WO2021171438A1 - 光電子融合スイッチ - Google Patents

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WO2021171438A1
WO2021171438A1 PCT/JP2020/007844 JP2020007844W WO2021171438A1 WO 2021171438 A1 WO2021171438 A1 WO 2021171438A1 JP 2020007844 W JP2020007844 W JP 2020007844W WO 2021171438 A1 WO2021171438 A1 WO 2021171438A1
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WO
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optical
switches
input
switch
output
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PCT/JP2020/007844
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French (fr)
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慶太 山口
森脇　摂
相馬　俊一
鈴木　賢哉
世輝 桑原
乾　哲郎
山本　秀人
聖司 岡本
秀樹 西沢
Original Assignee
日本電信電話株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
    • H04Q11/0001—Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
    • H04Q11/0005—Switch and router aspects
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/56—Routing software
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
    • H04Q11/0001—Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
    • H04Q11/0005—Switch and router aspects
    • H04Q2011/0052—Interconnection of switches

Definitions

  • the present invention relates to a high-performance optoelectronic fusion switch belonging to a network switch.
  • the signal propagating through the electrical wiring has a shorter distance that can be propagated as the signal speed increases, but the density of the electrical wiring cannot be increased above the physical upper limit. Therefore, if the capacity of the network processor is further increased, it becomes difficult to propagate the electric signal even at a distance within the board. Under these circumstances, it is being studied to convert an electric signal into an optical signal within a propagable distance and apply an optical wiring capable of transmitting a long distance as compared with the electric signal.
  • the related technology of the content is described in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2.
  • Non-Patent Document 1 An optical transmitter / receiver is described in Non-Patent Document 1.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration when the technology disclosed in Non-Patent Document 1 is applied to the network switch 10 from the upper surface direction.
  • the network switch 10 includes a network processor 2 and an optical transmitter / receiver 3 having a photoelectric conversion function on the upper surface of the substrate 1, and is configured by connecting these devices with metal wiring 4.
  • the network processor 2 is an electronic circuit that provides a core function of a packet switch, and is generally made into an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).
  • the optical transmitter / receiver 3 includes an internally modularized optical receiver (RX) 3a, laser (LASER) 3b, electrical processing function unit 3c, and optical transmitter (TX) 3d, as well as a connector 3e and an optical fiber 3f. It is a small part that is configured with such equipment.
  • a plurality of optical transmitters / receivers 3 are arranged in parallel on the substrate 1 to enable high-density mounting like tiles.
  • the optical receiver 3a selectively enhances the optical signal having a wavelength close to that of the laser 3b among the optical signals input from the connected optical fiber 3f, and optical / It plays the role of converting electricity into an electric signal.
  • the electric processing function unit 3c plays a role of digital signal processing of an electric signal at the time of sending and receiving a signal to and from the network processor 2 and amplification of the electric signal at the time of optical transmission / reception.
  • the optical transmission unit 3d plays a role of performing electric / optical conversion by modulating the light input from the laser 3b using the electric signal input from the electric processing function unit 3c and outputting it to the connected optical fiber 3f. ..
  • the connector 3e is provided for connection with the network processor 2.
  • the packet switch function provided by the network processor 2 is a high-performance one that can specify a destination for each packet, but the power consumption per processing capacity is large.
  • the use since it generally takes time to switch the path of the optical switch, the use is limited to fixing the path or switching in flow units that continue for a long time.
  • the power consumption required for switching of the optical switch is smaller than that of the packet switch, and the value is almost constant regardless of the signal speed.
  • the communication source node is connected to the nearest packet switch and then connected to the communication partner node via another packet switch. Will be done. The reason is that if the communication source node is connected to the packet switch closest to the communication destination node far from the communication source node, the transmission distance becomes long and the wiring of optical fibers etc. becomes complicated, and the optical signal This is because the transmittable distance becomes shorter as the transmission capacity increases. When the transmittable distance is shortened in this way, it becomes impossible to connect the communication source node to a packet switch having a long distance.
  • a client-server computer or the like is applied to the node.
  • the packet switch by the network processor 2 can be regarded as an electric switch. When an electric switch and an optical switch are combined, it is called a hybrid switch.
  • the opto-electric hybrid described in Patent Document 1 can be mentioned.
  • existing network switches have a problem that the processing of packet switches increases and it becomes difficult to operate with low power consumption, assuming application to an optical network system in which a plurality of packet switches are connected to each other.
  • existing network switches under the condition that multiple packet switches are connected to each other, it is difficult to perform wide-area optical communication between the nodes of the communication source and the communication partner due to the shortening of the transmittable distance due to the increase in the transmission capacity of optical signals. There is also the problem of becoming.
  • An object of the embodiment according to the present invention is that even if a plurality of packet switches are connected to each other to construct an optical network system, the processing of the packet switches is not increased and the operation is performed with low power consumption.
  • the purpose of the present invention is to provide an optical electron fusion switch capable of wide-area optical communication between them.
  • one aspect of the present invention is an optical transistor fusion switch including a packet switch and a plurality of optical switches, and the packet switch is provided in an electronic circuit and in the vicinity of the electronic circuit. It is provided with a plurality of optical transceivers having a photoelectric conversion function, the plurality of optical switches include different types of optical switches, and a path connecting an electronic circuit and a plurality of optical transceivers is described. It is a wiring through which an electric signal passes, and is a path connecting between a plurality of optical transmitters and receivers and a plurality of optical switches, and a path connecting between two optical switches of different types among the plurality of optical switches.
  • the path connecting the plurality of optical switches and the input / output ports of the optical electron fusion switch is an optical waveguide, and different types of optical switches among the plurality of optical switches are input optical signals in cooperation with each other. Is a path that is output to another packet switch that is connected to the packet switch without going through an electronic circuit, and a path that an optical signal input from another packet switch is output to that other packet switch without going through an electronic circuit. Then, the input optical signal is photoelectrically converted by a plurality of optical transceivers via an electronic circuit and the obtained optical signal is output to another packet switch, and the optical signal input from another packet switch is electronic. It is characterized in that a path for outputting an optical signal obtained by photoelectric conversion by a plurality of optical transceivers via a circuit to the other packet switch is selected.
  • the packet switch is configured to include an electronic circuit and each optical transmitter / receiver near the electronic circuit, and different types of optical switches cooperate to select a route between the nodes of the communication source and the communication partner.
  • Optical communication can be performed by connecting a packet switch.
  • the route selection there is a route for executing an optical cut-through in which the input optical signal or the optical signal input from another packet switch connected to the packet switch is output to another packet switch without going through an electronic circuit. ..
  • the input optical signal or the optical signal input from another packet switch is photoelectrically converted by each optical transceiver via an electronic circuit, and the optical signal obtained is output to another packet switch. There is a route to do.
  • FIG. 1 It is a figure which showed the schematic structure of the network switch disclosed in Non-Patent Document 1 from the upper surface direction. It is a figure which showed the schematic structure of the photoelectron fusion switch which concerns on a preferable embodiment of this invention.
  • (A) is a plan view shown from the upper surface direction of the photoelectron fusion switch.
  • (B) is a side sectional view of a part (A) of the photoelectron fusion switch mounted on the substrate in the direction of the arrow IIB. It is a figure which showed the schematic structure of the photoelectron fusion switch which concerns on Embodiment 1 of this invention from the upper surface direction.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a photoelectron fusion switch 100 according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a plan view showing the photoelectron fusion switch 100 from the top surface direction.
  • FIG. 2B is a side sectional view of a part of the photoelectron fusion switch 100 mounted on the substrate 11 in the direction of the arrow IIB of FIG. 2A.
  • the optical electron fusion switch 100 includes a network processor 20 constituting a packet switch, a plurality of optical transmitters / receivers 30 having a photoelectric conversion function, a plurality of optical switches, and a plurality of optical switches.
  • the network processor 20 is an electronic circuit that controls the function of the packet switch, and can input and output a large number of high-speed signals.
  • Each optical transmitter / receiver 30 is provided in the vicinity of the network processor 20 and has the same configuration as that of the optical transmitter / receiver 3 described with reference to FIG. 1, but only the outer shape is shown briefly.
  • Each optical switch is preferably a waveguide type optical switch created by PLC (Planar Lightwave Circuit) technology.
  • Each optical switch includes a different type of optical switch. Then, different types of optical switches among the optical switches work together to perform optical cut-through to select a route so that the input optical signal is output without the intervention of the network processor 20.
  • optical-electron fusion switch 100 it is assumed that an optical network system is configured in which a packet switch is connected as a node between a communication source and a communication partner to perform optical communication, and a path in which different types of optical switches cooperate. Make a selection.
  • the selected route includes a route in which the input optical signal is output to another packet switch connected to the packet switch without going through the network processor 20. Further, the selected route includes a route in which an optical signal input from another packet switch is output to another packet switch without going through the network processor 20. Further, the selected path includes a path in which the input optical signal is photoelectrically converted by each optical transmitter / receiver 30 via the network processor 20 and the obtained optical signal is output to another packet switch.
  • the selected path is a path in which an optical signal input from another packet switch is photoelectrically converted by each optical transmitter / receiver 30 via a network processor 20 and an optical signal obtained is output to another packet switch.
  • examples of different types of optical switches include various types such as a route selection switch and a route setting switch related to input / output.
  • a metal wiring 40 for wiring through which an electric signal passes is used as a path for connecting the network processor 20 and each optical transmitter / receiver 30.
  • An optical waveguide 50 is used as a path connecting each optical transmitter / receiver 30 and each optical switch.
  • the optical waveguide 50 is used as a path for connecting two different types of optical switches in each optical switch, or a path for connecting each optical transceiver 30 or each optical switch and an input / output port. It is also preferable to use.
  • the pattern of the optical waveguide 50 is complicated to be routed, assuming that different types of optical switches are actually used for each optical switch. Therefore, in FIG. 2A, only the parts of the optical waveguide 50 IN on the input side and the optical waveguide 50 OUT on the output side regarding the optical relay switch 60 are shown, and most of them are omitted.
  • the network processor 20, each optical transceiver 30, each optical switch, the metal wiring 40, and the optical waveguide 50 in the optical electron fusion switch 100 are mounted on the upper surface of the same substrate 11.
  • the metal wiring 40 and the optical waveguide 50 form an interposer with an optical waveguide.
  • the network processor 20, each optical transmitter / receiver 30, and each optical switch are arranged in the same plane on the upper surface of the interposer with the optical waveguide.
  • at least a part of each optical switch may be integrated as a part of the optical waveguide 50 in the interposer with the optical waveguide.
  • an optical functional device such as an AWG (Array Waveguide Glatings) may be provided in the area of the optical waveguide 50 of each optical switch.
  • optical electron fusion switch 100 having such a configuration outline, even if a plurality of packet switches are connected to each other to construct an optical network system, each embodiment for operating with low power consumption without increasing the processing of the packet switches is described below.
  • the optical-electron fusion switch 100 here is assumed to perform wide-area optical communication by connecting a packet switch as a node between a communication source and a communication partner.
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the photoelectron fusion switch 100A according to the first embodiment of the present invention from the upper surface direction.
  • the optical electron fusion switch 100A includes a network processor 20A which is an electronic circuit that controls the function of the packet switch, a plurality of optical transmitters / receivers 30A having a photoelectric conversion function, and a plurality of optical switches. ..
  • the network processor 20A and each optical transmitter / receiver 30A constitute a packet switch.
  • Each optical switch has, as different types, a plurality of optical input path selection switches 71, a plurality of optical output path selection switches 72, a pair of optical relay input path setting switches 82, 84, and a pair of optical relay output path setting switches 81. 83 and.
  • the optical relay input path setting switches 82 and 84 have N and M as natural numbers, and if the relationship of N> M is established, they are N ⁇ M type (N input and M output).
  • the N ⁇ M type indicates that N input and M output are performed as in the following.
  • each optical input path selection switch 71 is connected to the input port PIN
  • each optical output path selection switch 72 is connected to the output port P OUT.
  • a wiring through which an electric signal passes is used as a path for connecting the network processor 20A and each optical transmitter / receiver 30A.
  • An optical waveguide 50 is used as a path connecting each optical transmitter / receiver 30A with each optical input path selection switch 71 and each optical output path selection switch 72.
  • the optical waveguide 50 is also used as a path for connecting the optical relay input path setting switch 84 on one side and the optical relay output path setting switch 81 on the other side to each optical input path selection switch 71.
  • the optical waveguide 50 is also used for the path connecting the optical relay input path setting switch 82 on the other side and the optical relay output path setting switch 83 on the one side to each optical output path selection switch 72.
  • the optical waveguide 50 connects between each optical input path selection switch 71 and the input port PIN, and between the optical relay input path setting switches 82 and 84 and the dedicated input port PIN. It is also used for the route to be used. In addition, the optical waveguide 50 connects between each optical output path selection switch 72 and the output port P OUT, and between the optical relay output path setting switches 81 and 83 and the dedicated output port P OUT. It is also used for routes.
  • the ports connected to the optical relay input route setting switches 82 and 84 are regarded as the dedicated input ports P IN
  • the ports connected to the optical relay output route setting switches 81 and 83 are regarded as the dedicated output ports P OUT. ing.
  • Each optical transmitter / receiver 30A converts the input optical signal into an electric signal and transmits it to the network processor 20A, and outputs an optical signal related to the electric signal from the network processor 20A. That is, each optical transmitter / receiver 30A transmits an electric signal obtained by optical / electrical conversion of an optical signal input from each input port PIN via each optical input path selection switch 71 to the network processor 20A. Further, each optical transmitter / receiver 30A outputs an optical signal obtained by electro-optically converting an electric signal from the network processor 20A to each output port P OUT via each optical output path selection switch 72.
  • Each optical input path selection switch 71 is provided between the input port PIN and each optical transmitter / receiver 30A. Then, each optical input path selection switch 71 can select a route for connecting the input port PIN and each optical transmitter / receiver 30A by making a through connection. Further, each optical input path selection switch 71 is connected through and is connected to a dedicated input port PIN of the optical relay input path setting switch 84 on one side and a dedicated output port P OUT of the optical relay output path setting switch 81 on the other side. You can select the route to connect with. Further, each optical input path selection switch 71 can select a route for connecting the input port PIN and the dedicated output port P OUT of the optical relay output path setting switch 81 on the other side by making a cross connection.
  • each optical input path selection switch 71 can select a route for connecting each optical transmitter / receiver 30A and the dedicated input port PIN of the optical relay input path setting switch 84 on one side by making a cross connection.
  • each optical input path selection switch 71 shown in FIG. 3 it is a 2 ⁇ 2 type.
  • each optical output path selection switch 72 is provided between each optical transmitter / receiver 30A and the output port P OUT. Then, each optical output path selection switch 72 can select a route for connecting the output port P OUT and each optical transmitter / receiver 30A by making a through connection. Further, each optical output path selection switch 72 is connected through and is connected to a dedicated output port P OUT of the optical relay output path setting switch 83 on one side and a dedicated input port P IN of the optical relay input path setting switch 82 on the other side. You can select the route to connect with. Further, each optical output path selection switch 72 can select a route for connecting the output port P OUT and the dedicated input port PIN of the optical relay input path setting switch 82 on the other side by making a cross connection.
  • each optical output path selection switch 72 can select a route for connecting the dedicated output port P OUT of the optical relay output path setting switch 83 on one side and each optical transmitter / receiver 30A.
  • each optical output path selection switch 72 shown in FIG. 3 it is a 2 ⁇ 2 type.
  • the optical relay input path setting switch 84 on one side receives an optical signal from another packet switch connected to the packet switch through a dedicated input port PIN. Therefore, the optical relay input path setting switch 84 individually transmits the input optical signal to each optical input path selection switch 71.
  • the optical relay input route setting switch 82 on the other side receives an optical signal from another packet switch connected to the packet switch through the dedicated input port PIN. Therefore, the optical relay input path setting switch 82 individually transmits the input optical signal to each optical output path selection switch 72.
  • the optical relay output route setting switch 83 on one side transmits the optical signal transmitted from each optical output route selection switch 72 to another packet switch.
  • the optical relay output route setting switch 81 on the other side transmits the optical signal transmitted from each optical input route selection switch 71 to another packet switch.
  • the optical electron fusion switch 100A here is assumed to be connected to the signal source of the communication source, and is configured to perform optical communication with the signal source of the node of the communication partner via the node to which the packet switch is connected. Assuming an optical network system. Further, in the optical network system to which the optical electron fusion switch 100A is applied, it is assumed that another packet switch connected to the packet switch is an arbitrary node. For the control of each optical switch, a method such as directly connecting the input / output ports according to the request from the client or directly connecting the necessary input / output ports according to the design of the network operator can be adopted. , Here, the details are not considered.
  • the optical input path selection switch 71 is used to select a direction.
  • the input port PIN and each optical transmitter / receiver 30A are connected.
  • the optical signal input from the input port PIN is transmitted to the optical transmitter / receiver 30A, and the optical transmitter / receiver 30A converts the optical signal into an optical / electrical converted electric signal and transmits the optical signal to the network processor 20A.
  • the dedicated input port PIN of the optical relay input path setting switch 84 on one side and the dedicated output port P OUT of the optical relay output path setting switch 81 on the other side are connected.
  • the optical signal input from another packet switch by the optical relay input route setting switch 84 is transmitted to the optical relay output route setting switch 81 through the dedicated input port PIN.
  • the optical signal transmitted to the optical relay output path setting switch 81 is transmitted to another packet switch through the dedicated output port P OUT.
  • the input port PIN and the dedicated output port P OUT of the optical relay output route setting switch 81 on the other side are connected as one of the cross connections.
  • the optical signal input from the input port PIN is transmitted to the optical relay output path setting switch 81.
  • the optical signal transmitted to the optical relay output path setting switch 81 is transmitted to another packet switch through the dedicated output port P OUT.
  • each optical transmitter / receiver 30A and the optical relay input path setting switch 84 on one side are connected.
  • the optical signal input from another packet switch by the optical relay input path setting switch 84 is transmitted to the optical transmitter / receiver 30A through the dedicated input port PIN.
  • an optical signal is converted into an optical signal and transmitted to the network processor 20A.
  • the optical output path selection switch 72 is used to select a direction.
  • the output port P OUT and each optical transmitter / receiver 30A are connected.
  • the optical transmitter / receiver 30A transmits the optical signal obtained by electro-optical conversion of the electric signal output from the network processor 20A to the output port P OUT and outputs it.
  • the dedicated output port P OUT of the optical relay output path setting switch 83 on one side and the dedicated input port P IN of the optical relay input path setting switch 82 on the other side are connected.
  • the optical signal from another packet switch input to the optical relay input route setting switch 82 is transmitted to another packet switch through the dedicated output port P OUT of the optical relay output route setting switch 83.
  • the route selection by the optical output path selection switch 72 connects the output port P OUT and the dedicated input port P IN of the optical relay input path setting switch 82 on the other side as one of the cross connections.
  • the optical signal from another packet switch input to the optical relay input route setting switch 82 is transmitted to the output port P OUT and output.
  • the dedicated output port P OUT of the optical relay output path setting switch 83 on one side is connected to each optical transmitter / receiver 30A.
  • the optical signal from the optical transmitter / receiver 30A is transmitted to another packet switch through the dedicated output port P OUT of the optical relay output path setting switch 83.
  • the optical electron fusion switch 100A of the first embodiment different types of optical switches among the optical switches cooperate to select a route, and a packet switch is connected between the nodes of the communication source and the communication partner to perform optical communication. Can be carried out.
  • the route selection it is possible to execute an optical cut-through in which the input optical signal or the optical signal input from another packet switch is output to another packet switch without the intervention of the network processor 20A.
  • This optical cut-through can be effectively performed without imposing a signal processing burden on the network processor 20A, which consumes power.
  • the input optical signal or the optical signal input from another packet switch is photoelectrically converted by each optical transmitter / receiver 30A via the network processor 20A, and the optical signal obtained is transferred to another packet switch. Can be output.
  • the optical cutthrough can be appropriately set in another packet switch corresponding to the node from the packet switch of the optical electron fusion switch 100A of the communication source node to the communication partner node.
  • the connection of the optical relay input route setting switches 82 and 84 and the optical relay output route setting switches 81 and 83 to other packet switches is an arbitrary node.
  • the processing of the packet switches is not increased and the operation is performed with low power consumption, and wide-area optical communication is performed between the nodes of the communication source and the communication partner. It will be possible.
  • FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of the photoelectron fusion switch 100B according to the second embodiment of the present invention from the upper surface direction.
  • the optical electron fusion switch 100B includes a network processor 20B which is an electronic circuit that controls the function of the packet switch, a plurality of optical transmitters / receivers 30B having a photoelectric conversion function, and a plurality of optical switches. ..
  • the network processor 20B and each optical transmitter / receiver 30B constitute a packet switch.
  • Each optical switch includes a plurality of optical input path selection switches 71 and a plurality of optical output path selection switches 72 as different types, as well as a pair of optical relay input path setting switches 86 and 88 and a pair of optical relay output path setting switches. Includes 85 and 87.
  • each of the plurality of connections of the optical relay input path setting switches 86 and 88 and the optical relay output path setting switches 85 and 87 to different packet switches is M nodes.
  • the pair of optical relay output path setting switches 85 and 87 are N stations 1 ⁇ M
  • the pair of optical relay input path setting switches 86 and 88 are MN ⁇ N.
  • the relationship between N and M is the same as in the case of the first embodiment.
  • Other detailed configurations are common to the photoelectron fusion switch 100A according to the first embodiment.
  • optical electron fusion switch 100B of the second embodiment different types of optical switches among the optical switches cooperate to select a route, and a packet switch is connected between the nodes of the communication source and the communication partner to perform optical communication. Can be implemented.
  • the route selection it is possible to execute an optical cut-through in which the input optical signal or the optical signal input from another packet switch is transmitted to another packet switch without the intervention of the network processor 20B.
  • This optical cut-through can be effectively performed without imposing a signal processing burden on the network processor 20B, which consumes power.
  • the input optical signal or the optical signal input from another packet switch is photoelectrically converted by each optical transmitter / receiver 30B via the network processor 20B, and the optical signal obtained is transferred to another packet switch. Can be output.
  • the optical cutthrough can be appropriately set in another packet switch corresponding to the node from the packet switch of the optical electron fusion switch 100B of the communication source node to the communication partner node.
  • optical / electronic fusion switch 100B multiple connections of the optical relay input route setting switches 86 and 88 and the optical relay output route setting switches 85 and 87 to different packet switches are defined as M nodes.
  • the optical electron fusion switch 100B of the second embodiment even if a plurality of packet switches are connected to each other to construct an optical network system without considering the number of optical waveguides used, the processing of the packet switches is not increased. Operates with low power consumption. As a result, wide-area optical communication becomes possible between the nodes of the communication source and the communication partner as in the case of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of the photoelectron fusion switch 100C according to the third embodiment of the present invention from the upper surface direction.
  • the optical electron fusion switch 100C includes a network processor 20C which is an electronic circuit that controls the function of the packet switch, a plurality of optical transmitters / receivers 30C having a photoelectric conversion function, and a plurality of optical switches. ..
  • the network processor 20C and each optical transmitter / receiver 30C constitute a packet switch.
  • the plurality of optical transmitters / receivers 30C1 and 30C2 which are a part of each optical transmitter / receiver 30C, do not transmit / receive signals to / from the network processor 20B, they are farther from the network processor 20B than each optical transmitter / receiver 30C. It may be provided.
  • optical transmitters / receivers 30C1 and 30C2 may be short.
  • these optical transmitters / receivers 30C1 and 30C2 have a reproduction / relay function of folding back an electric signal obtained by optical / electric conversion of an input optical signal and outputting an optical signal obtained by electric / optical conversion.
  • the optical transmitter / receiver 30C1 is paired with the optical relay output path setting switch 91 and the optical relay input path setting switch 92 among the pair of optical relay input path setting switches 92 and 94 and the pair of optical relay output path setting switches 91 and 93. It is provided in the configuration. However, this pair configuration is an example, and practically, it may be a series (a is a natural number and does not exceed M).
  • the optical transmitter / receiver 30C1 inputs the optical signals output by the optical relay output path setting switch 91 and the optical relay input path setting switch 92, respectively, and performs optical / electrical conversion to obtain an electric signal, which is then folded back to transmit the electric signal. The optical signal converted into light is input.
  • optical relay output path setting switch 91 and the optical relay input path setting switch 92 are assumed to be relatively far away, and in such a case, the reproduction relay function by the optical transmitter / receiver 30C1 transmits an optical signal. It will work effectively to maintain the performance.
  • the optical transmitter / receiver 30C2 is paired with the optical relay output path setting switch 93 and the optical relay input path setting switch 94 among the pair of optical relay input path setting switches 92 and 94 and the pair of optical relay output path setting switches 91 and 93. It is provided in the configuration. This pair configuration is also an example, and practically, it may be a series.
  • the optical transmitter / receiver 30C2 inputs the optical signals output by the optical relay output path setting switch 93 and the optical relay input path setting switch 94, respectively, and performs optical / electrical conversion to obtain an electric signal, which is then folded back to transmit the electric signal.
  • the optical signal converted into light is input.
  • the optical relay output path setting switch 93 and the optical relay input path setting switch 94 are also assumed to have a certain distance, but if the distances are short, the optical transmitter / receiver 30C2 is not provided. You may. That is, the optical transmitters / receivers 30C1 and 30C2 are located on the side away from the packet switch in the pair configuration of at least a pair of optical relay input path setting switches 92 and 94 and a pair of optical relay output path setting switches 91 and 93. It may be provided.
  • the pair of optical relay output path setting switches 91 and 93 are of (N + a) ⁇ (M + a) type. Further, for the same reason, the pair of optical relay input path setting switches 92 and 94 are of (M + a) ⁇ (N + a) type.
  • the relationship between N and M is the same as in the case of the first embodiment.
  • Other detailed configurations are common to the photoelectron fusion switch 100A according to the first embodiment.
  • optical electron fusion switch 100C of the third embodiment different types of optical switches among the optical switches cooperate to select a route, and a packet switch is connected between the nodes of the communication source and the communication partner to perform optical communication. Can be implemented.
  • the route selection it is possible to execute an optical cut-through in which the input optical signal or the optical signal input from another packet switch is transmitted to another packet switch without the intervention of the network processor 20C.
  • This optical cut-through can be effectively performed without imposing a signal processing burden on the network processor 20C, which consumes power.
  • the input optical signal or the optical signal input from another packet switch is photoelectrically converted by each optical transmitter / receiver 30C via the network processor 20C, and the optical signal obtained is transferred to another packet switch.
  • the optical cutthrough can be appropriately set in another packet switch corresponding to the node from the packet switch of the optical electron fusion switch 100C of the communication source node to the communication partner node.
  • optical transmitters / receivers 30C1 and 30C2 having a reproduction relay function are provided on a side away from the packet switch of the combination pair of the optical relay input path setting switches 92 and 94 and the optical relay output path setting switches 91 and 93. ing.
  • the optical electron fusion switch 100C of the third embodiment even if a plurality of packet switches are connected to each other to construct an optical network system, the transmission performance is not deteriorated and the processing of the packet switches is not increased and the consumption is low. Operates on power. As a result, wide-area optical communication becomes possible between the nodes of the communication source and the communication partner as in the case of the first embodiment.

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Abstract

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（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。異なる種類の光スイッチ（７１、７２、８１－８４）は、協働して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プロセッサ（２０Ａ）を介さずに別のパケットスイッチへ出力される経路と、入力された光信号又は別のパケットスイッチから入力された光信号がプロセッサ（２０Ａ）を介して各光送受信器（３０Ａ）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、を選択する。

Description

光電子融合スイッチ
　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（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ：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（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）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（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ　Ｍｕｌｔｉ－ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｌａｂｅｌ　ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）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。
「Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ　Ｆｏｒ　Ｏｎ－Ｂｏａｒｄ　Ｏｐｔｉｃｓ　Ｔｈｅ　Ｕｓｅ　ｏｆ　Ｏｎ－Ｂｏａｒｄ　Ｏｐｔｉｃ　Ｃｏｍｐｌｉａｎｔ　Ｍｏｄｕｌｅｓ　ｉｎ　Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」ＣＯＢＯ　Ｒｅｌｅａｓｅ　１．０　Ｗｈｉｔｅｐａｐｅｒ（http://onboardoptics.org/wp-content/uploads/2019/05/COBO-CohOBO-AppNote-March-2018.pdf） 「Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃоｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ　Ｏｐｔａｉｏｎｓ　ｆｏｒ　４００　Ｇｂｐｓ　ａｎｄ　Ｈｉｇｈｅｒ　Ｏｎ－Ｂｏａｒｄ　Ｏｐｔｉｃｓ」ＣＯＢＯ　Ｃоｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ　Ｗｈｉｔｅｐａｐｅｒ，Ｒｅｖｉｓｉｏｎ　１．０（http://onboardoptics.org/wp-content/uploads/2019/03/COBO-Optical-Connectivity-Whitepaper-March-2019.pdf） 「ＧＭＰＬＳ－Ｂａｓｅｄ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃ　Ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ　Ｒоｕｅｒ（Ｈｉｋａｒｉ　Ｒоｕｅｒ）Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ：　Ａｎ　Ｏｖｅｒｖｉｅｗ　ｏｆ　Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」Ｋｅｎ－ｉｃｈｉ　Ｓａｔｏ，Ｎａｏａｋｉ　Ｙａｍａｎａｋａ，Ｙｏｓｈｉｈｉｒｏ　Ｔａｋｉｇａｗａ，Ｍａｓａｆｕｍｉ　Ｋｏｇａ，Ｓａｔｏｒｕ　Ｏｋａｍｏｔｏ，Ｋｏｈｅｉ　Ｓｈｉｏｍｏｔｏ，Ｅｉｊｉ　Ｏｋｉ，ａｎｄ　Ｗａｔａｒｕ　Ｉｍａｊｕｋｕ，ＮＴＴ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ＩＥＥＥ　Ｃｏｍｍｕｎ.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（Ｐｌａｎａｒ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ：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５０ＩＮ、出力側の光導波路５０ＯＵＴ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（Ａｒｒａｙｅｄ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｇｒａｔｉｎｇｓ：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ＰＩＮに接続され、各光出力経路選択スイッチ７２は、出力ポートＰＯＵＴ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ＰＩＮ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ＰＩＮ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ＰＯＵＴ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ＰＯＵＴ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ＰＩＮ、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ＰＯＵＴ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ＰＩＮ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ＰＯＵＴへ出力する。
　各光入力経路選択スイッチ７１は、入力ポートＰＩＮ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ＰＩＮ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ＰＩＮ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ＰＯＵＴ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ＰＩＮ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ＰＯＵＴ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ＰＩＮ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ＰＯＵＴ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ＰＯＵＴ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ＰＯＵＴ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ＰＩＮ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ＰＯＵＴ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ＰＩＮ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ＰＯＵＴ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ＰＩＮ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ＰＩＮ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ＰＩＮと各光送受信器３０Ａとを接続する。これにより、入力ポートＰＩＮ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ＰＩＮ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ＰＯＵＴとを接続する。これにより、専用の入力ポートＰＩＮ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ＰＯＵＴ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ＰＩＮ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ＰＯＵＴとを接続する。これにより、入力ポートＰＩＮ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ＰＯＵＴ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ＰＩＮ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ＰＯＵＴ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ＰＯＵＴ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ＰＯＵＴ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ＰＩＮ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ＰＯＵＴ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ＰＯＵＴ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ＰＩＮ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ＰＯＵＴ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ＰＯＵＴ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ＰＯＵＴ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 (7)

  1. 　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、を選択する
    　ことを特徴とする光電子融合スイッチ。
  2. 　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する
    　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。
  3. 　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する
    　ことを特徴とする請求項２に記載の光電子融合スイッチ。
  4. 　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３に記載の光電子融合スイッチ。
  5. 　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
    　ことを特徴とする請求項３に記載の光電子融合スイッチ。
  6. 　前記複数の光スイッチは、それぞれＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ：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１～５の何れか１項に記載の光電子融合スイッチ。
  7. 　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６に記載の光電子融合スイッチ。
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