WO2022003814A1

WO2022003814A1 - 光伝送装置、光伝送システム、光伝送方法、および、光伝送プログラム

Info

Publication number: WO2022003814A1
Application number: PCT/JP2020/025644
Authority: WO
Inventors: 祥生須田; 剛志関; 光貴河原; 航平齋藤
Original assignee: 日本電信電話株式会社
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2022-01-06

Abstract

光伝送システム（１００）の光送信装置（１０）は、送信対象のパケットを複数の部分パケットに分離し、マルチコアファイバ（２３）内の各コアに同一の伝送波長の光信号として各部分パケットを同時に送信する信号分離部（１２）を有する。光受信装置（３０）は、他装置からマルチコアファイバ（２３）を介して受信した複数の部分パケットを統合してパケットを取得する信号統合部（３２）を有する。波長管理装置（４１）は、同じマルチコアファイバ（２３）を共用する複数の光送信装置（１０）に対して、それぞれ別々の伝送波長を割り当てる。

Description

光伝送装置、光伝送システム、光伝送方法、および、光伝送プログラム

　本発明は、光伝送装置、光伝送システム、光伝送方法、および、光伝送プログラムに関する。

　ネットワーク事業者は、１芯のシングルコアファイバの中に複数波長を重畳させ伝送する波長多重装置を用いて、ビル間などで大容量のトラヒック伝送を実現している。
　非特許文献１には、１つのデータパケットを複数の波長多重信号に分離してから、同時に伝送するインバースマックス方式が記載されている。

坂元他、「21世紀を支えるネットワークコアテクノロジ」、沖テクニカルレビュー、第185号 Vol.68 No.1、2001年1月、［online］、［2020年6月19日検索］、インターネット〈URL：https://www.oki.com/jp/Home/JIS/Books/KENKAI/n185/pdf/R22.pdf〉

　従来のインバースマックス方式では、１つのデータパケットを波長多重するときには、複数の波長を各光信号に割り当てる。それらの複数波長の光信号は、同じシングルコアファイバ内で伝送されるため、同じ距離を通過する。
　しかし、複数波長の光信号は波長依存性により、受信側での波長間での遅延差が生じる。よって、１つのデータパケットから分離された複数の光信号は、ばらばらのタイミングで到着する。
　よって、受信側の装置は、分離された複数の光信号の到着タイミングをそろえるため、キューイング処理（待ち合わせ処理）を行ってから１つのデータパケットに統合する。

　図４は、インバースマックス方式の光伝送システム１００ｚを示す構成図である。
　光伝送システム１００ｚは、入側の40GbE（Gigabit Ethernet（登録商標））の回線から光送信装置１０ｚ、シングルコアファイバ２３ｚ、光受信装置３０ｚの順にパケットが通過し、出側の40GbEに出力する。
　光送信装置１０ｚは、信号処理部１１ｚと、信号分離部１２ｚと、電気信号を光信号に変換する４つのＥ／Ｏ（Electronic/Optical signal converter）とを有する。
　光受信装置３０ｚは、信号処理部３１ｚと、信号統合部３２ｚと、同期部３３ｚと、光信号を電気信号に変換する４つのＯ／Ｅ（Optical/Electronic signal converter）とを有する。

　光送信装置１０ｚの信号処理部１１ｚは、上流側の40GbEから受信したパケットを信号分離部１２ｚに通知する。
　信号分離部１２ｚは、インバースマックス方式に従って、信号処理部１１ｚから通知されたパケットを、複数の部分パケットに分離する。ここでは、波長多重数を４とするので、１つのデータパケットが４つの部分パケットに分離される。
　各Ｅ／Ｏは、４つの部分パケットから、それぞれ別々の波長を割り当てた光信号に変換する（線種の異なる４本線で図示）。４つの光信号は波長合波部２１ｚ→光増幅器２２ｚ→シングルコアファイバ２３ｚ→波長分波部２４ｚ→光増幅器２５ｚの順に通過し、光受信装置３０ｚの各Ｏ／Ｅに届くが、それらの到着時刻はばらつきがある。

　各Ｏ／Ｅは、４つの光信号を、それぞれの部分パケット（電気信号）に戻してから同期部３３ｚに通知する。同期部３３ｚは、４つの部分パケットのすべてが到着するまで待ち合わせを行ってから、信号統合部３２ｚに通知する。
　信号統合部３２ｚは、４つの部分パケットから１つのデータパケットに統合し、その結果を信号処理部３１ｚに通知する。信号処理部３１ｚは、転送表を参照して、次の転送先である出側の40GbEに、通知されたパケットを出力する。

　このように、シングルコアファイバ２３ｚの大容量化を行っても、同期部３３ｚによる待ちあわせ処理により、光伝送システム１００ｚの通信容量が制限されてしまう。

　そこで、本発明は、複数波長の波長依存性の影響を受けずに、光伝送システムの通信容量を増加させることを主な課題とする。

　前記課題を解決するために、本発明の光伝送装置は、以下の特徴を有する。
　本発明は、送信対象のパケットを複数の部分パケットに分離し、マルチコアファイバ内の各コアに同一の伝送波長の光信号として前記各部分パケットを同時に送信する信号分離部を有することを特徴とする。

　本発明によれば、複数波長の波長依存性の影響を受けずに、光伝送システムの通信容量を増加させることができる。

本実施形態に係わる光伝送システムを示す構成図である。本実施形態に係わる波長管理装置が割り当てる波長の説明図である。本実施形態に係わる光伝送システムの各装置のハードウェア構成図である。インバースマックス方式の光伝送システムを示す構成図である。

　以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

　図１は、本実施形態の光伝送システム１００を示す構成図である。
　光伝送システム１００は、入側の40GbEの回線から光送信装置１０（１０Ａ）、マルチコアファイバ２３、光受信装置３０（３０Ａ）の順にパケットを通過させ、出側の40GbEからパケットを出力する。
　同様に、光伝送システム１００は、入側の40GbEの回線から光送信装置１０（１０Ｂ）、マルチコアファイバ２３、光受信装置３０（３０Ｂ）の順にパケットを通過させ、出側の40GbEからパケットを出力する。
　なお、図１の光送信装置１０は２台とし、光受信装置３０も２台としたが、台数は２台に限定されない。

　基本的には、図１の光伝送システム１００の各部品（信号処理部１１など）は、図４の光伝送システム１００ｚの各部品（信号処理部１１ｚ）の符号末尾「ｚ」を削除したものと対応する。以下、図１の光伝送システム１００と、図４の光伝送システム１００ｚとの相違点を挙げる。
　［相違点１］図１のマルチコアファイバ２３は、図４のシングルコアファイバ２３ｚと異なり、４つのコア（伝送路）を１本の光ファイバ内部に収容している。よって、マルチコアファイバ２３の出入り口における光デバイス（波長合波部２１と、光増幅器２２と、波長分波部２４と、光増幅器２５）もコア数と同じ４つ分備えられている。もちろん、マルチコアファイバ２３内のコア数は４に限定されない。

　［相違点２］図１の光伝送システム１００には、新たに、波長管理装置４１、４２が追加される。波長管理装置４１は、同じマルチコアファイバ２３を共用する光送信装置１０Ａ，１０Ｂに、それぞれに別々の波長を割り当てる。図１では実線の光信号と、破線の光信号とを別々の波長として図示する。波長管理装置４２は、波長管理装置４１が割り当てた波長に従い、光送信装置１０Ａからの光信号を光受信装置３０Ａに到着させ、光送信装置１０Ｂからの光信号を光受信装置３０Ｂに到着させるように、波長分波部２４および光増幅器２５を制御する。

　［相違点３］図１の各Ｅ／Ｏは、波長管理装置４１が光送信装置１０に割り当てた波長の光信号を生成する。つまり、光送信装置１０Ａ内の４つのＥ／Ｏは、光送信装置１０Ａ内の他の３つのＥ／Ｏと同じ波長の光信号を生成する。一方、図４の同じ光送信装置１０ｚ内の各Ｅ／Ｏは、１つのパケットから、４つの互いに異なる波長の光信号を生成していた。

　［相違点４］図４の光受信装置３０ｚには同期部３３ｚが備えられていたが、図１の光受信装置３０からは削除される。図１では、同じパケットから生成される４つの光信号は、互いに波長が同じであるため、受信側での波長間での遅延差が生じないためである。

　以下、図１を参照して、マルチコアファイバ２３を介して光信号が伝送される処理の詳細を説明する。
　光伝送システム１００の送信側では１つの波長管理装置４１と、２つの光送信装置１０Ａ、１０Ｂとを備え、受信側では１つの波長管理装置４２と、２つの光受信装置３０Ａ、３０Ｂとを備え、送信側と受信側とをマルチコアファイバ２３で接続する。前準備として、送信側の波長管理装置４１は、光送信装置１０ごとに、他の光送信装置１０とは重複しないように波長を割り当てる。

　光送信装置１０Ａの信号処理部１１は、図示しないＦＩＢ（Forwarding Information Base）を参照して、上流側の40GbEから受信したパケットの転送先を、光受信装置３０Ａとする（フォワーディング処理）。
　信号分離部１２は、受信した１つのパケットを、４つの部分パケットに分離する。ここでは、マルチコアファイバ２３が４コアなので、１つのパケットが４つの部分パケットに分離される。

　光送信装置１０Ａの各Ｅ／Ｏは、自身が送信を担当する部分パケットに対して波長管理装置４１から割り当てられた同一波長を適用することで、部分パケットの電気信号を光信号に変換する。
　そして、Ｅ／Ｏは、４つの部分パケットの光信号を、４つの波長合波部２１、４つの光増幅器２２を介して、マルチコアファイバ２３の各コアにそれぞれ並列に（同時刻に）送信する。

　受信側の波長管理装置４２は、１つの波長分波部２４から、２つの光受信装置３０Ａ、３０Ｂに光信号を振り分けるために、波長管理装置４１から光送信装置１０Ａ、１０Ｂに割り当てられた波長の通知を受ける。
　そして、波長管理装置４２は、光送信装置１０Ａの波長に従い（実線信号）、光送信装置１０Ａ→光受信装置３０Ａに分波するように波長分波部２４を設定する。同様に、波長管理装置４２は、光送信装置１０Ｂの波長に従い（破線信号）、光送信装置１０Ｂ→光受信装置３０Ｂに分波するように波長分波部２４を設定する。

　受信側の光受信装置３０Ａの各Ｏ／Ｅは、マルチコアファイバ２３の各コアに接続される光増幅器２５から、各部分パケットの光信号を同時に受信する。ここで、４つの光信号には、同一波長が使用されるため、同時に受信可能である。
　そして、各Ｏ／Ｅは、光信号から電気信号への変換を行うことで、４つの部分パケットを同時に取得する。つまり、図４の同期部３３ｚは、図１の光受信装置３０からは省略可能である。

　一方、図１の光受信装置３０にも図４の同期部３３ｚを備えておくことにより、光送信装置１０が同じパケットから分離された４つの部分パケットが別々の時刻に送信された場合に、待ちあわせ処理を実行できる。
　信号統合部３２は、各Ｏ／Ｅから通知された４つの部分パケットを１つのパケットに統合する。そして、信号処理部３１は、ＦＩＢを参照して、次の転送先である出側の40GbEに、統合したパケットを出力する。

　図２は、波長管理装置４１が割り当てる波長の説明図である。
　図１では、説明をわかりやすくするために、１台の光送信装置１０に対して１つの波長を割り当てることとした。一方、１台の光送信装置１０が３本のマルチコアファイバ２３（２３Ｘ、２３Ｙ、２３Ｚ）と接続し、それぞれの接続先の光受信装置３０（３０Ｘ、３０Ｙ、３０Ｚ）が存在する場合もある。

　このとき、波長管理装置４１は、同じマルチコアファイバ２３を共用する他の光送信装置１０に対して未割当の波長を、１台の光送信装置１０に複数個（ここでは、λｘ、λｙ、λｚの合計３つ）割り当ててもよい。
　これにより、光送信装置１０は、波長λｘの光信号をマルチコアファイバ２３Ｘから光受信装置３０Ｘに向けて送信する。
　同様に、光送信装置１０は、波長λｙの光信号をマルチコアファイバ２３Ｙから光受信装置３０Ｙに向けて送信する。
　さらに、光送信装置１０は、波長λｚの光信号をマルチコアファイバ２３Ｚから光受信装置３０Ｚに向けて送信する。

　なお、波長管理装置４１は、各マルチコアファイバ２３（２３Ｘ、２３Ｙ、２３Ｚ）の長さに適した波長を事前測定により把握していることが望ましい。これにより、短距離のマルチコアファイバ２３Ｘには、波長分散がやや大きい波長λｘを割り当て、中距離のマルチコアファイバ２３Ｙには、波長分散が少ない波長λｙを割り当て、長距離のマルチコアファイバ２３Ｚには、波長分散がきわめて少ない波長λｚを割り当てる。
　また、波長管理装置４１は、長距離用の波長λｚとして、分散波長がほぼゼロになる波長（以下「ゼロ近傍波長」）を割り当てることが望ましい。これにより、マルチコアファイバ２３が長距離（例えば、1000km）であるときでも、光信号を途中でロスさせずに伝搬できる。

　なお、ゼロ近傍波長の一例として、参考文献「波長分散と分散補償ファイバのしくみとは」、［2020年6月22日検索］、インターネット〈URL：https://www.fiberlabs.co.jp/tech-explan/about-dispersion-compensating/〉には、波長1.3[μm]で波長分散がゼロになる石英ガラスのファイバが記載されている。

　図３は、光伝送システム１００の各装置のハードウェア構成図である。
　光伝送システム１００の各装置（光送信装置１０と、光受信装置３０と、波長管理装置４１と、波長管理装置４２）は、ＣＰＵ９０１と、ＲＡＭ９０２と、ＲＯＭ９０３と、ＨＤＤ９０４と、通信Ｉ／Ｆ９０５と、入出力Ｉ／Ｆ９０６と、メディアＩ／Ｆ９０７とを有するコンピュータ９００として構成される。
　通信Ｉ／Ｆ９０５は、外部の通信装置９１５と接続される。入出力Ｉ／Ｆ９０６は、入出力装置９１６と接続される。メディアＩ／Ｆ９０７は、記録媒体９１７からデータを読み書きする。さらに、ＣＰＵ９０１は、ＲＡＭ９０２に読み込んだプログラム（アプリケーションや、その略のアプリとも呼ばれる）を実行することにより、各処理部を制御する。そして、このプログラムは、通信回線を介して配布したり、ＣＤ－ＲＯＭ等の記録媒体９１７に記録して配布したりすることも可能である。

　また、図１～図３では、説明をわかりやすくするために、光送信装置１０と光受信装置３０とを別々の装置として説明した。一方、光送信装置１０と光受信装置３０との機能を併せ持つ光伝送装置として構成を採用してもよい。同様に、波長管理装置４１と波長管理装置４２とを同一の装置としてもよい。

［効果］
　本発明の光送信装置１０は、送信対象のパケットを複数の部分パケットに分離し、マルチコアファイバ２３内の各コアに同一の伝送波長の光信号として各部分パケットを同時に送信する信号分離部１２を有することを特徴とする。

　これにより、同じ光伝送装置からの光信号を同一波長で同時に送信することで、波長間での遅延差が無くなり、通信容量が増加する。

　本発明の光受信装置３０は、他装置からマルチコアファイバ２３を介して受信した複数の部分パケットを統合してパケットを取得する信号統合部３２を有することを特徴とする。

　これにより、同一波長で同時に送信された複数の光信号は、受信側でも同時に受信できる。よって、到着タイミングをそろえるためのキューイング処理（待ち合わせ処理）が不要になることで、通信容量が増加する。

　本発明は、光送信装置１０と、波長管理装置４１とを有する光伝送システム１００であって、
　波長管理装置４１が、同じマルチコアファイバ２３を共用する複数の光送信装置１０に対して、それぞれ別々の伝送波長を割り当てることを特徴とする。

　これにより、同じマルチコアファイバ２３を複数の光送信装置１０で波長多重できるので、マルチコアファイバ２３の伝送効率が高まる。

　本発明は、波長管理装置４１が、マルチコアファイバ２３の伝送距離が長くなるほど、波長分散が小さい伝送波長を、接続されるマルチコアファイバ２３の伝送距離に応じて光送信装置１０に割り当てることを特徴とする。

　これにより、１つのパケットを分離した複数波長の光信号のうちの、波長分散が大きい１つの波長の影響で伝送距離が短くなっていた従来のインバースマックス方式とは違い、長い伝送距離のマルチコアファイバ２３でも確実に光信号を伝達できる。

　１０　　光送信装置（光伝送装置）
　１１　　信号処理部
　１２　　信号分離部
　２１　　波長合波部
　２２　　光増幅器
　２３　　マルチコアファイバ
　２４　　波長分波部
　２５　　光増幅器
　３０　　光受信装置（光伝送装置）
　３１　　信号処理部
　３２　　信号統合部
　４１，４２　波長管理装置
　１００　光伝送システム

Claims

　送信対象のパケットを複数の部分パケットに分離し、マルチコアファイバ内の各コアに同一の伝送波長の光信号として前記各部分パケットを同時に送信する信号分離部を有することを特徴とする
　光伝送装置。
　他装置から前記マルチコアファイバを介して受信した前記複数の部分パケットを統合してパケットを取得する信号統合部を有することを特徴とする
　請求項１に記載の光伝送装置。
　請求項１または請求項２に記載の光伝送装置と、波長管理装置とを有する光伝送システムであって、
　前記波長管理装置は、同じ前記マルチコアファイバを共用する複数の前記光伝送装置に対して、それぞれ別々の前記伝送波長を割り当てることを特徴とする
　光伝送システム。
　前記波長管理装置は、前記マルチコアファイバの伝送距離が長くなるほど、波長分散が小さい前記伝送波長を、接続される前記マルチコアファイバの伝送距離に応じて前記光伝送装置に割り当てることを特徴とする
　請求項３に記載の光伝送システム。
　光伝送装置は、信号分離部を有しており、
　前記信号分離部は、送信対象のパケットを複数の部分パケットに分離し、マルチコアファイバ内の各コアに同一の伝送波長の光信号として前記各部分パケットを同時に送信することを特徴とする
　光伝送方法。
　コンピュータを、請求項１または請求項２に記載の光伝送装置として機能させるための光伝送プログラム。