WO2021171439A1 - 光電子融合スイッチ、及び光ネットワークシステム - Google Patents

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WO2021171439A1
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optical
switch
communication
receivers
information processing
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PCT/JP2020/007845
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秀樹 西沢
世輝 桑原
聖司 岡本
山本　秀人
乾　哲郎
相馬　俊一
鈴木　賢哉
森脇　摂
慶太 山口
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日本電信電話株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a high-performance optical-electron fusion switch belonging to a network switch and an optical network system.
  • 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 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.
  • Non-Patent Document 3 In order to reduce the power consumption of network switches, a technology that reduces the switching capacity required for packet switches by installing optical switches in parallel with packet switches and transmitting long-lasting flows to optical switches. It is being considered. That is, here, since the optical switch is in charge of the flow with low switching frequency, the switching capacity required for the packet switch is reduced.
  • the related technology of such contents is described in Non-Patent Document 3.
  • the packet switch and the optical switch are separate devices, it is necessary to implement them separately even if there are devices with similar functions to be installed. This also causes the inconvenience of not being able to reduce costs by centrally arranging devices with similar functions in one place. For example, regarding a packet switch and an optical switch, even if the device responsible for the optical signal transmission / reception function and the device responsible for the optical transmission / reception function of the optical transmitter / receiver are similar to each other, these similar devices are used as the packet switch. And optical switch must be mounted separately.
  • the packet switch and the optical switch are separate devices, it is necessary to provide a timing margin, and there is also a problem that extra communication processing time is required. For example, it is necessary to prevent unscheduled packet loss or the like when changing the route of the optical switch, and it is necessary to arrange the control order and control timing between the packet switch and the optical switch.
  • the packet switch and the optical switch are separate devices, if the control procedure is sequentially executed at a fixed timing without providing a timing margin, a packet loss may occur. In order to avoid this, when taking measures such as confirming the processing result of the previous stage and executing the next control procedure, a considerably unnecessary communication processing time is required.
  • the photoelectric conversion function of the optical transmitter / receiver function May not be fully exhibited.
  • the communication source and communication destination nodes are client computers, it is necessary to provide a dedicated interface in addition to the interface for the packet switch and optical switch.
  • the dedicated interface for the client computer has a problem that the wiring for connection becomes complicated.
  • the packet switch and optical switch are separate devices, it is difficult to centrally arrange devices with similar functions and reduce the communication processing time. Further, in the existing network switch, if the total number of optical transceivers used is large, the photoelectric conversion function of the optical transmitter / receiver may not be sufficiently exhibited. If the node connected as the communication source and the communication destination is a client computer or the like having a large transmission capacity, the tendency of such a problem is considered to be further increased by providing a dedicated interface. Further, in the existing network switch, when constructing an optical network system, it is difficult to dynamically change the control of the optical transmission line according to the request of the application, and there is a problem that the resource information of the remote location cannot be effectively used.
  • a main object of the embodiment according to the present invention is that even if a communication source and a communication partner node having a large transmission capacity are connected, optical communication can be performed without any trouble, devices having similar functions are centrally arranged, and communication processing time is reduced. It is to provide a photo-electron fusion switch that can enable the above.
  • Another object of the embodiment according to the present invention is to provide an optical network system capable of dynamically changing the control of an optical transmission line according to a request of an application and effectively utilizing resource information at a remote location. ..
  • one aspect of the present invention is an optical electron fusion switch including a packet switch and an optical device, which is connected to a communication source and a communication partner node, and the packet switch is an electron.
  • a circuit and a plurality of optical transmitters / receivers having a photoelectric conversion function provided in the vicinity of the electronic circuit are provided, and a path connecting the electronic circuit and the plurality of optical transmitters / receivers is a wiring through which an electric signal passes.
  • the path connecting the plurality of optical transmitters and receivers and the optical device and the path connecting the optical device or the plurality of optical transmitters and receivers and the input / output port of the optical electron fusion switch are optical waveguides, which are plural.
  • the optical transmitter / receiver of is capable of transmitting / receiving optical signals having different transmission speeds between the communication source and the communication partner node, and inputs the optical signal transmitted from the node to perform optical / electrical conversion. Is output to an electronic circuit, and an optical signal obtained by converting an electric signal output from the electronic circuit into an electric signal is transmitted to the node.
  • each optical transmitter / receiver constituting the packet switch can transmit / receive optical signals having different transmission speeds between the communication source and the communication partner node. Therefore, even if the nodes of the communication source and the communication partner having a large transmission capacity are connected, optical communication can be performed without any trouble, devices having similar functions can be centrally arranged, and the communication processing time can be reduced.
  • another aspect of the present invention is an optical network system including the above-mentioned optical electron fusion switch and nodes of a communication source and a communication partner, which is a pre-designed application.
  • the node is an information processing device
  • the node is an information processing device
  • the controller is an optical signal in all the transmission lines used except for the path control and the band control in the optical electron fusion switch as the required control.
  • And safety control are set in the information processing apparatus and executed.
  • the controller of the optical network system provides information on delay or jitter control in all transmission lines, route / resource information competition control, planning control, and safety control, in addition to route control and bandwidth control. Make it executable in the processing device. Therefore, the control of the optical transmission line can be dynamically changed according to the request of the application, and the resource information of the remote location can be effectively utilized.
  • 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 optical network system including the optical electron fusion switch which concerns on Embodiment 1 of this invention from the upper surface direction.
  • the functional block diagram shows the correspondence between the application required for the control management of the information processing device which is the node of the communication source and the communication partner by the controller and the function of each part. be. It is a flowchart which showed the outline of the operation process which concerns on the setting of various control with respect to the information processing apparatus according to the application by the controller explained with FIG.
  • 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, and an optical device. ..
  • 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.
  • the optical device is preferably a waveguide type optical switch created by PLC (Planar Lightwave Circuit) technology.
  • the optical device here shows a case where it is an optical relay switch 60 of an optical switch.
  • the optical device also includes a multiplexing / separator having a signal multiplexing and multiplexing signal separation function, as will be described in detail later. It shall be.
  • each optical transmitter / receiver 30 is capable of coherent communication with a large capacity, and can transmit / receive optical signals having different transmission speeds between the communication source and the communication partner node. do.
  • the photoelectric conversion function of each optical transmitter / receiver 30 has a function of inputting an optical signal transmitted from a node and outputting the optical / electrical converted electric signal to the network processor 20. Further, the photoelectric conversion function of each optical transmitter / receiver 30 has a function of transmitting an optical signal obtained by electro-optically converting an electric signal output from the network processor 20 to a node.
  • 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 for connecting each optical transmitter / receiver 30 and an optical device (optical relay switch 60). It is preferable that the optical waveguide 50 is also used as a path for connecting each optical transmitter / receiver 30 or an optical device (optical relay switch 60) and an input / output port.
  • the pattern of the optical waveguide 50 is actually complicated to be routed. 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, a waveguide type optical switch (optical relay switch 60), a metal wiring 40, and an 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 transceiver 30, and the waveguide type optical switch (optical relay switch 60) are arranged on the same plane on the upper surface of the interposer with the optical waveguide.
  • the waveguide type optical switch (optical relay switch 60) may be integrated as a part of the optical waveguide 50 in the interposer with the optical waveguide.
  • optical functional devices such as AWG (Array Waveguide Glatings) are provided in the above-mentioned various types of switches. May be done.
  • optical communication can be performed without any trouble even if a communication source and a communication partner node having a large transmission capacity are connected, and a packet switch and an optical switch are integrated to form a device having a similar function.
  • a communication source and a communication partner node having a large transmission capacity are connected, and a packet switch and an optical switch are integrated to form a device having a similar function.
  • Each embodiment for enabling centralized arrangement and reduction of communication processing time will be described below.
  • the optical-electron fusion switch 100 is connected to a node of a communication source and a communication partner to form an optical network system.
  • FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of an optical network system 1000A including an optical electron fusion switch 100A according to the first embodiment of the present invention from the top surface.
  • this optical network system 1000A is configured by connecting the nodes of the communication source and the communication partner to the optical electron fusion switch 100A.
  • the communication source nodes are information processing devices 71-1 and 71-2 having different transmission speeds.
  • the communication partner nodes are information processing devices 72-1 and 72-2 and information processing devices 73-1 and 73-2, which also have different transmission speeds.
  • the information processing devices 71-1, 72-1, and 73-1 have a transmission speed of 200 Gbps (hereinafter, abbreviated as G) as an example.
  • G Gbps
  • the information processing devices 71-2, 72-2, and 73-2 have a transmission speed of 600 G as an example.
  • the optical-electron fusion switch 100A includes a network processor 20A which is an electronic circuit that controls the function of a packet switch, a plurality of optical transmitters / receivers 30A having a photoelectric conversion function, an optical circuit switching device 21A, and a plurality of optical switches 61A. .. In the case of the configuration shown in FIG. 3, three optical transmitters / receivers 30A and an optical switch 61A are used.
  • the network processor 20A and each optical transmitter / receiver 30A constitute a packet switch.
  • Each optical transmitter / receiver 30A can support coherent communication, and can transmit / receive optical signals having different transmission speeds between a communication source and a communication partner node.
  • each optical transmitter / receiver 30A inputs the optical signal transmitted from the node via the input / output port P, and outputs the optical / electrical converted electrical signal to the network processor 20A. Further, each optical transmitter / receiver 30A transmits an optical signal obtained by electro-optically converting an electric signal output from the network processor 20A to a node via an input / output port P.
  • the optical line exchange device 21A has a cross-connect function for setting an optical line connection between each optical transmitter / receiver 30A, and an optical line exchange switch or the like can be used.
  • this optical-electron fusion switch 100A wiring through which an electric signal passes, such as the metal wiring, is used as a path for connecting between the network processor 20A and each optical transmitter / receiver 30A.
  • This route is 100G per one, and 100G ⁇ 2 is used for 200G.
  • An optical waveguide is used as a path for connecting the optical line switching device 21A and each optical transmitter / receiver 30A.
  • 100G ⁇ 2 for 200G, 100G ⁇ 4 for 400G, and 100G ⁇ 6 for 600G can be exemplified.
  • the optical waveguide is also used for the path connecting each optical transmitter / receiver 30A and each optical switch 61A and the path connecting each optical switch 61A and the input / output port P of the optical electron fusion switch 100A.
  • the optical waveguide of the former route is for 200G to 600G, but the optical waveguide of the latter route includes an optical waveguide for 600G on the side with a high transmission speed and an optical waveguide for 200G on the side with a low transmission speed.
  • the path connecting the information processing devices 71-1 and 71-2 to the information processing devices 72-1 and 72-2 and the information processing devices 73-1 and 73-2 to the input / output port P of the optical electron fusion switch 100A. May use an optical fiber as an example of an optical waveguide.
  • Each optical switch 61A is provided between the node and each optical transmitter / receiver 30A. Then, each optical switch 61A separately transmits and receives optical signals for different transmission speeds to and from the node through the optical waveguide.
  • input / output of an optical signal is performed through an optical waveguide of 200G to 600G.
  • the path connecting between each optical switch 61A and the input / output port P of the optical electron fusion switch 100A and the path connecting between the input / output port P and the node are optical waveguides for 200G having a small transmission speed.
  • the optical signal is input and output separately through the optical waveguide for 600G having a large transmission speed.
  • a frequency filter can be used for each optical switch 61A, and in this case, the route can be switched by frequency switching in each optical transceiver 30A.
  • the optical line switching device 21A automatically sets the connection of the optical line between the optical transmitters / receivers 30A according to the communication status of the packet communication contents of the optical signal by the cross-connect function.
  • the optical network system 1000A here includes information processing devices 71-1 and 71-2 of the communication source, information processing devices 72-1 and 72-2 of the communication partner, and information processing devices 73-1 and 73-2. It is assumed that the control management with and is performed by the controller. The control management by the controller is performed according to the application designed in advance, and the optical switch 61A and the optical line switching device 21A in the optical electron fusion switch 100A are controlled.
  • light is transmitted from the information processing devices 71-1 and 71-2 of the communication source node to at least one of the information processing devices 72-1 and 72-2 and the information processing devices 73-1 and 73-2 of the communication partner node.
  • the operation when communicating is described.
  • either the 200G optical signal or the 600G optical signal is passed through the 200G optical waveguide and the 600G optical waveguide from the information processing devices 71-1 and 71-2, which are the communication source nodes, to the optical switch 61A.
  • the optical switch 61A transmits either a 200G optical signal or a 600G optical signal to the optical transmitter / receiver 30A through an optical waveguide for 200G to 600G.
  • the optical transmitter / receiver 30A can use the optical line set by the optical line switching device 21A. It is assumed that the optical lines that can be used here are 200G, 400G, and 600G.
  • the optical transmitter / receiver 30A transmits an electric signal obtained by optical / electrical conversion of either an optical signal for 200G or an optical signal for 600G to the network processor 20A.
  • the network processor 20A one of the input electric signal for 200G and the electric signal for 600G is subjected to signal processing related to the function of the packet switch and then sent to at least one of the other two optical transmitters / receivers 30A.
  • Each is transmitted separately.
  • either an optical signal for 200G or an optical signal for 600G, which is an electric / optical conversion of a signal-processed electric signal is separately set to one of two optical switches 61A. To transmit. At least one of the two optical switches 61A sends an optical signal for 200G to any of the information processing devices 72-1 and 73-1 and an optical signal for 600G to any of the information processing devices 72-2 and 73-2. Each is transmitted separately.
  • At least one of the information processing devices 72-1 and 72-2 and the information processing devices 73-1 and 73-2 of the communication partner node receives the information from the information processing devices 71-1 and 71-2 of the communication source node.
  • the operation when performing optical communication will be described.
  • at least one of the information processing devices 72-1 and 72-2 and the information processing devices 73-1 and 73-2 of the communication partner node, and at least one of the two optical switches 61A is equipped with an optical waveguide for 200G. Either a 200G optical signal or a 600G optical signal is transmitted through a 600G optical waveguide.
  • At least one of the optical switches 61A transmits either a 200G optical signal or a 600G optical signal to at least one of the two optical transmitters / receivers 30A through an optical waveguide for 200G to 600G.
  • At least one of the optical transmitters / receivers 30A can use the optical line set by the optical line switching device 21A. It is assumed that the optical lines that can be used here are 200G, 400G, and 600G.
  • At least one of the optical transmitters / receivers 30A transmits an electric signal obtained by optical / electrical conversion of either an optical signal for 200G or an optical signal for 600G to the network processor 20A.
  • the network processor 20A either the input electric signal for 200G or the electric signal for 600G is subjected to signal processing related to the function of the packet switch and then transmitted to another optical transmitter / receiver 30A.
  • the optical transmitter / receiver 30A also transmits either an optical signal for 200G or an optical signal for 600G, which is an electric / optical conversion of the signal-processed electric signal, to one optical switch 61A.
  • the optical switch 61A separately transmits an optical signal for 200G to the information processing device 71-1 and an optical signal for 600G to the information processing device 71-2.
  • each optical transmitter / receiver 30A constituting the packet switch can support coherent communication having a large capacity, and the communication source and the communication partner can support coherent communication.
  • Optical signals with different transmission speeds can be transmitted and received to and from the node.
  • the optical switch 61A and the optical line switching device 21A cooperate with each other so that the connection of the optical line can be appropriately changed and set according to the packet communication content of the optical signal. Therefore, even if a communication source and a communication partner node having a large transmission capacity are connected, optical communication can be performed without any trouble without burdening signal processing that consumes power by performing the same function as in the case of optical cut-through.
  • Devices with similar functions can be centrally arranged, and communication processing time can be reduced.
  • FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of an optical network system 1000B including an optical electron fusion switch 100B according to a second embodiment of the present invention from the top surface.
  • this optical network system 1000B is also configured by connecting the nodes of the communication source and the communication partner to the optical electron fusion switch 100B.
  • the communication source nodes are information processing devices 74-1 and 74-2 having different transmission speeds.
  • the nodes of the communication partner are the information processing devices 75-1 and 75-2 and the information processing devices 76-1 and 76-2, which also have different transmission speeds.
  • the information processing devices 74-1, 75-1, and 76-1 have a transmission speed of 200 G.
  • the information processing devices 74-2, 75-2, and 76-2 have a transmission speed of 400 G.
  • the optical-electron fusion switch 100B includes a network processor 20B which is an electronic circuit that controls the function of a packet switch, a plurality of optical transmitters / receivers 30B having a photoelectric conversion function, an optical circuit switching device 21B, and a plurality of multiplexing / separators 81. And. In the case of the configuration shown in FIG. 4, three optical transmitters / receivers 30B and a multiplexing / separating device 81 are used.
  • the network processor 20B and each optical transmitter / receiver 30B constitute a packet switch.
  • each optical transmitter / receiver 30B can support coherent communication having a large capacity.
  • the information processing devices 74-1 and 74-2 the information processing devices 75-1, 75-2 and the information processing devices 76-1 and 76-2 to the input / output port P of the optical electron fusion switch 100B. May use an optical fiber as an example of an optical waveguide. Since other detailed configurations are common, the description of common parts will be omitted.
  • Each multiplexing / separating device 81 is provided between the node and each optical transmitter / receiver 30B, respectively. Then, each multiplexing / separating device 81 simultaneously transmits and receives optical signals for different transmission speeds to and from the node through the optical waveguide.
  • an optical signal is input / output through an optical waveguide of 200G to 600G.
  • the path connecting each multiplexing / separator 81 and the input / output port P of the optical electron fusion switch 100B and the path connecting the input / output port P and the node are for 200G with a small transmission speed.
  • the optical signal is input and output at the same time through the optical waveguide of the above and the optical waveguide for 400G having a large transmission speed.
  • the optical line switching device 21B automatically sets the connection of the optical line between the optical transmitters / receivers 30B according to the communication status of the packet communication content of the optical signal by the cross-connect function. Also, regarding the optical network system 1000B here, the information processing devices 74-1 and 74-2 of the communication source, the information processing devices 75-1 and 75-2 of the communication partner, and the information processing devices 76-1 and 76- It is assumed that the control management with 2 is performed by the controller. The control management by the controller is performed according to the application designed in advance, and the multiplexing / separator 81 and the optical line switching device 21B in the optical electron fusion switch 100B are controlled.
  • light is transmitted from the information processing devices 74-1 and 74-2 of the communication source node to at least one of the information processing devices 75-1 and 75-2 and the information processing devices 76-1 and 76-2 of the communication partner node.
  • the 200G optical signal and the 400G optical signal are transmitted from the information processing devices 74-1 and 74-2, which are the communication source nodes, to the multiplexing / separator 81 through the 200G optical waveguide and the 400G optical waveguide.
  • the multiplexing / separator 81 an optical signal obtained by multiplexing a 200G optical signal and a 400G optical signal is transmitted to the optical transmitter / receiver 30B through an optical waveguide for 200G to 600G.
  • an optical line exchanged by the optical circuit switching device 21B can be used. It is assumed that the optical lines that can be used here are 200G, 400G, and 600G.
  • the optical transmitter / receiver 30B transmits an electric signal obtained by optical / electrical conversion of the multiplexed optical signal to the network processor 20B.
  • the network processor 20B processes the input electric signal according to the function of the packet switch, and then separately transmits the input electric signal to at least one of the two other optical transmitters / receivers 30B.
  • These optical transmitters / receivers 30B also separately transmit the multiplexed optical signal obtained by electro-optically converting the signal-processed multiplexed electric signal to at least one of the two multiplexing / separators 81. do.
  • At least one of the two multiplexing / separators 81 separates the multiplexed optical signal and sends the 200G optical signal to either the information processing device 72-1 or 73-1 for 400G optical.
  • the signal is simultaneously transmitted to either the information processing apparatus 72-2 or 73-2.
  • At least one of the multiplexing / separators 81 transmits an optical signal obtained by multiplexing a 200G optical signal and a 400G optical signal to at least one of two optical transmitters / receivers 30B through an optical waveguide for 200G to 600G. do.
  • an optical line exchanged by the optical circuit switching device 21B can be used. It is assumed that the optical lines that can be used here are 200G, 400G, and 600G.
  • At least one of the optical transmitters / receivers 30B transmits an electric signal obtained by optical / electrical conversion of the multiplexed optical signal to the network processor 20B.
  • the network processor 20B processes the input electric signal according to the function of the packet switch, and then transmits the signal to another optical transmitter / receiver 30B.
  • the optical transmitter / receiver 30B also transmits an optical signal obtained by electro-optically converting a signal-processed multiplexed electric signal to a single system of multiplexing / separator 81.
  • the multiplexing / separator 81 separates the multiplexed optical signal and simultaneously transmits the optical signal for 200G to the information processing device 74-1 and the optical signal for 400G to the information processing device 74-2. ..
  • each optical transmitter / receiver 30B constituting the packet switch can support coherent communication having a large capacity, and the communication source and the communication partner can support coherent communication.
  • Optical signals with different transmission speeds can be transmitted and received to and from the node.
  • the multiplexing / separating device 81 and the optical line switching device 21B cooperate with each other so that the optical line connection can be appropriately changed and set according to the packet communication content of the optical signal. Therefore, even if a communication source and a communication partner node having a large transmission capacity are connected, optical communication can be performed without any trouble without burdening signal processing that consumes power by performing the same function as in the case of optical cut-through.
  • Devices with similar functions can be centrally arranged, and communication processing time can be reduced.
  • the multiplexing / separator 81 can simultaneously transmit and receive optical signals having different transmission speeds between the communication source node and the communication partner node, the signal is higher than that in the first embodiment. It has the advantage of being processed quickly.
  • FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of an optical network system 1000C including an optical electron fusion switch 100C according to a third embodiment of the present invention from the top surface.
  • this optical network system 1000C is also configured by connecting the nodes of the communication source and the communication partner to the optical electron fusion switch 100C.
  • the nodes here are a plurality of information processing devices 77 having different transmission speeds.
  • Each information processing device 77 has a function of being switchable at transmission speeds of 200G, 400G, and 600G.
  • 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 an optical relay switch 60C.
  • the network processor 20C and each optical transmitter / receiver 30C constitute a packet switch.
  • the optical relay switch 60C as an optical switch is an N ⁇ N type (N input and N output) if a plurality of optical relay switches 60C are N (where N is a natural number of 2 or more).
  • N ⁇ N type indicates that N input and N output are performed.
  • the optical relay switch 60C inputs optical signals output from specific locations of each optical transmitter / receiver 30C, folds back the optical signals in different paths, and transmits the optical signals to different specific locations of each optical transmitter / receiver 30C. Take a role.
  • the path connecting the network processor 20C and each optical transmitter / receiver 30C is a wiring through which an electric signal passes.
  • a path connecting each optical transceiver 30C and an optical relay switch 60C, a path connecting each optical transceiver 30C and an input port PIN of the optical electron fusion switch 100C, and each optical transceiver 30C and an optical electron is an optical waveguide.
  • an optical fiber may be used as an example of the optical waveguide for the path connecting the input port P IN and the output port P OUT of the optical electron fusion switch 100C and each information processing device 77.
  • Each optical transmitter / receiver 30C can also support coherent communication having a large capacity, and can transmit / receive optical signals (200G, 400G, 600G) having different transmission speeds to / from each information processing device 77. There is. Then, each optical transmitter / receiver 30C inputs an optical signal transmitted from each information processing device 77, and outputs an optical / electrical converted electric signal to the network processor 20C. The case where the wiring here is 100G ⁇ 2 for 200G can be exemplified. Further, each optical transmitter / receiver 30C transmits an optical signal obtained by electro-optically converting an electric signal output from the network processor 20C to each information processing device 77.
  • each optical transmitter / receiver 30C has a function of connecting an optical signal obtained by electro-optically converting an electric signal having a transmission speed of a specific amount (for example, 400 G) to the optical relay switch 60C.
  • a specific amount for example, 400 G
  • the optical transmitter / receiver 30C that receives the optical signal transmits the electric signal to the network processor 20C via the transmission speed of 200 G and the optical relay switch 60C.
  • the transmission speed 400G of the optical signal transmitted to another information processing device 77 is multiplexed.
  • the electric / optical conversion at a transmission speed of 400 G can be divided into 100 G ⁇ 4 and the like.
  • each optical transmitter / receiver 30C is partially changed by selecting the transmission speed of the optical signal transmitted from each information processing device 77 according to the processing capacity of the network processor 20C. can do. For example, if the transmission speed of the optical signal from each information processing device 77 is limited to 400G, it is not necessary to route at least a part of each optical transmitter / receiver 30C through the wiring through which the electric signal passes. Further, if the transmission speed of the optical signal from each information processing device 77 is limited to 200G, at least a part of each optical transmitter / receiver 30C is electric / optical for 400G according to the number of input / output ports of the optical relay switch 60C. It can be configured without a conversion function.
  • each optical transmitter / receiver 30C constituting the packet switch can support coherent communication having a large capacity, and the communication source and the communication partner can support the coherent communication.
  • Optical signals with different transmission speeds can be transmitted and received to and from the node.
  • each optical transmitter / receiver 30C connects an optical signal obtained by electro-optically converting an electric signal having a specific amount of transmission speed to the optical relay switch 60C, and the optical relay switch 60C uses a different path for another optical transmitter / receiver 30C.
  • An optical signal is transmitted to a specific location.
  • the optical relay switch 60C here functions as a function corresponding to the optical line exchange devices 21A and 21B of the first and second embodiments.
  • optical communication can be performed without any trouble without burdening signal processing that consumes power by performing the same function as in the case of optical cut-through.
  • Devices with similar functions can be centrally arranged, and communication processing time can be reduced.
  • each optical transmitter / receiver 30C can be partially changed according to the processing capacity of the network processor 20C and the number of input / output ports of the optical relay switch 60C.
  • the configuration can be simplified as compared with the case of the first embodiment and the second embodiment, and at least a part of each optical transmitter / receiver 30C can be prevented from being involved in or working on the signal processing by the network processor 20C. This has the advantage of reducing power consumption and avoiding the risk that the photoelectric conversion function will not be fully exerted.
  • optical electron fusion switches 100A, 100B and 100C are configured as optical network systems 1000A, 1000B and 1000C, respectively, they depend on the setting function of the connected node. That is, the optical network systems 1000A, 1000B, and 1000C are in an operation mode in which the controller controls the nodes of the communication source and the communication partner according to the designed application.
  • the control of the optical transmission line can be dynamically changed according to the request of the application by such a setting, and the resource information of the remote location can be effectively utilized.
  • the node in this case is assumed to be an information processing device having a large transmission capacity such as a client computer and a storage system.
  • the controller it is effective for the controller to set and execute the control other than the route control and the band control in the photoelectron fusion switches 100A, 100B and 100C in the information processing device as the required control.
  • effective control includes control of at least one of delay and jitter related to an optical signal or an electric signal in all transmission lines used.
  • route / resource information competition control, planning control, and safety control in all transmission lines using resource information, planning information, and safety information related to the network acquired in advance can be mentioned. ..
  • the controller causes the information processing device to execute control for optimizing at least one of the delay and the encryption strength in solidarity between the layers in the information processing device. If such control is set in the information processing apparatus, it becomes possible to dynamically change the control of the optical transmission line according to the request of the application and to effectively utilize the resource information of the remote location. A specific example will be described below.
  • FIG. 6 shows an application and each part necessary for control management of an information processing device 770 which is a node of a communication source and a communication destination by a controller 601 in the optical network systems 1000A, 1000B, and 1000C according to the first to third embodiments of the present invention. It is a functional block diagram which showed the correspondence with a function.
  • the controller 601 for setting the designed application to the information processing apparatus 770 includes a coherent flow switch control unit 601a and an orchestration function unit 601b.
  • the controller 601 also includes a resource management / competition control unit 601c, a security control unit 601d, a transmission line design unit 601e, a resource detection unit 601f, a communication unit 601g, and an information recording database 601h.
  • the exchange unit 770A includes an exchange control unit 770A-1 and a transmission control unit 770-B as units capable of transmitting and receiving information to and from the communication unit 601g of the controller 601.
  • the exchange control unit 770A-1 includes a packet switch, an electric cross-connect, an optical cross-connect, a forward error correction (FEC), an optical switch, a MACSEC, and the like as targets to which the exchange control function depends.
  • the target to which the transmission control function of the transmission control unit 770-B depends is signal processing (DSP) corresponding to coherent communication, tunable laser, forward error correction, layer 1 encryption, and the like.
  • DSP signal processing
  • the calculation / storage unit 770B includes a transmission control unit 770B-1, a calculation control unit 770B-2, and a storage control unit 770B-3 as units capable of transmitting and receiving information to and from the communication unit 601g of the controller 601.
  • the target to which the transmission control function of the transmission control unit 770B-1 depends is signal processing corresponding to coherent communication, tunable laser, forward error correction, layer 1 encryption, and the like.
  • the target to which the arithmetic control function of the arithmetic control unit 770B-2 depends is memory, storage, MACSEC, and the like.
  • the target to which the storage control function of the storage control unit 770B-3 depends is a processor, storage, and the like.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an outline of operation processing related to the setting of various controls for the information processing apparatus 770 according to the application by the controller 601 described above.
  • step S701 the resource detection unit 601f of the controller 601 communicates with the exchange unit 770A and the calculation / storage unit 770B via the communication unit 601g.
  • the resource detection unit 601f grasps the capabilities indicating the information of the mounted devices in each unit of the exchange unit 770A and the calculation / storage unit 770B, and records the capability information in the information recording database 601h.
  • step S702 the transmission line design unit 601e calculates parameters such as bandwidth, delay, and jitter for all transmission lines that can be set between the switching unit 770A and the calculation / storage unit 770B. As a result, the transmission line design unit 601e records the parameter information in the information recording database 601h.
  • step S703 the security control unit 601d calculates parameters such as bandwidth, delay, and jitter for all the security functions that can be set between the exchange unit 770A and the calculation / storage unit 770B. As a result, the security control unit 601d records the parameter information in the information recording database 601h.
  • step S704 the orchestration function unit 601b combines the calculation / storage / network resources recorded in the information recording database 601h based on the calculation request from the application and the storage request such as backup, and is an optimum system. To build.
  • step S705 the orchestration function unit 601b confirms with the resource management / competition control unit 601c the availability of resources required for the constructed system.
  • step S706 it is determined whether or not there is a vacancy depending on whether or not it is OK.
  • the process proceeds to the next step S707, but if there is no vacancy, the process returns to the step S704 and the subsequent processing is repeated.
  • step S707 the coherent flow switch control unit 601a and the security control unit 601d are connected to the exchange unit 770A and the calculation / storage based on the system constructed by the orchestration function unit 601b via the communication unit 601g.
  • Set the unit 770B As a result, the setting of the above-mentioned subordination target in each function of the exchange control unit 770A-1 and the transmission control unit 770-B in the exchange unit 770A is completed. Then, the setting is similarly completed for the above-mentioned dependent targets in each function of the transmission control unit 770B-1, the calculation control unit 770B-2, and the storage control unit 770B-3 in the calculation / storage unit 770B.
  • an application designed by fully considering the connection of the information processing devices 770 having a large transmission capacity and different transmission speeds may be set for the information processing device 770 by the controller 601.
  • the setting of the application to the information processing device 770 can be applied to the optical network systems 1000A, 1000B, and 1000C according to the first to third embodiments.
  • the optical network systems 1000A, 1000B, and 1000C can dynamically change the control of the optical transmission line and effectively utilize the resource information at the remote location.

Landscapes

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Abstract

伝送容量大の通信元及び通信相手先のノードを接続しても、支障なく光通信でき、類似機能のデバイスを集中配置、及び通信処理時間の低減化を可能にできる光電子融合スイッチ（１００Ｂ）は、それぞれが伝送速度の異なる通信元の情報処理装置（７４－１、７４－２）と、通信相手先の情報処理装置（７５－１、７５－２）及び情報処理装置（７６－１、７６－２）とに接続され、光ネットワークシステム（１０００Ｂ）を構成する。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のネットワークプロセッサ（２０Ｂ）と、コヒーレント通信に対応可能で伝送速度の異なる光信号を送受信可能な光電変換機能を有する複数の光送受信器（３０Ｂ）と、光回線交換デバイス（２１Ｂ）と、複数の多重化・分離化器（８１）と、を備える。各多重化・分離化器（８１）は、異なる伝送速度毎の光信号を光導波路を通してノードとの間で同時に送受信する。

Description

光電子融合スイッチ、及び光ネットワークシステム
　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、及び光ネットワークシステムに関する。
　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。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。
　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。
　また、ネットワークスイッチの低消費電力化を図るため、光スイッチをパケットスイッチと並列に設置し、長時間継続するフローを光スイッチに伝送することにより、パケットスイッチに求められるスイッチング容量を削減する技術が検討されている。即ち、ここでは、スイッチング頻度の低いフローを光スイッチが担当することにより、パケットスイッチに求められるスイッチング容量が削減される。係る内容の関連技術は、非特許文献３に記載されている。
　更に、長距離伝送用に開発され、発展しているコヒーレント通信技術では、低消費電力化以外にも、使用するデバイスを小型化できるようにパッケージ化する傾向が急激に進展している。コヒーレント通信技術は、強度変調・直接検波（ＩＭ－ＤＤ）方式で扱うことができる情報量を凌ぐ大容量性が注目され、通信元及び通信相手先の間でノードを接続して構築される光ネットワークシステムへの次世代を担う適用が期待されている。係る内容の関連技術は、非特許文献４に記載されている。
　ところで、周知のネットワークスイッチにおいて、光カットスルーのアーキテクチャを適用する場合、機能として完成しているパケットスイッチに対し、光スイッチを組み合わせて付加する形態が想定される。しかし、こうした別々の装置を組み合わせる形態をとると、以下のような問題が生じる。
　例えば、パケットスイッチと光スイッチとが別々のデバイスであるため、搭載する類似した機能のデバイスがあっても別々に実装する必要がある。これにより、類似機能のデバイスを一か所に集中配置してのコスト低減化を図り得ないという不便さの問題も発生する。例えば、パケットスイッチと光スイッチとについて、光信号の送受信機能を担うデバイスと光送受信器の光送受機能を担うデバイスとが近似しているような場合であっても、これらの類似デバイスをパケットスイッチと光スイッチとに個別に実装する必要がある。
　また、パケットスイッチと光スイッチとが別々のデバイスであることにより、タイミングマージンを設ける等の必要もあり、余分な通信処理時間を要してしまうという問題もある。例えば、光スイッチの経路変更を行う際に予定外のパケットロス等を防止する必要があり、パケットスイッチと光スイッチとの制御順序、及び制御タイミングを整える必要がある。ところが、パケットスイッチと光スイッチが別々のデバイスである場合、タイミングマージンを設けずに固定されたタイミングで制御手順を順次実行すると、パケットロスを生じる要因となる。これを避けるため、前段の処理結果を確認して次の制御手順を実行する等の手段をとる場合には、相当に不要な通信処理時間を要してしまう。
　更に、既存のネットワークスイッチにおいて、ネットワークプロセッサの信号処理容量と比べ、光送受信器の帯域幅と実装可能数との積で想定される信号処理の総容量が大きいと、光送受信器の光電変換機能が十分に発揮されなくなる虞がある。
　加えて、既存のネットワークスイッチの場合、通信元及び通信相手先のノードがクライアントコンピューターであると、パケットスイッチ及び光スイッチ用のインターフェースとは別に専用のインターフェースを設ける必要がある。ところが、専用に設けられるクライアントコンピューター用のインターフェースは、接続のための配線が煩雑になってしまうという問題がある。
　その他、既存のネットワークスイッチを用いて光ネットワークシステムを構築する場合、通信元及び通信相手先のノードで通信を開始する前に、予め使用者側の要求に応じてアプリケーションを設計する必要がある。そこで、設計されたアプリケーションに従い、コントローラによって、通信元及び通信相手先のノードに対して所用の制御を行う運用形態とし、パスを開通するのが汎用的である。係る制御では、一般にレイヤ２ネットワーク以上では動的な経路制御、及び帯域制御等が行われるが、レイヤ１ネットワーク以下は使用されない。
　ところが、このような運用形態では、伝送容量の大きい通信元及び通信相手先のノードで光通信を安定して行わせるためのアプリケーションが充分に配慮されていない。このため、既存のネットワークスイッチでは、アプリケーションの要求に応じて、光伝送路の制御を動的に変更することが困難になっている。更に、係る光ネットワークシステムでは、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した場合に生じる光信号の伝送容量の増加に伴う伝送可能距離の短縮化の問題を回避し、通信元のノードを直近のパケットスイッチに接続している。このため、遠隔箇所の資源情報を効果的に使用することが困難であるという問題もある。
　要するに、既存のネットワークスイッチでは、パケットスイッチ及び光スイッチが別々の装置であれば、類似機能のデバイスを集中配置、及び通信処理時間の低減化を図るのが困難である。また、既存のネットワークスイッチでは、使用する光送受信器の総数が多ければ、光送受信器の光電変換機能が十分に発揮されなくなる虞がある。こうした問題の傾向は、通信元及び通信相手先として接続されるノードが伝送容量の大きいクライアントコンピューター等であれば、専用のインターフェースを設ける必要があることにより、一層高くなると考えられる。更に、既存のネットワークスイッチでは、光ネットワークシステムを構築する場合、アプリケーションの要求に応じて光伝送路の制御を動的に変更し難く、遠隔箇所の資源情報を有効に活用できないという問題がある。
「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） 「Ｈｅｌｉｏｓ:Ａ　Ｈｙｂｒｉｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ／Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｓｗｉｔｃｈ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｆｏｒ　Ｍｏｄｕｌａｒ　Ｄａｔａ　Ｃｅｎｔｅｒｓ」Ｎａｔｈａｎ　Ｆａｒｒｉｎｇｔｏｎ,Ｇｅоｒｇｅ　Ｐｏｒｔｅｒ,Ｓｉｖａｓａｎｋａｒ　Ｒａｄｈａｋｒｉｓｈｎａｎ,Ｈａｍｉｄ　Ｈａｊａｂｄｏｌａｌｉ　Ｂａｚｚａｚ,Ｖｉｋｒａｍ　Ｓｕｂｒａｍａｎｙａ,Ｙｅｓｈａｉａｈｕ　Ｆａｉｎｍａｎ,Ｇｅｏｒｇｅ　Ｐａｐｅｎ,ａｎｄ　Ａｍｉｎ　Ｖａｈｄａｔ［Ｉｎ:Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＡＣＭ　ＳＩＧＣＯＭＭ　2010　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　ＳＩＧ－ＣＯＭＭ（ＳＩＧＣＯＭＭ‘10）,ｐｐ.339-350（2010）：Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　оｆ　Ｃａｌｉｆоｒｎｉａ，Ｓａｎ　Ｄｉｅｇо］ 「ＩＥＥＥ　８０２．３　Ｂｅｙｏｎｄ　１０ｋｍ　Ｏｐｔｉｃａｌ　ＰＨＹｓ　ＳＧ－Ｔｈｅ　Ｐａｔｈ　Ｆｏｒｗａｒｄ」Ｊｏｈｎ　Ｄ‘Ａｍｂｒｏｓｉａ，Ｃｈａｉｒ，ＩＥＥＥ　８０２．３　Ｂｅｙｏｎｄ　１０ｋｍ　Ｏｐｔｉｃａｌ　ＰＨＹｓ　Ｓｔｕｄｙ　Ｇｒｏｕｐ　Ｆｕｔｕｒｅｗｅｉ，Ｓｕｂｓｉｄｉａｒｙ　ｏｆ　Ｈｕａｗｅｉ［ＩＥＥＥ　８０２．３　Ｂｅｙｏｎｄ　１０ｋｍ　Ｏｐｔｉｃａｌ　ＰＨＹｓ　Ｓｔｕｄｙ　Ｇｒｏｕｐ　ＩＥＥＥ　８０２　Ｎｏｖ　２０１７　Ｐｌｅｎａｒｙ］
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主たる目的は、伝送容量の大きい通信元及び通信相手先のノードを接続しても、支障なく光通信でき、類似機能のデバイスを集中配置、及び通信処理時間の低減化を可能にできる光電子融合スイッチを提供することである。
　本発明に係る実施形態の他の目的は、アプリケーションの要求に応じて光伝送路の制御を動的に変更可能とし、遠隔箇所の資源情報を有効に活用できる光ネットワークシステムを提供することである。
　上記主たる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、光デバイスと、を備え、通信元及び通信相手先のノードと接続される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、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光デバイスとの間を接続する経路と、光デバイス又は複数の光送受信器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、複数の光送受信器は、通信元及び通信相手先のノードとの間でそれぞれ伝送速度の異なる光信号を送受信可能であり、当該ノードから伝送された光信号を入力し、光／電変換した電気信号を電子回路に出力し、且つ当該電子回路から出力された電気信号を電／光変換した光信号を当該ノードに伝送することを特徴とする。
　上記構成によれば、パケットスイッチを構成する各光送受信器について、通信元及び通信相手先のノードとの間でそれぞれ伝送速度の異なる光信号を送受信可能としている。このため、伝送容量の大きい通信元及び通信相手先のノードを接続しても、支障なく光通信でき、類似機能のデバイスを集中配置、及び通信処理時間の低減化を可能にできる。
　また、上記他の目的を達成するため、本発明の他の態様は、上記光電子融合スイッチと、通信元及び通信相手先のノードと、を備えた光ネットワークシステムであって、予め設計されたアプリケーションに従ってノードに対する所用の制御を行うコントローラを備え、ノードは、情報処理装置であり、コントローラは、所用の制御として、光電子融合スイッチにおける経路制御及び帯域制御以外に、使用する全ての伝送路における光信号又は電気信号に係る遅延及びジッタの少なくとも一方の制御と、予め取得されるネットワークに係る資源情報、計画情報、及び安全性情報を用いての全ての伝送路における経路・資源情報競合制御、計画制御、及び安全性制御と、を情報処理装置に設定し、実行させることを特徴とする。
　上記構成によれば、光ネットワークシステムのコントローラが経路制御及び帯域制御以外に、全ての伝送路における遅延又はジッタの制御と、経路・資源情報競合制御、計画制御、及び安全性制御と、を情報処理装置に実行可能とする。このため、アプリケーションの要求に応じて光伝送路の制御を動的に変更可能とし、遠隔箇所の資源情報を有効に活用できる。
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を含む光ネットワークシステム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を含む光ネットワークシステム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を含む光ネットワークシステム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１－３に係る光ネットワークシステムにおいて、コントローラによる通信元及び通信相手先のノードとなる情報処理装置の制御管理に必要なアプリケーションと各部機能との対応を示した機能ブロック図である。 図６で説明したコントローラによるアプリケーションに従った情報処理装置に対する各種制御の設定に係る動作処理の概略を示したフローチャートである。
　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、及び光ネットワークシステムについて、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、光デバイスと、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。光デバイスについては、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。ここでの光デバイスは、光スイッチの光中継スイッチ６０である場合を示している。尚、光デバイスには、図２中に示す光中継スイッチ６０以外に、後文で詳述するように、信号の多重化及び多重化信号の分離化機能を持つ多重化・分離化器も含まれるものとする。
　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ノードと接続して光ネットワークシステムを構築する場合を想定している。そこで、各光送受信器３０については、大容量性のコヒーレント通信に対応可能であることが好ましく、通信元及び通信相手先のノードとの間でそれぞれ伝送速度の異なる光信号を送受信可能なものとする。各光送受信器３０の光電変換機能は、ノードから伝送された光信号を入力し、光／電変換した電気信号をネットワークプロセッサ２０に出力する働きを持つ。また、各光送受信器３０の光電変換機能は、ネットワークプロセッサ２０から出力された電気信号を電／光変換した光信号をノードに伝送する働きを持つ。
　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と光デバイス（光中継スイッチ６０）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、各光送受信器３０又は光デバイス（光中継スイッチ６０）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、導波路型光スイッチ（光中継スイッチ６０）、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、及び導波路型光スイッチ（光中継スイッチ６０）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、導波路型光スイッチ（光中継スイッチ６０）は、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、導波路型光スイッチ（光中継スイッチ６０）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、伝送容量の大きい通信元及び通信相手先のノードを接続しても、支障なく光通信でき、パケットスイッチ及び光スイッチを統合して類似機能のデバイスを集中配置、及び通信処理時間の低減化を可能にするための各実施形態を以下に説明する。尚、光電子融合スイッチ１００は、通信元及び通信相手先のノードと接続して光ネットワークシステムを構成するものである。
（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を含む光ネットワークシステム１０００Ａ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、この光ネットワークシステム１０００Ａは、光電子融合スイッチ１００Ａに通信元及び通信相手先のノードを接続して構成される。通信元のノードは、伝送速度の異なる情報処理装置７１－１、７１－２である。また、通信相手先のノードは、同様に伝送速度の異なる情報処理装置７２－１、７２－２及び情報処理装置７３－１、７３－２である。このうち、情報処理装置７１－１、７２－１、７３－１は、伝送速度が一例として、２００Ｇｂｐｓ（以下、Ｇと略記する）であるとする。また、情報処理装置７１－２、７２－２、７３－２は、伝送速度が一例として、６００Ｇであるとする。
　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、光回線交換デバイス２１Ａと、複数の光スイッチ６１Ａと、を備える。尚、図３に示す構成の場合、３つの光送受信器３０Ａ及び光スイッチ６１Ａが使用されている。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。各光送受信器３０Ａは、コヒーレント通信に対応可能であり、通信元及び通信相手先のノードとの間でそれぞれ伝送速度の異なる光信号を送受信できる。そして、各光送受信器３０Ａは、ノードから伝送された光信号を入出力ポートＰを介して入力し、光／電変換した電気信号をネットワークプロセッサ２０Ａに出力する。また、各光送受信器３０Ａは、ネットワークプロセッサ２０Ａから出力された電気信号を電／光変換した光信号を入出力ポートＰを介してノードに伝送する。光回線交換デバイス２１Ａは、各光送受信器３０Ａ間の光回線の接続を設定するクロスコネクト機能を持つもので、光回線交換スイッチ等を用いることができる。
　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。この経路は、一本当り１００Ｇであり、２００Ｇ用に１００Ｇ×２が使用されている。光回線交換デバイス２１Ａと各光送受信器３０Ａとの間を接続する経路は、光導波路が使用されている。この経路には、２００Ｇ用の１００Ｇ×２、４００Ｇ用の１００Ｇ×４、６００Ｇ用の１００Ｇ×６を使用する場合を例示できる。但し、光回線交換デバイス２１Ａと各光送受信器３０Ａとの間を接続する経路には、電気信号が通る配線を使用することも可能である。
　また、各光送受信器３０Ａと各光スイッチ６１Ａとの間を接続する経路と、各光スイッチ６１Ａと光電子融合スイッチ１００Ａの入出力ポートＰとの間を接続する経路とについても、光導波路が使用されている。前者の経路の光導波路は２００Ｇ～６００Ｇ用であるが、後者の経路の光導波路は、伝送速度の大きい側の６００Ｇ用の光導波路と伝送速度の小さい側の２００Ｇ用の光導波路とがある。光電子融合スイッチ１００Ａの入出力ポートＰに対し、情報処理装置７１－１、７１－２と情報処理装置７２－１、７２－２及び情報処理装置７３－１、７３－２とを接続する経路には、光導波路の一例として光ファイバを用いても良い。
　各光スイッチ６１Ａは、ノードと各光送受信器３０Ａとの間にそれぞれ設けられる。そして、各光スイッチ６１Ａは、異なる伝送速度毎の光信号を光導波路を通してノードとの間で別々に送受信する。各光送受信器３０Ａと各光スイッチ６１Ａとの間を接続する経路では、２００Ｇ～６００Ｇの光導波路を通して光信号の入出力が行われる。また、各光スイッチ６１Ａと光電子融合スイッチ１００Ａの入出力ポートＰとの間を接続する経路と、入出力ポートＰとノードとの間を接続する経路とでは、小さい伝送速度の２００Ｇ用の光導波路と大きい伝送速度の６００Ｇ用の光導波路とを通して別々に光信号の入出力が行われる。尚、各光スイッチ６１Ａには、周波数フィルタを使用することができ、この場合には各光送受信器３０Ａにおける周波数切り替えによる方路切り替えも可能になる。
　以下は、光ネットワークシステム１０００Ａにおける基本動作を説明する。尚、光回線交換デバイス２１Ａは、クロスコネクト機能により光信号のパケット通信内容の通信状況に応じて、自動的に各光送受信器３０Ａ間の光回線の接続を設定するものとする。また、ここでの光ネットワークシステム１０００Ａは、通信元の情報処理装置７１－１、７１－２と通信相手先の情報処理装置７２－１、７２－２及び情報処理装置７３－１、７３－２との制御管理がコントローラによって行われるものとする。コントローラによる制御管理は、予め設計されたアプリケーションに従って行われ、光電子融合スイッチ１００Ａにおける光スイッチ６１Ａ及び光回線交換デバイス２１Ａが制御される。
　まず、通信元のノードの情報処理装置７１－１、７１－２から通信相手先のノードの情報処理装置７２－１、７２－２及び情報処理装置７３－１、７３－２の少なくとも一方へ光通信を行う場合の動作を説明する。この場合、通信元のノードである情報処理装置７１－１、７１－２から光スイッチ６１Ａに２００Ｇ用の光導波路と６００Ｇの光導波路とを通して２００Ｇの光信号と６００Ｇの光信号との何れかが伝送される。光スイッチ６１Ａでは、２００Ｇの光信号と６００Ｇの光信号との何れかを２００Ｇ～６００Ｇ用の光導波路を通して光送受信器３０Ａに伝送する。光送受信器３０Ａは、光回線交換デバイス２１Ａにより設定された光回線を使用できる。ここでの使用可能な光回線は、２００Ｇ、４００Ｇ、６００Ｇであるとする。
　光送受信器３０Ａは、２００Ｇ用の光信号と６００Ｇ用の光信号との何れかを光／電変換した電気信号をネットワークプロセッサ２０Ａに伝送する。ネットワークプロセッサ２０Ａでは、入力された２００Ｇ用の電気信号と６００Ｇ用の電気信号との何れかについて、パケットスイッチの機能に係る信号処理をしてから別の２系統の光送受信器３０Ａの少なくとも一方にそれぞれ別々に伝送する。これらの光送受信器３０Ａは、信号処理済みの電気信号を電／光変換した２００Ｇ用の光信号と６００Ｇ用の光信号との何れかを、２系統の光スイッチ６１Ａの何れかにそれぞれ別々に伝送する。２系統の光スイッチ６１Ａの少なくとも一方では、２００Ｇ用の光信号を情報処理装置７２－１、７３－１の何れかに、６００Ｇ用の光信号を情報処理装置７２－２、７３－２の何れかにそれぞれ別々に伝送する。
　次に、通信相手先のノードの情報処理装置７２－１、７２－２及び情報処理装置７３－１、７３－２の少なくとも一方から通信元のノードの情報処理装置７１－１、７１－２へ光通信を行う場合の動作を説明する。この場合、通信相手先のノードの情報処理装置７２－１、７２－２及び情報処理装置７３－１、７３－２の少なくとも一方から２系統の光スイッチ６１Ａの少なくとも一方に２００Ｇ用の光導波路と６００Ｇの光導波路とを通して２００Ｇの光信号と６００Ｇの光信号との何れかが伝送される。各光スイッチ６１Ａの少なくとも一方では、２００Ｇの光信号と６００Ｇの光信号との何れかを２００Ｇ～６００Ｇ用の光導波路を通して２系統の光送受信器３０Ａの少なくとも一方に伝送する。各光送受信器３０Ａの少なくとも一方では、光回線交換デバイス２１Ａにより設定された光回線を使用できる。ここでも使用可能な光回線は、２００Ｇ、４００Ｇ、６００Ｇであるとする。
　各光送受信器３０Ａの少なくとも一方では、２００Ｇ用の光信号と６００Ｇ用の光信号との何れかを光／電変換した電気信号をネットワークプロセッサ２０Ａに伝送する。ネットワークプロセッサ２０Ａでは、入力された２００Ｇ用の電気信号と６００Ｇ用の電気信号との何れかについて、パケットスイッチの機能に係る信号処理をしてから別の１系統の光送受信器３０Ａに伝送する。この光送受信器３０Ａも、信号処理された電気信号を電／光変換した２００Ｇ用の光信号と６００Ｇ用の光信号との何れかを、１系統の光スイッチ６１Ａに伝送する。光スイッチ６１Ａでは、２００Ｇ用の光信号を情報処理装置７１－１に、６００Ｇ用の光信号を情報処理装置７１－２にそれぞれ別々に伝送する。
　実施形態１の光電子融合スイッチ１００Ａを用いた光ネットワークシステム１０００Ａによれば、パケットスイッチを構成する各光送受信器３０Ａについて、大容量性を持つコヒーレント通信に対応可能とし、通信元及び通信相手先のノードとの間でそれぞれ伝送速度の異なる光信号を送受信可能としている。また、光スイッチ６１Ａ及び光回線交換デバイス２１Ａが協働して光信号のパケット通信内容に応じて、光回線の接続を適宜変更設定できるようにしている。このため、伝送容量の大きい通信元及び通信相手先のノードを接続しても、光カットスルーを行う場合と同様な働きをして電力を消費する信号処理負担が掛からずに支障なく光通信でき、類似機能のデバイスを集中配置、及び通信処理時間の低減化を可能にできる。
（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を含む光ネットワークシステム１０００Ｂ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、この光ネットワークシステム１０００Ｂも、光電子融合スイッチ１００Ｂに通信元及び通信相手先のノードを接続して構成される。通信元のノードは、伝送速度の異なる情報処理装置７４－１、７４－２である。また、通信相手先のノードは、同様に伝送速度の異なる情報処理装置７５－１、７５－２及び情報処理装置７６－１、７６－２である。このうち、情報処理装置７４－１、７５－１、７６－１は、伝送速度が２００Ｇであるとする。また、情報処理装置７４－２、７５－２、７６－２は、伝送速度が４００Ｇであるとする。
　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、光回線交換デバイス２１Ｂと、複数の多重化・分離化器８１と、を備える。尚、図４に示す構成の場合、３つの光送受信器３０Ｂ及び多重化・分離化器８１が使用されている。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。即ち、光電子融合スイッチ１００Ｂでは、実施形態１の場合の光スイッチ６１Ａに代わり、多重化・分離化器８１を用いて２００Ｇの光信号及び６００Ｇの光信号を同時に伝送できるようにした点が相違する。ここでも、各光送受信器３０Ｂは、大容量性を持つコヒーレント通信に対応可能となっている。光電子融合スイッチ１００Ｂの入出力ポートＰに対し、情報処理装置７４－１、７４－２と情報処理装置７５－１、７５－２及び情報処理装置７６－１、７６－２とを接続する経路には、光導波路の一例として光ファイバを用いても良い。その他の細部構成は共通しているため、共通箇所の説明は省略する。
　各多重化・分離化器８１は、ノードと各光送受信器３０Ｂとの間にそれぞれ設けられる。そして、各多重化・分離化器８１は、異なる伝送速度毎の光信号を光導波路を通してノードとの間で同時に送受信する。各光送受信器３０Ｂと各多重化・分離化器８１との間を接続する経路では、２００Ｇ～６００Ｇの光導波路を通して光信号の入出力が行われる。また、各多重化・分離化器８１と光電子融合スイッチ１００Ｂの入出力ポートＰとの間を接続する経路と、入出力ポートＰとノードとの間を接続する経路では、小さい伝送速度の２００Ｇ用の光導波路と大きい伝送速度の４００Ｇ用の光導波路とを通して同時に光信号の入出力が行われる。
　以下は、光ネットワークシステム１０００Ｂにおける基本動作を説明する。尚、光回線交換デバイス２１Ｂは、クロスコネクト機能により光信号のパケット通信内容の通信状況に応じて、自動的に各光送受信器３０Ｂ間の光回線の接続を設定するものとする。また、ここでの光ネットワークシステム１０００Ｂについても、通信元の情報処理装置７４－１、７４－２と通信相手先の情報処理装置７５－１、７５－２及び情報処理装置７６－１、７６－２との制御管理がコントローラによって行われるものとする。コントローラによる制御管理は、予め設計されたアプリケーションに従って行われ、光電子融合スイッチ１００Ｂにおける多重化・分離化器８１及び光回線交換デバイス２１Ｂが制御される。
　まず、通信元のノードの情報処理装置７４－１、７４－２から通信相手先のノードの情報処理装置７５－１、７５－２及び情報処理装置７６－１、７６－２の少なくとも一方へ光通信を行う場合の動作を説明する。この場合、通信元のノードである情報処理装置７４－１、７４－２から多重化・分離化器８１に２００Ｇ用の光導波路と４００Ｇの光導波路とを通して２００Ｇの光信号と４００Ｇの光信号とが同時に伝送される。多重化・分離化器８１では、２００Ｇの光信号と４００Ｇの光信号とを多重化した光信号を２００Ｇ～６００Ｇ用の光導波路を通して光送受信器３０Ｂに伝送する。光送受信器３０Ｂは、光回線交換デバイス２１Ｂにより回線交換された光回線を使用できる。ここでも使用可能な光回線は、２００Ｇ、４００Ｇ、６００Ｇであるとする。
　光送受信器３０Ｂは、多重化された光信号を光／電変換した電気信号をネットワークプロセッサ２０Ｂに伝送する。ネットワークプロセッサ２０Ｂでは、入力された電気信号について、パケットスイッチの機能に係る信号処理をしてから別の２系統の光送受信器３０Ｂの少なくとも一方にそれぞれ別々に伝送する。これらの光送受信器３０Ｂも、信号処理済みの多重化された電気信号を電／光変換した多重化された光信号を、２系統の多重化・分離化器８１の少なくとも一方にそれぞれ別々に伝送する。２系統の多重化・分離化器８１の少なくとも一方では、多重化された光信号を分離化し、２００Ｇ用の光信号を情報処理装置７２－１、７３－１の何れかに、４００Ｇ用の光信号を情報処理装置７２－２、７３－２の何れかにそれぞれ同時に伝送する。
　次に、通信相手先のノードの情報処理装置７５－１、７５－２及び情報処理装置７６－１、７６－２の少なくとも一方から通信元のノードの情報処理装置７４－１、７４－２へ光通信を行う場合の動作を説明する。この場合、通信相手先のノードの情報処理装置７５－１、７５－２及び情報処理装置７６－１、７６－２の少なくとも一方から２系統の多重化・分離化器８１の少なくとも一方に２００Ｇ用の光導波路と４００Ｇの光導波路とを通して２００Ｇの光信号と４００Ｇの光信号とが同時に伝送される。各多重化・分離化器８１の少なくとも一方では、２００Ｇの光信号と４００Ｇの光信号とを多重化した光信号を２００Ｇ～６００Ｇ用の光導波路を通して２系統の光送受信器３０Ｂの少なくとも一方に伝送する。各光送受信器３０Ｂの少なくとも一方では、光回線交換デバイス２１Ｂにより回線交換された光回線を使用できる。ここでも使用可能な光回線は、２００Ｇ、４００Ｇ、６００Ｇであるとする。
　各光送受信器３０Ｂの少なくとも一方では、多重化された光信号を光／電変換した電気信号をネットワークプロセッサ２０Ｂに伝送する。ネットワークプロセッサ２０Ｂでは、入力された電気信号について、パケットスイッチの機能に係る信号処理をしてから別の１系統の光送受信器３０Ｂに伝送する。この光送受信器３０Ｂも、信号処理済みの多重化された電気信号を電／光変換した光信号を、１系統の多重化・分離化器８１に伝送する。多重化・分離化器８１では、多重化された光信号を分離化し、２００Ｇ用の光信号を情報処理装置７４－１に、４００Ｇ用の光信号を情報処理装置７４－２にそれぞれ同時に伝送する。
　実施形態２の光電子融合スイッチ１００Ｂを用いた光ネットワークシステム１０００Ｂによれば、パケットスイッチを構成する各光送受信器３０Ｂについて、大容量性を持つコヒーレント通信に対応可能とし、通信元及び通信相手先のノードとの間でそれぞれ伝送速度の異なる光信号を送受信可能としている。また、多重化・分離化器８１及び光回線交換デバイス２１Ｂが協働して光信号のパケット通信内容に応じて、光回線の接続を適宜変更設定できるようにしている。このため、伝送容量の大きい通信元及び通信相手先のノードを接続しても、光カットスルーを行う場合と同様な働きをして電力を消費する信号処理負担が掛からずに支障なく光通信でき、類似機能のデバイスを集中配置、及び通信処理時間の低減化を可能にできる。特に光電子融合スイッチ１００Ｂでは、多重化・分離化器８１を用いて通信元及び通信相手先のノードとの間でそれぞれ伝送速度の異なる光信号を同時に送受信できるため、実施形態１の場合よりも信号処理が迅速に行われるという利点がある。
（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を含む光ネットワークシステム１０００Ｃ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、この光ネットワークシステム１０００Ｃも、光電子融合スイッチ１００Ｃに通信元及び通信相手先のノードを接続して構成される。ここでのノードは、伝送速度の異なる複数の情報処理装置７７である。各情報処理装置７７は、伝送速度を２００Ｇ、４００Ｇ、６００Ｇとして、切り替え可能な機能を有している。
　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、光中継スイッチ６０Ｃ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。光スイッチとしての光中継スイッチ６０Ｃは、複数をＮ（但し、Ｎは２以上の自然数）とすれば、Ｎ×Ｎタイプ（Ｎ入力及びＮ出力）となっている。Ｎ×Ｎタイプは、Ｎ入力及びＮ出力を行うことを示す。また、光中継スイッチ６０Ｃは、各光送受信器３０Ｃの特定箇所から出力された光信号をそれぞれ入力し、それぞれ別の経路で光信号を折り返して各光送受信器３０Ｃの別の特定箇所に伝送する役割を担う。
　この光電子融合スイッチ１００Ｃの場合、ネットワークプロセッサ２０Ｃと各光送受信器３０Ｃとを接続する経路が電気信号の通る配線となっている。各光送受信器３０Ｃと光中継スイッチ６０Ｃとの間を接続する経路と、各光送受信器３０Ｃと光電子融合スイッチ１００Ｃの入力ポートＰＩＮとの間を接続する経路と、各光送受信器３０Ｃと光電子融合スイッチ１００Ｃの出力ポートＰＯＵＴとの間を接続する経路と、は光導波路となっている。ここでも、光電子融合スイッチ１００Ｃの入力ポートＰＩＮ及び出力ポートＰＯＵＴと各情報処理装置７７とを接続する経路には、光導波路の一例として光ファイバを用いても良い。
　各光送受信器３０Ｃは、ここでも大容量性を持つコヒーレント通信に対応可能であり、各情報処理装置７７との間で伝送速度の異なる光信号（２００Ｇ、４００Ｇ、６００Ｇ）を送受信可能となっている。そして、各光送受信器３０Ｃは、各情報処理装置７７から伝送された光信号を入力し、光／電変換した電気信号をネットワークプロセッサ２０Ｃに出力する。ここでの配線は２００Ｇ用の１００Ｇ×２である場合を例示できる。また、各光送受信器３０Ｃは、ネットワークプロセッサ２０Ｃから出力された電気信号を電／光変換した光信号を各情報処理装置７７に伝送する。更に、各光送受信器３０Ｃは、伝送速度が特定量（例えば４００Ｇ）の電気信号を電／光変換した光信号を光中継スイッチ６０Ｃに接続する機能を持つ。この場合、特定の情報処理装置７７が６００Ｇの光信号を送出すると想定すると、これを受信した光送受信器３０Ｃがネットワークプロセッサ２０Ｃへ伝送する電気信号の伝送速度２００Ｇと、光中継スイッチ６０Ｃを経由して別の情報処理装置７７へ伝送される光信号の伝送速度４００Ｇとが多重化されるとみなせる。尚、伝送速度４００Ｇの電／光変換は、１００Ｇ×４等に分割することも可能である。
　この光電子融合スイッチ１００Ｃでは、ネットワークプロセッサ２０Ｃの処理容量に応じて、各情報処理装置７７から伝送される光信号の伝送速度を選定することにより、各光送受信器３０Ｃの機能構成を部分的に変更することができる。例えば、各情報処理装置７７からの光信号の伝送速度を４００Ｇに限定すれば、各光送受信器３０Ｃの少なくとも一部を電気信号の通る配線を経路としなくても済む。また、各情報処理装置７７からの光信号の伝送速度を２００Ｇに限定すれば、光中継スイッチ６０Ｃの入出力ポート数に応じて、各光送受信器３０Ｃの少なくとも一部を４００Ｇ用の電／光変換機能を持たない構成にできる。
　実施形態３の光電子融合スイッチ１００Ｃを用いた光ネットワークシステム１０００Ｃによれば、パケットスイッチを構成する各光送受信器３０Ｃについて、大容量性を持つコヒーレント通信に対応可能とし、通信元及び通信相手先のノードとの間でそれぞれ伝送速度の異なる光信号を送受信可能としている。また、各光送受信器３０Ｃにより伝送速度が特定量の電気信号を電／光変換した光信号を光中継スイッチ６０Ｃに接続し、光中継スイッチ６０Ｃが別の経路で各光送受信器３０Ｃの別の特定箇所に光信号を伝送する。ここでの光中継スイッチ６０Ｃは、実施形態１、２の光回線交換デバイス２１Ａ、２１Ｂに相当する働きをする。このため、伝送容量の大きい通信元及び通信相手先のノードを接続しても、光カットスルーを行う場合と同様な働きをして電力を消費する信号処理負担が掛からずに支障なく光通信でき、類似機能のデバイスを集中配置、及び通信処理時間の低減化を可能にできる。
　更に、光電子融合スイッチ１００Ｃでは、ネットワークプロセッサ２０Ｃの処理容量や光中継スイッチ６０Ｃの入出力ポート数に応じて、各光送受信器３０Ｃの機能構成を部分的に変更できる。この結果、実施形態１や実施形態２の場合よりも簡素に構成でき、しかも各光送受信器３０Ｃの少なくとも一部をネットワークプロセッサ２０Ｃによる信号処理に関与させないか、或いは働かせないようにできる。これにより、低消費電力化に加え、光電変換機能が十分に発揮されなくなる虞を回避できるという利点がある
　ところで、上述した光電子融合スイッチ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃは、それぞれ光ネットワークシステム１０００Ａ、１０００Ｂ、１０００Ｃとして構成された場合、接続されるノードの設定機能に左右される。即ち、光ネットワークシステム１０００Ａ、１０００Ｂ、１０００Ｃは、設計されたアプリケーションに従い、コントローラによって、通信元及び通信相手先のノードに対して所用の制御を行う運用形態となる。
　ところが、伝送容量の大きい通信元及び通信相手先のノードで光通信を行う場合には、アプリケーションが充分に配慮されておらず、伝送容量の増加に伴う伝送可能距離の短縮化が対策されていない。このため、現状ではアプリケーションの要求に応じて光伝送路の制御を動的に変更すること、及び遠隔箇所の資源情報を有効に活用することが困難になっている。そこで、設計されるアプリケーションのノードへの設定内容が重要になり、特に光通信を安定して行わせるためのアプリケーションが必要になる。
　以下は、光ネットワークシステム１０００Ａ、１０００Ｂ、１０００Ｃにおいて、予め設計されたアプリケーションに従ってコントローラによりノードに対する所用の制御を行う設定について説明する。即ち、係る設定によりアプリケーションの要求に応じて光伝送路の制御を動的に変更可能とし、遠隔箇所の資源情報を有効に活用できるようにする。但し、この場合のノードは、クライアントコンピューター、及びストレージシステム等に代表されるような伝送容量の大きい情報処理装置であるとする。
　こうした場合、コントローラは、所用の制御として、光電子融合スイッチ１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃにおける経路制御及び帯域制御以外の制御を情報処理装置に設定し、実行させることが有効となる。例えば、有効な制御として、使用する全ての伝送路における光信号又は電気信号に係る遅延及びジッタの少なくとも一方の制御が挙げられる。また、有効な制御として、予め取得されるネットワークに係る資源情報、計画情報、及び安全性情報を用いての全ての伝送路における経路・資源情報競合制御、計画制御、及び安全性制御が挙げられる。そして、コントローラは、情報処理装置におけるレイヤ間で連帯して遅延及び暗号強度の少なくとも一方を最適化する制御を情報処理装置に実行させる。こうした制御を情報処理装置に設定すれば、アプリケーションの要求に応じて光伝送路の制御を動的に変更すること、及び遠隔箇所の資源情報を有効に活用することが可能になる。以下は、具体例を説明する。
　図６は、本発明の実施形態１－３に係る光ネットワークシステム１０００Ａ、１０００Ｂ、１０００Ｃにおいて、コントローラ６０１による通信元及び通信相手先のノードとなる情報処理装置７７０の制御管理に必要なアプリケーションと各部機能との対応を示した機能ブロック図である。
　図６を参照すれば、設計されたアプリケーションを情報処理装置７７０へ設定するコントローラ６０１は、コヒーレントフロー・スイッチ制御部６０１ａ、及びオーケストレーション機能部６０１ｂを備えている。また、コントローラ６０１は、その他、リソース管理・競合制御部６０１ｃ、セキュリティ制御部６０１ｄ、伝送路設計部６０１ｅ、リソース検出部６０１ｆ、通信部６０１ｇ、及び情報記録用データベース６０１ｈを備えている。
　これに対し、情報処理装置７７０は、大別して交換部７７０Ａと演算・ストレージ部７７０Ｂとに区別される。交換部７７０Ａは、コントローラ６０１の通信部６０１ｇとの間で情報を送受できる各部として、交換制御部７７０Ａ－１、及び伝送制御部７７０－Ｂを備える。交換制御部７７０Ａ－１には、交換制御機能の従属する対象として、パケットスイッチ、電気クロスコネクト、光クロスコネクト、前方誤り訂正（ＦＥＣ）、光スイッチ、及びＭＡＣＳＥＣ等がある。伝送制御部７７０－Ｂの伝送制御機能の従属する対象には、コヒーレント通信に対応する信号処理（ＤＳＰ）、波長可変レーザ、前方誤り訂正、及びレイヤ１暗号等がある。
　演算・ストレージ部７７０Ｂは、同様にコントローラ６０１の通信部６０１ｇとの間で情報を送受できる各部として、伝送制御部７７０Ｂ－１、演算制御部７７０Ｂ－２、及びストレージ制御部７７０Ｂ－３を備える。伝送制御部７７０Ｂ－１の伝送制御機能の従属する対象には、コヒーレント通信に対応する信号処理、波長可変レーザ、前方誤り訂正、及びレイヤ１暗号等がある。演算制御部７７０Ｂ－２の演算制御機能の従属する対象には、メモリ、ストレージ、及びＭＡＣＳＥＣ等がある。ストレージ制御部７７０Ｂ－３のストレージ制御機能の従属する対象には、プロセッサ、及びストレージ等がある。
　図７は、上述したコントローラ６０１によるアプリケーションに従った情報処理装置７７０に対する各種制御の設定に係る動作処理の概略を示したフローチャートである。
　図７を参照すれば、まず、ステップＳ７０１において、コントローラ６０１のリソース検出部６０１ｆは、通信部６０１ｇを介して交換部７７０Ａ、及び演算・ストレージ部７７０Ｂとの通信を行う。これにより、リソース検出部６０１ｆは、交換部７７０Ａ及び演算・ストレージ部７７０Ｂの各部における実装している機器の情報を示すケイパビリティを把握し、ケイパビリティの情報を情報記録用データベース６０１ｈに記録する。
　次に、ステップＳ７０２において、伝送路設計部６０１ｅは、交換部７７０Ａ～演算・ストレージ部７７０Ｂ間で設定可能な全ての伝送路について、帯域、遅延、ジッタ等のパラメータを計算する。これにより、伝送路設計部６０１ｅは、パラメータ情報を情報記録用データベース６０１ｈに記録する。
　更に、ステップＳ７０３において、セキュリティ制御部６０１ｄは、交換部７７０Ａ～演算・ストレージ部７７０Ｂ間で設定可能な全てのセキュリティ機能について、帯域、遅延、ジッタ等のパラメータを計算する。これにより、セキュリティ制御部６０１ｄは、パラメータ情報を情報記録用データベース６０１ｈに記録する。
　引き続き、ステップＳ７０４において、オーケストレーション機能部６０１ｂは、アプリケーションからの演算の要請やバックアップ等のストレージの要請に基づき、情報記録用データベース６０１ｈに記録された演算・ストレージ・ネットワークリソースを組み合わせて最適な系を構築する。
　また、ステップＳ７０５において、オーケストレーション機能部６０１ｂは、構築した系に必要なリソースの空き状況をリソース管理・競合制御部６０１ｃに確認する。この結果、ステップＳ７０６において、空きかあるか否かをＯＫであるか否かにより判定する。この判定の結果、空きがあってＯＫであれば、次のステップＳ７０７に進むが、空きが無ければ、ステップＳ７０４の前に戻って以後の処理を繰り返す。
　最後に、ステップＳ７０７において、コヒーレントフロー・スイッチ制御部６０１ａとセキュリティ制御部６０１ｄとは、通信部６０１ｇを介して、オーケストレーション機能部６０１ｂが構築した系に基づいて、交換部７７０Ａ、及び演算・ストレージ部７７０Ｂの設定を行う。これにより、交換部７７０Ａにおける交換制御部７７０Ａ－１及び伝送制御部７７０－Ｂの各機能での上述した従属の対象への設定が終了する。そして、演算・ストレージ部７７０Ｂにおける伝送制御部７７０Ｂ－１、演算制御部７７０Ｂ－２、及びストレージ制御部７７０Ｂ－３の各機能での上述した従属の対象についても、同様に設定が終了する。
　このように、伝送容量が大きく、伝送速度の異なる情報処理装置７７０の接続を十分に配慮して設計したアプリケーションをコントローラ６０１により、情報処理装置７７０に対して設定すれ良い。係るアプリケーションの情報処理装置７７０への設定は、実施形態１－３に係る光ネットワークシステム１０００Ａ、１０００Ｂ、１０００Ｃに適用できる。こうした場合、光ネットワークシステム１０００Ａ、１０００Ｂ、１０００Ｃは、光伝送路の制御を動的に変更し、遠隔箇所の資源情報を有効に活用することができる。

Claims (8)

  1. 　パケットスイッチと、光デバイスと、を備え、通信元及び通信相手先のノードと接続される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、
    　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光デバイスとの間を接続する経路と、前記光デバイス又は前記複数の光送受信器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、
    　前記複数の光送受信器は、前記通信元及び通信相手先のノードとの間でそれぞれ伝送速度の異なる光信号を送受信可能であり、当該ノードから伝送された光信号を入力し、光／電変換した電気信号を前記電子回路に出力し、且つ当該電子回路から出力された電気信号を電／光変換した光信号を当該ノードに伝送する
    　ことを特徴とする光電子融合スイッチ。
  2. 　前記光デバイスは、前記複数の光送受信器の特定箇所から出力された前記光信号をそれぞれ入力し、それぞれ別の経路で当該光信号を折り返して当該複数の光送受信器の別の特定箇所に伝送する光中継スイッチであり、
    　前記複数の光送受信器は、コヒーレント通信に対応可能であり、前記伝送速度が特定量の前記電気信号を電／光変換した光信号を前記光中継スイッチに接続する
    　ことを特徴とする請求項１記載の光電子融合スイッチ。
  3. 　前記光デバイスは、光スイッチと、前記複数の光送受信器間の光回線の接続を設定するクロスコネクト機能の光回線交換デバイスと、を備え、
    　前記複数の光送受信器は、それぞれコヒーレント通信に対応可能であり、
    　前記光スイッチは、前記ノードと前記複数の光送受信器との間に設けられ、前記異なる伝送速度毎の前記光信号を前記光導波路を通して当該ノードとの間で別々に送受信する
    　ことを特徴とする請求項１記載の光電子融合スイッチ。
  4. 　前記光デバイスは、多重化・分離化器と、前記複数の光送受信器間の光回線の接続を設定するクロスコネクト機能の光回線交換デバイスと、を備え、
    　前記複数の光送受信器は、それぞれコヒーレント通信に対応可能であり、
    　前記多重化・分離化器は、前記ノードと前記複数の光送受信器との間に設けられ、前記異なる伝送速度毎の前記光信号を前記光導波路を通して当該ノードとの間で同時に送受信する
    　ことを特徴とする請求項１記載の光電子融合スイッチ。
  5. 　前記光デバイスは、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、前記導波路型光スイッチ、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、及び前記導波路型光スイッチは、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１～３の何れか１項に記載の光電子融合スイッチ。
  6. 　前記導波路型光スイッチは、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５に記載の光電子融合スイッチ。
  7. 　請求項５に記載の光電子融合スイッチと、前記通信元及び通信相手先のノードと、を備えた光ネットワークシステムであって、
    　予め設計されたアプリケーションに従って前記ノードに対する所用の制御を行うコントローラを備え、
    　前記ノードは、情報処理装置であり、
    　前記コントローラは、前記所用の制御として、前記光電子融合スイッチにおける経路制御及び帯域制御以外に、使用する全ての伝送路における前記光信号又は前記電気信号に係る遅延及びジッタの少なくとも一方の制御と、予め取得されるネットワークに係る資源情報、計画情報、及び安全性情報を用いての前記全ての伝送路における経路・資源情報競合制御、計画制御、及び安全性制御と、を前記情報処理装置に設定し、実行させる
    　ことを特徴とする光ネットワークシステム。
  8. 　前記コントローラは、前記情報処理装置におけるレイヤ間で連帯して前記遅延及び暗号強度の少なくとも一方を最適化する制御を当該情報処理装置に実行させる
    　ことを特徴とする請求項７に記載の光ネットワークシステム。
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