(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長多重された光パケット信号を転送ノードを介して転送する光パケット信号転送方式において、
転送ノードにおいて、伝送されてきた光パケット信号を波長毎に分波し、該分波された光パケット信号を、ノードへの到着順に、予め設定された波長に順次波長変換して次の伝送経路へ送出する光パケット信号転送方式であって、
分波された光パケット信号を波長変換して次の伝送経路へ送出する手段は、
Ｎ×Ｍ個（但し、Ｎ：波長多重数、Ｍ：出力伝送経路数）の出力端子を有し、分波された光パケット信号を任意の出力端子に切り替えて出力する光空間スイッチと、
前記各出力端子からの出力光の波長を、多重化する複数の異なる波長のいずれかに変換する波長変換手段と、
前記波長変換手段からの出力光をＮ波ずつ合波してＭ個の出力伝送経路へそれぞれ送出する合波手段と、
分波された光パケット信号を、所望の出力伝送経路に対応し所望の波長に変換する波長変換手段が接続された出力端子へ出力するように前記光空間スイッチを制御する制御手段とからなる
ことを特徴とする光パケット信号転送方式。
【請求項２】
波長多重された光パケット信号を転送ノードを介して転送する光パケット信号転送方式において、
転送ノードにおいて、伝送されてきた光パケット信号を波長毎に分波し、該分波された光パケット信号を、ノードへの到着順に、予め設定されかつ空き状態となっている波長に波長変換して次の伝送経路へ送出する光パケット信号転送方式であって、
分波された光パケット信号を波長変換して次の伝送経路へ送出する手段は、
Ｎ×Ｍ個（但し、Ｎ：波長多重数、Ｍ：出力伝送経路数）の出力端子を有し、分波された光パケット信号を任意の出力端子に切り替えて出力する光空間スイッチと、
前記各出力端子からの出力光の波長を、多重化する複数の異なる波長のいずれかに変換する波長変換手段と、
前記波長変換手段からの出力光をＮ波ずつ合波してＭ個の出力伝送経路へそれぞれ送出する合波手段と、
分波された光パケット信号を、所望の出力伝送経路に対応し所望の波長に変換する波長変換手段が接続された出力端子へ出力するように前記光空間スイッチを制御する制御手段とからなる
ことを特徴とする光パケット信号転送方式。
【請求項３】
波長多重された光パケット信号を転送ノードを介して転送する光パケット信号転送方式において、
転送ノードにおいて、伝送されてきた光パケット信号を波長毎に分波し、該分波された光パケット信号を、ノードへの到着順に、予め設定されかつ空き状態となっている波長に波長変換して次の伝送経路へ送出する光パケット信号転送方式であって、
空き状態の波長は、予め順番が割り振られた複数の異なる変換波長の中から、該当する光パケット信号の直前に到着した光パケット信号に割り当てた波長の次の波長より前記順番に従って探索する
ことを特徴とする光パケット信号転送方式。
【請求項４】
分波された光パケット信号を波長変換して次の伝送経路へ送出する手段は、
Ｎ×Ｍ個（但し、Ｎ：波長多重数、Ｍ：出力伝送経路数）の出力端子を有し、分波された光パケット信号を任意の出力端子に切り替えて出力する光空間スイッチと、
前記各出力端子からの出力光の波長を、多重化する複数の異なる波長のいずれかに変換する波長変換手段と、
前記波長変換手段からの出力光をＮ波ずつ合波してＭ個の出力伝送経路へそれぞれ送出する合波手段と、
分波された光パケット信号を、所望の出力伝送経路に対応し所望の波長に変換する波長変換手段が接続された出力端子へ出力するように前記光空間スイッチを制御する制御手段とからなる
ことを特徴とする請求項３記載の光パケット信号転送方式。
【請求項５】
波長変換手段は信号再生機能を備えていることを特徴とする請求項１または２または３または４記載の光パケット信号転送方式。
【請求項６】
複数の出力経路が一つの転送ノードに接続されていることを特徴とする請求項１または２または４記載の光パケット信号転送方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光パケット信号を一のノードから他のノードまで転送する光パケット信号転送方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、パケット信号転送方式は、インターネット情報やデータ情報を効率良く伝達する方式として知られている。
【０００３】
図１に示すように、パケット転送網において、一のノード（発信ノード）１から発信されたパケット信号は、複数の転送ノード２を経由しつつ、他のノード（受信ノード）３へ到達する。各転送ノード２において、伝送されてきたパケット信号は、目的地に応じて出力経路が設定され、次の転送ノード２へ向けて送出される（なお、発信ノード、受信ノード、転送ノードという表現は、あるパケット信号についてみた場合の役割を表しているにすぎず、実際にはいずれのノードも、発信ノード、受信ノード、転送ノードとなり得る。）。
【０００４】
このような信号転送方式では、パケット信号同士の衝突を起こすことなく、受信ノードまでパケット信号を転送することが課題となる。
【０００５】
各ノードが任意にパケット信号を発信すると、転送ノードにおいて、ある出力経路に送出すべきパケット信号が、複数の異なる入力経路から同時刻に到達し、衝突することがある。このような衝突が起こると、廃棄しなければならないパケット信号が生じ、受信ノードまでパケット信号が到達できなくなる。
【０００６】
そこで、従来、パケット同士の衝突を避けるために、転送ノード間でパケット発信時刻の調整を行ったり、同時刻に複数のパケットが到着した時には一方のパケットをバッファメモリに待機させ、出力経路が空いた時に送出する、等の手段が用いられていた。
【０００７】
転送ノード間で調整を行う場合には、例えば図２に示すようにネットワーク全体を管理する中央制御部４を用意する。そして、複数の発信ノードからの送信要求に基づき、転送ノードでパケット信号が衝突を起こさないようにスケジューリングした上で、パケット信号の送信を行う。
【０００８】
図３はバッファメモリを用いてパケット信号の衝突を防止した、従来の波長多重システムにおける光パケット信号を転送するノードの構成を示すものである。
【０００９】
通常、波長多重システムでは、各光パケット信号の波長は予め定められている。従って、ある出力経路にある波長で送出されるべき光パケットが、複数の異なる入力経路から同時に到達すると衝突が起こる。これを回避するためには、到着したパケット信号を一時バッファメモリに待機させ、所定の出力経路及び波長が空き状態となったら順次送出する、という手順をとる。それにはバッファメモリが必要であり、光信号を光のまま蓄積する光メモリも提案されている（特開平６−１６９４７８号公報等）が、現時点ではあまり実用的でない。
【００１０】
従って、図３に示すように、転送されてきた光パケット信号を分波器１１で分波し、それぞれ光−電気（Ｏ／Ｅ）変換器１２で一旦、電気信号に変換し、電気的スイッチ部１３及び電気的バッファメモリ１４において制御部１５の制御に従ってスイッチング（経路切替）及びバッファリング（一時記憶）を行った後、電気−光（Ｅ／Ｏ変換）変換器１６で再び光信号に変換し、合波器１７で合波して出力経路へ送出する如くなしていた。
【００１１】
【発明が解決する課題】
しかしながら、これらの衝突を避けるための手段は転送遅延を生じさせる。
【００１２】
即ち、転送ノード間で調整を行う場合、各発信ノードは中央制御部と制御信号のやり取りを行い、発信ＯＫとなってからパケット信号を送信するので、送信開始までに時間を要する。また、ネットワーク規模が大きい場合、中央制御部の負荷が大きい。
【００１３】
また、バッファメモリを用いる場合、どの信号を先に送出して、どの信号を待機させるかを制御するための時間や信号の待機時間が必要となる。また、光信号を一旦、電気信号に変換し、再び光信号に変換するための回路が必要になる。
【００１４】
本発明の目的は、転送遅延時間が短く、電話やＴＶ会議等の即時性が要求される信号の伝達に利用可能な光パケット信号転送方式を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記目的を達成するため、波長多重された光パケット信号を転送ノードを介して転送する光パケット信号転送方式において、転送ノードにおいて、伝送されてきた光パケット信号を波長毎に分波し、該分波された光パケット信号を、ノードへの到着順に、予め設定された波長に順次波長変換して次の伝送経路へ送出する光パケット信号転送方式であって、分波された光パケット信号を波長変換して次の伝送経路へ送出する手段は、Ｎ×Ｍ個（但し、Ｎ：波長多重数、Ｍ：出力伝送経路数）の出力端子を有し、分波された光パケット信号を任意の出力端子に切り替えて出力する光空間スイッチと、前記各出力端子からの出力光の波長を、多重化する複数の異なる波長のいずれかに変換する波長変換手段と、前記波長変換手段からの出力光をＮ波ずつ合波してＭ個の出力伝送経路へそれぞれ送出する合波手段と、分波された光パケット信号を、所望の出力伝送経路に対応し所望の波長に変換する波長変換手段が接続された出力端子へ出力するように前記光空間スイッチを制御する制御手段とからなることを特徴とする。
【００１６】
前記構成によれば、光パケット信号はバッファメモリに書き込まれたりすることなく直ちに次のノードへ送出され、また、ノード間での調整も必要としないため、波長多重数を平均到着パケット数よりある程度大きくするのみで、衝突が少なくかつ遅延時間の極めて短い転送を実現できる。
【００１７】
また、本発明では、前記目的を達成するため、波長多重された光パケット信号を転送ノードを介して転送する光パケット信号転送方式において、転送ノードにおいて、伝送されてきた光パケット信号を波長毎に分波し、該分波された光パケット信号を、ノードへの到着順に、予め設定されかつ空き状態となっている波長に波長変換して次の伝送経路へ送出する光パケット信号転送方式であって、分波された光パケット信号を波長変換して次の伝送経路へ送出する手段は、Ｎ×Ｍ個（但し、Ｎ：波長多重数、Ｍ：出力伝送経路数）の出力端子を有し、分波された光パケット信号を任意の出力端子に切り替えて出力する光空間スイッチと、前記各出力端子からの出力光の波長を、多重化する複数の異なる波長のいずれかに変換する波長変換手段と、前記波長変換手段からの出力光をＮ波ずつ合波してＭ個の出力伝送経路へそれぞれ送出する合波手段と、分波された光パケット信号を、所望の出力伝送経路に対応し所望の波長に変換する波長変換手段が接続された出力端子へ出力するように前記光空間スイッチを制御する制御手段とからなることを特徴とする。
【００１８】
前記構成によれば、多重化された波長を有効利用することができ、衝突によるパケットの廃棄率をさらに少なくすることができる。
【００１９】
また、本発明では、前記目的を達成するため、波長多重された光パケット信号を転送ノードを介して転送する光パケット信号転送方式において、転送ノードにおいて、伝送されてきた光パケット信号を波長毎に分波し、該分波された光パケット信号を、ノードへの到着順に、予め設定されかつ空き状態となっている波長に波長変換して次の伝送経路へ送出する光パケット信号転送方式であって、空き状態の波長は、予め順番が割り振られた複数の異なる変換波長の中から、該当する光パケット信号の直前に到着した光パケット信号に割り当てた波長の次の波長より前記順番に従って探索することを特徴とする。
【００２０】
また、上述した分波された光パケット信号を波長変換して次の伝送経路へ送出する手段としては、Ｎ×Ｍ個（但し、Ｎ：波長多重数、Ｍ：出力伝送経路数）の出力端子を有し、分波された光パケット信号を任意の出力端子に切り替えて出力する光空間スイッチと、前記各出力端子からの出力光の波長を、多重化する複数の異なる波長のいずれかに変換する波長変換手段と、前記波長変換手段からの出力光をＮ波ずつ合波してＭ個の出力伝送経路へそれぞれ送出する合波手段と、分波された光パケット信号を、所望の出力伝送経路に対応し所望の波長に変換する波長変換手段が接続された出力端子へ出力するように前記光空間スイッチを制御する制御手段とから構成することができる。
【００２１】
また、波長変換手段は信号再生機能を備えていても良く、さらにまた、複数の出力経路が一つの転送ノードに接続されていても良い。
【００２２】
【発明の実施の形態】
【００２３】
【実施の形態１】
本発明は、光パケット信号を対象とし、さらに、各信号は波長多重伝送方式により異なる波長でノード間を伝達されるものとする。パケット信号には、宛先情報が付加されているものとする。
【００２４】
宛先情報の付加手段としては、（１）  パケット信号のヘッダ部に書き込む、（２）  サブキャリア信号を用いる、（３）  信号パケットに先行してヘッダパケットを送信する、等が可能である。ヘッダパケットを用いる場合には、主信号と同じ波長としても良いし、ヘッダパケット転送用の波長を設定しても良い。
【００２５】
各ノードは、ノード間での調整は行わずに、任意に光パケット信号を発信する。転送ノードに到着した光パケット信号は波長毎に振り分けられ、それぞれの目的地に応じた出力経路へ送出される。出力経路は次の転送ノードに１対１に対応していても良いし、複数の出力経路が一つの転送ノードに接続されていても良い（複数の出力経路が一つの転送ノードに接続される場合、次のノードへの転送容量を増やすことができる。）。
【００２６】
ここで、ノード間での調整を行っていないため、ある出力経路へ向かうパケットが複数個、異なる入力経路から同じ波長で同時刻に転送ノードに到着することが有り得る。このような場合でも、衝突を起こすことなくパケットを送出するため、本発明では波長軸上でパケット信号のバッファリングを行う。
【００２７】
以下、図４、図５を参照しながら詳しく説明する。
【００２８】
図４は本発明における転送ノードの一例を示すもので、ここでは主信号及び制御用信号（宛先情報）が同一波長である場合の構成を示す。
【００２９】
図４において、２１はノードに到達した光パケット信号を波長毎に分波する波長分波器である。また、２２は光空間スイッチであり、Ｎ×Ｍ個（但し、Ｎ：波長多重数、Ｍ：出力伝送経路数）の出力端子Ｏ１１，Ｏ１２，Ｏ１３，Ｏ１４，Ｏ２１，Ｏ２２，Ｏ２３，Ｏ２４，……（なお、ここで１桁目の数字は後述する変換波長に対応し、２桁目の数字は出力伝送経路に対応している。）を有し、分波された光パケット信号を任意の出力端子に切り替えて出力する。
【００３０】
また、２３は光空間スイッチ２２の各出力端子にそれぞれ接続された波長変換器であり、各出力端子からの出力光の波長を、多重化する複数の異なる波長、ここではλ１，λ２，λ３，λ４のいずれかに固定的に変換する。また、２４は波長変換された出力光をＮ波ずつ合波してＭ個の出力伝送経路Ｉ，ＩＩ，……へそれぞれ送出する光合波器である。
【００３１】
また、２５は分波された光パケット信号の一部を分岐し、そのヘッダ部よりパケット信号の宛先情報を取り出す検出器である。また、２６は制御部であり、前記宛先情報に基づいて出力伝送経路及び出力波長を決定し、分波された光パケット信号を、所望の出力伝送経路に対応し所望の波長に変換する波長変換器２３が接続された光空間スイッチ２２の出力端子へ、出力するように光空間スイッチ２２を制御する。
【００３２】
図５は本発明における転送ノードの他の例を示すもので、ここでは主信号及び制御用信号に波長が別々に設定されている場合の構成を示す。
【００３３】
図５において、３１はノードに到達した光パケット信号を波長毎に分波する波長分波器である。また、３２は光空間スイッチであり、Ｎ×Ｍ個（但し、Ｎ：波長多重数、Ｍ：出力伝送経路数）の出力端子Ｏ１１，Ｏ１２，Ｏ１３，Ｏ２１，Ｏ２２，Ｏ２３，……（なお、ここで１桁目の数字は後述する変換波長に対応し、２桁目の数字は出力伝送経路に対応している。）を有し、分波された光パケット信号を任意の出力端子に切り替えて出力する。
【００３４】
また、３３は光空間スイッチ３２の各出力端子にそれぞれ接続された波長変換器であり、各出力端子からの出力光の波長を、多重化する複数の異なる波長、ここではλ１，λ２，λ３のいずれかに固定的に変換する。また、３４は波長変換された出力光をＮ波ずつ合波し、かつこれに所定の波長（λｃ）の制御用信号光を合波してＭ個の出力伝送経路Ｉ，ＩＩ，……へそれぞれ送出する光合波器である。
【００３５】
また、３５は分波された光信号のうち、制御用信号の波長成分をそのまま電気信号に変換し、到着するパケット信号の宛先情報を取り出す検出器である。また、３６は制御部であり、前記宛先情報に基づいて出力伝送経路及び出力波長を決定し、分波された光パケット信号を、所望の出力伝送経路に対応し所望の波長に変換する波長変換器３３が接続された光空間スイッチ３２の出力端子へ出力するように光空間スイッチ３２を制御するとともに、次のノードに対する宛先情報を送出する。
【００３６】
また、３７は制御部３６からの宛先情報を所定の波長（λｃ）の制御用信号光に変換して出力する送信器である。
【００３７】
次に、前記装置におけるスイッチングの手順について説明する。
【００３８】
例えば、出力経路Ｉに向かうパケットについて考える。出力経路Ｉに対して複数の出力端子（図４の場合、Ｏ１１，Ｏ１２，Ｏ１３，Ｏ１４）が用意されており、それぞれに変換波長λ１，λ２，λ３，λ４の波長変換器２３が接続されている。光空間スイッチ２２では、図６に示すように、到着したパケットを到着順に出力端子Ｏ１１，Ｏ１２，Ｏ１３，Ｏ１４へ順次出力する。出力されたパケットは、それぞれ対応する波長に変換され、合波されて出力経路Ｉへ送出される。
【００３９】
図５の場合のように、制御信号用波長が別に設定されいる場合には、出力されるパケットの宛先情報を制御信号用波長に載せ、主信号とともに伝送経路に送出する。
【００４０】
なお、検出器、制御部等がパケットの宛先情報を読み取り、これに基づいて出力経路／出力波長を決定し、光空間スイッチを動作させるのにはある程度時間がかかる。主信号はこれらの処理時間に合わせて光空間スイッチ２２，３２に入力される必要がある。主信号の入力タイミングを合わせるために、図４及び図５において、光空間スイッチの前段には光遅延線２７及び３８を挿入している。
【００４１】
以上の構成／手順において、一つの出力経路へ向かう平均パケット到着数よりある程度大きい数の波長数が用意されていれば、衝突を起こすことなくパケットが転送される。
【００４２】
例えば、到着パケット数の確率が、図７に示すように、ある平均値のまわりに分布しているとする。これに対し、平均値よりある程度大きな数の波長多重光を用意しておく。すると、ある時刻でみると、概ね到着パケット数＜波長数なので、到着したパケットは衝突することなく、出力経路へ送出される。但し、ある確率で到着パケット数＞波長数ということが起こり（図７の斜線部）、この場合はパケットを廃棄しなければならない。
【００４３】
パケット廃棄率は、システム条件（ノード数、パケット発信確率等）と波長数によって決まる。上記の説明では、多重波長数が４の場合について例示したが、システム条件に応じて波長数を大きくとれば、パケット廃棄率を充分小さい値にすることは可能である。
【００４４】
なお、以上の説明においては、光空間スイッチの出力端子には、単に波長変換器が接続されているものとしたが、波長変換器としては信号再生（波形再生）作用を有するものが知られている。そのような波長変換／信号再生器を用いれば、より大規模な光パケット信号転送網が実現できる。ごく単純には、光信号を一旦、電気信号に変換し、電気段で信号再生した後に所定の波長の光信号に変換する方法でも良い。
【００４５】
【実施の形態２】
上記実施の形態１において、転送されているパケットの長さがほぼ同じ場合には、出力経路の波長の占有状態は、波長順に順次、空き状態となる。従って、光パケット信号の到着順に順次、変換波長が割り当てられるようにスイッチングを行えば良い。しかしながら、様々な長さのパケットが混在している場合、必ずしも波長順に空き状態となるわけではない。
【００４６】
例えば、図８に示すように、パケット１が長いために、波長λ２が波長λ１より先に空き状態になることがあり得る。そこへ、図８のタイミングでパケット５がやってきたとする。実施の形態１の手順に従うと、パケット５の変換波長はλ１であり、この場合、パケット１との衝突が起こってしまう。一方、波長λ２は空き状態であるので、パケット５の変換波長をλ２とすれば、衝突を避けることができる。
【００４７】
そこで、実施の形態２では、パケットの宛先情報にはパケット長に関する情報も含まれており、転送ノードの制御部では、出力経路においてどの変換波長が占有されているかを認識しているものとする。そして、基本的にはパケットの到着順に順次、波長が割り当てられるようにスイッチングを行うが、その変換波長が占有されている場合には、次の変換波長へ割り当てる。さらに、その変換波長が占有されていれば、そのまた次の変換波長へという探索を行い、全部が塞がっている場合には、そのパケットは廃棄するものとする。
【００４８】
このような制御を行えば、単に順番に変換波長を割り当てる場合に比べ、波長を有効に利用してパケットの廃棄率を小さくすることができる。なお、波長変換器に信号再生機能を併せ持たせることが好ましいことは、実施の形態１の場合と同様である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、転送ノードにおいて、パケット信号が、バッファメモリに蓄積されることなく次の伝送経路へと転送される。また、ノード間での調整も行っていない。従って、従来技術に比べ、低遅延でパケット信号を転送することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パケット信号転送網の一例を示す図
【図２】ノード間調整機能付きのパケット信号転送網の一例を示す図
【図３】従来の波長多重光パケット信号転送システムにおける転送ノードの構成図
【図４】本発明における転送ノードの一例を示す構成図
【図５】本発明における転送ノードの他の例を示す構成図
【図６】実施の形態１の転送ノードにおけるスイッチングのようすを示す図
【図７】到着パケット数の確率分布を示す図
【図８】実施の形態２の転送ノードにおけるスイッチングのようすを示す図
【符号の説明】
１：発信ノード、２：転送ノード、３：受信ノード、２１，３１：波長分波器、２２，３２：光空間スイッチ、２３，３３：波長変換器、２４，３４：光合波器、２５，３５：検出器、２６，３６：制御部、２７，３８：光遅延線、３７：送信器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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