JPH07170263A - 光パケットスイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １０Ｔｂｉｔ／ｓ程度の大容量への拡張性，
増設性に優れた光パケットスイッチを提供する。 【構成】 対応する入力信号線１からパケットを入力し
データ，アドレスパケットを出力するＮ個の入力インタ
ーフェイス２と、Ｋ個のデータ，アドレスパケットを光
データ，光アドレスパケットに変換するＭ個の光時分割
多重化モジュール３と、光データ，光アドレスパケット
を合波する光スターカプラ４と、グループアドレスが一
致したＭ個の光データ，光アドレスパケットを波長多重
して出力するＭ個のグルーピングバッファ５と、１個の
グルーピングバッファ５からの光データ，光アドレスパ
ケットをＫ個に分配するＭ個の光分配器６と、対応する
出力信号線９のアドレスに一致した光データパケットを
選択して出力するＮ個の出力バッファ７と、光パケット
を時間長Ｔのパケットに変換し対応する出力信号線９か
ら出力するＮ個の光パケット伸長器８とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光時分割多重技術お
よび波長分割多重技術を活用し、数１０Ｇｂｉｔ／ｓ〜
１０Ｔｂｉｔ／ｓの大容量への拡張性および増設性に優
れた光パケットスイッチに関し、特に、Ｂ−ＩＳＤＮ
（B channel Integrated Services Digital Netwaork:
サービス総合ディジタル網）に用いられる超大容量のＡ
ＴＭ（Asynchronous Transfer Mode:非同期転送モー
ド）スイッチに用いて好適な光パケットスイッチに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ハードウェア規模を抑え、かつ、
大容量のパケットスイッチを実現するために、電気技術
を用いた時分割と空間時分割多重を組み合わせた電気パ
ケットスイッチが"Performance of hiararchical multi
plexing in ATM switching design"(Proc. Supercom/IC
C'92, PP.269-275, June 1992)に提案されている。ここ
で、図１４に上記電気パケットスイッチの構成を示す。

【０００３】この電気パケットスイッチは、Ｎ本の入力
信号線７０₁〜７０_Nと、Ｍ個の（Ｋ：１）（Ｋ＝Ｎ／
Ｍ）の時分割多重回路７１₁〜７１_Mと、１個のＭ入力Ｍ
出力の空間分割パケットスイッチ７２と、Ｍ個の（１：
Ｋ）のパケット分割回路７３₁〜７３_Mと、Ｎ本の出力信
号線７４₁〜７４_Nとから構成されている。Ｎ本の入力信
号線７０₁〜７０_Nは、Ｍ個のグループに分割され、それ
ぞれ１つの時分割多重回路７１に接続されている。ま
た、Ｎ本の出力信号線７４₁〜７４_NもＭ個のグループに
分割され、それぞれ１つのパケット分配回路７３に接続
されている。

【０００４】次に、この電気パケットスイッチの動作原
理について説明する。まず、各グループのＫ本の入力信
号線７０から入力された電気パケット信号は、１つの時
分割多重回路７１に供給される。各時分割多重回路７１
は、Ｋ本の入力信号線７０からそれぞれ入力された電気
パケット信号をそれぞれ高速化（たとえば、シリアル信
号をパラレル信号に変換）し、時分割多重を行う。この
高速化により、空間分割パケットスイッチ７２の入出力
端子数がＭ（Ｍ＝Ｎ／Ｋ）個に抑えられるので、空間分
割パケットスイッチ７２のハードウェア規模を削減する
ことができる。

【０００５】次に、Ｍ個の時分割多重回路７１₁〜７１_M
から出力された電気パケット信号は、空間分割パケット
スイッチ７２において高速にスイッチングされ、対応す
る出力ポートからそれぞれ出力される。空間分割パケッ
トスイッチ７２から出力された電気パケット信号は、さ
らにＭ個のパケット分配回路７３₁〜７３_Mにおいて、そ
れぞれ対応するＮ本の出力信号線７４₁〜７４_Nに分配さ
れる。なお、空間分割パケットスイッチ７２およびパケ
ット分配回路７３の各出力ポートは、それぞれバッファ
を有しており、バッファが満杯になると、電気パケット
信号の廃棄を行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の電気パケット信号を用いた電気パケットスイッチに
おいては、電気技術による時分割多重回路７１および空
間分割パケットスイッチ７２の信号転送能力の限界や動
作速度の限界から、その交換容量がＴｂｉｔ／ｓに達す
るには非常に困難である。この発明は、このような背景
の下になされたもので、超短光パルスによる光時分割多
重技術および波長分割多重技術を活用し、数１０Ｇｂｉ
ｔ／ｓ〜１０Ｔｂｉｔ／ｓの大容量への拡張性および増
設性に優れた光パケットスイッチを提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、時間長Ｔ、
ビット数Ｗの電気パケット信号を伝送するＮ本の入力信
号線と、Ｎ本の出力信号線とを備え、前記Ｎ本の入力信
号線のいずれかを介して入力された電気パケット信号を
前記Ｎ本の出力信号線のいずれかを介して出力する光パ
ケットスイッチにおいて、対応する入力信号線を介して
入力された電気パケット信号の、前記Ｎ本の出力信号線
のいずれを介して出力すべきかを表す出力アドレスを取
得し、他の入力信号線との同期を取って、電気アドレス
パケット信号と電気データパケット信号とを別々の信号
線を介して出力するＮ個の入力インターフェイスモジュ
ールと、Ｍ個のグループに分割された前記Ｎ個の入力信
号線の各グループに対応して設けられ、当該グループに
属するＫ本（Ｋ＝Ｎ／Ｍ）の入力信号線およびＫ個の入
力インターフェイスモジュールを介して入力されたＫ個
の電気データパケット信号を、グループ毎に異なる所定
の１つの波長を有する超短光パルスからなる光データパ
ケット信号に変換した後、時間長ＴでＫ本の入力信号線
に対応したＫ個の光データパケットが時分割多重可能な
ように、前記光データパケット信号の前記超短光パルス
の間隔を圧縮するとともに、前記光データパケット信号
を、対応する、Ｋ個の電気アドレスパケット信号から変
換された、グループ毎に異なり、かつ、前記所定の１つ
の波長とも異なる所定の１つの波長を有する光アドレス
パケット信号と波長多重した後、光時分割多重するＭ個
の光時分割多重化モジュールと、Ｍ個の入力端およびＭ
個の出力端を有し、各光時分割多重化モジュールから出
力された光データパケット信号および光アドレスパケッ
ト信号を波長多重して合波し、前記Ｍ個の出力端に分配
する光スターカプラと、前記光スターカプラのＭ個の出
力端からそれぞれ出力されたＭ個の光データパケット信
号およびＭ個の光アドレスパケット信号のうち、グルー
プアドレスが一致したものを同時にＭ個選択した後、バ
ッファリングして、所定周期毎に、波長多重されている
１個の光データパケット信号と１個の光アドレスパケッ
ト信号を出力するＭ個のグルーピングバッファモジュー
ルと、１個のグルーピングバッファモジュールから出力
された光データパケット信号および光アドレスパケット
信号をＫ個に分配するＭ個の光分配器と、前記Ｍ個の光
分配器からそれぞれ出力された光データパケット信号の
うち、対応する出力信号線のアドレスに一致したものを
選択した後、バッファリングして、所定周期毎に、１個
の光パケット信号を出力するＮ個の出力バッファモジュ
ールと、対応する出力バッファモジュールから出力され
た光パケット信号を、前記Ｎ本の入力信号線を介して入
力された電気パケット信号の時間長Ｔに等しい時間長の
電気パケット信号に変換して、対応する出力信号線を介
して出力するＮ個の光パケット伸長器とを具備すること
を特徴としている。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、時間長Ｔでビット数Ｗの電
気パケット信号は、Ｎ本の入力信号線を介して、対応す
る入力インターフェイスモジュールに供給され、各入力
インターフェイスモジュールにおいて出力アドレスが取
得され、他の入力信号線との同期が取られて、電気アド
レスパケット信号と電気データパケット信号とが別々の
信号線を介して出力され、対応する光時分割多重化モジ
ュールに供給される。

【０００９】そして、各光時分割多重化モジュールにお
いて、当該グループに属するＫ個の入力インターフェイ
スモジュールを介して入力されたＫ個の電気データパケ
ット信号が、グループ毎に異なる所定の１つの波長を有
する超短光パルスからなる光データパケット信号に変換
され後、時間長ＴでＫ本の入力信号線に対応したＫ個の
光データパケットが時分割多重可能なように、超短光パ
ルスの間隔が圧縮される。

【００１０】いっぽう、Ｋ個の電気アドレスパケット信
号は、各光時分割多重化モジュールにおいて、グループ
毎に異なり、かつ、所定の１つの波長とも異なる所定の
１つの波長を有する光アドレスパケット信号に変換され
る。そして、各光時分割多重化モジュールにおいて、超
短光パルスの間隔が圧縮された光データパケット信号
は、対応する光アドレスパケット信号と波長多重された
後、光時分割多重される。

【００１１】その後、各光時分割多重化モジュールから
出力された光データパケット信号および光アドレスパケ
ット信号は、スターカプラによって波長多重され、合波
された後、スターカプラの各出力端から出力され、Ｍ個
のグルーピングバッファモジュールに分配される。次
に、スターカプラの各出力端から出力され、グルーピン
グバッファモジュールに入力された光データパケット信
号のうち、グループアドレスが一致したものが、それぞ
れ各グルーピングバッファモジュールおいて同時にＭ個
選択された後、バッファリングされて、常に、所定周期
毎に、波長多重されている１個の光データパケット信号
と１個の光アドレスパケット信号とが各グルーピングバ
ッファモジュールから出力される。

【００１２】その後、１個のグルーピングバッファモジ
ュールから出力された光データパケット信号および光ア
ドレスパケット信号は、対応する光分配器によりそれぞ
れＫ個の出力バッファモジュールに均一に分配される。
出力バッファモジュールにおいては、Ｍ個の光分配器か
らそれぞれ出力された光データパケット信号のうち、対
応する出力信号線のアドレスに一致したものが選択され
た後、バッファリングされて、所定周期毎に、１個の光
パケット信号が各出力バッファモジュールから出力され
る。そして、各パケット伸長器においては、対応する出
力バッファモジュールによって供給された光パケット信
号が時間長Ｔの電気パケット信号に変換されて、対応す
る出力信号線を介して出力される。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
ついて説明する。図１はこの発明の一実施例による光パ
ケットスイッチの構成を表すブロック図である。この光
パケットスイッチは、Ｎ本の入力信号線１₁〜１_Nと、Ｎ
個の入力インターフェイスモジュール２₁〜２_Nと、Ｍ個
の光時分割多重化モジュール３₁〜３_Mと、１個の光スタ
ーカプラ４と、Ｍ個のグルーピングバッファモジュール
５₁〜５_Mと、Ｍ個の光分配器６₁〜６_Mと、Ｎ個の出力バ
ッファモジュール７₁〜７_Nと、Ｎ個の光パケット伸長器
８₁〜８_Nと、Ｎ本の出力信号線９₁〜９_Nとから構成され
ている。なお、図１において、細線で示された部分は電
気信号が処理される部分であり、いっぽう、太線で示さ
れた部分は光信号が処理される部分である。

【００１４】次に、図１に示す光パケットスイッチの動
作の概要について説明する。ビットレートＶｂｉｔ／ｓ
が遅く（たとえば、２．４Ｇｂｉｔ／ｓ）、時間長Ｔで
ビット数Ｗの電気パケット信号は、Ｎ本の入力信号線１
₁〜１_Nを介して、対応する入力インターフェイスモジュ
ール２に供給され、各入力インターフェイスモジュール
２においてヘッダが解析され、それぞれの宛先アドレス
（出線番号）が求められる。次に、各入力インターフェ
イスモジュール２によって、システムのクロックと同期
して、アドレス情報（以下、電気アドレスパケット信号
という）と電気データパケット信号とが同時に別々の信
号線を介して対応する光時分割多重化モジュール３に供
給される。

【００１５】そして、各光時分割多重化モジュール３に
おいて、Ｋ本の入力信号線１に対応する電気データパケ
ット信号および電気アドレスパケット信号に対して光時
分割多重が行われ、それぞれ光データパケット信号およ
び光アドレスパケット信号に変換される。その後、各光
時分割多重化モジュール３から出力された光データパケ
ット信号および光アドレスパケット信号は、（Ｍ×Ｍ）
のスターカプラ４によってＭ波長多重され、合波された
後、スターカプラ４の各出力ポートから出力され、Ｍ個
のグルーピングバッファモジュール５₁〜５_Mに分配され
る。

【００１６】次に、スターカプラ４の各出力ポートから
出力され、グルーピングバッファモジュール５₁〜５_Mに
入力された光データパケット信号のうち、グループアド
レスが一致したものが、それぞれ各グルーピングバッフ
ァモジュール５₁〜５_Mおいて選択され、バッファリング
されて、常に、１サブタイムスロット（時間長Ｌ）毎
に、波長多重されている１個の光データパケット信号と
１個の光アドレスパケット信号とが出力される。

【００１７】その後、１個のグルーピングバッファモジ
ュール５から出力された光データパケット信号および光
アドレスパケット信号は、対応する光分配器６によりそ
れぞれＫ個の出力バッファモジュール７_i〜７_i+K-1に均
一に分配される。ただし、１＜ｉ＜（Ｎ−Ｋ＋１）であ
る。グルーピングバッファモジュール５には、１サブタ
イムスロット（時間長Ｌ）毎に１個の光データパケット
信号が供給されるので、１タイムスロット（時間長Ｔ）
に最大Ｋ個の光データパケット信号が同一出力チャンネ
ルに到達することができる。

【００１８】出力バッファモジュール７においては、そ
れらの光データパケット信号のうち、対応する出力信号
線９のアドレスに一致したものが選択され、バッファリ
ングされて、１タイムスロット毎に、１個の光パケット
信号が出力される。そして、各パケット伸長器８₁〜８_N
においては、対応する出力バッファモジュール７によっ
て供給された、時間長Ｌ（Ｌ＝Ｔ／Ｋ）の光パケット信
号が時間長Ｔの電気パケット信号に変換されて、対応す
る出力信号線９を介して出力される。

【００１９】次に、図２に光時分割多重化モジュール３
の構成を示す。図２において、光時分割多重化モジュー
ル３は、それぞれＫ本の入力信号線１０₁〜１０_K，１１
₁〜１１_Kと、超短光パルス発振器１２と、光分配器１３
と、Ｋ個の変調器１４₁〜１４_Kと、Ｋ個の電気／光変調
器１５₁〜１５_Kと、Ｋ個の光パケット圧縮器１６₁〜１
６_Kと、Ｋ個の光合波器１７₁〜１７_Kと、Ｋ本の光遅延
線１８₁〜１８_Kと、光結合器１９とから構成されてい
る。なお、図２において、細線で示された部分は電気信
号が処理される部分であり、いっぽう、太線で示された
部分は光信号が処理される部分である。

【００２０】入力信号線１０₁〜１０_Kには、対応するＫ
個の入力インターフェイスモジュール２からそれぞれ出
力された電気アドレスパケット信号が入力され、入力信
号線１１₁〜１１_Kには、対応するＫ個の入力インターフ
ェイスモジュール２からそれぞれ出力された電気データ
パケット信号が入力される。超短光パルス発振器１２に
おいては、電気データパケット信号と同一ビットレート
の超短光パルスが生成される。超短光パルス発振器１２
から出力された超短光パルスは、光分配器１３におい
て、Ｋ個の変調器１４₁〜１４_Kに分配される。超短光パ
ルスは、対応する入力信号線１１を介して供給された電
気データパケット信号で強度変調されて時間長Ｔの光デ
ータパケット信号に変換される。時間長Ｔの光データパ
ケット信号は、各光パケット圧縮器１６において、その
光パルス間隔が短縮されることにより、時間長Ｔ／Ｋ、
波長λ_i（ｉ＝１，２，……，Ｋ）の光データパケット
信号に圧縮される。この光パケット圧縮器１６として
は、たとえば、特開平２−２８１８２５号公報に開示さ
れた光パケット圧縮器を用いればよい。

【００２１】いっぽう、各入力信号線１０を介して供給
された電気アドレスパケット信号は、対応する電気／光
変調器１５において、時間長が上記時間長Ｔ／Ｋより短
い、波長λ'_i（ｉ＝１，２，……，Ｋ）の光アドレスパ
ケット信号に変換される。電気アドレスパケット信号
は、電気データパケット信号より時間長がはるかに短い
ので、電気データパケット信号のように圧縮する必要は
ない。圧縮された波長λ_i（ｉ＝１，２，……，Ｋ）の
光データパケット信号と波長λ'_i（ｉ＝１，２，……，
Ｋ）の光アドレスパケット信号とは、各光合波器１７に
おいて、合波されて出力される。

【００２２】光遅延線１８₁〜１８_Kは、各光合波器１７
で合波された光データパケット信号および光アドレスパ
ケット信号とが他の合波された光データパケット信号お
よび光アドレスパケット信号と時間軸上で重ならないよ
うにするために、それぞれの遅延時間が０，Ｌ，２Ｌ，
……，（Ｋ−１）・Ｌに設定されている。光結合器１９
においては、各光遅延線１８₁〜１８_Kを介して供給され
る光データパケット信号および光アドレスパケット信号
が合流される。なお、１つの光時分割多重化モジュール
３において、光データパケット信号の波長λと光アドレ
スパケット信号の波長λ'とは異なり、また、各光時分
割多重化モジュール３_i（ｉ＝１，２，……，Ｋ）の間
においても、互いの光データパケット信号の波長λ_iお
よび光アドレスパケット信号の波長λ’_iは異なる。以
下、説明を簡単にするために、時間長Ｔの１タイムスロ
ットが時間長Ｌ（Ｌ＝Ｔ／Ｋ）のＫ個のサブタイムスロ
ットに分割され、それぞれＫ個の光データパケット信号
および光アドレスパケット信号が光時分割多重化される
ものとする。

【００２３】ところで、図１に示すスターカプラ４から
出力されたある波長λの出力光データパケット信号およ
び出力光アドレスパケット信号の強さは、同一波長λの
入力光データパケット信号および入力光アドレスパケッ
ト信号の強さの１／Ｍの強さに減少してしまうので、分
配数Ｍが大きいほど、スターカプラ４の出力光データパ
ケット信号および出力光アドレスパケット信号をそれぞ
れ増幅する必要がある。しかしながら、この実施例にお
いては、数Ｔｂｉｔ／ｓの交換容量を実現するために、
光スターカプラ４で合波された出力光データパケット信
号および出力光アドレスパケット信号の帯域が数１０Ｔ
Ｈｚとなる。

【００２４】いっぽう、現在の光増幅器の帯域が数ＴＨ
ｚしか得られないので、合波された出力光データパケッ
ト信号および出力光アドレスパケット信号を直接増幅す
ることが不可能である。そのため、この実施例において
は、図３に示すように、２段の（ｍ×ｍ）のスターカプ
ラ２１₁〜２１_m，２２₁〜２２_mによって（Ｍ×Ｍ）のス
ターカプラ４を構成する。ただし、ｍ＝√Ｍである。そ
して、１段目のスターカプラ２１₁〜２１_mのｍ個の出力
端に光増幅器を設けることによって光増幅器の帯域が１
／ｍに抑えられる。

【００２５】次に、図４にグルーピングバッファモジュ
ール５の構成を示す。このグルーピングバッファモジュ
ール５は、波長分波器２３と、それぞれＭ個の波長変換
器２４₁〜２４_M，２５₁〜２５_Mと、Ｍ個の光合波器２６
₁〜２６_Mと、Ｍ個の光分配器２７₁〜２７_Mと、多入力１
出力ＦＩＦＯ光バッファメモリ３５とから概略構成され
ている。

【００２６】さらに、多入力１出力ＦＩＦＯ光バッファ
メモリ３５は、光バッファリングレイヤ３５_aと、電気
制御レイヤ３５_bとから構成されている。光バッファリ
ングレイヤ３５_aは、バッファルーチング網３２と、
（Ｙ−１）本の光遅延線３３₀〜３３_(Y-1)と、光結合器
３４とから構成されている。いっぽう、電気制御レイヤ
３５_bは、Ｍ個の光検出器２８₁〜２８_Mと、Ｍ個のアド
レスデコーダ２９₁〜２９_Mと、（１６×１６）のバッフ
ァ割当網３０と、ルーチング制御網３１とから構成され
ている。なお、図４において、細線で示された部分は電
気信号が処理される部分であり、いっぽう、太線で示さ
れた部分は光信号が処理される部分である。

【００２７】まず、スターカプラ４によってＭ波長多重
されて供給された波長λ_i（ｉ＝１，２，……，Ｋ）の
光データパケット信号と、同じくスターカプラ４によっ
てＭ波長多重されて供給された波長λ'_i（ｉ＝１，２，
……，Ｋ）の光アドレスパケット信号とは、それぞれ波
長分波器２３によって（２×Ｍ）本に分波される。（２
×Ｍ）本に分波された各光データパケット信号は、さら
にＭ個の波長変換器２４₁〜２４_Mによって同一波長λ_i
（ｉ＝１，２，……，Ｍ）の光データパケット信号にそ
れぞれ変換される。いっぽう、（２×Ｍ）本に分波され
た各光アドレスパケット信号も、同様に、Ｍ個の波長変
換器２５₁〜２５_Mによって波長λ_i（ｉ＝１，２，…
…，Ｍ）とは異なる同一波長λ'_i（ｉ＝１，２，……，
Ｍ）の光アドレスパケット信号にそれぞれ変換される。

【００２８】そして、各光アドレスパケット信号は、Ｍ
個の光分配器２７₁〜２７_Mによって２つの部分に分配さ
れ、その一部がＭ個の光合波器２６₁〜２６_Mにおいて対
応する光データパケット信号と合波された後、多入力１
出力ＦＩＦＯ光バッファメモリ３５の光バッファリング
レイヤ３５_aに供給される。いっぽう、分配された各光
アドレスパケット信号の他の一部は、多入力１出力ＦＩ
ＦＯ光バッファメモリ３５の電気制御レイヤ３５_bに供
給される。

【００２９】次に、電気制御レイヤ３５_bに供給された
各光アドレスパケット信号の他の一部は、それぞれ対応
する光検出器２８₁〜２８_Mによって電気アドレスパケッ
ト信号に変換された後、対応するアドレスデコーダ２９
₁〜２９_Mに供給される。各アドレスデコーダ２９におい
ては、内部に保持されているグループ番号と電気アドレ
スパケット信号の先頭の（ｌｏｇ₂Ｍ）個のビットとが
比較されてアドレス判定が行われ、制御信号としてルー
チングパケットが生成される。このルーチングパケット
は、セル選択用のアクティブビット（ＡＣ）フィールド
とルーチングアドレス（ＲＡ）フィールドとからなる。

【００３０】各アドレスデコーダ２９において、電気ア
ドレスパケット信号の先頭の（ｌｏｇ₂Ｍ）個のビット
と、内部に保持されているグループ番号との比較の結
果、これらが一致している場合には、アクティブビット
（ＡＣ）フィールドが”１”に指定され、いっぽう、こ
れらが一致していない場合には、アクティブビット（Ａ
Ｃ）フィールドが”０”に指定され、さらに、ルーチン
グアドレス（ＲＡ）フィールドの値がアクティブビット
（ＡＣ）フィールドの値と等しく指定される。

【００３１】その後、バッファ割当網３０において、ア
ドレスが一致した電気アドレスパケット信号のランニン
グ和（running sum）が求められ、そのランニング和（r
unning sum）に基づいて、バッファアドレス（光遅延線
３３の番号）が対応する光データパケット信号に割り当
てられる。ここで、図５にバッファ割当網３０の構成を
示す。バッファ割当網３０は、時間長Ｌの遅延線４０
と、一定の規則で並べられた複数の加算器Ｐからなる進
行型加算回路網（Running Adder Network:RAN）４１
と、アドレスエンコーダ４２とから構成されている。進
行型加算回路網４１においては、アドレスが一致した電
気アドレスパケット信号のランニング和（running su
m）が求められ、そのランニング和（running sum）がル
ーチングアドレス（ＲＡ）フィールドに書き換えられ
る。

【００３２】次に、進行型加算回路網４１の構成素子で
ある加算器Ｐの動作について図６を参照して説明する。
加算器Ｐは、基本的には、２入力（入力端ＡとＢ）、２
出力（出力端ＣとＤ）である。加算器Ｐの出力端Ｃから
出力されるＡＣフィールドは、入力端Ａから入力される
ＡＣフィールドと同じであり、いっぽう、加算器Ｐの出
力端Ｃから出力されるＲＡフィールドは、入力端Ａから
入力されるＲＡフィールドと、入力端Ｂから入力される
ＲＡフィールドとの和である。また、加算器Ｐの出力端
Ｄから出力されるＡＣフィールドおよびＲＡフィールド
は、入力端Ｂから入力されるＡＣフィールドおよびＲＡ
フィールドの転送である。

【００３３】次に、図５の進行型加算回路網４１から出
力されたルーチングパケットのＡＣフィールドおよびＲ
Ａフィールドは、アドレスエンコーダ４２において、以
下に示すアルゴリズムによって更新される。ここで、こ
のアルゴリズムを説明するために、以下に示す変数を定
義する。 Ｙ：等価的な出力バッファの数、すなわち、光遅延線３
３の数 ＡＣ_I：アドレスエンコーダ４２から入力されるＡＣフ
ィールドの値 ＡＣ_O：アドレスエンコーダ４２から出力されるＡＣフ
ィールドの値 ＲＡ_I：アドレスエンコーダ４２から入力されるＲＡフ
ィールドの値 ＲＡ_O：アドレスエンコーダ４２から出力されるＲＡフ
ィールドの値

【００３４】アルゴリズム （１）ＡＣ_I＝１かつＲＡ_I≦Ｙであれば、ＡＣ_I＝１，
ＲＡ_O＝ＲＡ_I−１ （２）ＡＣ_I＝１かつＲＡ_I＞Ｙであれば、ＡＣ_I＝０，
ＲＡ_O＝０ （３）ＡＣ_I＝１であれば、ＡＣ_I＝０，ＲＡ_O＝０ （１）の場合は、対応する光データパケット信号が選択
され、出力ＲＡフィールドＲＡ_Oの値が定められた光遅
延線３３に届けられる。 （２）の場合は、バッファの溢れを表し、対応する光デ
ータパケット信号は廃棄される。 （３）の場合は、対応する光データパケット信号が他の
グループへ出力されるために、廃棄される。または、次
のサブタイムスロットに入力される光データパケット信
号を適当な光遅延線３３に振り分け、それらの光遅延線
３３をＦＩＦＯ光バッファメモリとして機能させるため
に、最終のアドレスエンコーダ４２（図５中最下段）
は、入力されたルーチングパケットのＲＡフィールドの
値をＱ＝ｍａｘ｛０，ｍｉｎ｛ＲＡ_I，Ｙ−１｝−１｝
に変更して、次のサブタイムスロットの始めに、すなわ
ち、遅延線４０で時間長Ｌ（Ｌ＝Ｔ／Ｋ）の遅延を取っ
て、初段の加算器Ｐに入力する（図５参照）。ここで、
Ｑは、ちょうど光遅延線３３に次のサブタイムスロット
の始めに蓄えられている光データパケット信号の数を表
している。

【００３５】その後、図４に示すバッファ割当網３０か
ら出力されたルーチングパケットに基づいて、ルーチン
グ制御網３１により、光バッファリングレイヤ３５_aの
バッファルーチング網３２へ供給される制御信号が生成
される。バッファルーチング網３２において、出力ＲＡ
フィールドＲＡ_Oの値により、グループアドレスが一致
した光データパケット信号が選択され、適切な光遅延線
３３に届けられる。

【００３６】ここで、図７にバッファルーチング網３２
の構成を示す。今、要求される出力バッファの数を上述
したアルゴリズムの場合と同様、Ｙとすると、バッファ
ルーチング網３２は、Ｍ個の光ゲートスイッチ３６₁〜
３６_Mと、（Ｍ／Ｙ）個の（Ｙ×Ｙ）の光リバースバン
ヤン網３７₁〜３７_M/Yと、Ｙ個の光結合器３８₁〜３８_Y
とから構成される。光リバースバンヤン網３７は、複数
の光スイッチから構成されている。

【００３７】また、図４に示す電気制御レイヤ３５_bの
ルーチング制御網３１は、（Ｙ×Ｙ）の光リバースバン
ヤン網３７と同様の構成の（Ｙ×Ｙ）の電気リバースバ
ンヤン網が（Ｍ／Ｙ）個並列に並べられて構成されてお
り、かつ、ルーチング制御網３１の各電気スイッチと、
バッファルーチング網３２の（Ｙ×Ｙ）の光リバースバ
ンヤン網３７の各光スイッチとは１対１に対応している
ので、ルーチング制御網３１の制御論理がそのままバッ
ファルーチング網３２の制御論理となる。

【００３８】ここで、リバースバンヤン網は、入力パケ
ット信号が各出力端に単調増加順（または単調減少順）
に振り分けられるアドレスを有する場合、ノンブロック
であるという特徴を有する。したがって、ルーチング制
御網３１において、入力されるルーチングパケットのＡ
ＣフィールドとＲＡフィールドとに従って、上記各電気
スイッチの切り換えがルーチングパケットが衝突なしに
それぞれの出力線にルーチングされる。電気スイッチの
制御論理は、電気アドレスパケット信号のガイドタイム
の間にそのまま対応する光ゲートスイッチ３６に移るこ
とによって、バッファルーチング網３２において、光パ
ケット信号は衝突なしに所望の出力線に振り分けられ
る。

【００３９】１例として、図８にＭ＝１６、Ｙ＝８の場
合のバッファルーチング網３２における光パケット信号
の流れを示す。まず、ＡＣフィールドに従って光ゲート
スイッチ３６₁〜３６₁₆の開閉を制御することにより、
光パケット信号の選択が行われる。その後、ＲＡフィー
ルドの各ビットに従って、ルーチング制御網３１からの
制御信号によって光リバースバンヤン網３７₁，３７₂の
光スイッチが切り換えられ、各光結合器３８を介してＲ
Ａフィールドの定めた値の光遅延線３３₀〜３３
_{( Y-1)}（図４参照）に光パケット信号が届けられる。そ
の後、図４に示す光結合器３４により各光遅延線３３か
らの光パケット信号が合流され、出力される。これによ
り、常に、１サブタイムスロットにおいて波長多重され
ている１個の光データパケット信号と、１個の光アドレ
スパケット信号とが多入力１出力ＦＩＦＯ光バッファメ
モリ３５から出力される。

【００４０】次に、図９に出力バッファモジュール７の
構成を示す。この出力バッファモジュール７は、１入力
１出力ＦＩＦＯ光バッファメモリ回路（以下、単に光バ
ッファメモリ回路という）５８と、パケット間隔調整回
路５９とから構成されている。このうち、光バッファメ
モリ回路５８の詳細については、特開平４−５８６４３
号公報に開示されている。

【００４１】光バッファメモリ回路５８は、波長分波器
４４と、複数の（１×２）光スイッチからなる（１×
ｎ）のツリー型光スイッチ４５と、（ｎ−１）個の光遅
延線５１と、光結合器５２と、これらを制御する制御回
路とから構成されている。なお、（ｎ−１）個の光遅延
線５１は、（ｎ−１）個の光パケットバッファに相当す
る。また、制御回路は、さらに、光検出器４６と、アド
レスデコーダ４７と、論理反転ゲート４８と、論理和ゲ
ート４９と、パケットカウンタ５０とから構成されてい
る。

【００４２】光バッファメモリ回路５８に入力された光
パケット信号は、波長分波器４４により、光データパケ
ット信号と光アドレスパケット信号とに分波される。光
アドレスパケット信号は、光検出器４６により、電気ア
ドレスパケット信号に変換された後、アドレスデコーダ
４７により、最後の（ｌｏｇ₂Ｋ）個のビットが調べら
れてアドレス判定が行われる。

【００４３】そして、アドレスデコーダ４７によるアド
レス判定の結果、アドレスが一致すれば、論理１の信号
がアドレスデコーダ４７により生成され、対応する光デ
ータパケット信号は、その時のパケットカウンタ５０の
カウント値が定めた（１×ｎ）光スイッチ４５の出力ポ
ートｉ（ｉ＝０，１，２，……，（ｎ−１））にスイッ
チングされる。

【００４４】最後の出力ポート（ｎ−１）を除いて、ｉ
番目の出力ポートにスイッチングされた光データパケッ
ト信号は、時間長（ｉ×Ｔ）の遅延を受ける。パケット
カウンタ５０のカウント値は、０から（ｎ−１）までに
設定されると仮定する。また、アドレスデコーダ４７の
アドレス判定の結果、アドレスが一致した場合、パケッ
トカウンタ５０のカウント値は、該当サブタイムスロッ
トの終わりに１増える。

【００４５】いっぽう、アドレスデコーダ４７によるア
ドレス判定の結果、アドレスが一致しなければ、論理０
の信号がアドレスデコーダ４７により生成され、対応す
る光データパケット信号は、（１×ｎ）光スイッチ４５
の最後の出力ポート（ｎ−１）にスイッチングされ、廃
棄される。また、アドレスデコーダ４７によるアドレス
判定の結果、アドレスが一致した場合でも、（ｎ−１）
個の光遅延線５１からなる（ｎ−１）個の光パケットバ
ッファが満杯になった時には、パケットカウンタ５０の
値が（ｎ−１）となってオーバーフローするので、対応
する光データパケット信号は、（１×ｎ）光スイッチ４
５の最後の出力ポート（ｎ−１）にスイッチングされ、
廃棄される。さらに、１タイムスロット毎に１個の光パ
ケットが光バッファメモリ回路５８から出力されるの
で、周期Ｔ毎に制御線５７からパケットカウンタ５０に
制御パルスを与え、１タイムスロットＴの終わりにパケ
ットカウンタ５０の値を１減少させる。

【００４６】ここで、光バッファメモリ回路５８におけ
る光データパケット信号の入出力とパケットカウンタ５
０のカウント値の変化との関係のタイミングチャートの
一例を図１０（ａ）〜（ｃ）に示す。図１０（ｃ）から
わかるように、時間長Ｔの間に、光バッファメモリ回路
５８から常に１個の光パケットが出力されるが、２つの
連続なタイムスロットに出力された光パケットの間隔
は、Ｌから（２Ｋ−Ｌ）までの間にランダムに変動する
ので、２つの光パケットの間隔が常に、Ｔ（Ｔ＝Ｋ×
Ｌ）となるように調整する必要がある。

【００４７】パケット間隔調整回路５９は、光遅延線５
３と、光結合器５４と、（１×２）光スイッチ５５とか
ら構成されている。（１×２）光スイッチ５５に入力さ
れた光データパケット信号は、通常、図９の上側の出力
ポート５６₂に接続され、時間長Ｌの遅延を受ける。い
っぽう、制御線５７を介して制御パルスが（１×２）光
スイッチ５５に加えられると、（１×２）光スイッチ５
５に入力された光データパケット信号は、図９の下側の
出力ポート５６₁から出力される。ここで、パケット間
隔調整回路５９における入力光データパケット信号と出
力光データパケット信号との関係のタイミングチャート
の一例を図１０（ｃ）および（ｄ）に示す。なお、制御
線５７を介して供給される制御パルスは、図１０（ｄ）
に示す光データパケット信号と同様な波形の矩形電気信
号である。

【００４８】次に、図１１にパケット伸長器８の構成を
示す。光パケット信号のビット数をＷ＝２^rとすると、
このパケット伸長器８は、ｒ段のパルス間隔伸長器６５
₁〜６５_rと、光検出器６６と、これらを制御する制御回
路とから構成される。各パルス間隔伸長器６５は、制御
信号が供給される（１×２）光スイッチ６０と、光結合
器６１と、光遅延線６２とから構成される。制御回路
は、制御信号を１／２分周して各段のパルス間隔伸長器
６５の（１×２）光スイッチ６０に供給する１／２分周
器６４₁〜６４_r-1から構成される。

【００４９】パケット伸長器８に入力された時間長Ｌの
光パケット信号は、ｒ段のパルス間隔伸長器６５を経た
後、光検出器６６により、時間長Ｔの電気パケット信号
に変換される。ここで、光パケット信号が８ビット長で
ある場合の図１１に示すパケット伸長器８における光パ
ルスと各（１×２）光スイッチ６０に供給される制御信
号との関係のタイミングチャートの一例を図１２（ａ）
〜（ｄ）に示す。

【００５０】以上説明した動作により、図１に示す、光
時分割多重技術および波長分割多重技術を活用した光パ
ケットスイッチは、任意の入力信号線からの光パケット
信号を任意の出力信号線にセルフルーチング接続でき、
（Ｎ×Ｎ）のスイッチ機能を正確に果たすことが分か
る。なお、Ｎ＝Ｋ×Ｍである。

【００５１】次に、図１に示す光パケットスイッチの拡
張性、モジュール性およびシステムのスイッチ交換容量
などの特性について説明する。この光パケットスイッチ
においては、データとアドレス情報とは、別々の波長に
多重化されて伝送される。ただし、データパケットは圧
縮され、アドレスパケットは圧縮されない。したがっ
て、アドレスパケットの時間長を、圧縮されたデータパ
ケットの時間長より短くしなければならない。すなわ
ち、時間長Ｔと、時分割多重数Ｋと、波長分割多重数Ｍ
と、データパケットのビット数Ｗとは、次に示す関係式
を満足する必要がある。 Ｔ×（ｌｏｇ₂Ｋ＋ｌｏｇ₂Ｍ）／Ｗ≦Ｔ／Ｋ

【００５２】ここで、入力信号線の速度を２．４Ｇｂｉ
ｔ／ｓ、データパケットのビット数Ｗを５１２とした場
合、時分割多重数Ｋと、波長分割多重数Ｍと、スイッチ
交換容量との関係の一例を図１３に示す。この図より、
波長分割多重数Ｍが増えるにつれて時分割多重数Ｋが減
少する。また、図１３によれば、時分割多重数Ｋをあら
かじめ３９に固定すれば、システムのスイッチ交換容量
を数１０Ｇｂｉｔ／ｓから１０Ｔｂｉｔ／ｓに拡大する
際に、各モジュールの設計パラメータ（たとえば、光遅
延線の長さ）を変更する必要がなく、特に、入力インタ
ーフェイスモジュール２、光時分割多重化モジュール
３、出力バッファモジュール７、パケット伸長器８がそ
のまま使えるので、必要なモジュール数をつけ加えるだ
けで、システムのスイッチ交換容量を容易に拡大できる
ことがわかる。

【００５３】以上、この発明の実施例を図面を参照して
詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られる
ものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計
の変更等があってもこの発明に含まれる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明による光
パケットスイッチにおいては、超短光パルスを用いた光
信号処理技術を利用しており、光パルスはパルス時間幅
が非常に小さい（数ピコ秒）ため、光時分割多重化され
た光パケット信号の速度を１００Ｇｂｉｔ／ｓに上げる
ことができる。また、この発明による光パケットスイッ
チにおいては、波長分割多重技術を用いることにより、
１波から１００波までの波長多重で数１０Ｇｂｉｔ／ｓ
から１０Ｔｂｉｔ／ｓまでの大容量の光パケットスイッ
チを個々の機能モジュールで構成することができる。つ
まり、拡張性、モジュール性が優れている。

【００５５】すなわち、この発明によれば、光時分割多
重技術と波長分割多重技術とをうまく組み合わせて、従
来の電気パケットスイッチでは得られない数Ｔｂｉｔ／
ｓのスイッチ交換容量を達成することができる。たとえ
ば、超短光パルスのパルス幅を１０ｐｓ、時分割多重数
を３９、データパケット用波長分割多重数を６４とすれ
ば、６Ｔｂｉｔ／ｓのスイッチ交換容量が達成される。
なお、この発明による光パケットスイッチに用いられて
いるグルーピングバッファモジュールは、多入力１出力
光バッファメモリとして使用することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による光パケットスイッチ
の構成を表すブロック図である。

【図２】光時分割多重化モジュール３の構成を表すブロ
ック図である。

【図３】光スターカプラ４の構成を表すブロック図であ
る。

【図４】グルーピングバッファモジュール５の構成を表
すブロック図である。

【図５】バッファ割当網３０の構成を表すブロック図で
ある。

【図６】図５に示す加算器Ｐの動作を説明するための図
である。

【図７】バッファルーチング網３２の構成を表すブロッ
ク図である。

【図８】Ｍ＝１６、Ｙ＝８の場合のバッファルーチング
網３２における光パケット信号の流れを示すブロック図
である。

【図９】出力バッファモジュール７の構成を表すブロッ
ク図である。

【図１０】光バッファメモリ回路５８における光データ
パケット信号の入出力とパケットカウンタ５０のカウン
ト値の変化との関係の一例を示すタイミングチャートで
ある。

【図１１】パケット伸長器８の構成を表すブロック図で
ある。

【図１２】パケット伸長器８における光パルスと各（１
×２）光スイッチ６０に供給される制御信号との関係の
一例を示すタイミングチャートである。

【図１３】この発明の一実施例による光パケットスイッ
チにおける時分割多重数Ｋと、波長分割多重数Ｍと、ス
イッチ交換容量との関係の一例を示す図である。

【図１４】従来の電気パケットスイッチの構成例を表す
ブロック図である。

【符号の説明】

１₁〜１_N 入力信号線 ２₁〜２_N 入力インターフェイスモジュール ３₁〜３_M 光時分割多重化モジュール ４ スターカプラ ５₁〜５_M グルーピングバッファモジュール ６₁〜６_M 光分配器 ７₁〜７_N 出力バッファモジュール ８₁〜８_N パケット伸長器 ９₁〜９_N 出力信号線

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｑ 3/52 １０１ Ｚ 9076−5Ｋ Ｂ 9076−5Ｋ 9077−5Ｋ Ｈ０４Ｌ 11/20 １０２ Ｚ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 時間長Ｔ、ビット数Ｗの電気パケット信
   号を伝送するＮ本の入力信号線と、Ｎ本の出力信号線と
   を備え、前記Ｎ本の入力信号線のいずれかを介して入力
   された電気パケット信号を前記Ｎ本の出力信号線のいず
   れかを介して出力する光パケットスイッチにおいて、 対応する入力信号線を介して入力された電気パケット信
   号の、前記Ｎ本の出力信号線のいずれを介して出力すべ
   きかを表す出力アドレスを取得し、他の入力信号線との
   同期を取って、電気アドレスパケット信号と電気データ
   パケット信号とを別々の信号線を介して出力するＮ個の
   入力インターフェイスモジュールと、 Ｍ個のグループに分割された前記Ｎ個の入力信号線の各
   グループに対応して設けられ、当該グループに属するＫ
   本（Ｋ＝Ｎ／Ｍ）の入力信号線およびＫ個の入力インタ
   ーフェイスモジュールを介して入力されたＫ個の電気デ
   ータパケット信号を、グループ毎に異なる所定の１つの
   波長を有する超短光パルスからなる光データパケット信
   号に変換した後、時間長ＴでＫ本の入力信号線に対応し
   たＫ個の光データパケットが時分割多重可能なように、
   前記光データパケット信号の前記超短光パルスの間隔を
   圧縮するとともに、前記光データパケット信号を、対応
   する、Ｋ個の電気アドレスパケット信号から変換され
   た、グループ毎に異なり、かつ、前記所定の１つの波長
   とも異なる所定の１つの波長を有する光アドレスパケッ
   ト信号と波長多重した後、光時分割多重するＭ個の光時
   分割多重化モジュールと、 Ｍ個の入力端およびＭ個の出力端を有し、各光時分割多
   重化モジュールから出力された光データパケット信号お
   よび光アドレスパケット信号を波長多重して合波し、前
   記Ｍ個の出力端に分配する光スターカプラと、 前記光スターカプラのＭ個の出力端からそれぞれ出力さ
   れたＭ個の光データパケット信号およびＭ個の光アドレ
   スパケット信号のうち、グループアドレスが一致したも
   のを同時にＭ個選択した後、バッファリングして、所定
   周期毎に、波長多重されている１個の光データパケット
   信号と１個の光アドレスパケット信号を出力するＭ個の
   グルーピングバッファモジュールと、 １個のグルーピングバッファモジュールから出力された
   光データパケット信号および光アドレスパケット信号を
   Ｋ個に分配するＭ個の光分配器と、 前記Ｍ個の光分配器からそれぞれ出力された光データパ
   ケット信号のうち、対応する出力信号線のアドレスに一
   致したものを選択した後、バッファリングして、所定周
   期毎に、１個の光パケット信号を出力するＮ個の出力バ
   ッファモジュールと、 対応する出力バッファモジュールから出力された光パケ
   ット信号を、前記Ｎ本の入力信号線を介して入力された
   電気パケット信号の時間長Ｔに等しい時間長の電気パケ
   ット信号に変換して、対応する出力信号線を介して出力
   するＮ個の光パケット伸長器とを具備することを特徴と
   する光パケットスイッチ。