WO2024166300A1 - 光ノードシステム、給電制御方法、及びプログラム - Google Patents

光ノードシステム、給電制御方法、及びプログラム Download PDF

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power storage
child node
power
child
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晃弘 黒田
友裕 川野
和典 片山
幾太郎 大串
ひろし 渡邉
邦明 寺川
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NTT Inc
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • 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
    • H04B10/80—Optical aspects relating to the use of optical transmission for specific applications, not provided for in groups H04B10/03 - H04B10/70, e.g. optical power feeding or optical transmission through water

Definitions

  • This disclosure relates to an optical node system, a power supply control method, and a program.
  • optical line switching is performed at a certain frequency to connect optical fiber cores to optional routes or change routes in order to use the facilities efficiently during installation and maintenance. Normally, such work is performed by workers on-site to physically switch the connections, but a technology has been proposed that allows connections to be switched remotely using optical switches.
  • Non-Patent Document 1 describes an optical node system in which multiple optical nodes (child nodes) are connected to a single optical fiber and these optical nodes are powered by optical fiber power supply.
  • each optical node periodically measures the voltage of the capacitor that serves as the driving power source, and determines whether the optical fiber power supply should be directed to the node itself or to another node.
  • the optical node uses a timer to measure the voltage measurement timing, which poses the problem of constant power consumption due to timer operation.
  • This disclosure has been made in light of the above circumstances, and the purpose of this disclosure is to provide technology that reduces the power consumption of optical nodes.
  • one aspect of the present disclosure is an optical node system having a parent node and multiple child nodes, the parent node having a light source that outputs light to the child node via an optical fiber, and a control device that controls the power supply to the child node, the control device instructs each child node to measure the voltage of a power storage unit at predetermined time intervals, determines the child node to be powered based on the voltage acquired from each child node, and transmits an instruction to the child node to switch the power supply destination to the determined child node, the child node having an optical switch that switches the light output from the parent node to its own node or another node, a power storage unit that stores electricity converted from the light, and a processing unit that measures the voltage of the power storage unit according to the voltage measurement instruction and transmits the measurement result to the parent node.
  • One aspect of the present disclosure is a power supply control method performed by an optical node system having a parent node and multiple child nodes, in which the parent node outputs light to the child nodes via optical fiber, instructs each child node to measure the voltage of its power storage unit at predetermined time intervals, determines the child node to which power is to be supplied based on the voltage acquired from each child node, and transmits to the child node an instruction to switch the power supply destination to the determined child node to which power is to be supplied, the child node stores electricity converted from the light in a power storage unit, measures the voltage of the power storage unit in accordance with the instruction to measure the voltage, transmits the measurement result to the parent node, and switches the light output from the parent node to its own node or another node in accordance with the instruction to switch the power supply destination.
  • One aspect of the present disclosure is a program for causing a computer to function as a control device for the optical node system.
  • This disclosure provides technology that reduces the power consumption of optical nodes.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an optical node system according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an outline of the power supply control process performed by a parent node.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the power storage information.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the levels of the charged state.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the power supply destination information.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the details of the voltage measurement instruction of FIG.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the details of the power supply destination determination in FIG.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the details of the power supply destination switching instruction in FIG.
  • FIG. 9 is a diagram showing a hardware configuration.
  • FIG. 1 shows the configuration of the optical node system of this embodiment.
  • the optical node system of this embodiment comprises a parent node 1 and multiple child nodes 2A, 2B, and 2C.
  • the upstream parent node 1 and the downstream child nodes 2A, 2B, and 2C are connected via an optical fiber 6 (optical fiber transmission path).
  • optical fiber 6 optical fiber transmission path
  • multiple child nodes 2A, 2B, and 2C are connected in series to one optical fiber 6.
  • Child nodes 2A, 2B, and 2C may also be described as child nodes 2.
  • Parent node 1 and child node 2 are also referred to as optical nodes.
  • the parent node 1 is installed in an environment where power is available (for example, in a communications building), and supplies optical power (optical fiber power supply) to the child node 2 and communicates with the child node 2. Specifically, the parent node 1 outputs light for power supply to the child node 2 via optical fiber 6.
  • the illustrated parent node 1 includes a control device 11 (controller), a light source 12 that outputs light to the child node 2, a signal generator 13, a light receiver 14, and an optical circulator 15. Note that light is also referred to as an optical signal in the following explanation.
  • the optical circulator 15 splits the downstream optical signal (hereinafter, "downstream signal”) from the upstream optical signal (hereinafter, “upstream signal”).
  • downstream signal and the upstream signal are split through the optical circulator 15, and a single optical fiber 6 can connect the parent node 1 and the child node 2.
  • the light source 12 is composed of, for example, an internally modulated laser equipped with a modulation function, and is capable of superimposing a control signal to the child node 2 on the light for power supply.
  • the laser light emitted from the light source 12 is input to the optical fiber 6 via the optical circulator 15.
  • the wavelength of the laser light is, for example, 1480 nm to 1490 nm.
  • the power of the laser light is, for example, about +10 to +17 dBm.
  • the signal generating unit 13 generates a control signal as a downstream signal in response to an instruction from the control device 11, superimposes it on the light for power supply, and outputs it to the child node 2.
  • the light receiving unit 14 receives the upstream signal output from the child node 2 via the optical fiber 6, converts it into an electrical signal, and outputs it to the control device 11.
  • the upstream signal includes the voltage of the power storage units 29 and 31 measured by the child node 2.
  • a light receiving element such as a photodiode is used for the light receiving unit 14.
  • the illustrated control device 11 includes a control unit 111, a timer 112, a first memory unit 113, and a second memory unit 114.
  • the control unit 111 controls the power supply to the child nodes 2. Specifically, the control unit 111 instructs each child node 2 to measure the voltage of the power storage units 29, 31 at predetermined time intervals, determines the child node 2 to be supplied with power based on the voltage acquired from each child node 2, and transmits an instruction to the corresponding child node 2 to switch the power supply destination to the determined child node 2 to be supplied with power. The control unit 111 may also determine which of the power storage units 29, 31 of the child node 2 to be supplied with power based on the voltage acquired from each child node 2.
  • control unit 111 sends a modulated signal to the signal generation unit 13, and superimposes a control signal to the child node 2 on the light for power supply output by the light source 12.
  • the control signal includes, for example, an instruction to measure the voltage of the power storage units 29 and 31, a switching instruction to switch the power storage unit 29 or 31 to which power is supplied, and the like.
  • the control unit 111 uses the timer 112 to periodically execute the power supply control process (described later) at predetermined time intervals (predetermined time intervals) and communicates with the child node 2. Specifically, the control unit 111 stores the power storage state based on the voltage of the power storage units 29, 31 acquired from the child node 2 by the power supply control process in the power storage information of the first storage unit 113. The control unit 111 also determines the power storage unit 29, 31 to be the next power supply destination based on the power storage information, and stores the determined power supply destination in the power supply destination information of the second storage unit 114.
  • the timer 112 measures the timing of measuring the voltage of the power storage units 29 and 31 of the child node 2. In other words, the timer 112 measures the timing of the power supply control process that is executed periodically.
  • the first memory unit 113 stores power storage information
  • the second memory unit 114 stores power supply destination information. The power storage information and power supply destination information will be described later.
  • Child node 2 is connected to parent node 1 via optical fiber 6 and is a device capable of storing electricity through optical power supply. Therefore, child node 2 can be installed in a place without a power source.
  • multiple child nodes 2 are connected in series to a parent node 1 via an optical fiber 6 and an optical switch 22. This allows the light source 12 of the parent node 1 to drive multiple child nodes 2.
  • the illustrated child node 2A includes an optical coupler 21, an optical switch 22, an opto-electrical conversion unit 23, an optical circulator 24, an optical coupler 25, a light receiving unit 26, a signal generating unit 27, a microcomputer 28, power storage units 29 and 31, a load switch (LSW) 30, and a device 32.
  • an optical coupler 21 an optical switch 22, an opto-electrical conversion unit 23, an optical circulator 24, an optical coupler 25, a light receiving unit 26, a signal generating unit 27, a microcomputer 28, power storage units 29 and 31, a load switch (LSW) 30, and a device 32.
  • LSW load switch
  • Optical coupler 21 splits the light output from parent node 1 into two.
  • Optical coupler 21 is a multiplexer/demultiplexer that can multiplex/split downstream light and upstream light.
  • Optical coupler 21 is a split ratio coupler that splits a larger optical power of the downstream light output from parent node 1 to optical switch 22 with a split ratio of, for example, 90:10. The light with the smaller optical power split by optical coupler 21 is guided to optical circulator 24.
  • the optical switch 22 switches one of the lights branched from the optical coupler 21 to its own node or another node.
  • the optical switch 22 can switch the optical power supply direction used for power storage between its own node and a lower node.
  • the optical switch 22 is placed directly below the optical coupler 21, and switches whether the downstream light branched from the optical coupler 21 is guided to its own photoelectric conversion unit 23 or to the child node 2B installed downstream.
  • the optical switch 22 can be, for example, a 2x2 optical switch.
  • the photoelectric conversion unit 23 converts the light output from the optical switch 22 into electricity and stores it in the storage units 29, 31.
  • the photoelectric conversion unit 23 uses a photoelectric conversion element capable of receiving the wavelength of the laser light emitted by the light source 12.
  • the photoelectric conversion element is an easily available element suitable for the long wavelength band of 1300 nm to 1600 nm used for communications, such as an element made of indium gallium arsenide, with an open circuit voltage of 5 V or less and a conversion efficiency of approximately 30%.
  • the wavelength of the light emitted by the light source 12 is a wavelength that corresponds to the photoelectric conversion element of the photoelectric conversion unit 23 used.
  • the power storage unit 29 stores the electrical energy converted by the photoelectric conversion unit 23.
  • an electric double layer capacitor can be used for the power storage unit 29.
  • the electrical energy stored in the power storage unit 29 serves as a power source for the microcomputer 28, the optical switch 22, the signal generation unit 27, etc.
  • the optical circulator 24 separates the other light branched off from the optical coupler 21 into a downstream signal and an upstream signal.
  • Optical coupler 25 branches the light separated by optical circulator 24. Optical coupler 25 further branches the light branched by optical coupler 21 so that it can receive a control signal from parent node 1 regardless of the switching state of optical switch 22. The light branched by optical coupler 25 is guided to light receiving unit 62, which receives the light as a downstream signal, and signal generating unit 27, which generates an upstream signal. This makes it possible to receive a downstream signal for node 2A even if optical switch 22 is switched to node 2B, which is downstream of node 2A.
  • the light receiving unit 26 receives one of the lights branched from the optical coupler 25 as a downstream signal.
  • the light receiving unit 26 uses a light receiving element such as a photodiode.
  • the signal generating unit 27 modulates the other light branched by the optical coupler 25 to generate modulated light, and outputs the modulated light to the parent node 1.
  • the signal generating unit 27 includes a reflective optical switch (not shown) that performs modulation synchronized with a signal from the microcomputer 28, which will be described later.
  • the signal generating unit 27 modulates the light branched by the optical coupler 25 with the optical switch to generate modulated light.
  • the generated modulated light is output to the parent node 1 via the optical fiber 6 as an upstream signal to the parent node 1.
  • the signal generating unit 27 may modulate the other light based on the voltage of the power storage units 29 and 31 to generate modulated light, and output the modulated light to the parent node 1.
  • the signal generating unit 27 should operate at a low voltage and with low power consumption of a few ⁇ W or less.
  • an electrostatically driven MEMS optical switch which has low drive power and is generally available.
  • the microcomputer (processing unit) 28 controls active elements such as the optical switch 22, the signal generating unit 27, the load switch 30, and the device 32.
  • the microcomputer 28 can be, for example, a microprocessor.
  • the microcomputer 28 analyzes the downstream signal received by the light receiving unit 26.
  • the light output by the light source 12 of the parent node 1 is intensity-modulated into the output laser light under the control of the control device 11, and becomes a downstream signal such as a TTL (Time to Live) or CMOS signal.
  • the downstream signal includes various control signals such as measurement instructions for the power storage units 29 and 31 and instructions to switch the power supply destination.
  • the microcomputer 28 generates an upstream signal by modulating the optical switch provided in the signal generating unit 27.
  • the microcomputer 28 measures the voltages of the power storage units 29 and 31 using an AD converter (not shown) provided in the microcomputer 28. For example, the microcomputer 28 measures the voltages of the power storage units 29 and 31 in accordance with a control signal from the parent node 1, generates an upstream signal including the measured voltage using the signal generation unit 27, and transmits it to the parent node 1. The microcomputer 28 operates the optical switch 22 or the load switch 30 in accordance with the control signal from the parent node 1 to switch the power supply destination.
  • AD converter not shown
  • the load switch 30 is provided between the power storage unit 29 and the power storage unit 31, and controls the power supply from the power storage unit 29 to the power storage unit 31. Specifically, the load switch 30 performs on/off control so that power is supplied to the power storage unit 31 (device 32) only when necessary.
  • the load switch 30 is driven according to instructions from the microcomputer 28. This makes it possible to reduce unnecessary consumption of the minute amount of power supplied to the child node 2A.
  • the device 32 is driven by the power stored in the power storage unit 31.
  • the device 32 is, for example, a specific device such as a sensor.
  • Each part of the child node 2 is connected via a power storage distribution line 41 and/or a signal line 42.
  • Child node 2B is connected in series to child node 2A via optical fiber 6.
  • Child node 2C is connected in series to child node 2B via optical fiber 6.
  • the configurations of child nodes 2B and 2C are the same as child node 2A.
  • the number of child nodes 2 connected to the parent node 1 may be two, four, or more.
  • another child node (not shown) may be connected downstream of child node 2C.
  • the illustrated child node 2 has two power storage units 29 and 31, it may have only one power storage unit. In this case, the device 32 is driven using the power stored in the power storage unit 29.
  • the child node 2 may have three or more power storage units.
  • the child node located farthest from the parent node 1 may not have an optical switch 22, and may directly connect the optical coupler 21 and the photoelectric conversion unit 23.
  • FIG. 2 is a flowchart showing an overview of the power supply control process performed by the control device 11 (control unit 111) of the parent node 1 in this embodiment.
  • the control device 11 instructs the child node 2 to measure voltage using the power supply destination information stored in the second storage unit 114 (S1).
  • the child node 2 measures the voltage of the power storage units 29, 31 included in the node itself in accordance with the instruction from the parent node 1, and transmits the measured voltage to the parent node 1.
  • the parent node 1 stores the voltage state based on the voltage acquired from the child node 2 in the power storage information in the first storage unit 113.
  • control device 11 uses the power storage information and the power supply destination information to determine the power storage unit 29, 31 of the child node 2 to which power should be supplied next, and updates the power supply destination information with the determined power supply destination (S3).
  • control device 11 sequentially instructs the corresponding child nodes 2 to switch the power supply destination from the power storage unit 29, 31 currently supplying power to the power storage unit 29, 31 determined in S3 (S5).
  • the control device 11 After completing the switching of S5, the control device 11 waits for a predetermined time (t seconds) (S7: NO). The control device 11 measures the predetermined time using the timer 112. After the predetermined time has elapsed (S7: YES), the control device 11 returns to S1 and repeats the subsequent processes. This allows the power supply control process shown in FIG. 2 to be executed periodically at predetermined time intervals.
  • the child node 2 can measure the voltage of the power storage units 29 and 31 and change the frequency of transmitting the voltage to the parent node 1, thereby adjusting the power consumption of the child node 2.
  • the control device 11 may extend the predetermined time (t seconds) or may stop the light source 12. Specifically, the control device 11 may multiply the predetermined time by t seconds x n to further reduce the communication frequency of the child nodes 2, or may stop the light source 12 for the predetermined time (t seconds). This allows the child nodes 2 to consume less power.
  • a predetermined threshold upper threshold
  • FIG. 3 is an example of the power storage information stored in the first memory unit 113.
  • the power storage information indicates the power storage state of the power storage units 29, 31 included in each child node 2.
  • the control device 11 sets the power storage state of each power storage unit 29, 31 in the power storage information using the voltage of the power storage units 29, 31 acquired from the child node 2 and a first threshold value and a second threshold value.
  • the second threshold value is a value greater than the first threshold value.
  • the control device 11 classifies the power storage state of each power storage unit 29, 31 into levels based on the measured voltage, and stores the power storage units 29, 31 in association with the levels of the power storage state in the power storage information.
  • the illustrated power storage information is written in order from the power storage units 29, 31 of the child node 2 closest to the parent node 1, and each power storage unit 29, 31 is numbered.
  • the child nodes 2A, 2B, and 2C in FIG. 1 are written as "child node A,” “child node B,” and “node C,” respectively.
  • the power storage unit 29 of child node 2A in FIG. 1 is labeled “A1,” and the power storage unit 31 is labeled "A2.”
  • the power storage unit 29 of child node 2B in FIG. 1 is labeled "B2”
  • the power storage unit 31 is labeled "B2.”
  • the power storage unit 29 of child node 2C in FIG. 1 is labeled "C2”
  • the power storage unit 31 is labeled "C2.”
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the levels of the power storage state in FIG. 3.
  • a first threshold lower limit voltage
  • a second threshold upper limit voltage
  • the control device 11 sets the levels by comparing the voltage of each power storage unit 29, 31 measured by the child node 2 with the first and second thresholds.
  • a voltage level less than the first threshold is set to "0”
  • a voltage level equal to or greater than the first threshold and less than the second threshold is set to "1”
  • a voltage level equal to or greater than the second threshold is set to "2”.
  • the voltages indicate the amount of power stored in the power storage units 29, 31.
  • the initial values of the power storage state are all 0.
  • FIG. 5 is an example of power supply destination information stored in the second memory unit 114.
  • the power supply destination information is set with information about the power supply destination determined by the control device 11 based on the power storage information.
  • the power supply destination information indicates the power storage units 29, 31 of the child node that are currently supplying power.
  • the power supply destination information shown in the figure is set with the power supply status of each power storage unit 29, 31 of each child node 2.
  • the power supply status is represented by "0" when no power is being supplied and "1" when power is being supplied.
  • the power supply destination information shown is described in order starting from the power storage units 29, 31 of child node 2 closest to parent node 1, similar to the power storage information in FIG. 3, and each power storage unit 29, 31 is numbered.
  • the initial value of the power supply destination information is "1" (power supplying) for A1 (power storage unit 29 of child node 2A), and "0" for all other power storage units 29, 31.
  • "1" (power supplying) is not set to multiple power storage units 29, 31 at the same time.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the details of the voltage measurement instruction (S1) in the flowchart of FIG. 2.
  • the control device 11 refers to the power supply destination information in the second storage unit 114 to identify the power storage units 29, 31 that are the current power supply destinations. That is, the control device 11 identifies the power storage units 29, 31 whose power supply status is set to "1" (power supplying). The control device 11 then sets the order of the power storage units 29, 31 whose power supply status is set to "1" in the variable Y (S11).
  • the control device 11 then sequentially issues voltage measurement instructions to each of the corresponding child nodes 2, numbered 1 to Y, to measure the voltage of each of the power storage units 29, 31, and acquires the voltage measurement results for numbers 1 to Y from each child node 2 (S12).
  • the control device 11 instructs the child node 2 currently receiving power and the child nodes 2 disposed between the child node 2 and the parent node to measure the voltage of the power storage units 29, 31. This makes it possible to reduce the power consumption of child nodes 2 downstream of the child node 2 currently receiving power.
  • control device 11 uses the two thresholds to set the acquired power storage state level of each power storage unit 29, 31 and updates the power storage information (S13 to S18). Note that the control device 11 performs the processes of S13 to S18 for each power storage unit 29, 31 for which it has instructed to perform measurement.
  • control device 11 compares the measured voltage with a second threshold (upper limit voltage), and if the measured voltage is equal to or greater than the second threshold (S13: YES), it determines that the level of the power storage state is "2" (upper limit or greater), and sets the power storage state of the relevant power storage unit 29, 31 in the power storage information to "2" (S14).
  • a second threshold upper limit voltage
  • the control device 11 determines that the level of the power storage state is "0" (less than the lower limit) and sets the power storage state of the relevant power storage unit 29, 31 in the power storage information to "0" (S16).
  • the control device 11 determines that the level of the power storage state is "1" (equal to or greater than the lower limit and less than the upper limit), and sets the power storage state of the power storage unit 29, 31 in the power storage information to "1" (S17).
  • next power storage unit S18: YES
  • the control device 11 returns to S13 and repeats the subsequent process for the next power storage unit 29, 31. If there is no next power storage unit 29, 31, that is, if the power storage states of power storage units 29, 31 from 1 to Y have been updated (S18: NO), the control device 11 ends the process.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the details of the power supply destination determination process (S3) in the flowchart of FIG. 2.
  • the child node 2 has two power storage units 29 and 31.
  • the priority of the power storage unit 29 is set higher than that of the power storage unit 31.
  • the priority of the child nodes 2 increases in order of proximity to the parent node 1. In other words, power is supplied preferentially to the child nodes 2 closest to the parent node 1. This makes it possible to control the power supply to multiple child nodes 2 connected in series in sequence.
  • the control device 11 determines the next power supply destination power storage unit 29, 31 based on the power storage information updated after the measurement instruction of the power storage units 29, 31 in S1 and the power supply destination information stored in the second storage unit 114, and updates the power supply destination information.
  • the power supply destination information stored in the second storage unit 114 is the power supply destination information updated in the previous process t seconds ago, and indicates the power storage unit 29, 31 of the current power supply destination.
  • control device 11 refers to the power storage information and, in descending order from the child node 2A that is located closest to the parent node 1, determines whether the power storage state of the power storage unit 29 with the highest priority is "0" (less than the first threshold value), and if a power storage unit 29 with a "0" state is detected, it determines that this power storage unit 29 is the power supply destination (S31).
  • control device 11 checks the power storage state of the power storage units 29 with higher priority in descending order, starting from the child node 2A that is located closest to the parent node 1 (the order of A1, B1, C1 in Figure 3).
  • the control device 11 sets the order of the power storage unit 29 whose power storage state is set to "0" to the variable X (S32).
  • the order of the power storage units 29 is the order in which A1 is number 1 as shown in FIG. 3.
  • the control device 11 determines whether the Yth power storage unit 29, 31 currently supplying power is a power storage unit 29 with a high priority (S35). For example, the control device 11 refers to the power supply destination information and determines whether the Yth power storage unit 29, 31 is any of A1, B1, and C1 shown in FIG. 5.
  • the control device 11 refers to the power storage information to acquire the power storage state of the Yth power storage unit 29. If the power storage state of the Yth power storage unit 29 is "2" (above the upper limit) (S36: YES), the Yth power storage unit 29 stores power at or above the upper limit voltage. In this case, the control device 11 determines that the power storage unit 31 with a low priority of the child node 2 (i.e., the Y+1th power storage unit 31) is the next power supply destination.
  • the control device 11 updates the power supply state of the Yth power storage unit 29 in the power supply destination information from “1" to “0” and updates the power supply state of the y+1th power storage unit 31 from “0" to “1” (S37).
  • the power supply destination is not switched in order to set the power storage state of the Yth power storage unit 29 to "2" (upper limit or higher), and the control device 11 does not update the power supply destination information (S39).
  • the control device 11 determines that the Y+1th power storage unit 29 is the next power supply destination. Then, in order to switch the power supply destination to the Y+1th power storage unit 28, the control device 11 updates the power supply state of the Yth power storage unit 31 in the power supply destination information from "1" to "0" and updates the power supply state of the Y+1th power storage unit 29 from "0" to "1” (S37).
  • the Y+1th power storage unit 29 is the power storage unit 29 with a high priority of the child node 2 connected in the downstream direction of the child node 2 including the Yth power storage unit 31.
  • the power supply destination is not switched in order to set the power storage state of the Yth power storage unit 31 to "2" (upper limit or higher), and the control device 11 does not update the power supply destination information (S39).
  • FIG. 8 is a flowchart showing the details of the power supply destination switching instruction (S5) in the flowchart of FIG. 2.
  • the control device 11 sequentially instructs the corresponding child node 2 to switch the power supply destination power storage units 29, 31 and the child node of the power supply destination.
  • the control device 11 temporarily stores the power supply destination information before the update in the second storage unit 114.
  • control device 11 uses the power supply destination information before the update to identify the child node 2 and power storage units 29, 31 currently being supplied with power.
  • the control device 11 also uses the updated power supply destination information to acquire the child node 2 and power storage units 29, 31 of the next power supply destination (S51).
  • S51 the order of the power storage units 29, 31 currently being supplied with power before the update and the order of the power storage units 29, 31 of the next power supply destination after the update are acquired (see Figure 5).
  • the control device 11 determines whether the power supply destination is to be switched to a child node 2 in a downward direction (a direction away from the parent node 1) starting from the child node 2 of the power storage units 29, 31 currently supplying power (S52). For example, the control device 11 may determine whether the direction is downward using the arrangement of the child node 2 and the order of the power storage units 29, 31 in the power supply destination information.
  • the control device 11 When switching the child node 2 of the power storage unit 29, 31 being powered as the starting point to a child node 2 in the downstream direction (S52: YES), the control device 11 switches the load switch 30 for the child node 2 being powered and for the intermediate child node 2 (hereinafter, intermediate child node 2) arranged between the child node 2 being powered and the child node 2 of the power destination so that the power destination in the child node 2 is the power storage unit 29 with the higher priority, and transmits a switching instruction (control signal) to switch the optical switch 22 to the other node in the downstream direction (S53). Note that the control device 11 may transmit a switching instruction to the child node 2 being powered and the intermediate child node 2 in the order of the downstream direction, starting from the child node 2 being powered.
  • control device 11 transmits a switching instruction to the child node 2 of the power supply destination to switch the load switch 30 so that the power storage units 29, 31 specified in the updated power supply destination information become the power supply destination (S53). It is assumed that the optical switch 22 of the child node 2 of the power supply destination is switched to its own node side.
  • the control device 11 When switching the child node 2 to be powered to an upstream child node 2 (S54: NO) rather than switching the downstream direction (S52: NO), the control device 11 transmits a switching instruction to the child node 2 being powered to switch the load switch 30 so that the power supply destination in the child node 2 becomes the power storage unit 29 with the higher priority.
  • the control device 11 also transmits a switching instruction to the intermediate child node 2 to switch the load switch 30 so that the power supply destination in the child node 2 becomes the power storage unit 29 with the higher priority, and to switch the optical switch 22 to its own node side (S55).
  • the control device 11 may transmit switching instructions to the child node 2 being powered and the intermediate child node 2 in the order of the upstream direction, starting from the child node 2 being powered.
  • control device 11 transmits a switching instruction to the child node 2 to be powered, to switch the optical switch 22 to its own node side, and to switch the load switch 30 so that the power storage units 29, 31 specified in the updated power supply destination information become the power supply destination (S55).
  • the control device 11 sends a switching instruction to the child node 2 to switch the load switch 31 so that the power supply destination becomes the power storage unit 31 (S57).
  • the control device 11 sends a switching instruction to the child node 2 to switch the load switch 31 so that the power supply destination becomes the power storage unit 29 (S59).
  • the control device 11 does not send a switching instruction (S60).
  • the optical node system of the present embodiment described above includes a parent node 1 and multiple child nodes 2.
  • the parent node 1 includes a light source 12 that outputs light to the child node 2 via an optical fiber 6, and a control device 11 that controls the power supply to the child node 2.
  • the control device 11 instructs each child node 2 to measure the voltage of the power storage units 29 and 31 at predetermined time intervals, determines the child node 2 to be powered based on the voltage acquired from each child node 2, and transmits an instruction to the child node 2 to switch the power supply destination to the determined child node 2 to be powered.
  • the child node 2 includes an optical switch 22 that switches the light output from the parent node 1 to its own node or another node, power storage units 29 and 31 that store electricity converted from light, and a microcomputer 28 that measures the voltage of the power storage units 29 and 31 according to the voltage measurement instruction and transmits the measurement result to the parent node 1.
  • the control device 11 of the parent node 1 transmits an instruction to measure the power of the power storage units 29, 31 to the child node 2 at predetermined time intervals.
  • the power supply control process of the control device 11 shown in FIG. 2 is performed periodically at predetermined time intervals, thereby reducing the power consumption of the child node 2.
  • control device 11 determines the child node 2 to which power is to be supplied based on the voltage acquired from the child node 2, and therefore can determine the power storage unit 29, 31 to which power is to be supplied based on the power storage state of the power storage units 29, 31.
  • the power storage unit 29, 31 with the lowest voltage can be determined as the power supply destination.
  • control device 11 holds the power storage information, so it can grasp the power storage state of the child node 2. Therefore, if an abnormality occurs in the power storage state of the child node 2 (for example, if the voltage falls below the second threshold (lower limit voltage)), measures such as dispatching workers to the site and carrying out emergency construction work can be taken immediately, thereby improving communication quality.
  • an abnormality occurs in the power storage state of the child node 2 (for example, if the voltage falls below the second threshold (lower limit voltage))
  • measures such as dispatching workers to the site and carrying out emergency construction work can be taken immediately, thereby improving communication quality.
  • the control device 11 described above can be, for example, a general-purpose computer system as shown in FIG. 9.
  • the computer system shown in the figure comprises a CPU (Central Processing Unit, processor) 901, memory 902, storage 903 (HDD: Hard Disk Drive, SSD: Solid State Drive), communication device 904, input device 905, and output device 906.
  • Memory 902 and storage 903 are storage devices.
  • the functions of the control device 11 are realized by the CPU 901 executing a specific program loaded onto memory 902.
  • the control device 11 may be implemented in one computer or in multiple computers.
  • the control device 11 may also be a virtual machine implemented in a computer.
  • the program of the control device 11 can be stored in a computer-readable recording medium such as a HDD, SSD, USB (Universal Serial Bus) memory, CD (Compact Disc), or DVD (Digital Versatile Disc), or can be distributed via a network.
  • the computer-readable recording medium is, for example, a non-transitory recording medium.
  • control device 11 is disposed within the parent node 1, but this is not limited to this.
  • the control device 11 may be disposed independently outside the parent node 1. In this case, the control device 11 is connected to the signal generation unit 13 and the light receiving unit 14 of the parent node 1.
  • Control device 111 Control unit 112: Timer 113: First memory unit 114: Second memory unit 12: Light source 13: Signal generation unit 14: Light receiving unit 15: Optical circulator 2, 2A, 2B, 2C: Child nodes 21, 25: Optical coupler 22: Optical switch 23: Photoelectric conversion unit 24: Optical circulator 26: Light receiving unit 27: Signal generation unit 28: Microcomputer (processing unit) 29, 31: Power storage unit 30: Load switch 32: Device

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Abstract

親ノード１と複数の子ノード２とを備える光ノードシステムであって、親ノード１は、　子ノード２に光を出力する光源１２と、子ノード２の給電を制御する制御装置１１とを備え、制御装置１１は、所定の時間毎に各子ノード２に蓄電部２９、３１の電圧測定を指示し、各子ノード２から取得した電圧に基づいて給電先の子ノード２を判定し、判定した給電先の子ノード２に給電先を切り替える指示を子ノード２に送信し、子ノード２は、親ノード１から出力された光を自ノードまたは他ノードへ切り替える光スイッチ２２と、光から変換された電気を蓄電する蓄電部２９、３１と、電圧測定の指示に従って蓄電部２９、３１の電圧を測定し、測定結果を親ノード１に送信する処理部２８と、を備える。

Description

光ノードシステム、給電制御方法、及びプログラム
　本開示は、光ノードシステム、給電制御方法、及びプログラムに関する。
　光ファイバネットワーク、特に通信事業者と光ノード（光端末）を結ぶアクセスネットワークでは、その開通や保守において効率的に設備を使用するために光ファイバ心線を任意のルートに接続したり、ルートを変更するといった光線路切替が一定の頻度で行われている。通常このような作業は作業員が現地に赴いて、物理的に接続切替えを行うのに対し、遠隔操作で光スイッチを用いて接続切替えを行う技術が提案されている。
　例えば、非特許文献１では、１本の光ファイバに複数の光ノード（子ノード）が接続され、これらの光ノードを光ファイバ給電で駆動させる光ノードシステムが記載されている。
Tomohiro Kawano et. al., "Control using Power-over-Fiber for Remote-Operated Optical Fiber Switching Nodes", Cable & Connectivity Industry Forum by IWCS, pp.152-156, 2022.
　非特許文献１では、各光ノードが、駆動電源となるキャパシタの電圧を定期的に測定し、光ファイバ給電の給電先を自ノードとするか、または他ノードとするかを判断している。
　しかしながら、非特許文献１の制御方法では、光ノードがタイマを用いて電圧の測定タイミングを計測するため、タイマ動作による電力消費が常時発生するという課題がある。
　本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本開示の目的は、光ノードの電力消費を低減する技術を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本開示の一態様は、親ノードと複数の子ノードとを備える光ノードシステムであって、前記親ノードは、光ファイバを介して、前記子ノードに光を出力する光源と、前記子ノードの給電を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、所定の時間毎に各子ノードに蓄電部の電圧測定を指示し、各子ノードから取得した電圧に基づいて、給電先の子ノードを判定し、判定した給電先の子ノードに給電先を切り替える指示を子ノードに送信し、前記子ノードは、前記親ノードから出力された光を自ノードまたは他ノードへ切り替える光スイッチと、前記光から変換された電気を蓄電する蓄電部と、前記電圧測定の指示に従って前記蓄電部の電圧を測定し、測定結果を前記親ノードに送信する処理部と、を備える。
　本開示の一態様は、親ノードと複数の子ノードとを備える光ノードシステムが行う給電制御方法であって、前記親ノードは、光ファイバを介して、前記子ノードに光を出力し、所定の時間毎に各子ノードに蓄電部の電圧測定を指示し、各子ノードから取得した電圧に基づいて、給電先の子ノードを判定し、判定した給電先の子ノードに給電先を切り替える指示を子ノードに送信し、前記子ノードは、前記光から変換された電気を蓄電部に蓄電し、前記電圧測定の指示に従って前記蓄電部の電圧を測定し、測定結果を前記親ノードに送信し、前記給電先を切り替える指示に従って、前記親ノードから出力された光を自ノードまたは他ノードへ切り替える。
　本開示の一態様は、上記光ノードシステムの制御装置として、コンピュータを機能させるためのプログラムである。
　本開示によれば、光ノードの電力消費を低減する技術を提供することができる。
図１は、本実施形態の光ノードシステムの構成を示す図である。 図２は、親ノードが行う給電制御処理の概要を示すフローチャートである。 図３は、蓄電情報の一例を示す図である。 図４は、蓄電状態のレベルを説明するための図である。 図５は、給電先情報の一例を示す図である。 図６は、図２の電圧測定指示の詳細を示すフローチャートである。 図７は、図２の給電先判定の詳細を示すフローチャートである。 図８は、図２の給電先切替指示の詳細を示すフローチャートである。 図９は、ハードウェア構成図である。
　添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施例であり、本開示は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
　図１は、本実施形態の光ノードシステムの構成を示す図である。
　本実施形態の光ノードシステムは、親ノード１と、複数の子ノード２Ａ、２Ｂ、２Ｃとを備える。上流の親ノード１と下流の子ノード２Ａ、２Ｂ、２Ｃとが、光ファイバ６（光ファイバ伝送路）を介して、接続される。図示する光ノードシステムでは、１本の光ファイバ６に複数の子ノード２Ａ、２Ｂ、２Ｃが直列に接続されている。
　本実施形態では、子ノード２から親ノード１からへ向かう方向を「上り方向」、親ノード１から子ノード２へ向かう方向を「下り方向」として説明する。なお、子ノード２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、子ノード２と記載する場合もある。親ノード１および子ノード２は、光ノードともいう。
　親ノード１は、電源が確保できる環境（例えば通信ビル内）に設置され、子ノード２に対して光給電（光ファイバ給電）を行うとともに、子ノード２と通信する。具体的には、親ノード１は、光ファイバ６を介して給電用の光を子ノード２へ出力する。
　図示する親ノード１は、制御装置１１（コントローラ）と、子ノード２に光を出力する光源１２と、信号生成部１３と、受光部１４と、光サーキュレータ１５とを備える。なお、光は、以降の説明において光信号ともいう。
　光サーキュレータ１５は、下り方向の光信号（以下、「下り信号」）と、上り方向の光信号（以下、「上り信号」）とを分岐する。下り信号と上り信号は、光サーキュレータ１５を介することで分岐され、１本の光ファイバ６で親ノード１と子ノード２とを接続できる。
　光源１２は、変調機能を備えた例えば内部変調型レーザで構成され、子ノード２への制御信号を給電用の光に重畳することが可能である。光源１２から発光したレーザ光は、光サーキュレータ１５を介して光ファイバ６に入力される。レーザ光の波長は、例えば１４８０ｎｍから１４９０ｎｍである。また、レーザ光のパワーは、例えば＋１０～１７ｄＢｍ程度である。
　信号生成部１３は、制御装置１１の指示に応じて、下り信号として制御信号を生成し、給電用の光に重畳して、子ノード２出力する。
　受光部１４は、光ファイバ６を介して子ノード２から出力された上り信号を受光し、電気信号に変換して制御装置１１に出力する。上り信号には、子ノード２が測定した蓄電部２９、３１の電圧などが含まれる。受光器１４には、フォトダイオードなどの受光素子が用いられる。
　図示する制御装置１１は、制御部１１１と、タイマ１１２と、第１記憶部１１３と、第２記憶部１１４とを備える。
　制御部１１１は、子ノード２への給電を制御する。具体的には、制御部１１１は、所定の時間毎に各子ノード２に蓄電部２９、３１の電圧測定を指示し、各子ノード２から取得した電圧に基づいて、給電先の子ノード２を判定し、判定した給電先の子ノード２に給電先を切り替える指示を、対応する子ノード２に送信する。また、制御部１１１は、各子ノード２から取得した電圧に基づいて、給電先の子ノード２のいずれかの蓄電部２９、３１を判定してもよい。
　例えば、制御部１１１は、信号生成部１３に変調信号を送出し、子ノード２への制御信号を、光源１２が出力する給電用の光に重量させる。制御信号には、例えば、蓄電部２９、３１の電圧測定指示、給電先の蓄電部２９、３１を切り替えるための切替指示などが含まれる。
　制御部１１１は、タイマ１１２を用いて、所定の時間毎（所定の時間間隔）で周期的に後述する給電制御処理を実行し、子ノード２と通信する。具体的には、制御部１１１は、給電制御処理により、子ノード２から取得した蓄電部２９、３１の電圧に基づく蓄電状態を、第１記憶部１１３の蓄電情報に記憶する。また、制御部１１１は、蓄電情報に基づいて次の給電先の蓄電部２９、３１を判定し、判定した給電先を第２記憶部１１４の給電先情報に記憶する。
　タイマ１１２は、子ノード２の蓄電部２９、３１の電圧測定タイミングを計測する。すなわち、タイマ１１２は、周期的に実行する給電制御処理のタイミングを計測する。第１記憶部１１３には蓄電情報が記憶され、第２記憶部１１４には給電先情報が記憶される。蓄電情報および給電先情報については後述する。
　子ノード２は、光ファイバ６を介して親ノード１と接続され、光給電による蓄電が可能な装置である。このため、子ノード２は、電源の無い場所に設置することができる。
　本実施形態の光ノードシステムは、親ノード１に、複数の子ノード２が光ファイバ６および光スイッチ２２を介して直列に接続されている。これにより、親ノード１の光源１２で、複数の子ノード２を駆動させることができる。
　図示する子ノード２Ａは、光カプラ２１と、光スイッチ２２と、光電変換部２３と、光サーキュレータ２４と、光カプラ２５と、受光部２６と、信号生成部２７と、マイコン２８と、蓄電部２９、３１と、ロードスイッチ（ＬＳＷ）３０と、デバイス３２とを備える。
　光カプラ２１（第１光カプラ）は、親ノード１から出力された光を２つに分岐する。光カプラ２１は、下り方向の光および上り方向の光を合分波可能な合分波器である。光カプラ２１は、分岐比カプラであって、例えば９０：１０などの分岐比で、親ノード１から出力される下り方向の光の光パワーうち、より多くの光パワーを光スイッチ２２に分岐する。光カプラ２１が分岐した光パワーの小さい方の光は、光サーキュレータ２４に誘導される。
　光スイッチ２２は、光カプラ２１から分岐された一方の光を、自ノードまたは他ノードへ切替える。すなわち、光スイッチ２２は、蓄電に用いる光給電方向を自ノードと下位ノードへ切り替えることができる。光スイッチ２２は、光カプラ２１の直下に配置され、光カプラ２１から分岐された下り方向の光を、自身の光電変換部２３に誘導するか、下流に設置されている子ノード２Ｂに誘導するかを切り替える。光スイッチ２２には、例えば２×２光スイッチを用いることができる。
　光電変換部２３は、光スイッチ２２から出力された光を電気に変換し、蓄電部２９、３１に蓄電する。光電変換部２３には、光源１２が発光したレーザ光の波長を受光可能な光電変換素子が用いられる。光電変換素子は、容易に入手可能な、通信用の長波長１３００ｎｍ～１６００ｎｍ帯に適した素子、例えばインジウムガリウムヒ素で構成され、開放電圧５Ｖ以下、変換効率約３０％程度のものを利用できる。光源１２が発光する光の波長は、使用する光電変換部２３の光電変換素子に応じた波長とする。
　蓄電部２９は、光電変換部２３で変換された電気エネルギーを蓄電する。蓄電部２９には、例えば電気二重層キャパシタ等を用いることができる。蓄電部２９に蓄電された電気エネルギーは、マイコン２８、光スイッチ２２、信号生成部２７などの電源となる。
　光サーキュレータ２４は、光カプラ２１から分岐された他方の光を下り信号と上り信号に分離する。
　光カプラ２５（第２光カプラ）は、光サーキュレータ２４で分離された光を分岐する。光カプラ２５は、光スイッチ２２の切り替え状態に関わらず、親ノード１からの制御信号を受信できるようにするため、光カプラ２１で分岐された光を更に分岐する。光カプラ２５で分岐された光は、下り信号として受光する受光部６２と、上り信号を生成する信号生成部２７とに誘導される。これにより、光スイッチ２２が、自ノード２Ａより下流の他ノード２Ｂに切り替えられている場合であっても、自ノード２Ａに対する下り信号を受光することが可能となる。
　受光部２６は、光カプラ２５から分岐された一方の光を、下り信号として受光する。受光部２６には、フォトダイオードなどの受光素子が用いられる。
　信号生成部２７は、光カプラ２５で分岐された他方の光を変調して変調光を生成し、変調光を親ノード１に出力する。具体的には、信号生成部２７は、後述するマイコン２８からの信号に同期した変調を行う反射型の光スイッチ（不図示）を備える。信号生成部２７は、光カプラ２５が分岐した光を光スイッチによって変調して変調光を生成する。生成された変調光は、親ノード１への上り信号として、光ファイバ６を介して親ノード１に出力される。例えば、信号生成部２７は、前記他方の光を、蓄電部２９、３１の電圧に基づいて変調して変調光を生成し、変調光を親ノード１に出力してもよい。　
　信号生成部２７は、低電圧かつ、数μＷ以下の小さな消費電力で動作するものが望ましく、例えば、駆動電力が少なく、一般にも入手可能な、静電駆動型のＭＥＭＳ光スイッチを用いることが可能である。
　マイコン（処理部）２８は、光スイッチ２２、信号生成部２７、ロードスイッチ３０、デバイス３２などのアクティブ素子を制御する。マイコン２８には、例えばマイクロプロセッサを用いることができる。
　マイコン２８は、受光部２６が受光した下り信号を解析する。親ノード１の光源１２が出力する光は、制御装置１１の制御により、出力レーザ光に強度変調が加えられ、例えばTTL（Time to live）、CMOS信号のような下り信号となる。下り信号には、蓄電部２９、３１の測定指示、給電先の切替指示などの各種の制御信号が含まれる。マイコン２８は、信号生成部２７が備える光スイッチを変調させて上り信号を生成する。
　マイコン２８は、当該マイコン２８が備えるADコンバータ（不図示）などを利用して、蓄電部２９、３１の電圧を測定する。例えば、マイコン２８は、親ノード１からの制御信号に従って、蓄電部２９、３１の電圧を測定し、測定した電圧を含む上り信号を、信号生成部２７を用いて生成し、親ノード１に送信する。マイコン２８は、親ノード１からの制御信号に従って、光スイッチ２２またはロードスイッチ３０を動作させ、給電先を切り替える。
　ロードスイッチ３０は、蓄電部２９と蓄電部３１との間に設けられ、蓄電部２９から蓄電部３１への電力供給を制御する。具体的には、ロードスイッチ３０は、蓄電部３１（デバイス３２）への電力供給を必要なときだけ実施できるようにオン／オフの制御を行う。ロードスイッチ３０は、マイコン２８の指示に従って駆動する。これにより、子ノード２Ａに供給される微小な電力の無駄な消費を削減することができる。
　デバイス３２は、蓄電部３１に蓄電された電力を利用して駆動する。デバイス３２は、例えばセンサ等の所定の装置である。なお、子ノード２の各部は、蓄電分配線４１および／または信号線４２を介して接続されている。
　子ノード２Ｂは、光ファイバ６を介して子ノード２Ａと直列に接続される。子ノード２Ｃは、光ファイバ６を介して子ノード２Ｂと直列に接続される。子ノード２Ｂ、２Ｃの構成は、子ノード２Ａと同様である。
　なお、図１では、３つの子ノード２Ａ、２Ｂ、２Ｃを示しているが、親ノード１に接続される子ノード２は、２つであっても、４つ以上であってもよい。例えば、子ノード２Ｃの下流に別の子ノード（不図示）が接続されていてもよい。
　また、図示する子ノード２は２つの蓄電部２９、３１を備えるが、蓄電部は１つであってもよい。この場合、デバイス３２は蓄電部２９に蓄電された電力を利用して駆動する。また、子ノード２は、３つ以上の蓄電部を備えてもよい。
　また、直列に接続された複数の子ノードの内、親ノード１から最も遠くに配置された子ノードは、光スイッチ２２を備えず、光カプラ２１と光電変換部２３とを直接接続してもよい。
　図２は、本実施形態の親ノード１の制御装置１１（制御部１１１）が行う給電制御処理の概要を示すフローチャートである。
　初めに、制御装置１１は、第２記憶部１１４に記憶された給電先情報を用いて、子ノード２に電圧測定を指示する（Ｓ１）。子ノード２は、親ノード１からの指示に従って、自ノードが備える蓄電部２９、３１の電圧を測定し、測定した電圧を親ノード１に送信する。親ノード１は、子ノード２から取得した電圧に基づく電圧状態を、第１記憶部１１３の蓄電情報に記憶する。
　次に、制御装置１１は、蓄電情報と給電先情報とを用いて、次に給電すべき子ノード２の蓄電部２９、３１を判定し、判定した給電先で給電先情報を更新する（Ｓ３）。
　次に、制御装置１１は、現在給電中の蓄電部２９、３１からＳ３で判定した蓄電部２９、３１に、給電先を切り替えるための切り替えを、対応する子ノード２へ順次、指示する（Ｓ５）。
　制御装置１１は、Ｓ５の切り替えが完了後、所定の時間（ｔ秒）待機する（Ｓ７：ＮＯ）。制御装置１１は、タイマ１１２を用いて所定の時間を計測する。所定の時間が経過した後（Ｓ７：ＹＥＳ）、制御装置１１はＳ１に戻り、以降の処理を繰り返す。これにより、図２に示す給電制御処理を、所定の時間毎に周期的に実行することができる。
　このとき、所定の時間（待機時間）を任意に変更することで、子ノード２が蓄電部２９、３１の電圧を計測し、親ノード１に送信する頻度を変えて、子ノード２の消費電力を調整することができる。
　例えば、制御装置１１は、全ての子ノード２の全ての蓄電部２９、３１の電圧が、所定の閾値（上限閾値）以上の場合、所定の時間（ｔ秒）を長くしてもよく、あるいは、光源１２を停止してもよい。具体的には、制御装置１１は、所定の時間をｔ秒×ｎ倍して、子ノード２の通信頻度をより低下させてもよく、あるいは、所定の時間（t秒）の間、光源１２を停止してもよい。これにより、子ノード２をより省電力化することができる。
　図３は、第１記憶部１１３に格納される蓄電情報の一例である。蓄電情報は、各子ノード２が備える蓄電部２９、３１の蓄電状態を示す。制御装置１１は、子ノード２から取得した蓄電部２９、３１の電圧と、第１閾値および第２閾値とを用いて、各蓄電部２９、３１の蓄電状態を蓄電情報に設定する。第２閾値は、第１閾値より大きな値である。具体的には、制御装置１１は、各蓄電部２９、３１の蓄電状態を、測定した電圧に基づいてレベル分けし、蓄電部２９、３１と蓄電状態のレベルとを対応付けて蓄電情報に記憶する。
　図示する蓄電情報は、親ノード１に近い子ノード２の蓄電部２９、３１から順に記載され、各蓄電部２９、３１には順番が付されている。図３に示す蓄電情報は、図１の子ノード２Ａ、２Ｂ、２Ｃを、それぞれ「子ノードＡ」、「子ノードＢ」、「ノードＣ」と記載した。また、図１の子ノード２Ａの蓄電部２９を「Ａ１」とし、蓄電部３１を「Ａ２」とした。同様に、図１の子ノード２Ｂの蓄電部２９を「Ｂ２」とし、蓄電部３１を「Ｂ２」とした。同様に、図１の子ノード２Ｃの蓄電部２９を「Ｃ２」とし、蓄電部３１を「Ｃ２」とした。
　図４は、図３の蓄電状態のレベルを説明するための図である。図示する例では、第１閾値（下限電圧）と、第２閾値（上限電圧）を設定する。制御装置１１は、子ノード２が測定した各蓄電部２９、３１の電圧と、第１閾値および第２閾値とを比較することで、レベルを設定する。ここでは、第１閾値未満の電圧のレベルを「０」とし、第１閾値以上第２閾値未満の電圧のレベルを「１」とし、第２閾値以上の電圧のレベルを「２」とする。なお、電圧は、蓄電部２９、３１の蓄電量を示すものである。また、蓄電状態の初期値は、すべて０である。
　図５は、第２記憶部１１４に格納される給電先情報の一例である。給電先情報には、蓄電情報に基づいて制御装置１１が判定した給電先に関する情報が設定される。すなわち、給電先情報は、給電中の子ノードの蓄電部２９、３１を示す。図示する給電先情報には、各子ノード２の各蓄電部２９、３１の給電状態が設定されている。ここでは、給電状態として、給電してないない状態を「０」で、給電中の状態を「１」で表している。
　図示する給電先情報は、図３の蓄電情報と同様に、親ノード１に近い子ノード２の蓄電部２９、３１から順に記載され、各蓄電部２９、３１には順番が付されている。給電先情報の初期値は、Ａ１（子ノード２Ａの蓄電部２９）が「１」（給電中）で、他の蓄電部２９、３１は全て「０」とする。同時に複数の蓄電部２９、３１に「１」（給電中）が設定されることはない。
　図６は、図２のフローチャートの電圧測定指示（Ｓ１）の詳細を示すフローチャートである。
　制御装置１１は、第２記憶部１１４の給電先情報を参照して、現在の給電先の蓄電部２９、３１を特定する。すなわち、制御装置１１は、給電状態に「１」（給電中）が設定された蓄電部２９、３１を特定する。そして、制御装置１１は、「１」が設定されている蓄電部２９、３１の順番を、変数Ｙに設定する（Ｓ１１）。
　次に、制御装置１１は、１番からＹ番の各蓄電部２９、３１の電圧測定指示を、対応する各子ノード２に順次指示し、各子ノード２から１番からＹ番の電圧の測定結果を取得する（Ｓ１２）。本実施形態では、制御装置１１は、現在給電中の子ノード２と、当該子ノード２と親ノードとの間に配置された子ノード２に、蓄電部２９、３１の電圧測定を指示する。これにより、給電中の子ノード２より下流の子ノード２の電力消費を低減することができる。
　そして、制御装置１１は、２つの閾値を用いて、取得した各蓄電部２９、３１の蓄電状態のレベルを設定し、蓄電情報を更新する（Ｓ１３～Ｓ１８）。なお、制御装置１１は、測定指示した蓄電部２９、３１毎に、Ｓ１３～Ｓ１８の処理を行う。
　具体的には、制御装置１１は、測定された電圧と第２閾値（上限電圧）とを比較し、測定した電圧が第２閾値以上の場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、蓄電状態のレベルを「２」（上限以上）と判定し、蓄電情報の当該蓄電部２９、３１の蓄電状態に「２」を設定する（Ｓ１４）。
　一方、測定した電圧が、第２閾値未満で（Ｓ１３：ＮＯ）、第１閾値（下限電圧）未満の場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、制御装置１１は、蓄電状態のレベルを「０」（下限未満）と判定し、蓄電情報の当該蓄電部２９、３１の蓄電状態に「０」を設定する（Ｓ１６）。
　また、制御装置１１は、測定した電圧が第１閾値以上の場合（Ｓ１５：ＮＯ）、蓄電状態のレベルを「１」（下限以上、上限未満）と判定し、蓄電情報の当該蓄電部２９、３１の蓄電状態に「１」を設定する（Ｓ１７）。
　そして、制御装置１１は、次の蓄電部がある場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、Ｓ１３に戻り次の蓄電部２９、３１に対して以降の処理を繰り返し行う。次の蓄電部２９、３１がない場合、すなわち１番からＹ番までの蓄電部２９、３１の蓄電状態を更新した場合（Ｓ１８：ＮＯ）、制御装置１１は処理を終了する。
　図７は、図２のフローチャートの給電先判定処理（Ｓ３）の詳細を示すフローチャートである。
　本実施形態では、子ノード２は、２つの蓄電部２９、３１を備える。子ノード２内では、蓄電部２９の優先度を蓄電部３１より高くする。複数の子ノード２の間では親ノード１に近い順に、子ノード２の優先度を高くする。すなわち、親ノード１に近い子ノード２を優先して給電する。これにより、直列接続された複数の子ノード２の給電を、順番に制御することができる。
　制御装置１１は、Ｓ１の蓄電部２９、３１の測定指示後に更新された蓄電情報と、第２記憶部１１４に記憶された給電先情報とに基づいて、次の給電先の蓄電部２９、３１を決定し、給電先情報を更新する。第２記憶部１１４に記憶された給電先情報は、t秒前の前回の処理で更新された給電先情報であって、現在の給電先の蓄電部２９、３１を示すものである。
　具体的には、制御装置１１は、蓄電情報を参照して、親ノード１の最も近くに配置された子ノード２Ａから下り方向に順に、優先度が高い蓄電部２９の蓄電状態が「０」（第１閾値未満）か否かを判定し、「０」の蓄電部２９を検出した場合、当該蓄電部２９を給電先と判定する（Ｓ３１）。
　ここでは、制御装置１１は、親ノード１の最も近くに配置された子ノード２Ａから下り方向に順（図３のＡ１、Ｂ１、Ｃ１の順番）に、優先度が高い蓄電部２９の蓄電状態をチェックする。
　蓄電状態に「０」が設定された蓄電部２９がある場合（Ｓ３１:ＹＥＳ）、制御装置１１は、「０」が設定された蓄電部２９の順番を変数Ｘに設定する（Ｓ３２）。蓄電部２９の順番は、図３に示すようにＡ１を１番とした順番である。
　そして、制御装置１１は、Ｘ＝Ｙか否かを判定する（Ｓ３３）。Ｙには、給電先情報で給電状態が「１」（給電中）の蓄電部２９、３１の順番が設定されている。Ｘ＝Ｙでない場合（Ｓ３３：ＮＯ）、制御装置１１は、Ｘ番目の蓄電部２９を次の給電先と判定する。そして、制御装置１１は、Ｘ番目の蓄電部２９へ給電先を切り替えるために、給電先情報のＸ番目の蓄電部２９の給電状態を「０」から「１」に更新し、現在の給電先であるＹ番目の蓄電部２９、３１の給電状態を「１」から「０」に更新する（Ｓ３４）。一方、Ｘ＝Ｙの場合（Ｓ３３：ＹＥＳ）、給電先を切り替える必要がないため、制御装置１１は、給電先情報を更新しない（Ｓ３９）。
　蓄電状態に「０」が設定された蓄電部２９がない場合（Ｓ３１:ＮＯ）、制御装置１１は、給電中のＹ番目の蓄電部２９、３１が、優先度の高い蓄電部２９か否かを判定する（Ｓ３５）。例えば、制御装置１１は、給電先情報を参照し、Ｙ番目の蓄電部２９、３１が、図５に示すＡ１、Ｂ１、Ｃ１のいずれかであるかを判定する。
　給電中のＹ番目の蓄電部２９、３１が、優先度の高い蓄電部２９の場合（Ｓ３５：ＹＥＳ）、制御装置１１は、蓄電情報を参照して、Ｙ番目の蓄電部２９の蓄電状態を取得する。Ｙ番目の蓄電部２９の蓄電状態が「２」（上限以上）の場合（Ｓ３６：ＹＥＳ）、Ｙ番目の蓄電部２９には、上限電圧以上に蓄電されている。この場合、制御装置１１は、当該子ノード２の優先度の低い蓄電部３１（すなわち、Ｙ＋１番目の蓄電部３１）を次の給電先と判定する。そして、制御装置１１は、Ｙ＋１番目の蓄電部３１へ給電先を切り替えるために、給電先情報のＹ番目の蓄電部２９の給電状態を「１」から「０」に更新し、ｙ＋１番目の蓄電部３１の給電状態を「０」から「１」に更新する（Ｓ３７）。
　一方、Ｙ番目の蓄電状態が「０」または「１」の場合（Ｓ３６：ＮＯ）、Ｙ番目の蓄電部２９の蓄電状態を「２」（上限以上）とするために給電先を切り替えず、制御装置１１は、給電先情報を更新しない（Ｓ３９）。
　Ｙ番目の給電中の蓄電部２９、３１が優先度の低い蓄電部３１であって（Ｓ３５：ＮＯ）、Ｙ番目の蓄電部３１の蓄電状態が「２」（上限以上）の場合（Ｓ３８：ＹＥＳ）、制御装置１１は、Ｙ＋１番目の蓄電部２９を次の給電先と判定する。そして、制御装置１１は。Ｙ＋１番目の蓄電部２８へ給電先を切り替えるために、給電先情報のＹ番目の蓄電部３１の給電状態を「１」から「０」に更新し、Ｙ＋１番目の蓄電部２９の給電状態を「０」から「１」に更新する（Ｓ３７）。この場合のＹ＋１番目の蓄電部２９は、Ｙ番目の蓄電部３１を備える子ノード２の下り方向に接続された子ノード２の優先度が高い蓄電部２９である。
　一方、Ｙ番目の蓄電状態が「０」または「１」の場合（Ｓ３８：ＮＯ）、Ｙ番目の蓄電部３１の蓄電状態を「２」（上限以上）とするために給電先を切り替えず、制御装置１１は、給電先情報を更新しない（Ｓ３９）。
　図８は、図２のフローチャートの給電先切替指示（Ｓ５）の詳細を示すフローチャートである。
　図７の給電先判定処理で更新した給電先情報と、更新前の給電先情報とを用いて、制御装置１１は、対応する子ノード２に対して順次、給電先の蓄電部２９、３１及び給電先の子ノードの切り替えを指示する。制御装置１１は、更新前の給電先情報を、第２記憶部１１４に一時的に格納しておくものとする。
　まず、制御装置１１は、更新前の給電先情報を用いて、現在、給電中の子ノード２および蓄電部２９、３１を特定する。また、制御装置１１は、更新後の給電先情報を用いて、次の給電先の子ノード２と蓄電部２９、３１とを取得する（Ｓ５１）。ここでは、更新前の給電中の蓄電部２９、３１の順番と、更新後の次の給電先の蓄電部２９、３１の順番とを取得する（図５参照）。
　制御装置１１は、給電先の切り替えが、現在、給電中の蓄電部２９、３１の子ノード２を起点として、下り方向（親ノード１から離れる方向）の子ノード２への切り替えか否かを判定する（Ｓ５２）。例えば、制御装置１１は、給電先情報の子ノード２の配置および蓄電部２９、３１の順番を用いて、下り方向か否かを判定してもよい。
　給電先の子ノード２を、給電中の蓄電部２９、３１の子ノード２を起点として下り方向の子ノード２へ切り替える場合（Ｓ５２：ＹＥＳ）、制御装置１１は、給電中の子ノード２と、給電中の子ノード２と給電先の子ノード２との間に配置された途中の子ノード２（以下、中間子ノード２）とに対して、子ノード２内の給電先が優先度の高い蓄電部２９となるようにロードスイッチ３０を切り替え、光スイッチ２２を下り方向の他ノード側に切り替えるための切替指示（制御信号）を送信する（Ｓ５３）。なお、制御装置１１は、給電中の子ノード２から下り方向の順番で、給電中の子ノード２および中間子ノード２に切替指示を送信してもよい。
　そして、制御装置１１は、給電先の子ノード２に対しては、更新後の給電先情報で指定された蓄電部２９、３１が給電先となるようにロードスイッチ３０を切り替えるための切替指示を送信する（Ｓ５３）。給電先の子ノード２の光スイッチ２２は、自ドード側に切り替えられているものとする。
　下り方向の切り替えではなく（Ｓ５２：ＮＯ）、給電先の子ノード２を上り方向の子ノード２へ切り替える場合（Ｓ５４：ＮＯ）、制御装置１１は、給電中の子ノード２に対して、当該子ノード２内の給電先が優先度の高い蓄電部２９となるようにロードスイッチ３０を切り替えるための切替指示を送信する。また、制御装置１１は、中間子ノード２に対して、当該子ノード２内の給電先が優先度の高い蓄電部２９となるようにロードスイッチ３０を切り替え、光スイッチ２２を自ノード側に切り替えるための切替指示を送信する（Ｓ５５）。なお、制御装置１１は、給電中の子ノード２から上り方向の順番で、給電中の子ノード２および中間子ノード２に切替指示を送信してもよい。
　そして、制御装置１１は、給電先の子ノード２に対して、光スイッチ２２を自ノード側へ切り替え、更新後の給電先情報で指定された蓄電部２９、３１が給電先となるようにロードスイッチ３０を切り替えるための切替指示を送信する（Ｓ５５）。
　給電中の子ノード２と、給電先の子ノード２とが同じ場合、すなわち、子ノード２の切替が発生しない場合（Ｓ５４：ＮＯ）であって、給電先が優先度の高い蓄電部２９から優先度の低い蓄電部３１への切り替えの場合（Ｓ５６：ＹＥＳ）、制御装置１１は、当該子ノード２に対して、給電先が蓄電部３１になるように、ロードスイッチ３１を切り替えるための切替指示を送信する（Ｓ５７）。
　一方、給電先が優先度の低い蓄電部３１から優先度の高い蓄電部２９への切り替えの場合（Ｓ５８：ＮＯ）、制御装置１１は、当該子ノード２に対して、給電先が蓄電部２９になるように、ロードスイッチ３１を切り替えるための切替指示を送信する（Ｓ５９）。
　給電中の蓄電部２９、３１と、給電先の蓄電部蓄電部２９、３１とが同じ場合（Ｓ５８：ＮＯ）、制御装置１１は、切替指示を送信しない（Ｓ６０）。
　以上説明した本実施形態の光ノードシステムは、親ノード１と複数の子ノード２とを備える。親ノード１は、光ファイバ６を介して、子ノード２に光を出力する光源１２と、子ノード２の給電を制御する制御装置１１と、を備える。制御装置１１は、所定の時間毎に各子ノード２に蓄電部２９、３１の電圧測定を指示し、各子ノード２から取得した電圧に基づいて、給電先の子ノード２を判定し、判定した給電先の子ノード２に給電先を切り替える指示を子ノード２に送信する。子ノード２は、親ノード１から出力された光を自ノードまたは他ノードへ切り替える光スイッチ２２と、光から変換された電気を蓄電する蓄電部２９、３１と、前記電圧測定の指示に従って蓄電部２９、３１の電圧を測定し、測定結果を親ノード１に送信するマイコン２８とを備える。
　このように、本実施形態では、親ノード１の制御装置１１が、所定の時間毎に蓄電部２９、３１の電力測定指示を子ノード２に送信する。これにより、子ノード２が、タイマを用いて電圧測定タイミングを自分で判定する必要がなく、制御装置１１からの指示で電圧測定すればよいため、子ノード２の消費電力を低減することができる。また、制御装置１１の図２に示す給電制御処理は、所定の時間毎に周期的に行われるため、子ノード２の消費電力を低減することができる。
　また、本実施形態では、制御装置１１は、子ノード２から取得した電圧に基づいて、給電先の子ノード２を決定するため、蓄電部２９、３１の蓄電状態に応じて給電先の蓄電部２９、３１を決定することができる。例えば、本実施形態では、電圧が低い蓄電部２９、３１を給電先として決定することができる。
　また、本実施形態では、制御装置１１は蓄電情報を保持するため、子ノード２の蓄電状態を把握できる。そのため、子ノード２の蓄電状態に異常（例えば、第２閾値（下限電圧）未満の電圧となった場合）が発生すると、早急に、作業員を現地に派遣をして、緊急の工事をするなどの対策ができ、通信品質を向上することができる。
　上記説明した制御装置１１は、例えば、図９に示すような汎用的なコンピュータシステムを用いることができる。図示するコンピュータシステムは、CPU（Central Processing Unit、プロセッサ）９０１と、メモリ９０２と、ストレージ９０３（HDD：Hard Disk Drive、SSD：Solid State Drive）と、通信装置９０４と、入力装置９０５と、出力装置９０６とを備える。メモリ９０２およびストレージ９０３は、記憶装置である。このコンピュータシステムにおいて、CPU９０１がメモリ９０２上にロードされた所定のプログラムを実行することにより、制御装置１１の機能が実現される。
　制御装置１１は、１つのコンピュータで実装されてもよく、あるいは複数のコンピュータで実装されても良い。また、制御装置１１は、コンピュータに実装される仮想マシンであっても良い。制御装置１１のプログラムは、HDD、SSD、USB（Universal Serial Bus）メモリ、CD (Compact Disc)、DVD (Digital Versatile Disc)などのコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶することも、ネットワークを介して配信することもできる。コンピュータ読取り可能な記録媒体は、例えば非一時的な（non-transitory）記録媒体である。
　なお、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、制御装置１１は、親ノード１の中に配置されるものとしたが、これに限定されない。制御装置１１は、親ノード１の外に独立して配置されていてもよい。この場合、制御装置１１は、親ノード１の信号生成部１３および受光部１４と接続される。
　１　：親ノード
　１１：制御装置
　１１１：制御部
　１１２：タイマ
　１１３：第１記憶部
　１１４：第２記憶部
　１２：光源
　１３：信号生成部
　１４：受光部
　１５：光サーキュレータ
　２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ：子ノード
　２１、２５：光カプラ
　２２：光スイッチ
　２３：光電変換部
　２４：光サーキュレータ
　２６：受光部
　２７：信号生成部
　２８：マイコン（処理部）
　２９、３１：蓄電部
　３０：ロードスイッチ
　３２：デバイス　

Claims (8)

  1. 　親ノードと複数の子ノードとを備える光ノードシステムであって、
    　前記親ノードは、
    　　光ファイバを介して、前記子ノードに光を出力する光源と、
    　　前記子ノードの給電を制御する制御装置と、を備え、
    　　前記制御装置は、所定の時間毎に各子ノードに蓄電部の電圧測定を指示し、
    　　各子ノードから取得した電圧に基づいて、給電先の子ノードを判定し、
    　　判定した給電先の子ノードに給電先を切り替える指示を子ノードに送信し、
    　前記子ノードは、
    　　前記親ノードから出力された光を自ノードまたは他ノードへ切り替える光スイッチと、
    　　前記光から変換された電気を蓄電する蓄電部と、
    　　前記電圧測定の指示に従って前記蓄電部の電圧を測定し、測定結果を前記親ノードに送信する処理部と、を備える
    　光ノードシステム。
  2. 　前記子ノードは、複数の前記蓄電部を備え、
    　前記制御装置は、子ノードから取得した電圧に基づいて、給電先の子ノードのいずれかの蓄電部を判定する
    　請求項１に記載の光ノードシステム。
  3. 　複数の前記子ノードは、前記親ノードに直列に接続され、　
    　前記制御装置は、
    　各子ノードの蓄電部の蓄電状態を示す蓄電情報を記憶する第１記憶部を備え、
    　前記親ノードの最も近くに配置された子ノードから下り方向に順に、前記蓄電部の蓄電状態が所定の第１閾値以下の状態か否かを判定し、前記第１閾値未満の蓄電状態の蓄電部を検出した場合、当該蓄電部を給電先と判定する
    　請求項１に記載の光ノードシステム。
  4. 　前記制御装置は、前記子ノードから取得した蓄電部の電圧と、前記第１閾値および前記第１閾値より大きな第２閾値とを用いて、前記蓄電情報における各蓄電部の蓄電状態を設定する
    　請求項３に記載の光ノードシステム。
  5. 　前記制御装置は、複数の前記子ノードの蓄電部の電圧が全て所定の閾値以上の場合、前記所定の時間を長くする、または、前記光源を停止する
    　請求項１に記載の光ノードシステム。
  6. 　複数の前記子ノードは、前記親ノードに直列に接続され、　
    　前記制御装置は、
    　　給電先の子ノードを、給電中の子ノードを起点として下り方向の子ノードに切り替える場合、前記給電中の子ノードの光スイッチと、前記給電中の子ノードと前記給電先の子ノードとの間に配置された子ノードの光スイッチとを、他ノード側に切り替える指示を送信し、
    　　前記給電先の子ノードを、前記給電中の子ノードを起点として上り方向の子ノードに切り替える場合、前記給電中の子ノードと前記給電先の子ノードとの間に配置された子ノードの光スイッチを、自ノード側に切り替える指示を送信する
    　請求項１に記載の光ノードシステム。
  7. 　親ノードと複数の子ノードとを備える光ノードシステムが行う給電制御方法であって、
    　前記親ノードは、
    　　光ファイバを介して、前記子ノードに光を出力し、
    　　所定の時間毎に各子ノードに蓄電部の電圧測定を指示し、
    　　各子ノードから取得した電圧に基づいて、給電先の子ノードを判定し、
    　　判定した給電先の子ノードに給電先を切り替える指示を子ノードに送信し、
    　前記子ノードは、
    　　前記光から変換された電気を蓄電部に蓄電し、
    　　前記電圧測定の指示に従って前記蓄電部の電圧を測定し、測定結果を前記親ノードに送信し、
    　　前記給電先を切り替える指示に従って、前記親ノードから出力された光を自ノードまたは他ノードへ切り替える
    　給電制御方法。
  8. 　請求項１に記載の前記光ノードシステムの制御装置として、コンピュータを機能させるためのプログラム。
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