JP7385155B2

JP7385155B2 - 光電子融合スイッチ

Info

Publication number: JP7385155B2
Application number: JP2022502678A
Authority: JP
Inventors: 慶太山口; 摂森脇; 俊一相馬; 賢哉鈴木; 世輝桑原; 哲郎乾; 秀人山本; 聖司岡本; 秀樹西沢
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2023-11-22
Anticipated expiration: 2040-02-26
Also published as: WO2021171438A1; JPWO2021171438A1; US20230060777A1; US11930309B2

Description

本発明は、ネットワークスイッチに属される高性能の光電子融合スイッチに関する。

従来、インターネットに用いられるネットワークスイッチには、電子回路ベースのパケットスイッチが多く用いられている。このパケットスイッチを司る電子回路の一例であるネットワークプロセッサの容量は、年々増大する傾向にある。このネットワークプロセッサの容量は、信号速度とポート数とを乗じた値で与えられる。しかし、ネットワークプロセッサの容量が増大すると、ネットワークプロセッサに入出力する信号が増大するので、入出力に用いる電気信号の通る配線（電気配線と呼ばれても良い）を増やすか、信号速度を上げる必要がある。

電気配線を伝搬する信号は、信号速度が増す程、伝搬可能な距離が短くなる一方で、電気配線の密度は物理的な上限以上に増すことが不可能である。このため、更にネットワークプロセッサの容量が増大するとボード内程度の距離でも、電気信号の伝搬が困難になってしまう。こうした事情により、伝搬可能な距離内で電気信号を光信号に変換し、電気信号と比較して長距離の伝送が可能な光配線を適用することが検討されている。尚、係る内容の関連技術は、非特許文献１及び非特許文献２に記載されている。

また、上記検討事項を具体化した技術も提案されている。例えば、基板上にネットワークプロセッサ等の電子回路と、光電変換機能を有する光送受信器とを並設し、これら電子回路と光送受信器との間を電気伝導体のメタル配線等で接続する用途の光送受信器が非特許文献１に記載されている。

図１は、非特許文献１に開示された技術をネットワークスイッチ１０に適用した場合の概略構成を上面方向から示す図である。図１を参照すれば、このネットワークスイッチ１０は、基板１の上面にネットワークプロセッサ２と光電変換機能を有する光送受信器３とを備え、これらのデバイスの間をメタル配線４で接続して構成される。ネットワークプロセッサ２は、パケットスイッチの中核機能を提供する電子回路で、一般的にＡＳＩＣ（ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ：特別用途集積回路）化されることが多い。光送受信器３は、内部にモジュール化された光受信部（ＲＸ）３ａ、レーザ（ＬＡＳＥＲ）３ｂ、電気処理機能部３ｃ、及び光送信部（ＴＸ）３ｄを備える他、コネクタ３ｅ、光ファイバ３ｆ等を備えて構成される小型の部品である。この光送受信器３は、複数の光送受信器３を基板１上に並列して配置し、タイルのような高密度実装を可能とする。

光送受信器３について、光受信部３ａは、コヒーレント検波の場合、接続された光ファイバ３ｆから入力された光信号のうち、レーザ３ｂに近接する波長の光信号を選択的に増強し、光／電変換して電気信号にする役割を担う。電気処理機能部３ｃは、ネットワークプロセッサ２との間の信号授受時の電気信号のデジタル信号処理と、光送受信時の電気信号の増幅と、の役割を担う。光送信部３ｄは、電気処理機能部３ｃから入力された電気信号を用いてレーザ３ｂから入力された光を変調することで電／光変換し、接続された光ファイバ３ｆに出力する役割を担う。コネクタ３ｅは、ネットワークプロセッサ２との接続用に設けられている。

一般に、ネットワークプロセッサ２の提供するパケットスイッチ機能は、パケット毎に行先を指定できる高機能なものであるが、処理容量当たりの消費電力が大きい。これに対して光スイッチは、一般的に経路の切り替えに時間を要することから、経路を固定するか、或いは長時間継続するフロー単位での切り替えに用途が限定される。しかし、光スイッチは、スイッチングに要する消費電力がパケットスイッチと比較すると小さく、信号速度にも依存せずにほぼ一定値となる。

最近では、光ネットワークの省電力化を図るため、光スイッチとパケットスイッチとを連帯させ、パケットスイッチを通過するトラフィックで同じ入出力ポートの対を使用する信号流れ（フロー）が大量な場合に工夫を施している。即ち、こうした場合には、フローをパケットスイッチに入力させず、入出力ポートの対を光スイッチを介して直結する光カットスルーのアーキテクチャと呼ばれる技術が適用されている。

ところで、最近の光ネットワークに対する要望には、サービスと物理層とを繋ぐインターネットプロトコル（ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）統合網への移行がある。また、光ネットワークにおいては、大規模、広帯域、及び高信頼性が得られ、しかも経済的に構築できることが重要である。また、インターネットプロトコルの帯域要求に対し、迅速に光の物理網を設定できるネットワーク制御技術も求められる。このネットワーク制御に関連する周知技術として、非特許文献３に記載されたＧＭＰＬＳ（ＧｅｎｅｒａｌｉｚｅｄＭｕｌｔｉ－ｐｒｏｔｏｃｏｌｌａｂｅｌｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）の研究推進が挙げられる。

現状の光ネットワークでは、インターネットプロトコル対応のスイッチ／ルータが大容量になると、高コスト化、及び高消費電力化等を回避できない。そこで、光スイッチを導入して光カットスルーを適用すれば、ダイナミックな光パス設定を行ってスイッチ／ルータ処理を削減することができる。

一方、パケットスイッチ同士を複数繋げて光ネットワークシステムを構築する場合、通信元のノードは、直近のパケットスイッチに接続し、別のパケットスイッチを経由して通信相手先のノードに接続する構成が採用される。その理由は、通信元のノードから遠くの通信相手先のノードに最も近いパケットスイッチに通信元のノードを接続すると、伝送距離が長くなって光ファイバ等の配線が煩雑になる上、光信号の伝送容量の増加に伴い、伝送可能距離が短くなるためである。このように伝送可能距離が短くなると、通信元のノードを距離の遠いパケットスイッチに接続することが不可能になってしまう。ノードには、例えばクライアントサーバコンピュータ等が適用される。尚、ネットワークプロセッサ２によるパケットスイッチは、電気スイッチとみなすことができる。そして、電気スイッチと光スイッチとを組み合わせた場合にはハイブリッドスイッチと呼ばれる。係るハイブリッドスイッチを複数繋げたシステム構成に関連する周知技術の一例として、特許文献１に記載された光電気ハイブリッドが挙げられる。

また、パケットスイッチ同士を複数繋げた構成の光ネットワークシステムでは、通信元のノードを直近のパケットスイッチに接続しても、パケットスイッチ同士で光信号を送受するためのパケット処理をパケットスイッチで行う必要がある。このため、経由されるパケットスイッチの処理が増加して処理容量を圧迫するばかりでなく、処理の増加に伴って消費電力も増加してしまうという問題も生じる。

要するに、既存のネットワークスイッチでは、パケットスイッチ同士を複数繋げた光ネットワークシステムへの適用を想定すると、パケットスイッチの処理が増加して低消費電力での動作が困難になるという問題がある。また、既存のネットワークスイッチでは、パケットスイッチ同士を複数繋げる条件下の場合、光信号の伝送容量の増加に伴う伝送可能距離の短縮により通信元及び通信相手先のノード間で広域な光通信が困難になるという問題もある。

「ＣｏｎｓｏｒｔｉｕｍＦｏｒＯｎ－ＢｏａｒｄＯｐｔｉｃｓＴｈｅＵｓｅｏｆＯｎ－ＢｏａｒｄＯｐｔｉｃＣｏｍｐｌｉａｎｔＭｏｄｕｌｅｓｉｎＣｏｈｅｒｅｎｔＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」ＣＯＢＯＲｅｌｅａｓｅ１．０Ｗｈｉｔｅｐａｐｅｒ（http://onboardoptics.org/wp-content/uploads/2019/05/COBO-CohOBO-AppNote-March-2018.pdf）「ＯｐｔｉｃａｌＣоｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙＯｐｔａｉｏｎｓｆｏｒ４００ＧｂｐｓａｎｄＨｉｇｈｅｒＯｎ－ＢｏａｒｄＯｐｔｉｃｓ」ＣＯＢＯＣоｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙＷｈｉｔｅｐａｐｅｒ，Ｒｅｖｉｓｉｏｎ１．０（http://onboardoptics.org/wp-content/uploads/2019/03/COBO-Optical-Connectivity-Whitepaper-March-2019.pdf）「ＧＭＰＬＳ－ＢａｓｅｄＰｈｏｔｏｎｉｃＭｕｌｔｉｌａｙｅｒＲоｕｅｒ（ＨｉｋａｒｉＲоｕｅｒ）Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ：ＡｎＯｖｅｒｖｉｅｗｏｆＴｒａｆｆｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＳｉｇｎａｌｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」Ｋｅｎ－ｉｃｈｉＳａｔｏ，ＮａｏａｋｉＹａｍａｎａｋａ，ＹｏｓｈｉｈｉｒｏＴａｋｉｇａｗａ，ＭａｓａｆｕｍｉＫｏｇａ，ＳａｔｏｒｕＯｋａｍｏｔｏ，ＫｏｈｅｉＳｈｉｏｍｏｔｏ，ＥｉｊｉＯｋｉ，ａｎｄＷａｔａｒｕＩｍａｊｕｋｕ，ＮＴＴＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＩＥＥＥＣｏｍｍｕｎ.Ｍａｇ.,ｖｏｌ.40,ｐｐ.96－101,Ｍａｒ.2002.）

特許第５６８１３９４号

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものである。本発明に係る実施形態の目的は、パケットスイッチ同士を複数繋げて光ネットワークシステムを構築しても、パケットスイッチの処理が増加されずに低消費電力で動作し、通信元及び通信相手先のノード間で広域な光通信が可能な光電子融合スイッチを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一態様は、パケットスイッチと、複数の光スイッチと、を備えた光電子融合スイッチであって、パケットスイッチは、電子回路と、電子回路の付近に設けられた光電変換機能を有する複数の光送受信器と、を備えており、複数の光スイッチは、異なる種類の光スイッチを含んでおり、電子回路と複数の光送受信器との間を接続する経路は、電気信号の通る配線であり、複数の光送受信器と複数の光スイッチとの間を接続する経路と、複数の光スイッチのうちの異なる種類の２つの光スイッチの相互間を接続する経路と、複数の光スイッチと光電子融合スイッチの入出力ポートとの間を接続する経路とは、光導波路であり、複数の光スイッチのうちの異なる種類の光スイッチは、協働して入力された光信号が電子回路を介さずにパケットスイッチに繋げられる別のパケットスイッチへ出力される経路と、別のパケットスイッチから入力された光信号が電子回路を介さずに当該別のパケットスイッチへ出力される経路と、入力された光信号が電子回路を介して複数の光送受信器により光電変換されて得られる光信号を別のパケットスイッチへ出力する経路と、別のパケットスイッチから入力された光信号が電子回路を介して複数の光送受信器により光電変換されて得られる光信号を当該別のパケットスイッチへ出力する経路と、を選択することを特徴とする。

上記構成によれば、パケットスイッチが電子回路と電子回路付近の各光送受信器とを含む構成とし、異なる種類の光スイッチが協働した経路選択を行い、通信元及び通信相手先のノード間でパケットスイッチを繋いで光通信を実施できる。経路選択には、入力された光信号又はパケットスイッチに繋げられる別のパケットスイッチから入力された光信号が電子回路を介さずに別のパケットスイッチへ出力される光カットスルーを実行する経路がある。また、経路選択には、入力された光信号又は別のパケットスイッチから入力された光信号が電子回路を介在させて各光送受信器により光電変換して得られる光信号を別のパケットスイッチへ出力する経路がある。こうした構成及び機能により、ノード間のパケットスイッチにおける光カットスルーの実行を適宜設定すれば、パケットスイッチ同士を複数繋げて光ネットワークシステムを構築しても、パケットスイッチの処理が増加されずに低消費電力で動作し、通信元及び通信相手先のノード間で広域な光通信が可能となる。

非特許文献１に開示されたネットワークスイッチの概略構成を上面方向から示した図である。本発明の好ましい実施形態に係る光電子融合スイッチの概略構成を示した図である。（Ａ）は、光電子融合スイッチの上面方向から示した平面図である。（Ｂ）は、光電子融合スイッチの基板への実装状態にした一部（Ａ）のＩＩＢ矢視方向の側面断面図である。本発明の実施形態１に係る光電子融合スイッチの概略構成を上面方向から示した図である。本発明の実施形態２に係る光電子融合スイッチの概略構成を上面方向から示した図である。本発明の実施形態３に係る光電子融合スイッチの概略構成を上面方向から示した図である。

以下、本発明の幾つかの実施形態に係る光電子融合スイッチについて、図面を参照して詳細に説明する。

最初に、本発明の好ましい実施形態に係る光電子融合スイッチの技術的概要について、図２を参照して簡単に説明する。図２は、本発明の好ましい実施形態の光電子融合スイッチ１００の概略構成を示した図である。図２（Ａ）は、光電子融合スイッチ１００の上面方向から示した平面図である。図２（Ｂ）は、光電子融合スイッチ１００の基板１１への実装状態にした一部図２（Ａ）のＩＩＢ矢視方向の側面断面図である。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）を参照すれば、光電子融合スイッチ１００は、パケットスイッチを構成するネットワークプロセッサ２０及び光電変換機能を有する複数の光送受信器３０と、複数の光スイッチと、を備える。このうち、ネットワークプロセッサ２０は、パケットスイッチの機能を司る電子回路であって、多数の高速信号を入出力できる。各光送受信器３０は、ネットワークプロセッサ２０の付近に設けられ、図１を参照して説明した光送受信器３の場合と同様な構成を有するが、簡略して外形のみを示している。各光スイッチについては、ＰＬＣ（ＰｌａｎａｒＬｉｇｈｔｗａｖｅＣｉｒｃｕｉｔ：平面光波回路）技術で作成された導波路型光スイッチであることが好ましい。各光スイッチは、異なる種類の光スイッチを含んでいる。そして、光スイッチのうちの異なる種類の光スイッチが協働し、入力された光信号がネットワークプロセッサ２０を介在させずに出力されるように経路選択を行う光カットスルーを行う。

この光電子融合スイッチ１００の場合、通信元及び通信相手先の間でパケットスイッチをノードとして繋げて光通信を実施する光ネットワークシステムの構成を想定しており、異なる種類の光スイッチが協働した経路の選択を行う。選択される経路には、入力された光信号がネットワークプロセッサ２０を介さずにパケットスイッチに繋げられる別のパケットスイッチへ出力される経路がある。また、選択される経路には、別のパケットスイッチから入力された光信号がネットワークプロセッサ２０を介さずに別のパケットスイッチへ出力される経路がある。更に、選択される経路には、入力された光信号がネットワークプロセッサ２０を介して各光送受信器３０により光電変換されて得られる光信号を別のパケットスイッチへ出力する経路がある。加えて、選択される経路には、別のパケットスイッチから入力された光信号がネットワークプロセッサ２０を介して各光送受信器３０により光電変換されて得られる光信号を別のパケットスイッチへ出力する経路がある。尚、異なる種類の光スイッチとしては、図２中に示す光中継スイッチ６０以外に、入出力に係る経路選択スイッチ及び経路設定スイッチ等の各種類型が挙げられる。

この光電子融合スイッチ１００において、ネットワークプロセッサ２０と各光送受信器３０との間を接続する経路には、電気信号の通る配線のメタル配線４０が使用されている。また、各光送受信器３０と各光スイッチとの間を接続する経路には、光導波路５０が使用されている。この光導波路５０は、各光スイッチのうちの異なる種類の２つの光スイッチの相互間を接続する経路や、或いは各光送受信器３０や各光スイッチと入出力ポートとの間を接続する経路にも使用することが好ましい。尚、光導波路５０のパターンは、実際には各光スイッチの異なる種類の光スイッチの使用を想定すれば、引き回しが複雑である。このため、図２（Ａ）では、光中継スイッチ６０に関する入力側の光導波路５０_ＩＮ、出力側の光導波路５０_ＯＵＴの部分のみを示し、大部分を省略している。

光電子融合スイッチ１００におけるネットワークプロセッサ２０、各光送受信器３０、各光スイッチ、メタル配線４０、及び光導波路５０は、同一の基板１１の上面に実装される。そして、メタル配線４０、及び光導波路５０は、光導波路付きインタポーザを構成する。この実装状態では、ネットワークプロセッサ２０、各光送受信器３０、及び各光スイッチが光導波路付きインタポーザの上面の同一平面に配置されることが好ましい。尚、各光スイッチの少なくとも一部が光導波路付きインタポーザ内の光導波路５０の一部として集積される構成であっても良い。その他、各光スイッチの光導波路５０の領域には、上記各種タイプのスイッチの他、ＡＷＧ（ＡｒｒａｙｅｄＷａｖｅｇｕｉｄｅＧｒａｔｉｎｇｓ：アレイ導波路回析格子）等の光機能デバイスが設けられても良い。

このような構成概要の光電子融合スイッチ１００について、パケットスイッチ同士を複数繋げて光ネットワークシステムを構築しても、パケットスイッチの処理が増加されずに低消費電力で動作するための各実施形態を以下に説明する。尚、ここでの光電子融合スイッチ１００は、通信元及び通信相手先の間でパケットスイッチをノードとして繋げて広域な光通信を行うことを想定している。

（実施形態１）
図３は、本発明の実施形態１に係る光電子融合スイッチ１００Ａの概略構成を上面方向から示した図である。

図３を参照すれば、この光電子融合スイッチ１００Ａは、パケットスイッチの機能を司る電子回路であるネットワークプロセッサ２０Ａと、光電変換機能を有する複数の光送受信器３０Ａと、複数の光スイッチと、を備える。ネットワークプロセッサ２０Ａ及び各光送受信器３０Ａは、パケットスイッチを構成する。各光スイッチは、異なる種類として、複数の光入力経路選択スイッチ７１及び複数の光出力経路選択スイッチ７２と、一対の光中継入力経路設定スイッチ８２、８４及び一対の光中継出力経路設定スイッチ８１、８３と、を含んでいる。光中継入力経路設定スイッチ８２、８４は、Ｎ、Ｍを自然数とし、Ｎ＞Ｍの関係が成立すれば、Ｎ×Ｍタイプ（Ｎ入力及びＭ出力）となっている。Ｎ×Ｍタイプは、以下も同様であるように、Ｎ入力及びＭ出力を行うことを示す。その他、各光入力経路選択スイッチ７１は、入力ポートＰ_ＩＮに接続され、各光出力経路選択スイッチ７２は、出力ポートＰ_ＯＵＴに接続されている。

この光電子融合スイッチ１００Ａにおいて、ネットワークプロセッサ２０Ａと、各光送受信器３０Ａとの間を接続する経路には、上記メタル配線等の電気信号の通る配線が使用されている。また、各光送受信器３０Ａと各光入力経路選択スイッチ７１及び各光出力経路選択スイッチ７２との間を接続する経路には、光導波路５０が使用されている。そして、各光入力経路選択スイッチ７１に対して一方側の光中継入力経路設定スイッチ８４と他方側の光中継出力経路設定スイッチ８１とを接続する経路にも、光導波路５０が使用されている。更に、各光出力経路選択スイッチ７２に対して他方側の光中継入力経路設定スイッチ８２と一方側の光中継出力経路設定スイッチ８３とを接続する経路にも、光導波路５０が使用されている。加えて、光導波路５０は、各光入力経路選択スイッチ７１と入力ポートＰ_ＩＮとの間を接続する経路、及び光中継入力経路設定スイッチ８２、８４と専用の入力ポートＰ_ＩＮとの間を接続する経路にも、使用されている。その他、光導波路５０は、各光出力経路選択スイッチ７２と出力ポートＰ_ＯＵＴとの間を接続する経路、及び光中継出力経路設定スイッチ８１、８３と専用の出力ポートＰ_ＯＵＴとの間を接続する経路にも、使用されている。尚、ここでは、光中継入力経路設定スイッチ８２、８４に接続されるポートは専用の入力ポートＰ_ＩＮ、光中継出力経路設定スイッチ８１、８３に接続されるポートは専用の出力ポートＰ_ＯＵＴとみなしている。

各光送受信器３０Ａは、入力された光信号を電気信号に変換してネットワークプロセッサ２０Ａへ伝送し、またネットワークプロセッサ２０Ａからの電気信号に係る光信号を出力する。即ち、各光送受信器３０Ａは、各入力ポートＰ_ＩＮから各光入力経路選択スイッチ７１を経由して入力された光信号を光／電変換した電気信号をネットワークプロセッサ２０Ａへ伝送する。また、各光送受信器３０Ａは、ネットワークプロセッサ２０Ａからの電気信号を電／光変換した光信号を各光出力経路選択スイッチ７２を経由して各出力ポートＰ_ＯＵＴへ出力する。

各光入力経路選択スイッチ７１は、入力ポートＰ_ＩＮと各光送受信器３０Ａとの間にそれぞれ設けられる。そして、各光入力経路選択スイッチ７１は、スルー接続にして入力ポートＰ_ＩＮと各光送受信器３０Ａとを接続する方路を選択できる。また、各光入力経路選択スイッチ７１は、スルー接続にして一方側の光中継入力経路設定スイッチ８４の専用の入力ポートＰ_ＩＮと他方側の光中継出力経路設定スイッチ８１の専用の出力ポートＰ_ＯＵＴとを接続する方路を選択できる。更に、各光入力経路選択スイッチ７１は、クロス接続にして入力ポートＰ_ＩＮと他方側の光中継出力経路設定スイッチ８１の専用の出力ポートＰ_ＯＵＴとを接続する方路を選択できる。加えて、各光入力経路選択スイッチ７１は、クロス接続にして各光送受信器３０Ａと一方側の光中継入力経路設定スイッチ８４の専用の入力ポートＰ_ＩＮとを接続する方路を選択できる。図３に示す各光入力経路選択スイッチ７１の場合は、２×２タイプとなっている。

これに対し、各光出力経路選択スイッチ７２は、各光送受信器３０Ａと出力ポートＰ_ＯＵＴとの間にそれぞれ設けられる。そして、各光出力経路選択スイッチ７２は、スルー接続にして出力ポートＰ_ＯＵＴと各光送受信器３０Ａとを接続する方路を選択できる。また、各光出力経路選択スイッチ７２は、スルー接続にして一方側の光中継出力経路設定スイッチ８３の専用の出力ポートＰ_ＯＵＴと他方側の光中継入力経路設定スイッチ８２の専用の入力ポートＰ_ＩＮとを接続する方路を選択できる。更に、各光出力経路選択スイッチ７２は、クロス接続にして出力ポートＰ_ＯＵＴと他方側の光中継入力経路設定スイッチ８２の専用の入力ポートＰ_ＩＮとを接続する方路を選択できる。加えて、各光出力経路選択スイッチ７２は、一方側の光中継出力経路設定スイッチ８３の専用の出力ポートＰ_ＯＵＴと各光送受信器３０Ａとを接続する方路を選択できる。図３に示す各光出力経路選択スイッチ７２の場合は、２×２タイプとなっている。

即ち、光電子融合スイッチ１００Ａにおいて、一方側の光中継入力経路設定スイッチ８４は、専用の入力ポートＰ_ＩＮを通してパケットスイッチに繋げられる別のパケットスイッチから光信号が入力される。そこで、光中継入力経路設定スイッチ８４は、入力された光信号を各光入力経路選択スイッチ７１へそれぞれ個別に伝送する。これに対し、他方側の光中継入力経路設定スイッチ８２は、専用の入力ポートＰ_ＩＮを通してパケットスイッチに繋げられる別のパケットスイッチから光信号が入力される。そこで、光中継入力経路設定スイッチ８２は、入力された光信号を各光出力経路選択スイッチ７２へそれぞれ個別に伝送する。また、一方側の光中継出力経路設定スイッチ８３は、各光出力経路選択スイッチ７２から伝送された光信号を別のパケットスイッチへ伝送する。更に、他方側の光中継出力経路設定スイッチ８１は、各光入力経路選択スイッチ７１から伝送された光信号を別のパケットスイッチへ伝送する。

以下は、光電子融合スイッチ１００Ａにおける基本動作を説明する。但し、ここでの光電子融合スイッチ１００Ａは、通信元の信号源に接続されるものとし、パケットスイッチが繋がるノードを介在し、通信相手先のノードの信号源との間で光通信を実施する構成の光ネットワークシステムを想定する。また、光電子融合スイッチ１００Ａを適用した光ネットワークシステムでは、パケットスイッチと繋がれる別のパケットスイッチが任意のノードである場合を想定している。尚、各光スイッチの制御は、クライアントからの要求に応じて入出力ポート間を直結するか、或いは、ネットワークの操作者の設計に従って必要な入出力ポート間を直結する等の手法を採用できるが、ここでは細部を問わないものとする。

光入力経路選択スイッチ７１で方路選択する場合を想定する。この場合、スルー接続の一つとして、入力ポートＰ_ＩＮと各光送受信器３０Ａとを接続する。これにより、入力ポートＰ_ＩＮから入力された光信号が光送受信器３０Ａに伝送され、光送受信器３０Ａでは光信号を光／電変換した電気信号とし、ネットワークプロセッサ２０Ａへ伝送する。また、スルー接続のもう一つとして、一方側の光中継入力経路設定スイッチ８４の専用の入力ポートＰ_ＩＮと他方側の光中継出力経路設定スイッチ８１の専用の出力ポートＰ_ＯＵＴとを接続する。これにより、専用の入力ポートＰ_ＩＮを通して光中継入力経路設定スイッチ８４により別のパケットスイッチから入力された光信号が光中継出力経路設定スイッチ８１に伝送される。光中継出力経路設定スイッチ８１に伝送された光信号は、専用の出力ポートＰ_ＯＵＴを通して別のパケットスイッチに伝送される。

一方、光入力経路選択スイッチ７１での方路選択では、クロス接続の一つとして、入力ポートＰ_ＩＮと他方側の光中継出力経路設定スイッチ８１の専用の出力ポートＰ_ＯＵＴとを接続する。これにより、入力ポートＰ_ＩＮから入力された光信号が光中継出力経路設定スイッチ８１に伝送される。光中継出力経路設定スイッチ８１に伝送された光信号は、専用の出力ポートＰ_ＯＵＴを通して別のパケットスイッチに伝送される。また、クロス接続のもう一つとして、各光送受信器３０Ａと一方側の光中継入力経路設定スイッチ８４とを接続する。これにより、専用の入力ポートＰ_ＩＮを通して光中継入力経路設定スイッチ８４により別のパケットスイッチから入力された光信号が光送受信器３０Ａに伝送される。光送受信器３０Ａでは、光信号を光／電変換した電気信号とし、ネットワークプロセッサ２０Ａに伝送する。

光出力経路選択スイッチ７２で方路選択する場合を想定する。この場合、スルー接続の一つとして、出力ポートＰ_ＯＵＴと各光送受信器３０Ａとを接続する。これにより、光送受信器３０Ａでは、ネットワークプロセッサ２０Ａから出力された電気信号を電／光変換した光信号を出力ポートＰ_ＯＵＴに伝送し、出力する。また、スルー接続のもう一つとして、一方側の光中継出力経路設定スイッチ８３の専用の出力ポートＰ_ＯＵＴと他方側の光中継入力経路設定スイッチ８２の専用の入力ポートＰ_ＩＮとを接続する。これにより、光中継入力経路設定スイッチ８２に入力された別のパケットスイッチからの光信号が光中継出力経路設定スイッチ８３の専用の出力ポートＰ_ＯＵＴを通して別のパケットスイッチに伝送される。

他方、光出力経路選択スイッチ７２での方路選択は、クロス接続の一つとして、出力ポートＰ_ＯＵＴと他方側の光中継入力経路設定スイッチ８２の専用の入力ポートＰ_ＩＮとを接続する。これにより、光中継入力経路設定スイッチ８２に入力された別のパケットスイッチからの光信号を出力ポートＰ_ＯＵＴに伝送し、出力する。加えて、クロス接続のもう一つとして、一方側の光中継出力経路設定スイッチ８３の専用の出力ポートＰ_ＯＵＴと各光送受信器３０Ａとを接続する。これにより、光送受信器３０Ａからの光信号が光中継出力経路設定スイッチ８３の専用の出力ポートＰ_ＯＵＴを通して別のパケットスイッチに伝送される。

実施形態１の光電子融合スイッチ１００Ａによれば、各光スイッチのうちの異なる種類の光スイッチが協働して経路を選択し、通信元及び通信相手先のノード間でパケットスイッチを繋いで光通信を実施できる。経路選択では、入力された光信号又は別のパケットスイッチから入力された光信号がネットワークプロセッサ２０Ａを介在させずに別のパケットスイッチへ出力される光カットスルーを実行することができる。この光カットスルーは、ネットワークプロセッサ２０Ａに電力を消費する信号処理負担を掛けずに効果的に行うことができる。また、経路選択では、入力された光信号又は別のパケットスイッチから入力された光信号をネットワークプロセッサ２０Ａを介在させて各光送受信器３０Ａにより光電変換して得られる光信号を別のパケットスイッチへ出力することができる。こうした経路選択によれば、通信元のノードの光電子融合スイッチ１００Ａのパケットスイッチから通信相手先のノードに至るまでのノードに相当する別のパケットスイッチにおいて、光カットスルーを適宜設定することができる。

光電子融合スイッチ１００Ａでは、光中継入力経路設定スイッチ８２、８４及び光中継出力経路設定スイッチ８１、８３の別のパケットスイッチへの接続を任意のノードとしている。この結果、パケットスイッチ同士を複数繋げて光ネットワークシステムを構築しても、パケットスイッチの処理が増加されずに低消費電力で動作し、通信元及び通信相手先のノード間で広域な光通信が可能になる。

（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２に係る光電子融合スイッチ１００Ｂの概略構成を上面方向から示した図である。

図４を参照すれば、この光電子融合スイッチ１００Ｂは、パケットスイッチの機能を司る電子回路であるネットワークプロセッサ２０Ｂと、光電変換機能を有する複数の光送受信器３０Ｂと、複数の光スイッチと、を備える。ネットワークプロセッサ２０Ｂ及び各光送受信器３０Ｂは、パケットスイッチを構成する。各光スイッチは、異なる種類として、複数の光入力経路選択スイッチ７１及び複数の光出力経路選択スイッチ７２を含む他、一対の光中継入力経路設定スイッチ８６、８８及び一対の光中継出力経路設定スイッチ８５、８７を含んでいる。

この光電子融合スイッチ１００Ｂでは、光中継入力経路設定スイッチ８６、８８及び光中継出力経路設定スイッチ８５、８７の別のパケットスイッチへの複数分のそれぞれの接続をＭ個のノードとするように定めている。このため、一対の光中継出力経路設定スイッチ８５、８７はＮ連１×Ｍとなっており、一対の光中継入力経路設定スイッチ８６、８８はＭＮ×Ｎとなっている。尚、Ｎ及びＭの関係は、実施形態１の場合と同じである。それ以外の細部構成は、実施形態１に係る光電子融合スイッチ１００Ａと共通している。

実施形態２の光電子融合スイッチ１００Ｂにおいても、各光スイッチのうちの異なる種類の光スイッチが協働して経路を選択し、通信元及び通信相手先のノード間でパケットスイッチを繋いで光通信を実施できる。経路選択では、入力された光信号又は別のパケットスイッチから入力された光信号をネットワークプロセッサ２０Ｂを介在させずに別のパケットスイッチへ伝送する光カットスルーを実行することができる。この光カットスルーは、ネットワークプロセッサ２０Ｂに電力を消費する信号処理負担を掛けずに効果的に行うことができる。また、経路選択では、入力された光信号又は別のパケットスイッチから入力された光信号をネットワークプロセッサ２０Ｂを介在させて各光送受信器３０Ｂにより光電変換して得られる光信号を別のパケットスイッチへ出力することができる。こうした経路選択によれば、通信元のノードの光電子融合スイッチ１００Ｂのパケットスイッチから通信相手先のノードに至るまでのノードに相当する別のパケットスイッチにおいて、光カットスルーを適宜設定することができる。

光電子融合スイッチ１００Ｂでは、光中継入力経路設定スイッチ８６、８８及び光中継出力経路設定スイッチ８５、８７の別のパケットスイッチへの複数分の接続をＭ個のノードと定めている。この結果、実施形態２の光電子融合スイッチ１００Ｂによれば、光導波路の使用本数を考慮せずにパケットスイッチ同士を複数繋げて光ネットワークシステムを構築しても、パケットスイッチの処理が増加されずに低消費電力で動作する。これにより、実施形態１の場合と同様に通信元及び通信相手先のノード間で広域な光通信が可能になる。

（実施形態３）
図５は、本発明の実施形態３に係る光電子融合スイッチ１００Ｃの概略構成を上面方向から示した図である。

図５を参照すれば、この光電子融合スイッチ１００Ｃは、パケットスイッチの機能を司る電子回路であるネットワークプロセッサ２０Ｃと、光電変換機能を有する複数の光送受信器３０Ｃと、複数の光スイッチと、を備える。ネットワークプロセッサ２０Ｃ及び各光送受信器３０Ｃは、パケットスイッチを構成する。この光電子融合スイッチ１００Ｃでは、各光送受信器３０Ｃの一部である複数の光送受信器３０Ｃ１、３０Ｃ２はネットワークプロセッサ２０Ｂとの信号送受信がないため、各光送受信器３０Ｃよりもネットワークプロセッサ２０Ｂから離れて設けられていても構わない。但し、各光送受信器３０Ｃ１、３０Ｃ２とネットワークプロセッサ２０Ｂとの距離は近くても良い。また、これらの光送受信器３０Ｃ１、３０Ｃ２は、入力される光信号を光／電変換した電気信号を折り返して電／光変換した光信号を出力する再生中継機能を有している。

光送受信器３０Ｃ１は、一対の光中継入力経路設定スイッチ９２、９４及び一対の光中継出力経路設定スイッチ９１、９３のうち、光中継出力経路設定スイッチ９１と光中継入力経路設定スイッチ９２とに対構成で設けられている。但し、この対構成は一例であり、実用的にはａ系列（ａは自然数でＭを超えない数）とすれば良い。光送受信器３０Ｃ１は、光中継出力経路設定スイッチ９１及び光中継入力経路設定スイッチ９２において、それぞれ出力される光信号を入力して光／電変換して電気信号とし、折り返して電気信号を電／光変換とした光信号を入力させる。尚、ここでの光中継出力経路設定スイッチ９１及び光中継入力経路設定スイッチ９２は、比較的距離が遠い場合を想定しており、そうした場合に光送受信器３０Ｃ１による再生中継機能が光信号の伝送性能を保持する上で有効に働くようになる。

光送受信器３０Ｃ２は、一対の光中継入力経路設定スイッチ９２、９４及び一対の光中継出力経路設定スイッチ９１、９３のうち、光中継出力経路設定スイッチ９３と光中継入力経路設定スイッチ９４とに対構成で設けられている。この対構成も一例であり、実用的にはａ系列とすれば良い。光送受信器３０Ｃ２は、光中継出力経路設定スイッチ９３及び光中継入力経路設定スイッチ９４において、それぞれ出力される光信号を入力して光／電変換して電気信号とし、折り返して電気信号を電／光変換とした光信号を入力させる。尚、ここでの光中継出力経路設定スイッチ９３及び光中継入力経路設定スイッチ９４についても、或る程度距離があると想定しているが、仮に距離が近い場合には光送受信器３０Ｃ２を設けなくても良い。即ち、光送受信器３０Ｃ１、３０Ｃ２は、少なくとも一対の光中継入力経路設定スイッチ９２、９４と一対の光中継出力経路設定スイッチ９１、９３との組み合わせによる対構成のうち、パケットスイッチと離れた側に設けられれば良い。

このような光送受信器３０Ｃ１、３０Ｃ２によるａ系列の入出力系が使用されるため、一対の光中継出力経路設定スイッチ９１、９３は（Ｎ＋ａ）×（Ｍ＋ａ）タイプとなっている。また、同じ理由により一対の光中継入力経路設定スイッチ９２、９４は（Ｍ＋ａ）×（Ｎ＋ａ）タイプとなっている。尚、ここでもＮ及びＭの関係は、実施形態１の場合と同じである。それ以外の細部構成は、実施形態１に係る光電子融合スイッチ１００Ａと共通している。

実施形態３の光電子融合スイッチ１００Ｃにおいても、各光スイッチのうちの異なる種類の光スイッチが協働して経路を選択し、通信元及び通信相手先のノード間でパケットスイッチを繋いで光通信を実施できる。経路選択では、入力された光信号又は別のパケットスイッチから入力された光信号をネットワークプロセッサ２０Ｃを介在させずに別のパケットスイッチへ伝送する光カットスルーを実行することができる。この光カットスルーは、ネットワークプロセッサ２０Ｃに電力を消費する信号処理負担を掛けずに効果的に行うことができる。また、経路選択では、入力された光信号又は別のパケットスイッチから入力された光信号をネットワークプロセッサ２０Ｃを介在させて各光送受信器３０Ｃにより光電変換して得られる光信号を別のパケットスイッチへ出力することができる。こうした経路選択によれば、通信元のノードの光電子融合スイッチ１００Ｃのパケットスイッチから通信相手先のノードに至るまでのノードに相当する別のパケットスイッチにおいて、光カットスルーを適宜設定することができる。

光電子融合スイッチ１００Ｃでは、光中継入力経路設定スイッチ９２、９４と光中継出力経路設定スイッチ９１、９３との組み合わせ対のパケットスイッチと離れた側に再生中継機能を有する光送受信器３０Ｃ１、３０Ｃ２を設けている。この結果、実施形態３の光電子融合スイッチ１００Ｃによれば、パケットスイッチ同士を複数繋げて光ネットワークシステムを構築しても、伝送性能が劣化されず、且つパケットスイッチの処理が増加されずに低消費電力で動作する。これにより、実施形態１の場合と同様に通信元及び通信相手先のノード間で広域な光通信が可能になる。

Claims

パケットスイッチと、複数の光スイッチと、を備えた光電子融合スイッチであって、
前記パケットスイッチは、電子回路と、前記電子回路の付近に設けられた光電変換機能を有する複数の光送受信器と、を備えており、
前記複数の光スイッチは、異なる種類の光スイッチを含んでおり、
前記電子回路と前記複数の光送受信器との間を接続する経路は、電気信号の通る配線であり、
前記複数の光送受信器と前記複数の光スイッチとの間を接続する経路と、前記複数の光スイッチのうちの異なる種類の２つの光スイッチの相互間を接続する経路と、前記複数の光スイッチと前記光電子融合スイッチの入出力ポートとの間を接続する経路とは、光導波路であり、
前記複数の光スイッチのうちの異なる種類の光スイッチは、
協働して入力された光信号が前記電子回路を介さずに前記パケットスイッチに繋げられる別のパケットスイッチへ出力される経路と、
前記別のパケットスイッチから入力された光信号が前記電子回路を介さずに当該別のパケットスイッチへ出力される経路と、
入力された光信号が前記電子回路を介して前記複数の光送受信器により光電変換されて得られる光信号を前記別のパケットスイッチへ出力する経路と、
前記別のパケットスイッチから入力された光信号が前記電子回路を介して前記複数の光送受信器により光電変換されて得られる光信号を当該別のパケットスイッチへ出力する経路と、を選択し、
前記複数の光スイッチは、複数の光入力経路選択スイッチ及び複数の光出力経路選択スイッチと、一対の光中継入力経路設定スイッチ及び一対の光中継出力経路設定スイッチと、を含み、
前記複数の光入力経路選択スイッチに対して前記一対の光中継入力経路設定スイッチの一方側と前記一対の光中継出力経路設定スイッチの他方側とを接続する経路と、前記複数の光出力経路選択スイッチに対して前記一対の光中継入力経路設定スイッチの他方側と前記一対の光中継出力経路設定スイッチの一方側とを接続する経路とは、前記光導波路であり、
前記一対の光中継入力経路設定スイッチの一方側は、専用の入力ポートを通して前記別のパケットスイッチから入力された光信号を前記複数の光入力経路選択スイッチへそれぞれ個別に伝送し、
前記一対の光中継入力経路設定スイッチの他方側は、前記専用の入力ポートを通して前記別のパケットスイッチから入力された光信号を前記複数の光出力経路選択スイッチへそれぞれ個別に伝送し、
前記一対の光中継出力経路設定スイッチの一方側は、前記複数の光出力経路選択スイッチから伝送された光信号を専用の出力ポートを通して前記別のパケットスイッチへ伝送し、
前記一対の光中継出力経路設定スイッチの他方側は、前記複数の光入力経路選択スイッチから伝送された光信号を前記専用の出力ポートを通して前記別のパケットスイッチへ伝送し、
前記複数の光入力経路選択スイッチは、前記入力ポートと前記複数の光送受信器との間にそれぞれ設けられ、
スルー接続にして当該入力ポートと当該複数の光送受信器とを接続するか、或いは前記一対の光中継入力経路設定スイッチの一方側の前記専用の入力ポートと前記一対の光中継出力経路設定スイッチの他方側の前記専用の出力ポートとを接続し、
クロス接続にして当該入力ポートと前記一対の光中継出力経路設定スイッチの他方側の当該専用の出力ポートとを接続するか、或いは当該複数の光送受信器と当該一対の光中継入力経路設定スイッチの一方側の当該専用の入力ポートとを接続し、
前記複数の光出力経路選択スイッチは、前記複数の光送受信器と前記出力ポートとの間にそれぞれ設けられ、
スルー接続にして当該出力ポートと当該複数の光送受信器とを接続するか、或いは前記一対の光中継出力経路設定スイッチの一方側の当該専用の出力ポートと前記一対の光中継入力経路設定スイッチの他方側の当該専用の入力ポートとを接続し、
クロス接続にして当該出力ポートと当該一対の光中継入力経路設定スイッチの他方側の当該専用の入力ポートとを接続するか、或いは当該一対の光中継出力経路設定スイッチの一方側の当該専用の出力ポートと当該複数の光送受信器とを接続し、
前記複数の光送受信器の少なくとも一部の光送受信器は、入力される光信号を光／電変換した電気信号を折り返して電／光変換した光信号を出力する再生中継機能を有し、
前記再生中継機能を有する光送受信器は、少なくとも前記一対の光中継入力経路設定スイッチと前記一対の光中継出力経路設定スイッチとの組み合わせによる対構成のうち、前記パケットスイッチと離れた側を対象とし、それぞれ出力される光信号を入力して前記光／電変換して前記電気信号とし、折り返して当該電気信号を前記電／光変換とした光信号を入力させる
ことを特徴とする光電子融合スイッチ。
前記一対の光中継入力経路設定スイッチ及び前記一対の光中継出力経路設定スイッチは、前記別のパケットスイッチの複数分にそれぞれ接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光電子融合スイッチ。
前記複数の光スイッチは、それぞれＰＬＣ（ＰｌａｎａｒＬｉｇｈｔｗａｖｅＣｉｒｃｕｉｔ：平面光波回路）技術で作製された導波路型光スイッチであり、
前記電子回路、前記複数の光送受信器、前記複数の光スイッチ、前記配線、及び前記光導波路は、同一の基板の上面に実装され、
前記配線及び前記光導波路は、光導波路付きインタポーザを構成し、
前記電子回路、前記複数の光送受信器、及び前記複数の光スイッチは、実装状態で前記光導波路付きインタポーザの上面の同一平面に配置された
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光電子融合スイッチ。
前記複数の光スイッチの少なくとも一部は、前記光導波路付きインタポーザ内の前記光導波路の一部として集積された
ことを特徴とする請求項３に記載の光電子融合スイッチ。