JPH1141173A - 光クロスコネクト装置および光伝送システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光スイッチマトリックスにおいて、マトリック
ス規模の増大に応じて二乗的に増加する部品数およびコ
ストが実用化を妨げる大きな要因となっている。性能面
においても多段接続による挿入損失の増大、クロストー
クの累積などの問題が有り、実用的性能を保ったままで
のマトリックスの大規模化には限界があった。 【解決手段】光クロスコネクトシステムへの入出力ファ
イバは現用ファイバと予備用ファイバに分けられ、通常
（障害が発生しない状態）は、伝送装置と現用ファイバ
は一対一に対応することとなる。つまり、光クロスコネ
クト装置のスイッチマトリックスに要求される接続性は
必ずしも全ファイバ間の非閉塞完全接続ではなく、現用
ファイバとの一対一接続と障害時の予備用ファイバとの
所定接続関係であり、これを活かすことで大幅はスイッ
チの規模縮小が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光クロスコネクト装
置および光伝送システムに係り、特に高速光信号を光信
号のままでライン、パスの切り換えを行う光クロスコネ
クト装置および光伝送システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の光伝送技術の進歩により、ネット
ワークの大容量化が急速に進んでいる。これは一方では
障害発生時の被害の拡大をも意味しており、高信頼なネ
ットワークの構築が急務となっている。従来、障害発生
個所の迂回はクロスコネクト装置により行われていた
が、電気／光変換及び低速信号への多重分離を要するク
ロスコネクト装置では大容量光信号の処理は難しく、高
速信号を光のままで電気／光変換することなく切り替え
る光クロスコネクト装置の開発が各所で行われている。
図１は、光クロスコネクトシステムを導入した自動障害
回避機能を有するネットワークの構成例である。正常な
状態である図１（ａ）では、伝送装置１が現用の光ファ
イバ３によって接続されている。これに対して、端局Ａ
と端局Ｂとの間の現用の光ファイバ３に障害が発生した
状態である図１（ｂ）では、光クロスコネクト装置２に
よって予備用の光ファイバ４を用いた端局Ｃを経由する
迂回経路が形成され、伝送路が復旧される様子を模式的
に示している。

【０００３】この様な障害回復を持つ光クロスコネクト
システムとしては、１９９３年電子情報通信学会秋季大
会の発表ＳＢ−８−１”無瞬断切り換えによる光経路編
集可能な光クロスコネクトシステム”が挙げられる。同
報告では８ｘ８スイッチを構成要素とし、これを３段リ
ンク接続した６４ｘ６４スイッチマトリックスを提案
し、これを用いた光クロスコネクトシステムについて検
討している。この例に見られる様に従来の光クロスコネ
クト装置では完全非閉塞のスイッチマトリックスを基本
とし、これをリンク接続することで大容量化する方式が
一般的であった。ここで、スイッチマトリックスとは複
数の入力、複数の出力を切り替え接続可能な広い意味の
スイッチ構成を意味しており、ツリー型のスイッチ構成
等を含んでいる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１に示されている様
に光クロスコネクト装置２は、ネットワークの各ノード
に設置され、伝送装置１と伝送路である光ファイバ３お
よび光ファイバ４の間の接続を変更する機能を持つ。ノ
ード内のＭ個の伝送装置を２Ｍ本の光ファイバ１３によ
って光スイッチ部１１と接続し、現用の光ファイバ１４
を２Ｍ本、予備用の光ファイバ１５を２Ｒ本とした時の
光クロスコネクト装置の装置構成概要を図２に示す。モ
ニター部１２によってファイバ故障を検出し、制御部１
０が制御する光スイッチ部１１によって接続の切替を行
う。光クロスコネクト装置の主要部である光スイッチ部
１１には伝送装置側及び伝送路側の両方から光信号が入
出射されるが、これを方向別に整理すると図２（ｂ）に
示されている様におのおの２Ｍ＋Ｒ本の入力ポートと出
力ポートとを持つ正方すなわち入力数と出力数が同じ光
スイッチマトリックス１８になることがわかる。

【０００５】一般に光ファイバ１４および光ファイバ１
５は総計で２４から４７本程度を束ねたケーブルとして
敷設されるており、各ノードには隣接する複数のノード
からのケーブルが接続される。したがって、ノード当り
の光ファイバ数は２００〜３００の規模に及び、これら
の光ファイバを扱う光クロスコネクト装置も大容量であ
ることが要求されてる。光クロスコネクト装置の大容量
化における最大の課題は、その主要部である光スイッチ
部１１を大規模なスイッチマトリックスとすることにあ
る。

【０００６】大規模なスイッチマトリックスは、複数の
光スイッチ素子の組合せによって実現できる。各光スイ
ッチ素子自体の規模も大きい、すなわち集積度の高い方
が望ましい。しかし、一般に光素子の集積度は電子デバ
イスに比べて遥かに低く、従来例にもある様に８ｘ８ス
イッチマトリックスを１チップに集積化することが現状
技術の限界に近い。また、現在実現されている集積型ス
イッチ素子（４ｘ４，８ｘ８など）において使用される
光スイッチ素子の構造は、一般に単体型光スイッチ素子
（１ｘ２，２ｘ２等）に比べてスイッチング時のアイソ
レーション及び挿入損失等の基本特性面で劣る。このた
め、スイッチング時の光信号品質の劣化が避けられず、
高速光信号への適用が困難である。

【０００７】一方で、基本性能に優れる単体型光スイッ
チ素子を用いてスイッチマトリックスを構成した場合に
は、部品点数の増加及び素子間光配線の処理によりマト
リックスの大容量化に伴う装置規模の急速な増加が避け
られず、実用的なスイッチマトリックス規模の実現は難
しかった。また、高性能単体光スイッチ素子を用いた場
合においても、挿入損失補償の為に図２中の光アンプ１
６、１７は必須であり、光増幅時の光雑音の発生による
信号の光Ｓ／Ｎ比劣化およびアンプ数の増加によるシス
テムコストの増加等の問題がある。

【０００８】この様に、高速光信号への信号品質劣化の
少ない、大規模光スイッチマトリックスの開発が光クロ
スコネクト装置の実用化における最大の課題となってい
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】実用上の観点から光伝送
システムを考えた場合、ファイバは通常使用される現用
部分と障害発生時に使用される予備用部分に大別出来
る。従って光クロスコネクトシステムへの入出力ファイ
バも同様に現用ファイバと予備用ファイバに分けられ、
正常時（障害が発生しない状態）は、伝送装置と現用フ
ァイバは一対一に対応することとなる。つまり、光クロ
スコネクト装置のスイッチマトリックスに要求される接
続性は必ずしも全ファイバ間の完全非閉塞な接続ではな
く、通常現用系使用時には一対一接続＋障害時の予備用
ファイバとの所定接続関係であり、これを活かすことで
大幅なスイッチの規模縮小が可能となる。

【００１０】スイッチの規模縮小を図ることにより、部
品点数の削減による信頼性向上、コスト低減のみならず
光信号品質の劣化も最小限に抑えることが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図３
ないし図１０を用いて説明する。図３に本発明の第１の
実施例を示す。図３は、光クロスコネクトの主要部であ
る光スイッチ部１１の構成をあらわしたものであり、図
２に示した従来装置構成と同様にＭ個の伝送装置と接続
する２Ｍ本の光ファイバ１３と、２Ｍ本の現用光ファイ
バ１４、２Ｒ本の予備用光ファイバ１５が接続される場
合の構成をあらわしている。

【００１２】本実施例の構成の特徴は、伝送装置に対応
する２Ｍ本の光ファイバ１３と光ファイバ１４とは、一
段の光スイッチ２０のみを介して接続されていることに
ある。この一段の光スイッチ２０は現用/予備の切替を
行うものであり、１ｘ２スイッチ構造をしており、１ポ
ート側には光ファイバ１３が接続され、２ポート側には
光ファイバ１４と光スイッチマトリックス１９が接続さ
れている。正常時には互いに対応する光ファイバ１３
（伝送装置）と光ファイバ１４（伝送路）間を接続し、
光ファイバ１４に障害が発生した場合にのみ光ファイバ
１３と光スイッチマトリックス１９とを接続する。障害
時には、光ファイバ１３は、光スイッチ２０、光スイッ
チマトリックス１９を通って予備用の光ファイバ１５へ
接続される。

【００１３】図２の従来装置構成では、光スイッチマト
リックス１８には全ての入出力が接続され、全入出力間
での接続変更を行う機能が割り当てられている。これに
対して、本実施例の光スイッチマトリックス１９は、光
スイッチ２０を経由する入出力と光アンプ１７を経由す
る予備用光ファイバ１５のみが接続され、現用光ファイ
バ１４は接続されない。予備用光ファイバ１５の総数２
Ｒは現用光ファイバ１４の総数２Ｍに比べて少ないの
で、本発明によりマトリックススイッチへの入出力ファ
イバ総数は、大幅に減少し（Ｍ＋Ｒ）ｘ２となって、ス
イッチマトリックスの構成が容易となる。

【００１４】また、従来の光クロスコネクト装置では全
入出力に対し、損失補償用光アンプが必要となっていた
のに対し、本発明の構成では損失補償用の光アンプ１７
が必要となるのは予備用の光ファイバ１５に対してのみ
となり、また所要利得も小さい。これは次の二つの理由
による。

【００１５】１）正常時には伝送装置と伝送路が一段の
光スイッチ２０のみを介して接続されており、その挿入
損失は十分に小さいので損失補償用光アンプが不要とな
る。 ２）マトリックス規模の縮小により予備系においてもス
イッチ部の挿入損失が低下する。

【００１６】これにより、システムの低コスト化が図れ
ると共に、光増幅器での光信号品質劣化を小さく抑える
という点においても優れた効果を持つ。また、本発明で
は光スイッチマトリックス１９と現用の光ファイバ１４
とが、直接接続されていないため、スイッチの切替が故
障を起こしていない現用の伝送系（光ファイバ１３、光
スイッチ２０、光ファイバ１４の経路）に影響を与えな
くなるので、再配置可能非閉塞マトリックススイッチ構
成を使用することが出来る。これに対し図２の従来構成
では、現用光ファイバ１３が光スイッチマトリックス１
９と分離されていないため、現用の伝送系の接続を完全
に保ったまま、予備用光ファイバ１５の経路へ切り替え
るには完全非閉塞型マトリックススイッチを使用せざる
を得ない。

【００１７】一般に完全非閉塞マトリックススイッチを
構成するスイッチ素子数は、入出力ポート数の二乗に比
例する場合が多いが、再配置可能非閉塞マトリックスス
イッチの場合、Ｎlog (N)に比例する素子数で構成出来
る事が知られている。従って、本発明によりスイッチマ
トリックスの部品点数を大幅に削減することが可能とな
り、しかもその効果は、大容量の光クロスコネクト装置
を作成する場合により著しくなる。

【００１８】図４に本発明の別の実施例を示す。現実の
ネットワークを考えた場合、各ノード内でループバック
する様な伝送路の接続は行われない。従がって、これに
対応する接続を省いても光クロスコネクト装置としての
機能は低下しない。

【００１９】本実施例は、この考えに基づいたものであ
り、図４の例では、ノード内接続を省くことにより、光
スイッチマトリックスが、複数の小規模の光スイッチマ
トリックスに分解されている。図３と図４とを比較する
と、（Ｍ＋Ｒ）ｘ（Ｍ＋Ｒ）の光スイッチマトリックス
１９が、１個のＲ×Ｒ光スイッチ２２、２個のＭ×Ｒ光
スイッチ２１、２３および２Ｒ個の１×２の光スイッチ
２４に分解されている。

【００２０】この様な構成の導入によるメリットを定量
的に比較するために光スイッチマトリックス１９、２０
における所要単位光スイッチ素子数及び光アンプ所要数
を図２の従来の装置構成及び図４の本発明の装置構成に
ついて求め比較した結果をが図５に示す。この計算では
ファイバ数における現用系と予備系の比率を２（予備系
ファイバを現用系の５０％用意）と仮定している。ま
た、完全非閉塞マトリックススイッチとして１ｘ２スイ
ッチから構成されるツリー型マトリックススイッチを、
再配置可能非閉塞マトリックススイッチとして２ｘ２ス
イッチから構成されるベネス型マトリックススイッチを
仮定している。

【００２１】本実施例により光スイッチ所要数は約１／
５に低減されており、大幅な装置構成の簡略化が図られ
ていることがわかる。また、所要光アンプ数は従来構成
の１／３となる。光スイッチおよび光アンプは光クロス
コネクト装置における主要部分であり、これらの所要数
の大幅な削減は装置コストの低減にも大きく寄与する。

【００２２】光クロスコネクト装置により伝送路切替を
行う場合には、接続される全ての切替先の伝送路には所
定の切替元伝送特性条件（例えば波長分散値、伝搬損
失、Ｓ／Ｎ比などの条件）を満足する必要があり、これ
を満足する切替先伝送路は現実には多くはない。この点
に着目し、予備系切替用マトリックススイッチを現実に
使用するもしくは将来的に使用する可能性のある経路接
続を最低限保証することの出来る不完全なマトリックス
構成としたのが図６の実施例である。

【００２３】本実施例ではスイッチマトリックスの基本
構造はツリー型である。通常のツリー型３ｘ３マトリッ
クススイッチを図６（ｂ）に示す。各入出力ポートには
光分岐スイッチ２５−２が配置されており、三つのポー
トに分けられ、互いに異なるポートへ完全接続されてい
る。したがって、任意の入力から任意の出力へ接続可能
である。光分岐スイッチは２個の１ｘ２の光スイッチ２
７−２によって構成されている。一方、本実施例で採用
している部分的に接続できないツリー型３ｘ３マトリッ
クススイッチを図６（ｃ）に示す。各光分岐スイッチ２
５−３は１個の１ｘ２の光スイッチ２７−３にて構成さ
れ、２分岐のスイッチとなっている。各々１ポートずつ
接続できないポートのある構成となっているが、必要な
光スイッチ数が少なくなっている。このように、選択型
光スイッチとして、使用する可能性の無い接続に対応す
るスイッチ素子を除いた構成を取ることにより、マトリ
ックス部の所要スイッチ素子数を低減すると共に、スイ
ッチ素子の接続段数も低減できる。

【００２４】図６（ｂ）では、９通りの接続の内、スイ
ッチ素子の通過段数２段が１通り、３段が４通り、４段
が４通りであるのに対し、図６（ｃ）の構成では、２段
がのみ６通りであり、スイッチ接続段数が減っている。
スイッチ接続段数の低減は装置全体の挿入損失の改善及
びチャンネル間クロストークの低減に有効である。不要
な接続に対して閉塞性のある光スイッチ部を用いること
で、光スイッチ数とクロストークを低減できる。

【００２５】図７に本発明の別の実施例を示す。光伝送
ネットワークの高信頼化のためには伝送路障害だけでな
く、伝送装置自体の故障に対しても高速自動復旧する必
要が生じる。これを行うためには予備系伝送装置を予め
配し、装置故障時には故障伝送装置に代わって予備装置
が作動する機構を導入することが一般的であるが、従来
の伝送システムでは予備伝送装置にも伝送路（光ファイ
バ）を専用に割り当てていた。

【００２６】しかし、光クロスコネクト装置を導入し、
伝送路と伝送装置の対応が動的に変化する伝送システム
では、必ずしも予備用伝送装置にファイバを固定的に割
り当てる必要は無い。むしろ伝送路の利用効率向上およ
びクロスコネクトシステムの所要ハード規模縮小による
コスト低減他の観点からは、予備用伝送装置への専用フ
ァイバ割り当てを止め、伝送装置障害時には伝送装置の
みを予備系に切り替え、伝送路としては故障が発生した
伝送装置が使用していたものを継承する方が望ましい。

【００２７】図７は、現用の伝送装置３０だけでなく、
予備用の伝送装置２９が光ファイバ３１によって、光ス
イッチ部３３に接続されている。例えば、故障した現用
伝送装置３０−１と光スイッチ部３３を介して接続され
ていた光アンプ３６、光ファイバ３８とを予備用伝送装
置２９へ接続することにより、復旧できる。他の現用伝
送装置であっても、予備用伝送装置３１が空いていれば
接続できる。

【００２８】図８は、図７の構成をサポートするための
光クロスコネクト装置の内部構成の一例を示したもので
ある。任意の伝送装置が故障した場合にも、同装置から
の光ファイバ３２に替わって、伝送路への出力光ファイ
バ３８に対し、予備用伝送装置からの光ファイバ３１を
選択型光スイッチ４３と切替え用光スイッチ４４の動作
により、出力することが可能である。これにより予備用
伝送装置が専用していた伝送路（光ファイバ）を省くこ
とが可能となり、光ファイバ使用効率を向上させること
が可能となる。さらに、光クロスコネクトの光スイッチ
部３３への入出力ファイバ数の削減は、所要ハード規模
を縮小することが可能となる。

【００２９】なお、図８の構成において（ｂ）に示した
様に現用系の光ファイバ６０と光ファイバ６３を接続し
ている状態と、予備系伝送装置と接続する光ファイバ６
１及び予備系光ファイバ３９へ光スイッチマトリックス
４５を介して接続するための光ファイバ６２への切替え
を２ｘ２光スイッチ４６によりまとめて行う構成例−１
と、同機能を１ｘ２光スイッチ４７、４８の２個により
独立に実現する構成例−２の２方式がある。前者では構
成の簡略化が、後者では機能分離によるシステムの高信
頼化（互いの光スイッチ４７、４８の故障を補い合うこ
とによる効果）が可能である。

【００３０】図９は、図７のシステムをサポートする光
クロスコネクトの別の構成例である。本構成の特徴は図
８の構成では光スイッチ４８としていた予備系／現用系
伝送装置切替え部を光カプラ４９としたことにあり、受
動部品である光カプラ４９を用いる事で光スイッチ４８
の場合に比べて低い故障率を期待することが出来る。

【００３１】予備系切替えにより伝送を復旧させるため
には予備系伝送路が良好な品質を保っていることが必要
であり、光クロスコネクト装置は予備系伝送路の品質を
確認する機構を持つことが望ましい。伝送路品質の検査
法としては種々の方式が考えられるが、最も確実な検査
は所定の高速光信号を伝送してみることである。図１０
は、それを行うために予備系伝送装置の出力を光ファイ
バ３１、選択型光スイッチ４３、選択型光スイッチ５
３、光スイッチ５４を通して予備系伝送路に入力する機
構を設けた光クロスコネクト装置の構成を示している。
同様に、予備系伝送路からの高速光信号は、光ファイバ
３９、光スイッチ５２、選択型光スイッチ５１、選択型
光スイッチ４３、光ファイバ３１を通して予備用光伝送
装置に送られ検査される。この構成により、予備系伝送
路の状態確認を確実に検査出来るだけでなく、予備系伝
送装置自体の動作確認をも行うことが出来る。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、スイッチマトリックス
を構成する部品数を大幅に削減できるので、高信頼化及
び低コスト化が達成されると共に光クロスコネクト装置
の大容量化も容易となる。また、光スイッチ数の削減に
よる挿入損失及びチャンネル間クロストークの低減によ
り、光信号の伝送品質が向上するため、チャンネル当た
りの伝送速度を高くすることも可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】光クロスコネクト装置を用いたネットワーク構
成の構成を説明する図である。

【図２】従来の光クロスコネクト装置の装置構成を説明
する図である。

【図３】本発明の第１の実施例である光クロスコネクト
装置の光スイッチ部の構成を説明する図である。

【図４】本発明の第２の実施例である光クロスコネクト
装置の光スイッチ部の構成を説明する図である。

【図５】光スイッチ所要素子数と光アンプ所要数ににつ
いて図４に示した実施例とと従来例とを比較説明する図
である。

【図６】本発明の第３の実施例である光クロスコネクト
装置の光スイッチ部の構成を説明する図である。

【図７】本発明の第４の実施例である光クロスコネクト
装置の光スイッチ部の構成を説明する図である。

【図８】本発明の第５の実施例である光クロスコネクト
装置の光スイッチ部の構成を説明する図である。

【図９】本発明の第６の実施例である光クロスコネクト
装置の光スイッチ部の構成を説明する図である。

【図１０】本発明の第７の実施例である光クロスコネク
ト装置の光スイッチ部の構成を説明する図である。

【符号の説明】

１…伝送装置、２…光クロスコネクト装置、３…光ファ
イバ、４…光ファイバ、１０…制御部、１１…光スイッ
チ部、１２…モニタ部、１３…光ファイバ、１４…光フ
ァイバ、１５…光ファイバ、１６…光アンプ、１７…光
アンプ、１８…光スイッチマトリックス、１９…光スイ
ッチマトリックス、２０…光スイッチ、２１…光スイッ
チ、２２…光スイッチ、２３…光スイッチ、２４…光ス
イッチ、２５…光分岐スイッチ、２６…光スイッチマト
リックス、２７…光スイッチ、２８…伝送装置間リン
ク、２９…予備用伝送装置、３０…現用伝送装置、３１
…光ファイバ、３２…光ファイバ、３３…光スイッチ
部、３４…制御部、３５…モニター部、３６…光アン
プ、３７…光アンプ、３８…光ファイバ、３９…光ファ
イバ、４０…光クロスコネクト装置、４１…光伝送装
置、４２…制御信号線、４３…選択型光スイッチ、４４
…光スイッチ、４５…光スイッチマトリックス、４６…
光スイッチ、４７…光スイッチ、４８…光スイッチ、４
９…光カプラ、５１…選択型光スイッチ、５２…光スイ
ッチ、５３…選択型光スイッチ、５４…光スイッチ、６
０…光ファイバ、６１…光ファイバ、６２…光ファイ
バ、６３…光ファイバ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金武 達郎 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株 式会社日立製作所中央研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】伝送装置に接続される入出力ポートと前記
   伝送装置に対応する伝送路に接続される入出力ポートと
   の間に切替光スイッチが設けられており、該切替光スイ
   ッチを介して前記伝送装置と予備伝送路への接続ポート
   とが予備経路設定用光スイッチ部により接続されてなる
   ことを特徴とする光クロスコネクト装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の光クロスコネクト装置に
   おいて、 予備経路設定用光スイッチ部に再配置可能型非閉塞の光
   スイッチマトリックス構成を用いたことを特徴とする光
   クロスコネクト装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の光クロスコネクト装置に
   おいて、 予備経路設定用光スイッチ部を所定の予備系接続を満足
   する閉塞型構成もしくは不完全マトリックス構成からも
   ってなることを特徴とする光クロスコネクト装置。
4. 【請求項４】請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載
   の光クロスコネクト装置において、 各伝送路の接続先を対応する各現用系伝送装置と予備系
   伝送装置の間で切り替える手段を付加したことを特徴と
   する光クロスコネクト装置。
5. 【請求項５】請求項４に記載の光クロスコネクト装置に
   おいて、 予備系伝送装置と現用系伝送装置との切替えを行う機構
   が、切替え対象となる現用系伝送装置を選択するための
   選択型光スイッチと、該選択型光スイッチの選択出力側
   に接続された切替え用光スイッチからなることを特徴と
   する光クロスコネクト装置。
6. 【請求項６】請求項４に記載の光クロスコネクト装置に
   おいて、予備系伝送装置と現用系伝送装置との切替えを
   行う機構が、切替え対象となる現用系伝送装置を選択す
   るための選択型光スイッチと、該選択型光スイッチの選
   択出力側に接続された光カップラーからなることを特徴
   とする光クロスコネクト装置
7. 【請求項７】請求項４乃至請求項６のいずれか一に記載
   の光クロスコネクト装置において、選択型光スイッチに
   より分岐された予備系伝送装置の光出力を予備系伝送線
   路に接続する手段を設けた事を特徴とする光クロスコネ
   クト装置。
8. 【請求項８】請求項１乃至請求項７のいずれか一に記載
   の光クロスコネクト装置を用い、線路の障害及び伝送装
   置故障時に予備経路若しくは予備装置への自動切換えを
   行うことを特徴とする光伝送システム。