WO2022024363A1 - 光電子融合スイッチ - Google Patents
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- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/27—Arrangements for networking
Definitions
- the present invention relates to a high-performance optoelectronic fusion switch belonging to a network switch.
- packet switches based on electronic circuits are often used as network switches used for the Internet.
- the capacity of a network processor which is an example of an electronic circuit that controls this packet switch, tends to increase year by year.
- the capacity of this network processor is given by multiplying the signal speed by the number of ports.
- the signals input and output to the network processor increase, so the wiring through which the electrical signals used for input and output pass (which may be called electrical wiring) is increased, or the signal speed is increased. Need to raise.
- 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 beyond 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 considered to convert an electric signal into an optical signal within a propagable distance and apply an optical wiring capable of long-distance transmission as compared with the electric signal.
- the related techniques of the contents are described in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2.
- Non-Patent Document 1 also proposes a technique that embodies the above-mentioned items to be examined. Specifically, an electronic circuit such as a network processor and an optical transmitter / receiver having a photoelectric conversion function are arranged side by side on a substrate, and metal wiring of an electric conductor or the like is provided between these electronic circuits and the optical transmitter / receiver. The optical transmitter / receiver for the purpose of connecting with is described.
- FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional network switch 10 from the top surface.
- the network switch 10 applies the technology disclosed in Non-Patent Document 1, and 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 metal between these devices. It is configured by connecting with 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 transmission unit (TX) 3d, as well as a connector 3e and an optical fiber 3f.
- RX optical receiver
- LASER laser
- TX optical transmission unit
- optical transmitter / receiver 3 a plurality of optical transmitters / receivers 3 are arranged in parallel on the upper surface of the substrate 1 to enable high-density mounting like tiles.
- the optical transmitter / receiver 3 is connected to the network processor 2 and constitutes a packet switch together with the network processor 2.
- 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 signal transfer to / 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 optical switch since the optical switch generally takes time to switch the route, its use is limited to fixing the route or switching in units of flows 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 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 the 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.
- 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, and the node of the communication source and the communication partner. It is an object of the present invention to provide an optical electron fusion switch capable of wide-area optical communication between them.
- one aspect of the present invention is an optical electron fusion switch including an optical switch having a plurality of input ports and a plurality of output ports, and a plurality of optical transmitters / receivers having a photoelectric conversion function. Therefore, some of the plurality of optical transmitters / receivers having a photoelectric conversion function have a reproduction / relay function of receiving an optical signal having input information and outputting an optical signal having the same information as the information. , An optical signal input to an optical transceiver having a reproduction relay function and an output from the optical transceiver having the reproduction relay function to at least one of a plurality of input ports and a plurality of output ports of the optical switch. It is characterized in that at least one of the optical signals to be generated is connected.
- At least one of the input optical signal and the output optical signal in the optical transmitter / receiver having the reproduction relay function is installed in at least one of the plurality of input ports and the plurality of output ports of the optical switch. You are connected.
- optical communication can be carried out by connecting a route between the communication source node and the communication partner node. 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.
- a fusion switch can be provided.
- FIG. 2A is a plan view showing the photoelectron fusion switch from the top surface.
- FIG. 2B is a side sectional view taken along the line IIb-IIb of FIG. 2A for a part of the photoelectron fusion switch mounted on the substrate. It is an enlarged view shown from the top surface direction in order to explain the specific operation in the optical switch provided in the photoelectron fusion switch of FIG. It is an enlarged view which showed the detailed structure of the optical switch provided in the photoelectron fusion switch which concerns on Embodiment 2 of this invention from the top surface direction.
- FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a photoelectron fusion switch 100A according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 2A is a plan view showing the photoelectron fusion switch 100A from the upper surface direction.
- FIG. 2B is a side sectional view taken along the line IIb-IIb of FIG. 2A for a part of the photoelectron fusion switch 100A mounted on the substrate 11.
- the optoelectronic fusion switch 100A includes an optical switch 101, a plurality of optical transmitters / receivers 30 having a photoelectric conversion function, and a network processor 20 of an electronic circuit. ..
- the optical switch 101 has a plurality of input ports 50 IN and a plurality of output ports 50 OUT .
- This optical switch 101 has (N + x) ⁇ (M + x) type, that is, N + x input and M + x output specifications when N, M, and x are natural numbers and x ⁇ M, N.
- the N ⁇ M type indicates that N input and M output are performed as in the following.
- a part of the plurality of input ports 50 IN and the plurality of output ports 50 OUT is connected to optical transceivers 30-2-1 to 30-2-x having a reproduction relay function.
- the network processor 20 is an electronic circuit that controls the packet switch function, and can input and output a large number of high-speed signals.
- Each optical transmitter / receiver 30 has a photoelectric conversion function, is provided in the vicinity of the network processor 20, and is connected to the network processor 20. As a result, each optical transmitter / receiver 30 constitutes a packet switch together with the network processor 20.
- These optical transmitters / receivers 30 also have 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 in FIG.
- the optical switch 101 is preferably a waveguide type optical switch.
- Each optical transmitter / receiver 30-2-1 to 30-2-x having a reproduction relay function receives an optical signal having input information and outputs an optical signal having the same information as the information.
- Each of these optical transmitters / receivers 30-2-1 to 30-2-x is not connected to the network processor 20 and is configured so that optical signals are not transmitted / received to / from the network processor 20.
- the optoelectronic fusion switch 100A has a function of selecting a route so that the input optical signal is selected by the optical switch 101 and output without the intervention of the network processor 20. This function is called optical cut-through.
- optical cut-through In general, for an optical signal, attenuation of the intensity of the optical signal results in deterioration of signal quality. Therefore, even in the case of the optical switch 101, the lower the loss when passing through the optical switch 101, the more desirable it is.
- the waveguide type optical switch constituting the optical switch 101 for example, if a waveguide device using a silica-based waveguide as disclosed in Non-Patent Document 4 is applied, it is effective to show a very low loss. Is. Therefore, it can be said that it is preferable to apply the waveguide device also when configuring the optical switch 101 in the first embodiment.
- Non-Patent Document 4 "Takashi Goh, Mitsuho Yasu, Kuninori Hattori, Member, IEEE, Akira Himeno, Member, OSA, Masayuki Okuno, Member, IEEE, and Yasuji Ohmori, Member, IEEE” Low Loss and High Extinction Ratio Striktry Nonblocking 16x16 Thermotropic Matrix Switch on 6-in Wafer Using Silka-Based Planar Lightwave CyrcuitTechl.
- the optical signal connected to the optical switch 101 is not connected to the network processor 20 but is directly connected to the optical switch 101. ..
- a metal wiring 40 for wiring through which an electric signal passes is used as a path for connecting between the network processor 20 and each optical transmitter / receiver 30. There is.
- FIG. 2A only the input port 50 IN and the output port 50 OUT of the optical switch 101 are shown, and most of them are omitted. Any architecture or topology of the optical switch 101 may be used, but as described above, it is desirable that the loss is small. Therefore, if the PILOSS configuration using the silica-based waveguide described in Non-Patent Document 4 is applied as the optical switch 101, the loss is small and the loss variation for each switch state is suppressed, so that it has excellent suitability. ..
- the x pieces of the input port 50 IN and the x pieces of the output port 50 OUT in the optical switch 101 are connected via the optical transmitter / receiver 30-2-1 to 30-2-x.
- each optical transmitter / receiver 30-2-1 to 30-2-x having a reproduction relay function an electric signal obtained by optical / electric conversion of an input optical signal is folded back and an optical signal obtained by electric / optical conversion is output. Since these optical transmitters / receivers 30-2-1 to 30-2-x do not transmit / receive optical signals to / from the network processor 20, they are farther from the network processor 20 than each optical transmitter / receiver 30 having a photoelectric conversion function. It may be provided. However, the distance between each optical transmitter / receiver 30-2-1 to 30-2-x and the network processor 20 may be short.
- each optical transmitter / receiver 30-2-1 to 30-2-x inputs an output optical signal and performs optical / electrical conversion to obtain an electric signal, and turns back to convert the electric signal into electric / optical conversion.
- the optical signal is input.
- some of the connection destinations of the optical switch 101 here are assumed to be relatively far away, and in such a case, the reproduction relay function by each optical transmitter / receiver 30-2-1 to 30-2-x Will work effectively to maintain the transmission performance of optical signals.
- FIG. 3 is an enlarged view shown from above in order to explain a specific operation of the optical switch 101 provided in the photoelectron fusion switch 100A.
- the optical signal connected to the connection destination at a long distance is the optical transmitter / receiver 30-by selecting the port of the optical switch 101. Connect to 2-1 to 30-2-x. Then, the optical transmitters / receivers 30-2-1 to 30-2-x perform reproduction relay by optical / electric / optical conversion, and are connected to the input port 50 IN of the same optical switch 101 again. After that, the connection to the desired output port 50 OUT can be selected by the optical switch 101.
- an optical signal is output from the optical switch 101 after performing reproduction relay in this way, a large capacity signal can be transmitted to a connection destination far away.
- x ports are connected to the optical transmitters / receivers 30-2-1 to 30-2-x, respectively.
- the other connection destinations are the N port and the M port of the input port 50 IN of the (N + x) port and the output port 50 OUT of the (M + x) port, respectively. Therefore, if the number of ports x connected to the optical transceivers 30-2-1 to 30-2-x is increased, more signal light can be reproduced and relayed, but the switch scale of the optical switch 101 is large. Will grow at the same time.
- the number of ports x connected to the optical transmitters / receivers 30-2-1 to 30-2-x is the same as the number N of the input optical signals at the maximum, but it is desirable that the number is smaller. For example, it is desirable that the number of ports x is half or less of the number N of optical signals to be input.
- a part of the output port 50 OUT of the optical switch 101 is an input of the optical switch 101 via optical transceivers 30-2-1 to 30-2-x having a reproduction relay function. Connected to part of port 50 IN .
- the number of optical transmitters / receivers 30-2-1 to 30-2-x connected to the optical switch 101 and having a reproduction / relay function is equal to or less than the number of input ports 50 IN of the optical switch 101.
- connection between the optical switch 101 and the optical transceivers 30-2-1 to 30-2-x can be considered in two ways: an optical fiber connection and an optical waveguide connection.
- the management of the extra length of the optical fiber and the handling of the optical fiber become complicated. Therefore, when the optical switch 101 is composed of an optical waveguide, the input port 50 IN and the output port 50 OUT for connecting the optical switch 101 and the optical transmitters / receivers 30-2-1 to 30-2-x and their respective. It is preferable to use an optical wave guide as the path between them. Further, since the optical waveguide is generally configured in a plane, it is preferable that the optical switch 101 and the optical transceivers 30-2-1 to 30-2-x are arranged on the same plane.
- connection path between the optical switch 101 and the optical transceivers 30-2-1 to 30-2-x is the material of the optical waveguide forming the optical transceivers 30-2-1 to 30-2-x.
- it is preferably formed of the same material as the material of the optical waveguide forming the optical switch 101.
- the network processor 20 constituting the packet switch and each optical transmitter / receiver 30 are not always necessary. That is, the switching function can be realized in the communication of the optical signal to the remote connection destination by the reproduction relay of the optical signal only by the optical switch 101 and the optical transmitter / receiver 30-2-1 to 30-2-x.
- mounting the optical transmitters / receivers 30-2-1 to 30-2-x usually causes an increase in cost.
- optical transmitters / receivers 30 having the same or similar functional configurations are mounted in the surroundings, only the number of optical devices at the time of mounting is increased, and no new process is required. Therefore, it is possible to minimize the increase in cost.
- the optical transmitters / receivers 30-2-1 to 30-2-x are mounted on the same plane as the optical transmitter / receiver 30 and the network processor 20 constituting the packet switch. That is, in this configuration, the network processor 20 of the packet switch, each optical transceiver 30 connected to the network processor 20, the optical transceivers 30-2-1 to 30-2-x, and the optical switch 101 are on the same plane. Indicates that it will be prepared.
- the optical signal for input and the optical signal for output in the optical transmitters / receivers 30-2-1 to 30-2-x having the reproduction relay function is used. It is connected to the optical switch 101.
- At least one of the optical signal for input and the optical signal for output is connected.
- optical communication can be carried out by connecting a route between the communication source node and the communication partner node.
- an optical transmitter / receiver 30-2-1 having a reproduction relay function for an input optical signal or an optical signal input from another packet switch connected to a packet switch without the intervention of a network processor 20 There is a route to output to yet another packet switch via ⁇ 30-2-x. Since this route does not intervene the packet switch function by the network processor 20, cut-through is executed. Further, the route selection is obtained by photoelectrically converting the input optical signal or the optical signal input from another packet switch by each optical transmitter / receiver 30 having a photoelectric conversion function with the network processor 20 interposed therebetween. There is a path for outputting an optical signal to another packet switch via optical transmitters / receivers 30-2-1 to 30-2-x having a reproduction / relay function.
- FIG. 4 is an enlarged view showing the detailed configuration of the optical switch 101 provided in the photoelectron fusion switch 100B according to the second embodiment of the present invention from the upper surface direction.
- the optoelectronic fusion switch 100B is an optical transmitter / receiver having a reproduction / relay function interveningly connected to a connection destination at a distance between the optical switch 101 and a part of the input port 50 IN of the optical switch 101. 30-2-1 to 30-2-x.
- the optical switch 101 is an N ⁇ M type as in the case of the first embodiment. That is, in the photoelectron fusion switch 100B of the second embodiment, the optical transmitters / receivers 30-2-1 to 30-2-x are used for the ports connected to the connection destinations at a distant distance in the input port 50 IN of the optical switch 101. Playback relay by.
- connection destinations of the input port 50 IN and the output port 50 OUT of the optical switch 101 are already known, playback by the optical transmitter / receiver 30-2-1 to 30-2-x is performed in such a configuration. You can relay it. As a result, the switch scale of the optical switch 101 can be reduced.
- the number of optical transmitters / receivers 30-2-1 to 30-2-x used for reproducing and relaying optical signals is x
- the number of connection destinations on the input side of the optical switch 101 is M
- the output side It is assumed that the number of connection destinations of is N.
- the number of input ports ⁇ the number of output ports (M + x) ⁇ (N + x) is required as the switch scale of the optical switch 101.
- FIG. 4 shows a configuration in which optical transmitters / receivers 30-2-1 to 30-2-x are connected to a specific port of the input port 50 IN of the optical switch 101.
- the connection destinations of the output port 50 OUT of the optical switch 101 are distant from each other, the optical transmitters / receivers 30-2-1 to 30-2-x are connected to a specific port of the output port 50 OUT . It doesn't matter.
- the connection destinations of the input port 50 IN and the output port 50 OUT of the optical switch 101 are separated from each other, they are connected to both the input port 50 IN and the output port 50 OUT of the optical switch 101. It doesn't matter.
- the optical transmitters / receivers 30-2-1 to 30-2-x are mounted on the same plane as the network processor 20 and the optical transmitter / receiver 30 connected to the network processor 20. It is preferable to do so. This makes it possible to suppress an increase in mounting costs. That is, in this configuration, the network processor 20 of the packet switch, each optical transceiver 30 connected to the network processor 20, the optical transceivers 30-2-1 to 30-2-x, and the optical switch 101 are on the same plane. Indicates that it will be prepared.
- the optical transmitters / receivers 30-2-1 to 30-2-x may be installed in all of the input port 50 IN and the output port 50 OUT of the optical switch 101 to perform reproduction relay. However, from the viewpoint of cost, it is preferable to install the optical transmitters / receivers 30-2-1 to 30-2-x only in the ports connected to the other party at a distance.
- the number of optical transmitters / receivers 30-2-1 to 30-2-x installed is preferably, for example, less than half of the input port 50 IN or the output port 50 OUT .
- Other incidental matters are the same as those described in the first embodiment.
- At least one of the optical signal for input and the optical signal for output in the optical transceivers 30-2-1 to 30-2-x having the reproduction relay function. Is connected to the optical switch 101.
- At least one of the optical signal for input and the optical signal for output is connected.
- optical communication can be carried out by connecting a route between the communication source node and the communication partner node.
- the route selection is also performed in the same manner as in the case described in the first embodiment.
- the execution of optical cutthrough in the packet switch between nodes is appropriately set, even if a plurality of packet switches are connected to each other to construct an optical network system, the processing of the packet switch is not increased and the consumption is low. It operates on power and enables wide-area optical communication between the nodes of the communication source and the communication partner.
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Abstract
光電子融合スイッチ(100A)は、光スイッチ(101)と、光電変換機能を有する複数の光送受信器(30)と、パケットスイッチ機能を司る電子回路のネットワークプロセッサ(20)と、を備える。光スイッチ(101)については、入力ポート50INと出力ポート50OUTとにおける一部分が再生中継機能を有する光送受信器(30-2-1)~(30-2-x)に接続される。こうした構成及び機能により、ノード間の光送受信器(30)及びネットワークプロセッサ(20)で構成される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。
Description
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、電子回路をベースにした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、或いは、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、非特許文献1には、上記検討事項を具体化した技術も提案されている。具体的に云えば、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記載されている。
図1は、従来のネットワークスイッチ10の概略構成を上面方向から示した図である。このネットワークスイッチ10は、非特許文献1に開示された技術を適用したもので、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の上面に並列して配置し、タイルのような高密度実装を可能とする。光送受信器3は、ネットワークプロセッサ2と接続され、ネットワークプロセッサ2と合わせてパケットスイッチを構成する。
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。
このようにパケットスイッチが処理する光ネットワークが拡大すると、パケットスイッチの処理容量を圧迫し、消費電力が増加してしまうという問題がある。
「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)
「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.)
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、複数の入力ポートと複数の出力ポートとを有する光スイッチと、光電変換機能を有する複数の光送受信器と、を備えた光電子融合スイッチであって、光電変換機能を有する複数の光送受信器の一部は、入力された情報を有する光信号を受信し、当該情報と同一の情報を有する光信号を出力する再生中継機能を有しており、光スイッチの複数の入力ポートと複数の出力ポートとの少なくとも一方のいずれかには、再生中継機能を有する光送受信器へ入力する光信号、及び当該再生中継機能を有する当該光送受信器から出力される光信号の少なくとも一方が接続されたことを特徴とする。
上記構成では、光スイッチの複数の入力ポートと複数の出力ポートとの少なくとも一方のいずれかに、再生中継機能を有する光送受信器における入力用の光信号、及び出力用の光信号の少なくとも一方を接続している。これにより、通信元及び通信相手先のノード間で経路を繋いで光通信を実施できる。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できる。
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。
(実施形態1)
図2は、本発明の実施形態1に係る光電子融合スイッチ100Aの概略構成を示した図である。図2(a)は、光電子融合スイッチ100A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100Aを基板11への実装状態にした一部についての図2(a)のIIb-IIb矢視方向における側面断面図である。
図2は、本発明の実施形態1に係る光電子融合スイッチ100Aの概略構成を示した図である。図2(a)は、光電子融合スイッチ100A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100Aを基板11への実装状態にした一部についての図2(a)のIIb-IIb矢視方向における側面断面図である。
図2(a)及び図2(b)を参照すれば、光電子融合スイッチ100Aは、光スイッチ101と、光電変換機能を有する複数の光送受信器30と、電子回路のネットワークプロセッサ20と、を備える。このうち、光スイッチ101は、複数の入力ポート50INと複数の出力ポート50OUTとを有する。この光スイッチ101は、N、M、及びxを自然数とし、x<M、Nとした場合、(N+x)×(M+x)タイプ、即ち、N+x入力及びM+x出力の仕様となっている。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。光スイッチ101については、複数の入力ポート50INと複数の出力ポート50OUTとにおける一部分が再生中継機能を有する光送受信器30-2-1~30-2-xに接続される。
ネットワークプロセッサ20は、パケットスイッチ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、光電変換機能を有し、ネットワークプロセッサ20の付近に設けられ、ネットワークプロセッサ20と接続される。これにより、各光送受信器30は、ネットワークプロセッサ20と合わせてパケットスイッチを構成する。これらの光送受信器30についても、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、図2中では簡略して外形のみを示している。光スイッチ101については、導波路型光スイッチであることが好ましい。再生中継機能を有する各光送受信器30-2-1~30-2-xは、入力された情報を有する光信号を受信し、係る情報と同一の情報を有する光信号を出力する。これらの各光送受信器30-2-1~30-2-xは、ネットワークプロセッサ20には接続されず、ネットワークプロセッサ20との光信号の送受信が行われない構成となっている。
この光電子融合スイッチ100Aでは、各光送受信器30-2-1~30-2-xへ入力する光信号、及び各光送受信器30-2-1~30-2-xから出力される光信号の少なくとも一方が光スイッチ101に接続される。係る構成により、光電子融合スイッチ100Aでは、入力された光信号がネットワークプロセッサ20を介在させずに光スイッチ101によって接続先が選択され、出力されるように経路選択を行う機能が持たされている。この機能は、光カットスルーと呼ばれる。一般に、光信号について、光信号の強度が減衰することは、信号品質の劣化となる。このため、光スイッチ101の場合も、それを通過する際の損失は低い程、望ましい。光スイッチ101を構成する導波路型光スイッチとしては、例えば非特許文献4に開示されているようなシリカ系導波路を用いた導波路デバイスを適用すれば、非常に低い損失を示すために有効である。そこで、実施形態1における光スイッチ101を構成する場合にも、係る導波路デバイスを適用することが好ましいと言える。
尚、非特許文献4は、「Takashi Goh,Mitsuho Yasu,Kuninori Hattori,Member,IEEE,Akira Himeno,Member,OSA,Masayuki Okuno,Member,IEEE,and Yasuji Ohmori,Member,IEEE“Low Loss and High Extinction Ratio Strictly Nonblocking 16×16 Thermooptic Matrix Switch on 6-in Wafer Using Silica-Based Planar Lightwave Circuit Technology,”IEEE J.Lightwave Technol.,vol.19,no.3,pp.371-379,2001」である。
実施形態1の光電子融合スイッチ100Aの場合、上述したように光スイッチ101に接続される光信号は、ネットワークプロセッサ20には接続されず、光スイッチ101に直接的に接続される構成となっている。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20と各光送受信器30との間を接続する経路には、図2(b)に示されるように、電気信号の通る配線のメタル配線40が使用されている。
尚、図2(a)中では、光スイッチ101の入力ポート50IN、出力ポート50OUTの部分のみを示し、大部分を省略している。光スイッチ101のアーキテクチャやトポロジはどのようなものを使用しても構わないが、上述した通り、損失が小さいことが望ましい。そこで、光スイッチ101として、非特許文献4に記載されたシリカ系導波路を用いたPILOSS構成を適用すれば、損失も小さく、スイッチ状態毎の損失ばらつきも抑制されるため、優れた適性を有する。
光スイッチ101における入力ポート50INのx個と出力ポート50OUTのx個とは、光送受信器30-2-1~30-2-xを介して接続されている。再生中継機能を有する各光送受信器30-2-1~30-2-xでは、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。これらの光送受信器30-2-1~30-2-xは、ネットワークプロセッサ20との光信号の送受信が行われないため、光電変換機能を有する各光送受信器30よりもネットワークプロセッサ20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30-2-1~30-2-xとネットワークプロセッサ20との距離は近くても良い。
各光送受信器30-2-1~30-2-xは、光スイッチ101において、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、ここでの光スイッチ101の接続先の一部は、比較的距離が遠い場合を想定しており、そうした場合に各光送受信器30-2-1~30-2-x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。
図3は、光電子融合スイッチ100Aに備えられる光スイッチ101における具体的な動作を説明するために上面方向から示した拡大図である。
図3を参照すれば、光スイッチ101の入力ポート50INに入力された光信号のうち、遠い距離にある接続先に接続される光信号は、光スイッチ101のポート選択により光送受信器30-2-1~30-2-xに接続する。そして、光送受信器30-2-1~30-2-xにより光/電/光の変換による再生中継を行い、もう一度同じ光スイッチ101の入力ポート50INに接続する。その後、所望の出力ポート50OUTへの接続を光スイッチ101で選択することができる。
このように再生中継を行った後に光スイッチ101から光信号を出力させれば、距離の遠い接続先にも大容量信号を伝送可能になる。ここで、光スイッチ101の入力ポート50IN及び出力ポート50OUTのうち、それぞれxポートずつが光送受信器30-2-1~30-2-xに接続される。そして、他の接続先に接続されているのは、(N+x)ポートの入力ポート50INと(M+x)の出力ポート50OUTとにおけるそれぞれNポートとMポートとである。このため、光送受信器30-2-1~30-2-xに接続されるポート数xを大きくすると、より多くの信号光を再生中継することが可能になるが、光スイッチ101のスイッチ規模も同時に大きくなってしまう。従って、光送受信器30-2-1~30-2-xに接続されるポート数xは、最大でも入力される光信号の数Nと同一となるが、より少ないほうが望ましい。例えば、ポート数xは、入力される光信号の数Nの半数以下にすることが望ましい。
実施形態1の光電子融合スイッチ100Aでは、光スイッチ101の出力ポート50OUTの一部が再生中継機能を有する光送受信器30-2-1~30-2-xを介在して光スイッチ101の入力ポート50INの一部に接続される。光スイッチ101に接続された再生中継機能を有する光送受信器30-2-1~30-2-xの数は、光スイッチ101の入力ポート50INの数以下となっている。
加えて、付随事項として、光スイッチ101と光送受信器30-2-1~30-2-xとの接続は、光ファイバでの接続又は光導波路での接続の二通りが考えられる。光ファイバでの接続では、光ファイバの余長管理や光ファイバのハンドリング等が煩雑になる。このため、光スイッチ101が光導波路で構成される場合、光スイッチ101と光送受信器30-2-1~30-2-xとを接続する入力ポート50IN、及び出力ポート50OUTとそれらの間の経路とには、光導波路を用いるのが好ましい。また、光導波路は一般的に平面内に構成されるため、光スイッチ101と光送受信器30-2-1~30-2-xとは、同一平面上に配置されることが好ましい。このとき、光導波路同士の接続では、光導波路を伝搬する伝搬モードのミスマッチにより接続損失が発生する。伝搬モードは、光導波路のコア及びクラッドの屈折率とコアの形状とにより決定されるため、同一の材料を用いた光導波路の方が同一の伝搬モードに近い形状を形成し易く、結果的に接続損失を抑制し易くなる。このため、光スイッチ101と光送受信器30-2-1~30-2-xとの接続経路は、光送受信器30-2-1~30-2-xを形成する光導波路の材料か、或いは、光スイッチ101を形成する光導波路の材料と同一材料で形成されることが好ましい。
尚、実施形態1で説明した光電子融合スイッチ100Aの場合、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と各光送受信器30とは必ずしも必要ではない。即ち、光スイッチ101及び光送受信器30-2-1~30-2-xのみで光信号の再生中継による離れた接続先への光信号の通信において、スイッチング機能を実現できる。しかしながら、光送受信器30-2-1~30-2-xの実装には通常コスト増大が発生する。こうした問題に対し、周囲に同一か、或いは、類似する機能構成の光送受信器30が実装されていれば、実装時の光デバイスの個数を増やすだけで、新規の工程が必要ない。このため、コストの増加を最小限に抑えることが可能である。このような理由により、光送受信器30-2-1~30-2-xは、パケットスイッチを構成する光送受信器30及びネットワークプロセッサ20と同一平面上に実装されていることが好ましい。即ち、この構成は、パケットスイッチのネットワークプロセッサ20及びこれに接続される各光送受信器30と、光送受信器30-2-1~30-2-x及び光スイッチ101と、が同一平面上に備えられることを示す。
以上に説明した実施形態1の光電子融合スイッチ100Aでは、再生中継機能を有する光送受信器30-2-1~30-2-xにおける入力用の光信号、及び出力用の光信号の少なくとも一方を光スイッチ101に接続している。換言すれば、光スイッチ101の複数の入力ポート50INと複数の出力ポート50OUTとの少なくとも一方のいずれかに、再生中継機能を有する光送受信器30-2-1~30-2-xにおける入力用の光信号、及び出力用の光信号の少なくとも一方を接続している。これにより、通信元及び通信相手先のノード間で経路を繋いで光通信を実施できる。
経路の選択には、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について、ネットワークプロセッサ20を介在させずに再生中継機能を有する光送受信器30-2-1~30-2-xを経由して更に別のパケットスイッチへ出力する経路がある。この経路は、ネットワークプロセッサ20によるパケットスイッチ機能を介在させないため、カットスルーが実行されることになる。また、経路の選択には、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について、ネットワークプロセッサ20を介在させて光電変換機能を有する各光送受信器30により光電変換して得られる光信号を再生中継機能を有する光送受信器30-2-1~30-2-xを経由して更に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。
(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に備えられる光スイッチ101における細部構成を上面方向から示した拡大図である。
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に備えられる光スイッチ101における細部構成を上面方向から示した拡大図である。
図4を参照すれば、この光電子融合スイッチ100Bは、光スイッチ101と、光スイッチ101の入力ポート50INの一部分の離れた距離にある接続先に介在接続された再生中継機能を有する光送受信器30-2-1~30-2-xと、を備える。光スイッチ101は、実施形態1の場合と同様に、N×Mタイプである。即ち、実施形態2の光電子融合スイッチ100Bでは、光スイッチ101の入力ポート50INにおける離れた距離にある接続先と接続しているポートについて、光送受信器30-2-1~30-2-xによる再生中継を行う。
光ネットワークを構成する際、光スイッチ101の入力ポート50IN及び出力ポート50OUTの接続先が既に判明している場合、係る構成で光送受信器30-2-1~30-2-xによる再生中継を行えば良い。これにより、光スイッチ101のスイッチ規模を小さくできる。
具体的に言えば、光信号の再生中継に用いる光送受信器30-2-1~30-2-xの数がxであり、光スイッチ101の入力側の接続先の数がM、出力側の接続先の数がNと仮定する。こうした場合、実施形態1の構成では、任意の光信号を再生中継できる代わりに、光スイッチ101のスイッチ規模として、入力ポート数×出力ポート数=(M+x)×(N+x)が必要になる。
これに対して、実施形態2の構成では、光スイッチ101のスイッチ規模として、入力ポート数×出力ポート数=M×Nで済む。その代わり、光スイッチ101の入力ポート50INの特定のポートで入力される光信号のみが再生中継可能となる。図4では、光スイッチ101の入力ポート50INの特定のポートに光送受信器30-2-1~30-2-xを接続させた構成を示している。しかし、光スイッチ101の出力ポート50OUTの接続先が距離的に離れている場合には、光送受信器30-2-1~30-2-xを出力ポート50OUTの特定のポートに接続させても構わない。そして、光スイッチ101の入力ポート50IN及び出力ポート50OUTの接続先が距離的に離れている場合には、光スイッチ101の入力ポート50IN及び出力ポート50OUTの両方の特定のポートに接続しても構わない。
実施形態2においても、実施形態1と同様に、ネットワークプロセッサ20やそのネットワークプロセッサ20に接続された光送受信器30と同一平面上に光送受信器30-2-1~30-2-xを実装することが好ましい。これにより、実装コストの増加を抑制することが可能である。即ち、この構成は、パケットスイッチのネットワークプロセッサ20及びこれに接続される各光送受信器30と、光送受信器30-2-1~30-2-x及び光スイッチ101と、が同一平面上に備えられることを示す。
尚、光送受信器30-2-1~30-2-xを光スイッチ101の入力ポート50IN及び出力ポート50OUTの全てに設置し、再生中継を行っても構わない。但し、コストの観点から距離の離れた相手に接続されるポートにのみに光送受信器30-2-1~30-2-xを設置することが好ましい。光送受信器30-2-1~30-2-xの設置数は、例えば、入力ポート50IN又は出力ポート50OUTの半数以下であることが好ましい。その他、付随事項は、実施形態1で説明した場合と同様であるとする。
以上に説明した実施形態2の光電子融合スイッチ100Bについても、再生中継機能を有する光送受信器30-2-1~30-2-xにおける入力用の光信号、及び出力用の光信号の少なくとも一方を光スイッチ101に接続している。換言すれば、光スイッチ101の複数の入力ポート50INと複数の出力ポート50OUTとの少なくとも一方のいずれかに、再生中継機能を有する光送受信器30-2-1~30-2-xにおける入力用の光信号、及び出力用の光信号の少なくとも一方を接続している。これにより、通信元及び通信相手先のノード間で経路を繋いで光通信を実施できる。
経路の選択についても、実施形態1で説明した場合と同様に行われる。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。
Claims (8)
- 複数の入力ポートと複数の出力ポートとを有する光スイッチと、
光電変換機能を有する複数の光送受信器と、
を備えた光電子融合スイッチであって、
前記光電変換機能を有する複数の光送受信器の一部は、入力された情報を有する光信号を受信し、当該情報と同一の情報を有する光信号を出力する再生中継機能を有しており、
前記光スイッチの前記複数の入力ポートと前記複数の出力ポートとの少なくとも一方のいずれかには、前記再生中継機能を有する前記光送受信器へ入力する光信号、及び当該再生中継機能を有する当該光送受信器から出力される光信号の少なくとも一方が接続された
ことを特徴とする光電子融合スイッチ。 - パケットスイッチ機能を司る電子回路を備え、
前記光電変換機能を有する前記複数の光送受信器は、前記電子回路の付近に配置されて当該電子回路と接続されることによりパケットスイッチを構成する
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。 - 前記パケットスイッチと前記再生中継機能を有する前記光送受信器及び前記光スイッチとが同一平面上に備えられている
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。 - 前記光スイッチの前記複数の出力ポートの一部は、前記再生中継機能を有する前記光送受信器を介在して当該光スイッチの前記複数の入力ポートの一部に接続されており、
前記光スイッチに接続された前記再生中継機能を有する前記光送受信器の数は、前記光スイッチの前記複数の入力ポートの数以下である
ことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の光電子融合スイッチ。 - 前記光電変換機能を有する前記複数の光送受信器へ入力する前記光信号は、前記光スイッチには接続されておらず、当該光電変換機能を有する当該複数の光送受信器を介在して当該光スイッチの前記複数の入力ポートのいずれかに接続されており、
前記光スイッチに接続された前記再生中継機能を有する前記光送受信器の数は、前記光スイッチの前記複数の入力ポートの数と前記複数の出力ポートの数との合計数以下である
ことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の光電子融合スイッチ。 - 前記光電変換機能を有する前記複数の光送受信器から出力する前記光信号は、前記光スイッチには接続されておらず、当該光電変換機能を有する当該複数の光送受信器から当該光スイッチの前記複数の出力ポートに接続された光導波路における前記再生中継機能を有する前記光送受信器の接続用以外のいずれかに接続されており、
前記光スイッチに接続された前記再生中継機能を有する前記光送受信器の数は、前記光スイッチの前記複数の入力ポートの数と前記複数の出力ポートの数との合計数以下である
ことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の光電子融合スイッチ。 - 前記光スイッチは、光導波路により構成された
ことを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の光電子融合スイッチ。 - 前記光スイッチと前記再生中継機能を有する前記光送受信器とを接続する経路の少なくとも一部が前記光導波路により構成された
ことを特徴とする請求項7に記載の光電子融合スイッチ。
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