１２１、高速切替用フレームヘッダ組立部１２２、光送信部１２５を有する。

高速切替用フレームヘッダ組立部１２２は、高速切替制御部１０２からＯＳＵ制御部１００内のＯＮＵ管理制御部１０１経由で高速切替制御情報が通知されると、対象とするＯＮＵ３に対する、移行先の波長と、移行先の波長への切替時刻に関する情報とを含む高速切替指示情報を挿入したフレームを組み立てる。フレームヘッダには、これ以外にも、収容するＯＮＵ３が送信すべき時刻情報（ＢｗＭａｐ）等が含まれる。

高速切替用フレーム組立部１２１は、ＯＮＵ３宛のユーザデータを当該ＯＮＵ３に送信するため、ＳＷ部１２から贈られたＯＮＵ３宛のユーザデータと、高速切替用フレームヘッダ組立部１２２からのフレームヘッダを用いて送信フレームを組み立てる。

ここで、高速切替用フレームヘッダ組立部１２２は、高速切替時に、対象とするＯＮＵ３がフレーム同期パターンの読み落とし等を防止するため、通常のフレーム同期信号ＰＳｙｎｃに加えて、波長切替時にフレーム同期信号ＰＳｙｎｃと同じ目的の冗長信号を追加した高速切替用フレームヘッダを組み立てる。この高速切替用フレームの構成については、動作の項で詳細に説明する。

光送信部１２５は、高速切替用フレーム組立部１２１からの送信フレームを所定の波長（例えば波長λ１等）の光信号で送信する。

［光合分波フィルタ］
光合分波器１３は、ＯＳＵ１４－１及びＯＳＵ１４－２からの光信号（「信号光」とも呼ぶ。）を波長多重して、波長多重化した光信号を送出する。これにより、波長多重化された光信号がスプリッタ２を介して各ＯＮＵ３に送信される。また、スプリッタ２を介して光信号が受光されると、光合分波器１３は、光信号を分波し、分波した光信号をＯＳＵ１４－１及びＯＳＵ１４－２に与える。

（Ａ－１－２）ＯＮＵ（子局装置）
ＯＮＵ３（３－１～３－５）は、加入者端末と通信すると共に、光ファイバを通じてスプリッタ２と接続している。ＯＮＵ３は、ＯＮＵ制御部２１、送信フレーム処理部２２、波長可変送信器２３、光合分波器２４、波長可変受信器２５、受信フレーム処理部２６、高速フレーム同期部２７を有する。

［送信フレーム処理部］
送信フレーム処理部２２は、加入者端末側からユーザデータを受け取ると、一旦、内部のキューに溜め、ＯＮＵ制御部２１から指示された時刻に指示された量の情報を格納した送信フレームを組み立てて、波長可変送信器２３に与える。送信フレーム処理部２２は、ユーザデータの他、ＯＮＵ制御部２１からの指示によりＯＮＵ３の情報やキュー長情報を波長可変送信器２３に送る。

［波長可変送信器］
波長可変送信器２３は、ＯＮＵ制御部２１の制御によって送信すべきＯＳＵ１４の波長に設定され、送信フレーム処理部２２から入力した送信フレームをその波長で送信する。

［光合分波器］
光合分波器２４は、波長可変送信器２３からの光信号を、光ファイバを介してスプリッタ２に送出する。また、光合分波器２４は、スプリッタ２から放送的に分配された光信号を受信すると、その光信号を波長可変受信器２５に与える。

［波長可変受信器］
波長可変受信器２５は、ＯＮＵ制御部２１の制御により、ＯＳＵ１４との間で使用する波長が設定され、その波長を分離して受信し、受信したビットストリームを受信フレーム処理部２６と高速フレーム同期部２７とに与える。

［高速フレーム同期部］
高速フレーム同期部２７は、その内部に同期パタン照合部２７１とフレーム同期信号生成部２７２が配備され、同期パタン照合部２７１によって、波長可変受信器２５から入力したビットストリームから、同期に用いるＰＳｙｎｃやＳＦＣといった同期に関する情報のパタンを検出し、その情報をフレーム同期信号生成部２７２に与える。フレーム同期信号生成部２７２の内部には、同期状態管理部２７３が配備され、同期に関する情報を元に、自分がいま、どの状態にいるかを管理し、同期がとれている際は、ビットストリームのどこがフレーム先頭であるかの同期タイミングに関する情報を受信フレーム処理部２６に送る。自分がどの状態にいるかに関する情報は、ＯＮＵ制御部２１に対しても通知する。また、高速フレーム同期部２７は、ＯＮＵ制御部２１内部の高速切替部２１１からの指示により、切替に伴い、同期状態管理部２７３に対して、強制的に同期状態を遷移させる指示を送る。これらの処理については動作の項で詳細に説明する。

［受信フレーム処理部］
受信フレーム処理部２６は、波長可変受信器２５からビットストリームと高速フレーム同期部２７からの同期に関する情報を受信し、ビットストリームから、フレーム先頭位置を検出して、そのヘッダ情報、トレイラ情報及びペイロード情報を分離した上で解析し、制御データであればＯＮＵ制御部２１に与え、ユーザデータであれば加入者端末に送出する。

［ＯＮＵ制御部］
ＯＮＵ制御部２１は、当該ＯＮＵ３における処理を司る。ＯＮＵ制御部２１は、受信フレーム処理部２６を通じて、ＯＳＵ１４からの制御用メッセージを受け取り、対応するＯＳＵ１４との間の光通信を制御する。

ＯＮＵ制御部２１は、送信フレーム処理部２２に対して、光通信をするＯＳＵ１４に、ＯＮＵ３からの制御・管理に関する情報、送信して良い時刻と量を与える。また、ＯＮＵ制御部２１は、波長可変送信器２３に対して、通信に使用する波長の情報を与える。さらに、ＯＮＵ制御部２１は、波長可変受信器２５に対しても使用する波長の情報を与える。

ＯＮＵ制御部２１は、高速切替部２１１を有する。

高速切替部２１１は、受信した制御用メッセージに、高速切替指示情報が含まれているとき、波長可変送信器２３及び波長可変受信器２５に対して、移行先の波長に高速切替することを指示する。

例えば、高速切替指示情報には、移行先の波長と、移行先の波長への切替時刻に関する情報が含まれている。移行先の波長への切替時刻は、当該ＯＮＵ３が通信をしておらず、他のＯＮＵ３が通信をしている時間内の時刻である。つまり、例えば、あるフレーム周期期間で、ＯＮＵ３が変更前の波長で通信を終了した時刻から、次のフレーム周期期間で、ＯＮＵ３が変更後の波長（移行先の波長）で通信を開始する時刻までの時間内を切替時刻とする。したがって、当該ＯＮＵ３がこの時間内の時刻で、移行先の波長に切り替えることで、当該ＯＮＵ３にとっては、あたかも通信が途絶することなく、繋がったまま波長切替を行なったかのように見せることができる。なお、高速波長切替処理の詳細な説明は動作の項で行う。

（Ａ－２）実施形態の動作
次に、実施形態に係る光通信システム５における波長切替処理の動作について、図面を参照しながら詳細に説明する。

以下では、機能Ａ～機能Ｄを順次説明するが、機能Ａ～機能Ｄのそれぞれを単独で適用しても良いし、機能Ａ～機能Ｄのうち複数の機能を適宜組み合わせて適用しても良いし、全ての機能を組み合わせても良い。

（Ａ－２－１）機能Ａ（高速波長切替（その１））
図４は、実施形態に係る高速波長切替の動作を説明する説明図である。

ここでは、３台のＯＮＵ３－１～３－３が、２台のＯＳＵ１４－１及び１４－２のいずれかに収容されている系を例示する。なお、図４では、例えば「ＯＮＵ３－１」を「ＯＮＵ＃１」等と表現している。

ＯＳＵ１４－１は、波長λ１で、収容しているＯＮＵ３との間で光通信し、ＯＳＵ１４－２は、波長λ２で、収容しているＯＮＵ３との間で光通信する。

図４は、時間の流れの中で、各波長帯域（波長λ１、波長λ２）の使われ方を示している。つまり、ヘッダ情報（図４では「Ｈ」と表現している。）や、波長毎のタイムスロットに割り当てて、ＯＮＵ３－１～ＯＮＵ３－３宛の情報が流れる時間（タイムスロット）、意味のある情報が流れていない時間（タイムスロット）を示している。

例えば、図４では、所定のフレーム周期（例えば１２５μ秒）のＰＨＹフレームのタイムスロットを示している。ここでは説明を容易にするため、各波長の１個のＰＨＹフレームには１０個のタイムスロットを設定し、各ＯＳＵ１４は、各ＯＮＵ３の帯域に応じてタイムスロットを割り当てている（実際には任意の長さのタイムスロットが取れる）。各ＯＳＵ１４は、各ＯＮＵ３に割り当てたタイムスロットで、対応する各ＯＮＵ３に情報を送信する。換言すると、各ＯＳＵ１４が、収容している各ＯＮＵ３に送出した信号は、各波長で時分割多重されて各ＯＮＵ３に送信される。

ＯＬＴ１において、システム制御部１１は、波長毎に割り当てたＯＮＵ３－１～ＯＮＵ３－３の通信帯域を管理している。

図４において、ＰＨＹフレームＴ１では、ＯＮＵ３－１（ＯＮＵ＃１）及びＯＮＵ３－２（ＯＮＵ＃２）が、ＯＳＵ１４－１に収容されており、波長λ１で光通信しているものとする。より具体的には、例えば、ＯＮＵ３－１にはペイロードの３０％程度の時間が割り当てられ、ＯＮＵ３－２にはペイロードの６０％程度の時間が割り当てられており、ＯＮＵ３－１及びＯＮＵ３－２宛の情報が送信されている。

他方、ＯＮＵ３－３は、ＯＳＵ１４－２に収容されており、波長λ２で光通信しているものとする。ＯＮＵ３－３には、ペイロードの４０％程度の時間が割り当てられている。

上述した状態で、ＯＮＵ３－１が更に大容量の通信を行う必要があり、ペイロードの６０％に相当する量の通信が必要な状態になったとする。

このとき、ＰＨＹフレームＴ１で波長λ１には、１０％程度しか空きがないのに対して、波長λ２には、６０％程度の空きがある。

したがって、ＯＬＴ１のシステム制御部１１は、他のＯＮＵ宛の帯域を減らすことなく、ＯＮＵ３－１宛の通信帯域を拡大させるため、ＯＮＵ３－１の波長を波長λ１から波長λ２に変更指示を、ＯＳＵ１４－１及びＯＳＵ１４－２に対して行なう。

このとき、ＯＬＴ１において、高速切替制御部１１ａは、ＯＳＵ１４－１の高速切替用フレーム組立部１２１に対して、ＯＮＵ３－１の使用する波長を波長λ２に高速切替すること、ＯＮＵ３－１にＰＨＹフレームＴＮのタイミングで波長を切り替えることを含む高速切替制御情報を通知する。

これを受けて、ＯＳＵ１４－１の高速切替用フレーム組立部１２１は、ＰＬＯＡＭ信号に、ＯＮＵ３－１に対して波長λ２に高速切替切り替えること、ＯＮＵ３－１にＰＨＹフレームＴＮのタイミングで波長λ２に切り替えることを含む高速切替指示情報を挿入し、ＯＮＵ３－１に送信する。

ここで、高速切替指示情報に含める移行先の波長λ２への切替時刻について、図４を参照して説明する。

移行先の波長への切替時刻は、ＯＮＵ３－１が通信をしておらず、他のＯＮＵ３が通信をしている時間内の時刻とする。例えば、図４の例の場合、ＰＨＹフレームＴＮのタイミングで、ＯＮＵ３－１に対して波長λ２への高速切替を指示するものとする。

その場合、例えば、高速切替制御部１１ａは、ＰＨＹフレームＴＮの直前のＯＮＵ３－１に対して割り当てている帯域と、ＰＨＹフレームＴＮにおいてＯＮＵ３－１に割り当てようとする帯域とを見る。変更前の波長λ１のＰＨＹフレームＴＮ－１では、第１番目から第３番目までの３個のタイムスロットをＯＮＵ３－１宛に割り当てている。他方、変更後の波長λ２のＰＨＹフレームＴＮでは、第５番目から第１０番目までの６個のタイムスロットをＯＮＵ３－１宛に割り当てようとすることができる。

したがって、この例の場合、高速切替制御部１１ａは、ＰＨＹフレームＴＮ－１の第４番目のタイムスロットの開始時刻から、ＰＨＹフレームＴＮの第５番目の開始時刻までの時間内の時刻を、波長λ２への切替タイミング（図４では、「切替タイミングＡ」と示している）とする。

ＯＮＵ３－１において、ＯＮＵ制御部２１は、ＯＳＵ１４－１から受信した信号に高速切替指示情報が含まれていることを検出すると、その情報に使用波長を波長λ２に高速切替することと、波長λ２への切替タイミング（切替作業の開始と終了の時刻で、それらは切替タイミングＡに含まれている）が含まれていることを認識する。

そして、ＯＮＵ制御部２１の高速切替部２１１は、高速切替指示情報で指示された移行先の波長への切替時刻に関する情報に基づき、図４に例示する切替タイミングＡとして示した時刻に、波長可変送信器２３及び波長可変受信器２５に対して、移行先の波長λ２に高速切替することを指示する。

移行先の波長への切替時刻に関する情報としての時間（図４の切替タイミングＡの時間）は、本来、ＯＮＵ３－１が通信せず、他のＯＮＵが通信している時間である。それゆえ、この時間内に、ＯＮＵ３－１が使用する波長を切替ことにより、ＯＮＵ３－１にとっては、あたかも通信が途絶することなく、繋がったまま波長切替を行なうことができる。

その結果、他のＯＮＵ３の帯域を減らすことなく、ＰＨＹフレームＴＮのタイミングで、ＯＮＵ３－１の使用波長を波長λ２に変更することができ、かつ、ＯＮＵ３－１宛の帯域を拡大することができる。但し、別の理由により、切替は切替タイミングＡではなく、そこに含まれるヘッダ領域Ｈよりも前であることが好適であることを後に述べる。

（Ａ－２－２）機能Ｂ（高速波長切替（その２））
上述した機能Ａの手法により、ＯＮＵ３－１の波長を高速切替することができるが、ＯＮＵ３－１が、移行先の波長λ２でＯＳＵ１４－２からの下り信号を受信するためには、波長λ１と波長λ２のフレームが完全に同期していることが要求される。

ここで、変更前の波長λ１と変更後の波長λ２のフレームが１ビットのずれもなく同期している状態を「波長間完全同期状態」と呼ぶ。

図４では、波長λ１と波長λ２とが波長間完全同期状態である場合を例示しており、波長間完全同期状態であれば、ＯＮＵ３－１が、図４の切替タイミングＡの時間内の時刻で波長切替することで、下り信号を受信することができる。

しかし、波長間完全同期状態でない場合、すなわち両波長のフレーム同期が１ビットでもずれている場合、ＯＮＵ３－１は、下り信号のヘッダの開始位置が変わるので正しく受信できない。

そこで、以下では、波長間のフレームが完全に同期していない場合も考慮した波長切替時刻で波長切替を行なうようにする。

高速切替部２１１は、変更前の波長λ１と変更後の波長λ２のフレーム位相に関して推定される最大位相差の時間Ｔ１、ビット同期に要する時間Ｔ２としたときに、少なくとも、現在のフレーム先頭位置に対してＴ１＋Ｔ２だけ先行する時刻に波長切替を行なう。

また、何らかの誤差に対する所定のマージン時間をＴ３として、高速切替部２１１は、現在のフレームの先頭位置に対してＴ１＋Ｔ２＋Ｔ３だけ先行する時刻に波長切替を行なう。

換言すると、高速切替部２１１は、フレーム同期信号ＰＳｙｎｃの先頭位置に対して、Ｔ１＋Ｔ２だけ先行する時刻、又は、Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３だけ先行する時刻を切替時刻として波長切替を行なう。

図５は、実施形態に係るＯＮＵ３－１の高速切替部２１１による切替タイミングを説明する説明図である。

図５では、ＩＴＵ－Ｔ標準のフレーム構成のうち、フレームの最終部分とフレームの先頭部分との関係を示しており、図５（Ａ）と図５（Ｂ）とは、フレームの先頭位置の最大誤差を示している。

フレーム同期は、フレーム先頭にある物理制御ブロック（ＰＳＢｄ）と呼ばれる領域に存在している、フレーム同期信号ＰＳｙｎｃの固定パターンと、それに続くＳＦＣの値とを検出することで確立している。

ここで、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、変更前の波長と変更後の波長との間のフレームの先頭位置の最大誤差の時間を考慮し、フレーム先頭位置に対して、フレーム先頭位置の最大誤差の時間だけ先行した時刻を切替時刻として波長切替する。つまり、フレーム同期信号ＰＳｙｎｃよりも前の時刻で波長切替を行なう。これにより、両波長のフレームが完全に同期していない場合、すなわちフレーム先頭位置がずれていても、波長切替後に、フレーム同期信号ＰＳｙｎｃの固定パターン（同期パターン）及びＳＦＣの値を検出することができ、再同期することができる。その結果、ＯＮＵ３－１は、移行先波長のＯＳＵ１４－２からの下り信号を受信できる。

例えば、光波長の切替やビット同期に要する時間とフレーム同期のずれの時間の合計値が、設計上、最大１６バイト（＝１２８ビット）以内と見込まれるとする。その場合、図５（Ａ）に示すように、フレーム同期信号ＰＳｙｎｃの直前の「＃６２７のパリティ（３２バイト）」の中央付近の時刻、つまりフレーム同期信号ＰＳｙｎｃの先頭位置から１６バイトの時間だけ前の時刻（図５（Ａ）では、「切替タイミングＢ」と表記する時刻）を、波長切替時刻として波長切替する。

図５（Ａ）の切替タイミングＢの時刻を波長切替時刻として波長切替することで、仮に両波長のフレーム同期にずれがあったとしても、波長切替後に、フレーム同期信号ＰＳｙｎｃとＳＦＣの値が流れてくるので、フレーム先頭位置を検出することができる。

換言すると、見込まれる波長間のフレーム先頭位置の最大誤差の時間を残した時刻に波長切替を行えば、波長間でフレーム同期が取れておらず、フレーム位相差があっても、ただちに再同期して受信することが可能となる。

なお、図５（Ａ）の切替タイミングＢの時刻よりもはるかに前の時刻で、高速切替部２１１が波長切替を行っても多くの場合は正常に動作する。しかし、フレーム同期信号ＰＳｙｎｃの同期パターン及びＳＦＣの値と同じビット列が、偶然、ＯＮＵ３－１に届いてしまい、誤ったタイミングで同期してしまう可能性もある。そのため、フレーム同期信号ＰＳｙｎｃの先頭位置から、計算上、導出した波長間のフレーム先頭位置の最大誤差の時間だけ前の時刻、若しくは、所定のマージン時間を更に加算した時刻に波長切替することが好適である。

（Ａ－２－３）機能Ｃ（同期状態制御）
次に、実施形態のＯＮＵ３－１における同期状態管理部２７３及び高速フレーム同期部２７の処理動作について、図面を参照しながら詳細に説明する。

従来、波長切替対象のＯＮＵ３において波長が切り替えられ、フレーム同期を外して再同期が確立するまでには、図３に例示する状態遷移に従って動作している。

図３を用いて、フレーム同期が外れ、再同期が確立するまでの従来の状態遷移を改めて説明する。

例えば、図３において、同期状態（Ｓｙｎｃ ｓｔａｔｅ）で、所定のフレーム周期（例えば１２５μ秒）のＰＨＹフレーム中のフレーム同期信号ＰＳｙｎｃを検出できず、再同期状態（Ｒｅ－Ｓｙｎｃ ｓｔａｔｅ）に遷移し、さらにその後、再同期状態（Ｒｅ－Ｓｙｎｃ ｓｔａｔｅ）で、連続して２回（Ｎ－１：Ｎが「３」）のフレーム同期信号ＰＳｙｎｃを検出できないとき、フレーム同期外れの状態（Ｈｕｎｔ状態）となる。

その後、Ｈｕｎｔ状態でフレーム同期信号ＰＳｙｎｃを検出して同期前状態（Ｐｒｅ－Ｓｙｎｃ ｓｔａｔｅ）に遷移し、同期前状態でフレーム同期信号ＰＳｙｎｃを検出して同期状態に遷移するまでの時間が必要となる。

したがって、従来の波長切替手続では、少なくとも３回連続でフレーム同期信号ＰＳｙｎｃを検出できないときに、初めてフレーム同期外れを検出し、さらに、その後、２回連続でフレーム同期信号ＰＳｙｎｃを検出したときに再同期を確立している。そうすると、少なくとも５回のフレーム同期信号ＰＳｙｎｃがＯＮＵ３に届くまでの時間が必要となり、再同期が確立するまで時間を要している。

そこで、以下では、同期状態管理部２７３が新たに同期状態遷移を管理して、同期状態管理部２７３の制御により高速フレーム同期部２７が高速フレーム同期を実施して、再同期が確立するまでの時間を従来よりも短くする。

図６は、実施形態に係るＯＮＵ３－１が下り信号を同期するための同期状態遷移図である。

図６に示すように、実施形態に係る同期状態遷移では、高速同期状態（ＤＳ Ｔｕｎｉｎｇ Ｓｔａｔｅ）を新たに設定している。

高速同期状態（ＤＳ Ｔｕｎｉｎｇ Ｓｔａｔｅ）は、波長切替タイミングの直前で、ＯＮＵ３の状態を高速波長切替用のフレーム同期外れの状態とし、フレーム同期信号の受信により、ＯＮＵ３の状態を再同期させる状態である。

ＯＮＵ３－１が、ＯＬＴ１（例えばＯＳＵ１４－１）から高速切替指示情報が通知されると、同期状態管理部２７３は、波長切替タイミングの直前に、高速フレーム同期部２７に対して、同期状態（Ｓｙｎｃ Ｓｔａｔｅ）から高速同期状態（ＤＳ Ｔｕｎｉｎｇ Ｓｔａｔｅ）に移行するように指示する。図６では、「ＤＳ Ｔｕｎｉｎｇ Ｓｔａｒｔ Ｔｉｍｅ」が同期状態管理部２７３の指示に該当する。これにより、高速フレーム同期部２７は、フレーム同期を外す。

高速同期状態（ＤＳ Ｔｕｎｉｎｇ Ｓｔａｔｅ）で、同期パタン照合部２７１がフレーム同期信号ＰＳｙｎｃを検出し、かつ、今回のＳＦＣの値が前回のＳＦＣの値に「１」を加えた正しい値を検出したとき、ＯＮＵ３－１の状態を同期状態（Ｓｙｎｃ Ｓｔａｔｅ）に戻す。

つまり、波長切替タイミングの直前で、高速同期状態（ＤＳ Ｔｕｎｉｎｇ Ｓｔａｔｅ）となり、フレーム同期を外し、その後、１回のフレーム同期信号ＰＳｙｎｃの検出で、再同期が成立したと判断して、同期状態（Ｓｙｎｃ Ｓｔａｔｅ）に遷移させることができる。

つまり、従来の波長切替手続では、少なくとも５回のフレーム同期信号ＰＳｙｎｃがＯＮＵ３－１に届くまでの時間が必要であったが、この実施形態によれば、高速切替時に、高速同期状態（ＤＳ Ｔｕｎｉｎｇ Ｓｔａｔｅ）に遷移した後、１回のフレーム同期信号ＰＳｙｎｃがＯＮＵ３－１に届いた時間で、再同期が確立する。すなわち、フレーム同期を外した後、再同期するまでの時間が、従来よりも短縮される。

他方、図６の高速同期状態（ＤＳ Ｔｕｎｉｎｇ Ｓｔａｔｅ）で、フレーム同期信号ＰＳｙｎｃの検出、及び又は、正しいＳＦＣの値を検出できなかった場合、所定時間経過後（Ｔｉｍｅ ｏｕｔ）に、Ｈｕｎｔ状態（Ｈｕｎｔ Ｓｔａｔｅ）に遷移する。

この場合も、従来は、少なくとも３回連続でフレーム同期信号ＰＳｙｎｃを検出できないときに、初めてフレーム同期を外し、ＯＮＵ３－１の状態をＨｕｎｔ状態に遷移させている。これに対して、この実施形態では、高速切替時に、高速同期状態（ＤＳ Ｔｕｎｉｎｇ Ｓｔａｔｅ）に遷移した後、１回のフレーム同期信号ＰＳｙｎｃの検出、及び又は、正しいＳＦＣの値を検出できなかったときに、Ｈｕｎｔ状態にさせることができる。すなわち、Ｈｕｎｔ状態に遷移させるまでの時間が従来よりも短縮される。

このような動作により、フレームの再同期を高速で行うことができ、その後の通信が再開される。

なお、上述した動作が実現される条件として、各波長のＯＳＵ１４－１及びＯＳＵ１４－２は、ある予想されたフレームの位相差以内で動作し、同一フレームのＳＦＣの値は、全ＯＳＵ１４－１及び１４－２が同じ値を持つことが必要である。また、ＳＦＣの値がＯＳＵ１４－１及びＯＳＵ１４－２で違う場合であっても、ＯＮＵ３がＳＦＣの値がいくつ違うかを知っている必要がある。

（Ａ－２－４）機能Ｄ（誤同期防止処理）
次に、実施形態において、ＯＬＴ１とＯＮＵ３との間で授受される高速切替用フレームの構成について、図面を参照しながら詳細に説明する。

上述した（Ａ－２－１）～（Ａ－２－３）で説明した処理動作により、基本的に、ＯＮＵ３は波長を高速切替することができるが、以下のような懸念事項がある。
（１）ＯＮＵ３が波長切替直後にシステム（光通信システム５）が不安定な状態となり、ＯＮＵ３が受信した値に誤りが生じて、同期パターン（フレーム同期信号ＰＳｙｎｃの固定パターン）を正しく読み取れず、見逃してしまったり、ＳＦＣの値を読み間違ってしまったりすること。
（２）「切替タイミングＢ」からフレーム同期信号ＰＳｙｎｃを受信するまでの時間に、極めて偶然に、フレーム同期信号ＰＳｙｎｃ及びＳＦＣの値と同じ値のパターンを受信してしまい、フレーム同期のタイミングを誤ってしまう（誤同期）可能性があること。

上述した懸念事項に鑑み、フレーム同期信号ＰＳｙｎｃの取りこぼしや誤同期などを回避するため、ＯＬＴ１は、フレーム同期信号ＰＳｙｎｃの誤り訂正のための冗長情報を付与（追加）した高速切替用フレームをＯＮＵ３－１に送信する。

ＯＬＴ１において、ＯＳＵ１４の高速切替用フレーム組立部１２１は、高速切替時に、フレーム同期信号ＰＳｙｎｃと同じ目的の冗長情報を、フレーム先頭付近に追加して高速切替用フレームを組み立てて、その高速切替用フレームをＯＮＵ３－１に送信する。より具体的に、ＰＨＹフレームの先頭にはＰＳＢｄが設けられるが、ＰＳＢｄの直前又は直後に、冗長情報が追加される。

冗長情報は、ＰＳＢｄを構成するフレーム同期信号ＰＳｙｎｃの固定パターンとは異なる別のパターンのビット列としても良いし、同じパターンのビット列としてもよい。

この実施形態では、２個のフレーム同期信号ＰＳｙｎｃを冗長情報とする場合を例示する。つまり、ＰＳＢｄは、８バイトのフレーム同期信号ＰＳｙｎｃ、８バイトのＳＦＣ、８バイトのＯＣ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）で構成されるが、フレーム同期信号ＰＳｙｎｃの直前又は直後に、８バイトのＰＳｙｎｃのパターンを２個追加するものとする。

なお、この実施形態では、２個のＰＳｙｎｃ（８バイト×２個＝１６バイト）を冗長情報として追加する場合を例示するが、ＰＳｙｎｃの数は２個に限定されず、３個以上であってもよい。また、冗長情報は、２個のＰＳｙｎｃに限らず、例えば、８バイトのＰＳｙｎｃ及び８バイトのＳＦＣとしてもよい。いずれにしても、フレーム同期信号ＰＳｙｎｃの取りこぼしや誤同期を回避するため、ＰＳＢｄの直前又は直後に冗長情報を追加する。

ここで、冗長情報を追加する方法は、様々な方法を適用できるが、その一例を説明する。

第１の方法は、通常のフレームに冗長情報を追加して、通常のフレームのフレーム長よりも冗長情報のビット列の分だけフレーム長を長くする方法（以下、「挿入法１」とも呼ぶ。）である。

つまり、通常のフレーム同期に用いるビット列の長さを「Ｓ」としたとき、冗長情報を追加することで、冗長情報のヒット列の分だけフレーム長が長くなるので、冗長情報を追加したフレームのフレーム長は「Ｓ」よりも長くなる。より具体的には、２個のＰＳｙｎｃ（８バイト×２個＝１６バイト）と同じパターンを冗長情報として追加する場合、冗長情報の１６バイト分だけフレーム長が長くなる。

第２の方法は、フレーム中のペイロードの一部を削除して冗長情報を追加する方法である。つまり、冗長情報を追加したフレームのフレーム長が、通常のフレームのフレーム長となるように、冗長情報のビット列の分だけペイロードの一部を削除する。

更に、第２の方法は、（ａ）高速切替時だけ、ペイロードの一部を削除して、冗長情報を追加し、高速切替時以外の通常のときには冗長情報を追加しない方法（以下、「挿入法２Ａ」とも呼ぶ。）と、（ｂ）常に冗長情報を追加する方法（以下、「挿入法２Ｂ」とも呼ぶ。）とがある。

挿入法２Ａの場合、ＯＬＴ１は、切替先波長の全ＯＮＵ３に対して、高速波長切替のために、ペイロードの長さが短くなり、冗長情報が追加されることを通知する必要がある。この通知方法は様々な方法を適用できるが、例えば、高速波長切替前のフレームヘッダ等に、その旨を示す情報を付与したフレームを、当該波長を使用している全ＯＮＵ３に対して送信することで実現できる。

挿入法２Ｂの場合、事前にＯＬＴ１とＯＮＵ３との間で事前にフレーム構成に関して認識を合わせておくことで実現できる。

図７及び図８は、実施形態に係る挿入法２Ａを実現するフレーム構成の一例を示すフレーム構成図である。

図７及び図８に示すように、ペイロードの一部を削除し、冗長情報を追加する挿入法２Ａの一例を例示する。ここでは、６つの例を説明する。

図７（Ａ）は、切替時のフレームの先頭位置に存在するＰＳＢｄの直前に、２個のＰＳｙｎｃのパターン（各８バイト）を挿入し、切替前のフレームの最後に存在するペイロードの長さを１６バイト分だけ短くする場合の例である。この場合、切替時のフレームの先頭位置（つまりＰＳＢｄの先頭位置）は、切替前のフレームの先頭位置と同じ位置とすることができる。切替前のフレームと切替時のフレームとで、ＰＳＢｄが同じ位置なので、実装する回路規模を小さくすることができる。

図７（Ｂ）は、切替時のフレームの先頭位置に存在するＰＳＢｄの直前に、２個のＰＳｙｎｃのパターン（各８バイト）を挿入し、切替時のフレームの最初に存在するペイロードの長さを１６バイト分だけ短くする場合の例である。この場合、切替時のフレームの先頭位置（つまりＰＳＢｄの先頭位置）は、切替前のフレームの先頭位置と異なる位置となるが、フレーム全体のフレーム長は、通常のフレームのフレーム長と同じにすることができる。

図７（Ｃ）は、切替時のフレームの先頭位置に存在するＰＳＢｄの直前に、２個のＰＳｙｎｃのパターン（各８バイト）を挿入し、切替時のフレームの最後に存在するペイロードの長さを１６バイト分だけ短くする場合の例である。この場合、切替時のフレームの先頭位置（つまりＰＳＢｄの先頭位置）は、切替前のフレームの先頭位置と異なる位置となるが、フレーム全体のフレーム長は、通常のフレームのフレーム長と同じにすることができる。

図８（Ａ）は、切替時のフレームの先頭位置に存在するＰＳＢｄの直後であって、その後のペイロードの直前に、２個のＰＳｙｎｃのパターン（各８バイト）を挿入し、切替前のフレームの最後に存在するペイロードの長さを１６バイト分だけ短くする場合の例である。この場合、切替時のフレームの先頭位置（つまりＰＳＢｄの先頭位置）は、切替前のフレームの先頭位置と異なる位置となるが、フレーム全体のフレーム長は、通常のフレームのフレーム長と同じにすることができる。

図８（Ｂ）は、切替時のフレームの先頭位置に存在するＰＳＢｄの直後であって、その後のペイロードの直前に、２個のＰＳｙｎｃのパターン（各８バイト）を挿入し、切替時のフレームの最初に存在するペイロード（ＰＳＢｄの直後のペイロード）の長さを１６バイト分だけ短くする場合の例である。この場合、切替時のフレームの先頭位置（つまりＰＳＢｄの先頭位置）は、切替前のフレームの先頭位置と同じ位置とすることができる。切替前のフレームと切替時のフレームとで、ＰＳＢｄが同じ位置なので、実装する回路規模を小さくすることができる。

図８（Ｃ）は、切替時のフレームの先頭位置に存在するＰＳＢｄの直後であって、その後のペイロードの直前に、２個のＰＳｙｎｃのパターン（各８バイト）を挿入し、切替時のフレームの最後に存在するペイロードの長さを１６バイト分だけ短くする場合の例である。この場合、切替時のフレームの先頭位置（つまりＰＳＢｄの先頭位置）は、切替前のフレームの先頭位置と同じ位置とすることができる。切替前のフレームと切替時のフレームとで、ＰＳＢｄが同じ位置なので、実装する回路規模を小さくすることができる。

また、ＯＮＵ３では、ＯＬＴ１から受信した高速切替用フレームを解析して、フレームの先頭位置を判断する高速フレーム同期部２７を有する。

高速フレーム同期部２７は、フレーム同期のための冗長情報が追加されるため、冗長情報（例えば２個のＰＳｙｎｃと同じ目的の同期パターン（ビット列））とＰＳＢｄのフレーム同期信号ＰＳｙｎｃの同期パターン（ビット列）との３個の同期パターン（ビット列）を用いてフレーム同期を行う。

例えば、１個の同期パターンが１バイトとして合計３個の同期パターン（３バイト＝２４ビット）のうち、閾値を用いて２２ビット以上が正しい値であり、ＳＦＣの値も正しいとき、高速フレーム同期部２７はフレーム同期条件を満たしていると判断するようにしてもよい。すなわち、フレーム先頭位置とみなす。

上述したように高速切替用フレームを用いることにより、（１）切替直後でシステムが不安定で誤り率が大きい場合でも同期パターンを見逃す心配がなく、（２）同期パターン長さを長くすることで、偶然、ＰＳｙｎｃやＳＦＣと一致した通常のデータを同期パターンと見間違う事がなく、再同期が可能となる。

なお、冗長情報を含む高速切替用フレームが、ＯＬＴ１とＯＮＵ３との間で授受される際に、冗長情報がどの位置に含まれているか、冗長情報のパターン（ビット列）などに関しては、事前にＯＬＴ１とＯＮＵ３との間で認識されていることが好ましい。また、冗長信号の一部にＳＦＣを用い、ＳＦＣのビット誤りに対処する構成としてもよい。

（Ａ－３）実施形態の効果
以上のように、この実施形態によれば、ＯＮＵの波長を切り替えて再同期する際に、以下のような効果が得られる。
（ａ）加入者に対して、実質的に通信途絶がなく、波長切替えが可能となる。
（ｂ）波長切替を行う波長間でフレームの位相がずれていても切替直後に再同期が可能となる。
（ｃ）従来、フレームの再同期には長い時間（例えば、Ｎ＝３の場合、５フレーム）が必要であったが、従来よりも短い時間で再同期が可能となる。
（ｄ）切替直後の受信不安定に基づく、フレーム同期信号の取りこぼしを防ぎ、かつ、誤同期を防いで再同期を行うことができる。

５…光通信システム、２…スプリッタ、
１…ＯＬＴ（親局装置）、１１…システム制御部、１１ａ…高速切替制御部、１２…ＳＷ（スイッチ）部、１４（１４－１～１４－２）…ＯＳＵ、１３…光合分波器、１００…ＯＳＵ制御部、１０１…ＯＮＵ管理制御部、１１０…受信部、１１１…受信フレーム処理部、１１２…光受信部、１２０…送信部、１２１…高速切替用フレームペイロード組立部、１２２…フレームヘッダ組立部、１２４…物理同期ブロック出力部、１２５…光送信部、
３（３－１～３－５）…ＯＮＵ（子局装置）、２１…ＯＮＵ制御部、２１１…高速切替部、２２…送信フレーム処理部、２３…波長可変送信器、２４…光合分波器、２５…波長可変受信器、２６…受信フレーム処理部、２７…高速フレーム同期部、２７１…同期パタン照合部、２７２…フレーム同期信号生成部、２７３…同期状態管理部。

Claims (11)

1. Ｍ（Ｍは２以上の整数）台の子局装置との間で、第１～第Ｋ（Ｋは２以上の整数）の波長のいずれかを割り当て、波長毎に複数の時間スロットで時分割多重し、時分割多重した各波長を多重化した光信号で通信する時間波長分割多重方式を採用した光通信システムの親局装置において、
   第１～第Ｋの波長のいずれかで光通信するＫ個の光終端手段と、
   前記各光終端手段からの前記光信号を合波して送出し、又は、前記子局装置から受信した光信号を分波して前記各光終端手段に出力するシステム制御手段と
   を備え、
   前記システム制御手段が、前記子局装置に割り当てる波長を高速切替させる際、当該子局装置を収容している前記光終端手段に対して、切替前の波長における当該子局装置の時間スロットの終了時刻から、次のフレーム周期における切替先の波長で、当該子局装置に割り当てる時間スロットの開始時刻までの時間内で、当該子局装置に対する切替先の波長への切替の開始と終了の時刻を含む高速切替制御情報を指示する高速切替制御部を有し、
   前記光終端手段が、前記高速切替制御部からの前記高速切替制御情報を含む制御フレームを前記子局装置に送信する
   ことを特徴とする親局装置。
2. 前記光終端手段が、フレーム同期信号の誤り訂正のための冗長情報を含む高速切替用フレームを生成する高速切替用フレーム生成部を有し、前記高速切替用フレームを前記子局装置に送信することを特徴とする請求項１に記載の親局装置。
3. 前記高速切替用フレーム生成部が、物理制御ブロックのフレーム先頭付近に前記冗長情報を追加させた前記高速切替用フレームを生成することを特徴とする請求項２に記載の親局装置。
4. 前記高速切替用フレーム生成部が、物理制御ブロックの直前又は直後に前記冗長情報を追加させた前記高速切替用フレームを生成することを特徴とする請求項３に記載の親局装置。
5. 前記高速切替用フレーム生成部が、物理制御ブロックの直前又は直後に前記冗長情報を追加すると共に、切替前のフレーム若しくは切替時のフレームに含まれるペイロードの一部を減らした前記高速切替用フレームを生成することを特徴とする請求項３に記載の親局装置。
6. 親局装置と、Ｍ（Ｍは２以上の整数）台の子局装置との間で、第１～第Ｋ（Ｋは２以上の整数）の波長のいずれかを割り当て、波長毎に複数の時間スロットで時分割多重し、時分割多重した各波長を多重化した光信号で通信する時間波長分割多重方式を採用した光通信システムの子局装置において、
   前記親局装置から指示された波長で光通信する波長可変通信手段と、
   前記親局装置から受信した制御フレームに基づいて、波長の切替制御を行う制御手段と
   を備え、
   前記制御手段が、前記制御フレームに含まれている高速切替制御情報の切替先の波長への切替の開始と終了の時刻に基づき、切替前の波長における当該子局装置の時間スロットの終了時刻から、次のフレーム周期における切替先の波長で、当該子局装置に割り当てる時間スロットの開始時刻までの時間内で、切替先の波長へ切替を開始させ終了させる
   ことを特徴とする子局装置。
7. 前記制御手段が、前記高速切替制御情報で切替指示されたフレーム先頭位置に対して、少なくとも、切替前の波長と切替先の波長との間のフレーム位相に関して推定される最大位相差の時間と、ビット同期に要する時間との合計時間だけ先行する時刻で波長を切り替えることを特徴とする請求項６に記載の子局装置。
8. 前記制御手段が、前記親局装置からの下り信号の同期状態を管理する同期状態管理部を有し、
   前記同期状態管理部が、波長切替時の直前で、当該子局装置の状態を同期外れとし、その後の１回のフレーム同期信号の受信で同期を確立させる高速同期状態とすることを特徴とする請求項６又は７に記載の子局装置。
9. 前記親局装置から受信したフレーム同期信号の誤り訂正のための冗長情報を含む高速切替用フレームを解析して、フレームの先頭位置を判断する高速切替用フレーム解析手段を備えることを特徴とする請求項６～８のいずれかに記載の子局装置。
10. 親局装置と、Ｍ（Ｍは２以上の整数）台の子局装置との間で、第１～第Ｋ（Ｋは２以上の整数）の波長のいずれかを割り当て、波長毎に複数の時間スロットで時分割多重し、時分割多重した各波長を多重化した光信号で通信する時間波長分割多重方式を採用した光通信システムにおいて、
    前記親局装置は、
    第１～第Ｋの波長のいずれかで光通信するＫ個の光終端手段と、
    前記各光終端手段からの前記光信号を合波して送出し、又は、前記子局装置から受信した光信号を分波して前記各光終端手段に出力するシステム制御手段と
    を備え、
    前記システム制御手段が、前記子局装置に割り当てる波長を高速切替させる際、当該子局装置を収容している前記光終端手段に対して、切替前の波長における当該子局装置の時間スロットの終了時刻から、次のフレーム周期における切替先の波長で、当該子局装置に割り当てる時間スロットの開始時刻までの時間内で、当該子局装置に対する切替先の波長への切替の開始と終了の時刻を含む高速切替制御情報を指示する高速切替制御部を有し、
    前記光終端手段が、前記高速切替制御部からの前記高速切替制御情報を含む制御フレームを前記子局装置に送信する
    ことを特徴とする光通信システム。
11. 親局装置と、Ｍ（Ｍは２以上の整数）台の子局装置との間で、第１～第Ｋ（Ｋは２以上の整数）の波長のいずれかを割り当て、波長毎に複数の時間スロットで時分割多重し、時分割多重した各波長を多重化した光信号で通信する時間波長分割多重方式を採用した光通信システムでの波長切替方法において、
    前記親局装置は、
    第１～第Ｋの波長のいずれかで光通信するＫ個の光終端手段と、
    前記各光終端手段からの前記光信号を合波して送出し、又は、前記子局装置から受信した光信号を分波して前記各光終端手段に出力するシステム制御手段と
    を備え、
    前記システム制御手段が、前記子局装置に割り当てる波長を高速切替させる際、当該子局装置を収容している前記光終端手段に対して、切替前の波長における当該子局装置の時間スロットの終了時刻から、次のフレーム周期における切替先の波長で、当該子局装置に割り当てる時間スロットの開始時刻までの時間内で、当該子局装置に対する切替先の波長への切替の開始と終了の時刻を含む高速切替制御情報を指示する高速切替制御部を有し、
    前記光終端手段が、前記高速切替制御部からの前記高速切替制御情報を含む制御フレームを前記子局装置に送信する
    ことを特徴とする波長切替方法。

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