(57)【要約】      （修正有）【課題】スイッチング素子がノードに含まれないネットワークを実現する。【解決手段】受動波長ルータを含む全光ネットワークとされ得る光ネットワークが記述される。斯かるネットワーク、並びに、光ネットワークで使用され得る個々のルータ設定を実現する方法も開示される。上記全光ネットワークにおけるルート制御機能性は、ノードにおけるスィッチング素子なしで光領域内にて行われ得る。これは、受動的なルータであって好適には波長帯域をルート制御すべく作用するルータにより達成される。ネットワーク構成としては網目が使用され得る。記述された光ネットワークは、純粋に光領域においてインターネット・プロトコル(IP)パケットまたはATMセルなどの上位ネットワーク・プロトコルの送信を促進すべく使用され得る。【選択図】図２
2006270981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を送信すべく設定された複数の光送信器と、
上記光信号を受信すべく設定された複数の光受信器と、
受動的光構成要素を備えた受動波長ルータを備えると共に光ファイバにより接続された複数のノードと、
上記各光送信器を制御することにより当該光ネットワークの全体に亙る上記光信号の端部間経路を制御する制御システムと、を備え、
上記受動波長ルータは、
上記ノードにおける上記光信号のルート制御を制限する全ネットワーク的ルート制御制限条件を、当該光ネットワーク内において可能な流れ方向の選択に対して課すべく設定されており、且つ、
上記光信号に対する波長依存規則を課すべく設定されており、
上記流れ方向は当該ネットワークの物理的ファイバ・インフラストラクチャを少なくとも２つのレイヤに論理的に分割することで規定され、一つのレイヤにおける少なくとも一つの選択された流れ方向は別のレイヤの全ての選択流れ方向と異なっている光ネットワーク。
【請求項２】
前記少なくとも２つのレイヤは前記ノードの少なくとも取る一つにおいて相互接続される、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項３】
前記制御システムは前記受信器を制御すべく設定される、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項４】
前記受動波長ルータの少なくとも一つは、複数の連続的波長チャネルを含む少なくとも一つの波長帯域をルート制御すべく設定される、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項５】
前記ノードは相互接続されて網目状ネットワークを形成する、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項６】
前記網目状ネットワークは規則的格子状ネットワークである、請求項５記載の光ネットワーク。
【請求項７】
前記送信器の少なくとも一つは固定波長レーザを備える、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項８】
前記送信器の少なくとも一つはレーザ配列を備える、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項９】
前記送信器の少なくとも一つは波長可変レーザを備える、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項１０】
前記受信器の少なくとも一つは波長固定受信器を備える、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項１１】
前記受信器の少なくとも一つは波長可変受信器を備える、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項１２】
前記受動波長ルータの少なくとも一つは、複数の入力ポートから入る複数の光信号が該受動波長ルータの各出力へとルート制御される前に該複数の光信号を結合すべく設定された少なくとも一つのコンバイナを備える、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項１３】
前記受動波長ルータの少なくとも一つは複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを備えると共に、上記入力ポートの各々からの光信号は一組の所定の波長依存規則に従い異なる各出力方向へと受動的にルート制御され、且つ、上記各出力方向の少なくとも２つは、少なくとも一つのコンバイナが単一の出力ポートへと結合する、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項１４】
前記流れ方向規則の少なくとも一つを再設定すべく設定された所定個数のスィッチング素子を更に備えて成る、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項１５】
前記波長依存規則の少なくとも一つを再設定すべく設定された所定個数のスィッチング素子を更に備えて成る、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項１６】
前記流れ方向規則の少なくとも一つを再設定すべく設定された所定個数の波長変換要素を更に備えて成る、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項１７】
前記波長依存規則の少なくとも一つを再設定すべく設定された所定個数の波長変換要素を更に備えて成る、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項１８】
前記受動波長ルータは、
第1入力ポートにて少なくとも一つの第1光信号を受信し、
第2入力ポートにて少なくとも一つの第2光信号を受信し、且つ、
前記波長依存規則および前記流れ方向依存規則に従い上記第1および第2光信号を単一の出力ポートへとルート制御すべく、
設定される、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項１９】
異なる各入力ポートから前記少なくとも一つの受動波長ルータに入る光信号は同一波長を有し、且つ、
前記制御システムは上記波長をどの入力ポートが使用するかを制御する、請求項１８記載の光ネットワーク。
【請求項２０】
前記受動ルータの少なくとも一つは、複数の連続的波長チャネルをフィルタリングすべく設定された少なくとも一つの広帯域波長フィルタを備える、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項２１】
前記送信器はインターネット・プロトコル・パケットを送信する、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項２２】
前記送信器は非同期転送モード・セルを送信する、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項２３】
前記光ファイバにおける送信は単方向である、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項２４】
前記光ファイバにおける送信は双方向である、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項２５】
少なくとも所定数の前記ノードが接続されて複数の部分的ネットワークを形成し、且つ、
当該光ネットワークは上記各部分的ネットワークを相互接続すべく構成された最上位ネットワークを更に備えて成る、請求項１記載の光ネットワーク。
【請求項２６】
前記最上位ネットワークは、再設定可能な光クロスコネクトを備えた所定数のノードにて前記部分的ネットワークに接続される、請求項２５記載の光ネットワーク。
【請求項２７】
受動波長ルータを有する複数のノードを備えた光ネットワークの全体に亙り光信号をルート制御する方法であって、
少なくとも所定個数の上記ノードから複数の光信号を送信する段階と、
少なくとも所定個数の上記ノードにて複数の光信号を受信する段階と、
上記ノードにおける上記光信号のルート制御を制限する全ネットワーク的ルート制御制限条件を、当該光ネットワーク内における可能な流れ方向の選択に対して課す段階であって、上記流れ方向は当該ネットワークの物理的ファイバ・インフラストラクチャを少なくとも２つのレイヤに論理的に分割することで規定され、一つのレイヤにおける少なくとも一つの選択流れ方向は別のレイヤの全ての選択流れ方向と異なる、段階と、
上記光信号に対する波長依存規則を課す段階と、を備え、
当該光ネットワークの全体に亙る上記光信号の端部間経路は上記送信段階により決定される、
光信号のルート制御方法。
【請求項２８】
前記流れ方向は前記ノードの少なくとも一つにおいて前記少なくとも２つのレイヤを相互接続することで更に規定される、請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
前記光ネットワークの全体に亙る前記光信号の前記端部間経路は前記受信段階により決定される、請求項２７記載の方法。
【請求項３０】
当該方法は、前記受動ルータにより少なくとも一つの波長帯域をルート制御する段階を更に備え、
上記波長帯域は複数の連続的波長チャネルを含む、請求項２７記載の方法。
【請求項３１】
前記送信段階は少なくとも一つの固定波長レーザを用いて実施される、請求項２７記載の方法。
【請求項３２】
前記送信段階は少なくとも一つのレーザ配列を用いて実施される、請求項２７記載の方法。
【請求項３３】
前記送信段階は少なくとも一つの波長可変レーザを用いて実施される、請求項２７記載の方法。
【請求項３４】
前記送信段階は前記広範囲波長可変レーザを同調して実施される、請求項３３記載の方法。
【請求項３５】
前記受信段階は波長固定受信器を用いて実施される、請求項２７記載の方法。
【請求項３６】
前記受信段階は波長可変受信器を用いて実施される、請求項２７記載の方法。
【請求項３７】
前記波長依存規則を再設定する段階を更に備えて成る、請求項２７記載の方法。
【請求項３８】
前記流れ方向規則を再設定する段階を更に備えて成る、請求項２７記載の方法。
【請求項３９】
前記受動波長ルータの複数の入力ポートにおいて複数の光信号を入力する段階と、
少なくとも一つの受動波長フィルタを用いて、上記各入力ポートの少なくとも２つからの各光信号を上記受動波長ルータの同一の１個の出力ポートに導向する段階と、を更に備え、
上記各光信号の上記導向は前記波長依存規則および前記流れ方向依存規則に従い実施される、
請求項２７記載の方法。
【請求項４０】
異なる入力ポートから前記受動波長ルータに入る前記光信号の少なくとも２つは同一波長を有し、且つ、
当該方法は更に、上記少なくとも２つの光信号の内のいずれが前記ネットワーク内で送信されるかを制御システムにより制御する段階を更に備えて成る、
請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
前記導向段階は、前記受動波長フィルタにより波長帯域を反射する段階を備え、
反射された上記波長帯域は複数の連続的波長チャネルを含む、請求項３９記載の方法。
【請求項４２】
光ネットワークにおいて光信号をルート制御する光ルータであって、
上記光信号のルート制御を制限する全ネットワーク的ルート制御制限条件を、上記光ネットワーク内における可能な流れ方向の選択に対して課すべく、
上記流れ方向は上記光ネットワークの物理的ファイバ・インフラストラクチャを少なくとも２つのレイヤに論理的に分割することで規定され、一つのレイヤにおける少なくとも一つの選択流れ方向は別のレイヤの全ての選択流れ方向と異なっており、且つ、
上記光信号に対する波長依存規則を課すべく、
設定された少なくとも一つの受動波長フィルタを備える、光ルータ。
【請求項４３】
前記少なくとも２つのレイヤは前記ノードの少なくとも一つにおいて相互接続される、請求項４２記載の光ルータ。
【請求項４４】
前記少なくとも一つの受動波長フィルタは複数の連続的波長チャネルを含む波長帯域を反射すべく設定される、請求項４２記載の光ルータ。
【請求項４５】
複数の入力ポートからの複数の光信号を前記受動波長フィルタがルート制御する前に上記複数の光信号を結合すべく設定されたコンバイナを更に備えて成る、請求項４２記載の光ルータ。
【請求項４６】
当該光ルータは複数の光信号を受信すべく設定された複数の入力ポートを更に備え、
前記少なくとも一つの受動波長フィルタは、異なる各入力ポートに入る前記光信号の少なくとも２つを前記波長依存規則および前記流れ方向依存規則に従いルート制御すべく設定される、
請求項４２記載の光ルータ。
【請求項４７】
前記少なくとも２つの光信号は同一波長を有する、請求項４４記載の光ルータ。
【請求項４８】
前記少なくとも一つの受動波長フィルタは複数の連続的波長チャネルをフィルタリングする広帯域波長フィルタを備える、請求項４２記載の光ルータ。
【請求項４９】
前記少なくとも一つの受動波長フィルタは広帯域薄膜フィルタを備える、請求項４２記載の光ルータ。
【請求項５０】
前記少なくとも一つの受動波長フィルタは広帯域Braggフィルタを備える、請求項４２記載の光ルータ。
【請求項５１】
当該光ネットワークの各ノードにおけるネットワーク要素であって、複数の連続的波長チャネルを含む少なくともひとつの波長帯域をルート制御すべく設定されたネットワーク要素と、
少なくともひとつの波長ルータとを備え、
前記波長ルータは、
上記光信号のルート制御を制限する全ネットワーク的ルート制御制限条件を、当該光ネットワーク内における可能的流れ方向の選択に対して課すべく設定されており、且つ、
上記光信号に対する波長依存規則を課すべく設定されており、
上記流れ方向は当該ネットワークの物理的ファイバ・インフラストラクチャを少なくとも２つに論理的に分割することで規定され、ひとつのレイヤにおける少なくともひとつの選択流れ方向は別のレイヤの全ての選択流れ方向と異なっている、光ネットワーク。
【請求項５２】
前記少なくとも２つのレイヤは前記ノードの少なくともひとつにおいて相互接続される、請求項５１記載の光ネットワーク。
【請求項５３】
波長ルータを有する複数のノードを備えた光ネットワークの全体に亙り光信号をルート制御する方法であって、
少なくとも所定個数の上記ノードから複数の光信号を送信する段階と、
少なくとも所定個数の上記ノードにて複数の光信号を受信する段階と、
上記ノードにおける上記光信号のルート制御を制限する全ネットワーク的ルート制御制限条件を、当該光ネットワーク内における可能的流れ方向の選択に対して課す段階であって、上記流れ方向は当該ネットワークの物理的ファイバ・インフラストラクチャを少なくとも２つのレイヤに論理的に分割することで規定され、ひとつのレイヤにおける少なくともひとつの選択流れ方向は別のレイヤの全ての選択流れ方向と異なる、段階と、
上記光信号に対する波長依存規則を課す段階と、を備え、
当該光ネットワークの全体に亙る上記光信号の端部間経路は上記波長ルータにより決定される、
光信号のルート制御方法。
【請求項５４】
前記流れ方向は前記ノードの少なくともひとつにおいて前記少なくとも２つのレイヤを相互接続することで更に規定される、請求項５３記載の方法。
【請求項５５】
前記光ネットワークの全体に亙る前記光信号の前記端部間経路は前記受信段階により決定される、請求項５３記載の方法。
【請求項５６】
前記光ネットワークの全体に亙る前記光信号の前記端部間経路は前記送信段階により決定される、請求項５３記載の方法。
【請求項５７】
前記波長ルータの少なくともひとつは、複数の連続的波長チャネルを含む少なくともひとつの波長帯域をルート制御すべく設定される、請求項５３記載の方法。
【請求項５８】
前記波長依存規則を再設定する段階を更に備えて成る、請求項５３記載の方法。
【請求項５９】
前記流れ方向規則を再設定する段階を更に備えて成る、請求項５３記載の方法。
【請求項６０】
前記波長ルータの少なくともひとつは、複数の入力ポートから入る複数の光信号が該波長ルータの各出力へとルート制御される前に該複数の光信号を結合すべく設定された少なくともひとつのコンバイナを備える、請求項５３記載の方法。
【請求項６１】
前記波長ルータの複数の入力ポートにおいて複数の光信号を入力する段階と、
上記各入力ポートの少なくとも２つからの各光信号を上記波長ルータの同一の１個の出力ポートに導向する段階と、を更に備え、
上記各光信号の上記導向は前記波長依存規則に従い実施される、
請求項５３記載の方法。
【請求項６２】
前記流れ方向規則の少なくともひとつを再設定すべく設定された所定個数の波長変換要素を更に備えて成る、請求項５３記載の方法。
【請求項６３】
前記波長依存規則の少なくともひとつを再設定すべく設定された所定個数の波長変換要素を更に備えて成る、請求項５３記載の方法。
【請求項６４】
前記波長ルータは、
第1入力ポートにて少なくともひとつの第1光信号を受信し、
第2入力ポートにて少なくともひとつの第2光信号を受信し、且つ、
前記波長依存規則および前記流れ方向依存規則に従い上記第1および第2光信号を単一の出力ポートへとルート制御すべく、
設定される、請求項５３記載の方法。
【請求項６５】
異なる各入力ポートから前記少なくともひとつの波長ルータに入る光信号は同一波長を有し、且つ、
当該方法は更に、上記少なくとも２つの光信号の内のいずれが前記ネットワーク内で送信されるかを制御システムにより制御する段階を更に備えて成る、
請求項６４記載の方法。
【請求項６６】
前記ルータの少なくともひとつは、複数の連続的波長チャネルをフィルタリングすべく設定された少なくともひとつの広帯域波長フィルタを備える、請求項５３記載の方法。
【請求項６７】
前記送信器はインターネット・プロトコル・パケットを送信する、請求項５３記載の方法。
【請求項６８】
前記送信器は非同期転送モード・セルを送信する、請求項５３記載の方法。
【請求項６９】
少なくとも所定数の前記ノードが接続されて複数の部分的ネットワークを形成し、且つ、
前記光ネットワークは上記各部分的ネットワークを相互接続すべく構成された最上位ネットワークを更に備えて成る、請求項５３記載の方法。
【請求項７０】
前記最上位ネットワークは、再設定可能な光クロスコネクトを備えた所定数のノードにて前記部分的ネットワークに接続される、請求項６９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
関連出願への相互参照
本発明は1999年9月24日に出願されたノルウェー特許出願第1999 4691号、及び、2000年7月25日に出願された米国仮出願第60/220480号の優先権を主張する。
【０００２】
発明の分野
本発明は、光ネットワーク、斯かるネットワークに対する信号ルート制御ネットワーク要素、および、光ネットワークを実現する方法に関する。本発明は特に、全光ネットワーク(all-optical network)、斯かるネットワーク用の受動波長ルータ、および、全光ネットワークを実現する方法に関する。本発明の用途も開示される。
【背景技術】
【０００３】
背景の説明
光ネットワークは基本的に、光送信器および受信器を備えた各ノード、これらのノードを接続する伝送路としての光ファイバ、および、各ノードにおける信号ルート制御／交換(signal routing/switching)用のネットワーク要素(NE)から成る。全光ネットワークとは、送信端から受信端まで終始、信号が光領域内に留まり、すなわち、中間ノードにては光領域から電気領域への(または逆の)変換は起こらないネットワークである。今日の基幹ネットワークにおいて各ノード間の送信は光学的に行われるが、未だネットワーク自体は実際には全光学的(all-optical)では無い、と言うのも、ノードにおける処理およびルート制御機能の全ては電気領域において行われるからである。すなわち信号は各ノードにて電気領域へと変換されると共に、デジタル信号内に取入れられたヘッダ情報は、該デジタル信号の最終宛先へと到達すべく次ノードに対する該デジタル信号の前送りを指示する役割を果たす。これに関し、ネットワークを介した全てのルート制御(routing)すなわち経路特定(path-finding)は、光学的以外のレベルで行われる。光アド・ドロップ・マルチプレクサ(optical add-drop multiplexer)(OADM)を導入すると一定のノードを直接的に接続可能であり、中間ノードの幾つかをバイパスして、一定の信号が宛先のノードに到達するための直接的な光経路を生成する。しかしこれは、全てのルート制御機能が光領域で行われるという全光ネットワークの構想には程遠い。全光ネットワークを実現すれば、光通信の分野で相当に検討されてきた重要な成果が得られる。ノードにおいて光ネットワーク機能を導入することは光通信分野における大きな関心事であり、良好な性能の全光ネットワークまたは略全光ネットワーク(nearly all-optical network)を実現することは当該分野で行われる殆ど全ての研究を推進する主要因である。
【０００４】
波長分割多重(WDM)は、多数の光チャネルを一本のファイバ内に多重化すべく使用される。受信端において信号はその元の構成要素に分離還元され、各波長は、正しい周波数／波長に調整された個々の受信器で受信される。WDM伝送システムにおけるチャネル数は、ここ３年で劇的に増大した。システムの製造者によれば、波長固定送信器が使用されると共に、１本のファイバ内に200個のWDMチャネルを有するWDMシステムが発表されている。今日においてWDMは容量増大のために使用されるが、WDMの膨大な開発を推進する真の力は光ネットワーク化の有望性である。すなわち光領域において所定チャネルの波長は信号を識別すべく使用されることから、信号の内容自体を多重分離して読みとることを必要とせずに、必要に応じて信号が導向され得るのである。
【０００５】
(全)光WDMネットワークの主な構成ブロック(building block)の一つは光クロスコネクト(optical cross connect)(OXC)である。これは、ノードにおいて使用されて光信号を正しい出力へと導向する制御可能NEである。ノードの一定のファイバ入力に到達した一切の光信号は、該信号の最終宛先に向かう正しい経路を該信号が辿ることを確実にするファイバ出力へと交換(switch)される。その場合に典型的なOXCは、(最少で２本の)入力ファイバの各々からの(100個の)波長の各々を、(最少で２本の出力ファイバの間における)正しいファイバ出力へと交換し得ねばならない。而してOXCはまさに市販されつつあるが、これらの内の主に電気光学的な形態は理想的性能から程遠くて非常に高価である。また実際のサイズ、コストおよび複雑さは、具体的に実施する上で容認され得る仕様／性能のOXCを実現し得るとは証明されていない様なものである。すなわちOXCの複雑さおよびコストはサイズの関数として劇的に増大するが、このサイズは、波長数、ならびに、ファイバ入力および出力の個数の関数として定義される。これに加え、OXC(例えば光スィッチ)の構成要素には、非現実的に厳しい性能要件が課せられる。将来において更に良好なOXCが実現され得る可能性は高いが、技術的制限に依れば、大寸のOXCの縦続接続から成る大型で大容量の全光ネットワークを実現することは実用的に不可能であることが明らかとなった。このことが光ネットワークの実現に対する相当の制限であり、この制限が光ネットワークの導入を遅らせている大きな原因である。
【０００６】
最近、受動波長ルータとして機能するハードワイヤドOXCが発表された。Chen等の“ファイバBragg回折格子式の大寸無閉塞多重波長クロスコネクト”、雑誌“光波技術”、第16巻、第10号(1998年10月)[Chen et al., "Fiber Bragg Grating-Based Large nonblocking Multiwavelength Cross-Connects," Journal of Lightwave Technology, Vol. 16, No. 10 (October 1998)]を参照されたい。このデバイスにおいては、各入力からの各波長は所定出力へと導向され、これと同時に、異なる各入力に由来する同一光波長により搬送された各信号は別個の各出力へと導向されるが、これは実際にクロスコネクトの名称が意味する様にクロスコネクトにおける主要な機能である。
【０００７】
発明の要約
本発明の目的は、OXCなどのスィッチング素子(switching element)がノードに含まれないネットワークを実現する方法を提供するに在る。
【０００８】
一定の公知のネットワークは、無交換ネットワーク(switchless network)と見做され得る。たとえば設定可能でないOADMを備えた単純なリング・ネットワークは無交換ネットワークである。スター型ネットワークの場合には、ノード間における専用の波長接続を提供すべくスター用波長デマルチプレクサが使用されて来た。これらの２つのネットワーク・アーキテクチャは、アクセスまたは局所領域ネットワークにおいて使用され得る。しかし基幹ネットワーク領域において且つ大規模ネットワークに対しては網目状ネットワークが実際に要求される。スター型ネットワークは、完全な保護が必要とされる基幹領域であって利用可能なファイバのインフラストラクチャを非常に非効率的に使用する基幹領域において実施されるべき保護に関する不当な問題がある。OADMリングは網目状に関する機能性が低いので、送信距離が長くなり、寧ろ光帯域幅を浪費してしまう。網目状光ネットワークを実現する上ではOXCが一般的に必要とされるが、これはまさに、各ノードにおいて各信号に対しては多くの方向の選択肢が在るからである。現在の技術革新の主たる寄与の一つは、今日のネットワークが必要とする性能を達成する可能性を有する無交換網目状ネットワーク(switchless mesh network)を実現する方法を案出することである。これは、全てのノード対間における同時的接続、各ノード間の高帯域幅、1+1(1:N)保護、動的帯域幅割当て、および、ファイバ内で利用可能な帯域幅の効率的利用を特徴とする。これより低い性能が達成され得ることは明らかである。
【０００９】
本発明の第1の側面に依れば、複数のノード、各ノードを接続する光ファイバ伝送路、各ノードにおける少なくとも一つの送信器および／または少なくとも一つの受信器、および、少なくとも一つの波長ルータを備えた光ネットワークが提供される。上記ルータは、一つ以上の連続的光チャネルを含む少なくとも一つの波長帯域をルート制御すべく作用する。上記光ネットワークは、網目、リング、スターもしくはバス・ネットワーク、または、それらの組合せとされ得る。
【００１０】
本発明の第2の側面に依れば、複数のノード、各ノードを接続する光ファイバ伝送路、各ノードにおける少なくとも一つの送信器および／または少なくとも一つの受信器、および、少なくとも一つの受動波長ルータを備えた全光ネットワークであって、該ネットワークは、一組の固定波長依存規則を備えたトランスペアレント／受動媒体であり、複数の経路が各ノードを接続し、当該ネットワークは網目状ネットワークであり、当該ネットワークを伝搬する光信号の経路は光信号の送信波長を選択することで上記送信器において決定され、当該ネットワークの上記各経路は上記一組の固定波長依存規則に依り先決される、全光ネットワークが提供される。
【００１１】
好適実施例において、各ノードの少なくとも幾つかにおける上記送信器は波長可変レーザ(tunable laser)である。各ノードの少なくとも幾つかにおける上記受信器は、波長固定受信器または波長可変受信器である。
【００１２】
上記一組の波長固定受信器は好適には、第1には純粋に幾何学的／空間的条件において且つ第2には信号の波長に依存する、送信光信号の方向の制限を備える。
【００１３】
別の好適実施例において、上記ルータは波長帯域ルータであり、その場合には上記ネットワークに亙り各波長帯域がルート制御される。各ノードの少なくとも幾つかに配置された波長ルータの再設定可能性(re-configurability)を提供すべく、これらのノード内には少なくとも一つのスィッチが配置され得る。各ノードの少なくとも幾つかに少なくとも一つの波長変換器が配置されるなら、上記ネットワークの波長再使用および融通性を高めることも可能である。
【００１４】
本発明に係る全光ネットワークの別の好適実施例においては、隣接ノードの各対間には２本の光ファイバが配置され得ると共に、各ルータは上記ネットワークにおける２つの物理的レイヤを提供し、各物理的レイヤは好適には全てのノードを含むことで上記ネットワークにおける全てのノード間の双方向接続を提供し、各ファイバにおける送信は単方向とされる。
【００１５】
隣接ノードの各対の間に複数の光ファイバを配備しても良く、各ルータは上記ネットワーク内に複数の物理的レイヤを提供し、各物理的レイヤは好適には全てのノードを含むことで上記ネットワーク内における全てのノード間に双方向接続を提供し、各ファイバにおける送信は単方向とされる。
【００１６】
上記ネットワークにおける各ファイバ内の送信は双方向とされ得る。
【００１７】
本発明の第3の側面に依れば、光ネットワークに対する受動波長ルータであって、少なくとも一つのコンバイナ(combiner)は所定数の入力光信号を結合し、少なくとも一つのサーキュレータは所定数の入力光信号を所定数の出力へと提供し、上記所定数の出力にては反射フィルタが実装(implement)される受動波長ルータが提供される。代替的に、受動波長ルータは、単一入力を受信するサーキュレータと、幾つかの出力を結合するパワー・コンバイナとを含み得る。この場合、上記ノードに対する各入力は各受動波長フィルタを用いて幾つかの出力へとルート制御される。一つ以上の入力を幾つかの出力へとルート制御するために、斯かる単一入力サーキュレータ／パワー・コンバイナ・ブロックの幾つかが組合され得る。
【００１８】
例示目的で、本明細書中において本発明の各実施例はサーキュレータを用いて記述される。但し当業者であれば理解し得る様に、例示的サーキュレータにより実施される機能はカプラ(coupler)の種々の組合せにより実施され得る。故に本発明は、本明細書中に記述された如くルータにおけるサーキュレータの使用に制限されることを意図するものでなく、同等の機能を実施する結合の種々の組合せを含むことを意図している。
【００１９】
本発明の第4の側面に依れば、当該光ネットワークにおける各ノード間の双方向接続を提供する光ネットワーク用の受動波長ルータであって、各ファイバにおける送信は単方向であり、当該ルータは第1および第2の単一レイヤ・ルータを備え、各単一レイヤ・ルータは所定数の入力光信号を結合する少なくとも一つのコンバイナと、上記入力光信号を所定数の出力に提供する少なくとも一つのサーキュレータと、多数の出力にて実装されている反射フィルタとを備え、上記第1および第2の単一レイヤ・ルータの種々の入力および出力は接続される、受動波長ルータが提供される。
【００２０】
本発明の第5の側面に依れば、当該光ネットワークにおける各ノード間の双方向接続を提供する光ネットワーク用の受動波長ルータであって、各ファイバにおける送信は双方向であり、当該ルータは所定数の単一レイヤ・ルータおよび所定数のサーキュレータを備え、各単一レイヤ・ルータは所定数の入力光信号を結合する少なくとも一つのコンバイナを備え、少なくとも一つのサーキュレータは所定数の入力光信号を所定数の出力へと提供し、所定数の出力にては波長反射フィルタが実装され、個々の単一レイヤ・ルータの種々の入力および出力は接続される、受動波長ルータが提供される。
【００２１】
本発明の第6の側面に依れば、好適には当該光ネットワークにおける各ノード間の双方向接続を提供する光ネットワーク用の受動波長ルータであって、当該ルータは所定数の単一レイヤ・ルータおよび所定数のサーキュレータを備え、各単一レイヤ・ルータは所定数の入力光信号を結合する少なくとも一つのコンバイナを備え、少なくとも一つのサーキュレータは所定数の入力光信号を所定数の出力へと提供し、所定数の出力にては波長反射フィルタが実装され、個々の単一レイヤ・ルータの種々の入力および出力は単純なファイバ接続によりまたは付加的サーキュレータを介して接続される、受動波長ルータが提供される。
【００２２】
上記ルータは波長帯域をルート制御すべく作用するのが好適であり、且つ、上記波長反射フィルタは好適には広帯域波長反射フィルタまたは広帯域Braggフィルタである。上記コンバイナは概略的な場合には単純なパワー・コンバイナであるが、波長依存ともされ得る。
【００２３】
本発明の第7の側面に依れば、複数のノードと、各ノードを接続する光ファイバ伝送路と、各ノードにおける少なくとも一つの送信器および／または少なくとも一つの受信器と、受動波長ルータとを備えた全光ネットワークを実現する方法であって、該ネットワークは一組の固定波長依存規則を備えた受動媒体であり、該ネットワークは各ノードを接続する複数の経路を備えた網目状ネットワークである、全光ネットワークを実現する方法が提供される。該方法は、上記送信器にて信号の送信波長を選択することにより、当該ネットワークを伝搬する光信号の経路を決定する段階を含み、上記ネットワークの各経路は上記一組の固定波長依存規則に依り先決される。
【００２４】
上記一組の固定波長依存規則は好適には、第1には純粋に幾何学的／空間的条件において且つ第2には信号の波長に依存して、送信光信号の方向を制限する段階を備える。
【００２５】
好適には、上記ネットワーク内においては波長帯域がルート制御される。
【００２６】
上記送信器波長を迅速に切換え、該送信器により取り扱われる各経路にタイムスロットを割当てることで、時分割多重が実現され得る。本発明の該方法に依れば、上記ネットワークの全体に亙るインターネット・プロトコル(IP)パケットの送信および非同期転送モード(ATM)セルの送信も提供され得る。
【００２７】
上記各ルータの少なくとも幾つかに少なくとも一つのスィッチを導入することで該ルータの一定の再設定可能性が提供され、且つ、上記各ノードの少なくとも幾つかにおいて波長変換器を配備して波長変換を実施すると上記ネットワーク内における波長再使用および該ネットワークにおける融通性が高められる。上記ネットワークにおける全てのノード間の完全な接続性は、２次元光ネットワークのインフラストラクチャを２個の物理的レイヤへと分割してから各ルータを介して２つのレイヤを相互接続して３次元ネットワークを作成することで実現され得る。
【００２８】
本発明の第8の側面に依れば、上記のタイプの少なくとも２つの光ネットワークを相互接続する方法が提供される。該方法は、各ノードの少なくとも一つにおいて再設定可能な波長ルート制御用ネットワーク要素(reconfigurable wavelength routing network element)を備えたネットワーク・レイヤを主要ネットワーク・レイヤとして使用する段階と、上記各光ネットワークを上記主要ネットワークの部分的ネットワークとして使用する段階であって、上記主要ネットワークと部分的ネットワークとの間の接続は上記主要ネットワークの少なくとも一つのノードにおいて提供される段階と、を含む。好適には、上記主要ネットワークの各ノードにおける上記再設定可能な波長ルート制御用ネットワーク要素としては光クロスコネクト(OXC)が使用される。
【００２９】
繰り返すと、本発明は波長帯域をルート制御する新規な方法に関している。従来のWDMシステム、ネットワーク要素およびネットワークは、個々の波長を処理／ルート制御すべく設計されている。従来のネットワークにおいては一度に多数の別個の波長チャネルが取り扱われ得るが、各チャネルは依然として別個に取り扱われると共に、個々に多重分離され、多重化され、且つ、ルート制御される。代わりに本発明は、個々のチャネル、および／または、一つより多い別個の波長チャネルから成る波長帯域、を構成要素(ネットワーク要素)により且つ／又はネットワークによりルート制御することを提案する。このルート制御は、任意のタイプの光ネットワーク(任意のトポロジまたはアーキテクチャ)により達成され得る。
【００３０】
本発明は更に、光ネットワーク内において信号をルート制御すると共に、該ネットワークはノードにおける受動波長ルート制御を用いた網目状全光ネットワークを含む新規なネットワークおよび新規な方法に関している。ネットワークの各ノード間における端部間接続に対する仮想的(すなわち可能的)な直接的経路を有する網目状ネットワークは受動構成要素が提供する。これらのノードを接続する利用可能なファイバ・インフラストラクチャに依存して、仮想経路の網目は、
a)幾何学的条件において全ての信号に対して可能な“流れ”のみの選択を許容する(たとえば、S、Eに向かう送信、すなわちSの後にはEが続くという送信のみが可能である)段階と、
b)これらの信号に対して波長依存規則と、流れ方向依存規則(すなわち同一の波長であっても、ノードに対してSから入るならば、そのノードに対してEから入ったのとは異なる経路を辿り得るという規則)を適用する段階と、
により生成される。
【００３１】
斯かるネットワークは、中間ノードが論理的に視認不能であるという可能的な端部間経路を備えた受動媒体と見做され得る。どの経路が使用中であるかは、管理システムにより判断される。
【００３２】
網目状ネットワークの単純な例は、規則的格子状ネットワークである。概略的な場合において設計態様を簡素化するためには、各ノードに対応しない箇所に各ルータが載置され得る。本発明は、任意のトポロジに適用され得る。
【００３３】
本発明に係る光ネットワークは、たとえば次のものを含み得る：
１．固定波長レーザおよび固定受信器。該実施例は、送信器側にて種々のレーザを選択することで一定の融通性を提供する。この実施例においては、ルート制御機能は送信器側にて電気的に実施される。
【００３４】
２．レーザ配列および固定受信器。
【００３５】
３．レーザ配列または固定レーザ、および、波長可変受信器。
【００３６】
４．波長可変レーザまたはレーザ配列、および、固定受信器。この実施例は、オンデマンドで波長に関する多数の再設定可能性、復元(restoration)および割当てを提供する。
【００３７】
５．波長可変レーザまたはレーザ配列、および、波長可変受信器。この実施例は、最大の融通性を提供する。
【００３８】
上述の“規則(rules)”は、固定され得る。但しネットワークの融通性は、上記規則を“再設定可能(re-configurable)”とすることで高められ得る。これは、
１．ノードにおいて(信号の方向を切換える)スィッチング素子；
２．ノードにおける波長変換；
を付加することで達成され得る。
【００３９】
好適には、本発明のネットワークは階層構造に依り、最大数の波長により規定される制限を超えて拡大し得る。本発明の原理に基づき機能する所定数の部分的ネットワークを相互接続すべく、別体の最上位ネットワークが稼働し得る。この最上位ネットワークは、交換または無交換とされ得る。
【００４０】
上述された如く、本発明は受動波長ルータを含む。一実施例において受動波長ルータは、複数の入力ファイバおよび複数の出力ファイバを有する。上記受動ルータは、従来の受動的光構成要素を用いて構築され得ると共に、
a)信号の進入ポート、および／または、
b)信号の波長、
に依存する一組の所定規則に基づき、各群の波長を受動的に該受動ルータの種々の出力へとルート制御する。
【００４１】
本発明の上記受動ルータにおいて各信号は交差接続されず、すなわち、同一の光波長(すなわち周波数)により搬送された個々の入力からの各信号が個々の出力へと排他的に導向されるのではない。換言すると、同一の光波長(すなわち周波数)により搬送された別個の２個の(またはそれより多い)入力ポートからの各信号は、同一の１個の出力へと導向され得る。その様に“衝突する(colliding)”２つ以上の仮想経路のいずれが有効であるかは、管理システムにより決定され得る。
【００４２】
上記ルータの２つの例は、格子状ネットワークの場合に関して後に論じられる。一つの例において、幾つかの入力からの各信号は合計されてからルート制御される。別の例において、各入力ポートは別個に処理されてから幾つかの出力が組合される。
【００４３】
各入力ポートにては分岐機能(drop function)が別個に生じ得る。代替的に、多数の入力ポートが結合され、分岐機能はその合成物に関して実施され得る。
【００４４】
上記挿入機能(add function)は、別様にルート制御が生じた後で、各出力にて別個に生じ得る。代替的に上記挿入機能は、各出力の組合せに対してルート制御(の少なくとも一部)が生ずる前に生じ得る。
【００４５】
上述された如く、上記ルータの機能性に対して一定の再設定可能性を加えるべく、スィッチング素子が付加され得る。同様に、上記ルータの機能性に対して一定の再設定可能性を加えるべく、スィッチング素子が付加され得る。一実施例において上記ルータは、幾つかの連続的波長チャネルから成る各帯域をルート制御する。
【００４６】
本発明の上記ネットワークに亙り、パケット交換またはセル・ルート制御が実現され得る。本発明の上記ネットワークを使用し、WDMによりIP、ATMなどが直接的に搬送され得る。上述の光ネットワーク、および、上述の全光ネットワークを実現する方法は、国家的基幹ネットワーク、地域的、都市またはアクセス・ネットワークを提供すべく使用され得る。
【００４７】
本発明の更に完全な評価および本発明の多くの付随利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を考慮して本発明が更に良好に理解されれば容易に理解されよう。
【００４８】
好適実施例の説明
本発明は添付図面を参照して更に詳述されるが、各図を通して同一の参照番号は同一のまたは対応する部材を表す。
【００４９】
波長可変プログラムマブル送信器
本発明に係る高性能再設定可能無交換ネットワークは好適には、波長可変プログラムマブル送信器を含む。送信器および受信器のいずれも波長可変でない場合、ネットワークの機能は寧ろ融通性が無い。融通性のある再設定可能無交換ネットワークに対する送信器としては広範囲に波長可変なレーザが良好な候補であると共に、斯かるモジュールは出現しつつありまたは市販されている。
【００５０】
これまでに開発された波長可変レーザは主に多セクションDFB(分布帰還型)またはDBR(分散Bragg反射器)レーザであるが、TTG(波長可変ツインガイド)レーザなどの他の種々の波長可変構造が在る。これらのタイプの波長調整範囲(tuning range)は通常は1〜10nmの範囲である。これらの全てのレーザの共通特徴は、波長同調がレーザの導波管のモード屈折率の変化に比例することであり、これが波長調整範囲を制限している。
【００５１】
この制限を克服すべく、幾つかの手法が提案かつ例証された。一つの方法は、キャビティ内フィルタとしてレーザの内側に垂直な共方向性カプラ(codirectional coupler)を使用することである。このフィルタは広範囲に波長可変であるが故に、選択性が低い。この種のレーザの例は、Alferness等の“垂直カプラ・キャビティ内波長フィルタに基づく広範囲に波長可変なInGaAsP/InPレーザ”、OFC、1992年(Alferness et al. "Widely Tunable lnGaAsP/lnP laser based on a vertical coupler intracavity wavelength filter" OFC, 1992)により提案された垂直カプラ・レーザ、および、Illek等の“広帯域電子波長同調に対して共方向的に結合されたツインガイド・レーザ・ダイオード”、電子報告、第27巻、第2207〜2208頁、1991年(Illek et al., "Codirectionally coupled twin-guide laser diode for broad band electronic wavelength tuning", Electron. Lett., Vol. 27, pp. 2207-2208, 1991)により提案されたACAレーザである。
【００５２】
広範囲な波長可変性はまた、僅かに異なるピーク分離による櫛状反射率を有する両面DBRを用いても達成され得る。波長選択は、Vernier効果により行われる。これらのレーザは、僅かに異なるサンプリング期間を有する２個の標本回折格子(Sampled Grating)DBR(SG-DBR)すなわち超構造回折格子DBR(Super Structure Grating DBR)を使用する。(Jayaraman等の“標本回折格子DBRレーザにおいて拡張された波長調整範囲”、IEEE光子技術報告、第5巻、第489〜491頁、1993年(Jayaraman et al., "Extended tuning range in sampled grating DBR lasers", IEEE Photon. Technol. Lett., Vol. 5, pp. 489-491, 1993]に記述された)上記SG-DBRは概念的に更に単純であるが、(Ishii等の“広範囲波長同調に対する多相シフト超構造回折格子DBR、IEEE光子技術報告、第5巻、第613〜615頁、1993年[Ishii et al., "Multiple phase shift super structure grating DBR lasers for broad wavelength tuning", IEEE Photon. Technol. Left., Vol. 5, pp 613-615, 1993]に記述された)SSG-DBRに劣ると共に融通性が低い。上記波長調整特性(tuning characteristic)は、設計パラメータと、各SG-DBRもしくはSSG-DBRの反射の均質性とに強く依存する。このタイプのレーザは現在市販されている。
【００５３】
上記性能を改善すべく、追加フィルタリング機構が付加され得る。GCSR(回折格子カプラ標本反射器)レーザは、追加フィルタとしてのSG-DBRもしくはSSG-DBRに対し垂直共方向性カプラを組合せる。このタイプのレーザは今や商業生産されている。
【００５４】
上記GCSRおよびSSG-DBRレーザの両者に関し、100nmを超える全体的波長調整範囲が達成されると共に、Erウィンドウ(40nm)全体に亙る完全な波長有効範囲が例証された。4Gビット／秒における直接変調、ならびに、10ns未満の切換時間が報告されている。故に上述のレーザは本発明において使用され得る。
【００５５】
本発明に従い使用され得る他の公知の広範囲波長可変レーザは、種々のYレーザである。これらのレーザは、共通導波管からのY分岐路により形成される異なる長さの２個または３個のレーザ光線発生キャビティを有する。電極分離により各分岐路において屈折率(index)を制御することで、同調が行われる。各部分は通常は全てが能動的である。しかしこれらのレーザのSMSRは低く、波長制御は複雑で不安定(critical)である。
【００５６】
本発明に対する波長能動送信器のための広範囲波長可変レーザの代替的な手法は、集積DFBアレイ、フェーズド・アレイ・レーザおよび外部キャビティ・レーザである。最初の２つの手法は波長可変レーザではないが、任意の個数の固定波長に設定され得るレーザである。上記DFBアレイの手法は更に完成したDFB技術を使用するという利点があり、この場合には比較的に低い波長ドリフトが確立され得る。フェーズド・アレイ・レーザは、基本的に低い波長ドリフトを与え得るべく各波長部分に対する多数の湾曲導波管間の位相関係を利用する。DFBレーザ・アレイの例は、Zah等の“WDM光ネットワークに対して集積コンバイナおよび光増幅器を備えた多波長DFBレーザ・アレイ”J.Sel.Top.QE.第3巻、第584〜597頁、1997年(Zah et al., "Multi-wavelength DFB laser arrays with integrated combiner and optical amplifier for WDM optical networks", J. Sel. Top. QE, Vol. 3, pp.584-597, 1997)に記述されている。しかし、これらの両手法の不都合は、チップが大寸で複雑であることから波長可変レーザよりも本来的に更に高価であり、また、波長の各チャネルおよび間隔はチップのパラメータにより決定されることから融通性および歩留まりが低いことである。外部キャビティ・レーザは、レーザ・チップの外側の機械的配置構成からのフィードバックを使用する。これらのレーザは優れた安定性を与え得るが、一般的に嵩張り、簡素でなく、製造には相当の費用が掛かる。
【００５７】
広範囲な波長有効範囲は、相互に波長調整範囲が重なる狭幅的な複数個の波長可変レーザを配置すると共に、これらのレーザからの光を導波カプラにより単一のファイバへと結合することでも可能となる。斯かる多数の狭幅的波長可変レーザは、本発明に対して使用され得る。但し、単一個の広範囲波長可変レーザを使用すると、波長が整合した多数の狭幅的波長可変レーザを使用するのと比較して相当の利点が得られる。
【００５８】
図８には、波長可変レーザ80の例示的概略図が示されている。該波長可変レーザは、バス・コネクタ82を介してバスに接続されると共に、電源コネクタ84を介して給電される。レーザ・パッケージ90を駆動するドライバ88はマイクロプロセッサ86が制御する。レーザ・パッケージ90の出力は光ファイバ92へと導向される。上記波長可変レーザの各要素の温度は、温度制御部94が制御する。上記レーザは、Erウィンドウ(1580nmまで拡張可能な1520〜1560nm)全体を完全に波長包含し得る４セクション(four-section)レーザとされ得る。典型的な出力パワーは数mW程度(ファイバ非結合)である。上記WDM送信器は、全体的Erウィンドウ内における任意の波長もしくはチャネルへと遠隔的に設定され得ると共に、そのチャネルにおいて2.5Gビット／秒もしくは10Gビット／秒にて(直接的にもしくは外部から)変調され得る。他の波長範囲が使用され得ると共に、本発明は上記の例示的1520〜1560nm範囲に制限されない。レーザは完全な波長有効範囲を許容することから、チャネル数およびチャネル間隔は任意とされ得ると共に特定のシステム要求に対して適合調整され得る。上記WDMモジュールの既定のチャネル設計は、100GHz間隔で中心周波数が193.1THzのITU格子とされ得る。上記間隔の割合は、チャネルの合計数を増加すべく使用され得る。たとえば上記間隔を半分(50GHz)にすると、想定された波長調整範囲に対して128個ものチャネルが許容される。
【００５９】
上記広範囲波長可変レーザの性能は、波長調整範囲、波長有効範囲、出力パワー、および、サイドモード抑制に関して依然として改善されている。GCSRレーザにおける67nmおよびSSG-DBRレーザにおける62nmの擬似連続同調(すなわち、波長調整範囲内の全ての波長は一つ以上のキャビティ・モードを使用してアクセスされる)は、三同調電流制御(three-tuning-current control)を要すると例証された。
【００６０】
マイクロコントローラにより駆動される４個の独立した電流源と温度制御器とにより各波長可変レーザが駆動されるというモジュールは、ソフトウェアを使用して実現され得る。上記レーザ・モジュールは自給式のユニットとされ得るが、その場合に唯一必要な入力は、可能的には変調信号およびDC電力入力である波長／チャネルおよびパワーを示すバス・コマンドである。
【００６１】
上記WDM送信器の長期的な波長安定性に関しては、レーザの低劣化速度に対して応答するだけでなく、波長およびモードを安定化すると共に一切の可能的劣化を補償する能動デバイスに対しても応答することが有用であり得る。斯かるデバイスとしてはたとえば、従来のルックアップ・テーブル制御システムおよび／または従来の能動フィードバック・システムが挙げられる。これらのデバイスは、レーザ・サブシステムに含まれ得る。
【００６２】
制御システム
本発明の上記ネットワークは、一個以上のネットワーク・レイヤを制御し得る制御システムを使用して制御される。上記制御システムは、ネットワーク・トポロジ、および、ネットワーク内の種々のネットワーク要素および接続を制御する。上記制御システムはまた、性能監視および障害管理も実施する。上記制御システムは概略的に大域的制御システムを含むが、該大域的制御システムは、各ノードまたは各ネットワーク要素にてローカル制御システムに作用することでネットワーク機能を再設定し得る。上記ローカル制御システムは、光パワーレベル、波長および警報信号などの各ノード、すなわちネットワーク要素、を管理する。上記ローカル制御システムはまた、障害が生じたときにノードの再設定も管理し得る。
【００６３】
図９には、制御システム96の一例が示される。概略的に、各ノード110における波長可変レーザはローカル制御システム100により管理されることから、大域的制御システム98により集中的にプログラム可能とされ得る。たとえば上記波長可変レーザがバックアップ・レーザとして使用される場合、または、直近におけるファイバの破断が観察されたとき、ローカル障害はローカル的に解決され得る。上記波長可変レーザは遠隔的に、任意の所望の波長および(特定範囲内の)出力パワーに設定され且つ／又は投入／切断され得る。当業者であれば理解し得る様に、上記制御システムに対するハードウェアおよびソフトウェアは市販されている。上記送信器は波長可変であれ固定波長であれレーザ配列であれ、通常の場合にはローカル制御システム100により制御され得る。
【００６４】
上記波長可変レーザはプログラム可能であることから上記制御システム98は遠隔的に、上記ネットワークを再設定すると共に即時のトラフィックルート制御／再ルート制御要求に対して迅速かつ効率的に反応し、上記ネットワークのドリフトを最適化しまたは保護経路を提供し得るという利点が得られる。これに加え、上記レーザのプログラム可能性によれば、同一基準に関するレーザ波長の精度ならびに経年変化効果(ageing effect)の補正も許容される。これらは、実現されるネットワーク解決策に関わらずに更に小さなチャネル間隔を可能とする有益な特性である。
【００６５】
無交換網目状ネットワーク
無交換網目状ネットワークを実現する基本原理は、ノードにおける受動的固定波長フィルタが当該ネットワークに亙る固定波長依存経路（fixed wavelength-dependent path）(“カラー・ハイウェイ（colour highway）”)を生成することである。上記ネットワークの任意の箇所において、光信号が追随し得る方向はその出所(origin)および波長により明示的に決定される。上記ファイバ・ネットワーク自体は一組の所定規則を備えた受動媒体である。一つのノードAと別のノードBとの間の接続を確立するには、AおよびBの両者が属する各カラー・ハイウェイの一つに沿って信号が導向される如く、送信器において適切な波長が選択されねばならない。基幹領域での用途に対しては、保護目的のために各々のノード対に対して少なくとも２本の独立した物理的経路が利用可能とされるべきだが、この規則はネットワークの他の部分にては緩和され得る。受信器端は、正しい信号が抽出され得る如く波長フィルタを必要とする。各ノードにては受信のために専用波長が割当てられ得ると共に、その場合には受信器は信号抽出のための固定波長フィルタを備え得る。代替的に、帯域幅が各ノード間で共有されてオンデマンドで割当てられ得る様に、受信器端にて波長可変プログラマブル・フィルタが実装され得る。これにより、ネットワーク資源の動的割当てと良好な波長再使用の可能性が許容される。一方、受信器は接続を確立すべく通知される必要がある。
【００６６】
カラー・ハイウェイに沿った波長割当量(Wavelength budget)およびオンデマンド帯域幅(Bandwidth-on-Demand)
N×M網目状ネットワークを想定すると共に、一例として図１に示された如く20個のノード12から成るネットワーク10を想定する。更に、各々が異なる行および列に属する２個の縁部ノード(edge node)を想定する。図１に示された如く、接続経路14が選択され得る。その場合、AからSへの方向における該経路内の任意のノード間の全ての通信に対して一組の波長が割当てられ得る。この例において上記経路は７個のノードすなわちA、B、C、G、K、O、Sを備えると共に、AからSへの方向における各ノード対に対して一つの光チャネルを提供するには各ノード間にて合計で21通りの接続が必要とされる。しかし、これらの接続は全てが同じファイバを共有はしないことから、波長が再使用されることもある。たとえば接続ABにおいては、接続BC、CG、GK、KO、OSと同一の波長が使用され得る。AC、CKおよびKSに対しては別の波長が使用され得る。故に、これらの２１通りのノード対の接続を網羅する上で必要な波長の最小合計数は、実際には１３である。この“一方通行ハイウェイ”内で全ての接続が可能となるのを確実とする最小限の１３個の波長を割当てる代わりに、この経路に対してはたとえば必要最小数の２倍の波長などの様に余剰数の波長が割当てられ得る。その場合にこの余剰容量はオンデマンドで割当てられ得ることから、このノード群内におけるローカル接続要件は該要求が生じたときに満足され得る。もし１本のファイバ上における双方向の送信が考慮されるなら、波長割当量は倍加されねばならない。
【００６７】
各ファイバにおける単方向送信を用いた無交換網目状ネットワークおよび隣接ノード間の一対のファイバ
無交換網目状ネットワークを実現する上では、ノードの個数、これらのノード間の容量要件、各ノードを接続するファイバの本数、利用可能な波長の個数、および、各波長により担持される容量に依存して多くの手法が在る。
【００６８】
概略的方法は、無交換網目の各々を実現すべく一つより多い物理的レイヤを並列に使用することである。各物理的レイヤは、ノードの合計数の全てもしくは一部を備え得る。各レイヤ内において信号が送信され得る方向は、第1には純粋に幾何学的条件(流れ方向の制限)により、第2には信号の波長に依存して(波長依存規則)、制限される。純粋な無交換網目に対しては、ルート制御方向に関する限りはノード機能性を再設定する可能性は無く、ノードにおいて設定され得る唯一の機能は(選択的な)分岐挿入機能(add-drop function)である。端部間光接続は端部ノードにて、より正確には送信器側にて明示的に決定されるが、動的帯域幅割当ての全体が使用される場合には受信器に通知されねばならない。
【００６９】
此処では各ファイバにおいて単方向送信が使用される場合の適切な解決策を見い出すことにし、また、隣接ノードの各対の間で利用可能なのは２本のファイバのみと想定する。これは、本発明の設計原理および方法を明確化するに資するネットワーク設計態様の一例である。
【００７０】
図２は、各々がN×M個のノード12を備えると共に専用ファイバ・インフラストラクチャを備えた２つの別体の物理的レイヤ16、18を示している。図２において各ノード12は円により表されると共に各レイヤに対して１度ずつ描画されている。但し、図２においては合計でN×M個のノードのみが存在し、以下の説明を容易とすべくその様に描画されていることを指摘せねばならない。各ノードを接続している線は光ファイバ20である。レイヤ16内において、一方の対角線ならびにこの対角線内における流れ方向が選択される。図２の一例に対しては太い灰色矢印により示された如く、ノード(1,1)からノード(N,M)への対角線が、可能な流れ方向の内で選択された流れ方向とされ得る。引き続きレイヤ18においては、別個の流れ方向が選択される。たとえば、(N,M)から(1,1)への対向する流れ方向が選択され得る。この系において可能な４つの流れ方向は、図２の右上部に示され、北に対してはN、東に対してはE、南に対してはS、西に対してはWにより表されている。引き続き各レイヤにおいては、割当てられた対角線に“平行”な流れのみが許容される。換言すると、全ネットワーク的ルート制御制限条件(network-wide routing restrictions)すなわちネットワーク内の少なくとも幾つかのルータにより共有される制限条件が課され、可能的流れ方向の選択に対する光信号のルート制御が制限される。これが意味するところは、レイヤ16においては東および／または南結合移動を含む接続のみが許容され、且つ、レイヤ18においては西および／または北結合が許容されるということである。上記の流れ方向において各レイヤには“カラー・ハイウェイ”が確立される。斯かるハイウェイの例は、図２において細点線矢印で示される。この点に関しては同一の行および列における接続が最も単純である、と言うのも、方向の転回もしくは変更が含まれないからである。これらの接続は、正しい方向に信号を送信し、正しいチャネルへと同調することを受信器に通知することで実現され得る。故に、これらの２つのレイヤ16および18では、同一の行もしくは列に属する全てのノード対、ならびに、残りの接続の50％は、直接的に接続され得る。たとえばこの解決策によると(図１における)ノードEからノードBへの接続は許容されない、と言うのも、レイヤ16においては東結合移動のみが容認されるがレイヤ18においては北結合のみが容認されるからである。しかし、もし２つのレイヤ16および18が各ノードにてまたは選択されたノードのいずれかにて相互接続されるなら、全てのノード間接続が可能となる。以下においては全てのノードがレイヤ間接続を提供するという場合が例として使用されるが、この課題を実現するノードの他の部分集合に対しては同様の解決策が見い出され得る。
【００７１】
先に述べた如く、この例においては物理的に別体の２つのレイヤ16および18により東−南(南−東)および北−西(西−北)の組合せが可能である。図３Ａに概略的に示された如く、全てのノード対を接続し得るためには、東−北(北−東)および南−西(西−南)の組合せも可能なことが必要である。これは、２つのレイヤ16および18を相互接続することで達成され得る。レイヤ間接続に対する付加的理由は、保護目的のために代替的経路を提供することである。尚、全てのノードが常に相互に対話するとともに各リンクにおいては過重なトラフィックが搬送されるという基幹ネットワークの場合には、２つの独立した経路を利用し得ることが好適なことを銘記されたい。此処までに案出された方式においては殆どのノード対に対して２つの独立した経路が利用可能であるが、同一の行または列における２つのノード間の接続は、直接的な(すなわち最短の)経路によってのみ達成され得る。一例として、たとえば図１におけるBとCとの間におけるファイバ部分の場合、もしA-E-F-G-C、B-F-G-C、B-F-G-H-Dが夫々可能であれば、直接的接続AC、BC、BDは保護され得る。これは、レイヤ間接続の２つの例を示す図４に示された如く解決され得る。斯かる接続は、レイヤ16および18間の両方向におけるレイヤ交差を必要とする。
【００７２】
ルート制御アルゴリズム
ルート制御手法の大部分は既に上述した。しかし、図２における“カラー・ハイウェイ”の各々において専用波長が使用されるなら、上記例示的ネットワークに対して必要な波長の最小合計数は数百であるが、これは今日の技術では非現実的な個数であり、また将来において実現されたとしても、いずれにせよ多くの設計処理問題を引き起こす。この個数は、たとえば各光信号に対して波長依存規則を課すことにより、波長割当てに対して洗練されたアルゴリズムを使用すれば劇的に減少され得る。これを達成する上では此処でも一つ以上の方法が在るが、以下においては一つの例が与えられる。
【００７３】
一つのレイヤ内での接続
図３Ａに示された如く各組のノード内における接続に対しては一群の波長が割当てられる。図３Ａにおける両頭矢印は、どのノードが対応波長群により相互接続されるかを示している。各群における波長数は設計パラメータであると共に、この群により奉仕されるべきノード数の関数とされるべきことを銘記されたい。波長群H(水平)は行内における接続に対して使用される一方、V(垂直)は列内における接続に対して使用される。付加的な波長群が割当てられるが、この場合にi＝1...Nに対する群Eiは東への転回を表すと共にN個の行の各々に対して先ず列内における移動を且つ次に行内における移動を含む接続に対して特に使用される一方、j=1...Mに対する群Sjは南への転回を表すと共にM個の列の各々に対して先ず行内における移動を且つ次に列内における移動を含む接続に対して特に使用される。同様に、レイヤ18においては群HおよびVが割当てられると共に群Wiは西への転回を表し且つNjは北への転回を表す。これらの接続は各レイヤの内部的なものであることから、レイヤ16内においてはレイヤ18内におけるのと正に同一の波長群が使用され得る。群Ei、Sj、WiおよびNjは部分的に重複している。
【００７４】
図３Ｂに示された如く、規則的網目において全てのノード対間の直接的接続を達成するためには８通りの基本流れ方向が可能とされる必要がある。図３Ａにおける階層化ネットワークによればこれらの内の４通りのみが網羅され、すなわち、図３Ｂにおいては実線で示される。
【００７５】
２つのレイヤ間の接続
全てのノード接続を実現すべく且つ全ての接続に対して代替的経路を提供すべく、レイヤ間接続が必要とされる。斯かるレイヤ間接続の２つの例は、図４における２つの矢印により示される。２つのレイヤ16および18においては同一の波長が共有されることから、レイヤ間交差において使用される波長に対してアルゴリズムが必要とされる。これは次の代表的規則により提供される：一つのレイヤから他方のレイヤへと交差する各信号は、最終接続移動を第2レイヤ内において実施せねばならない。この移動の方向、ならびに、これが生ずる列もしくは行の番号は、その信号が搬送される群を明示的に規定する。たとえば図１におけるノードEからノードBへの接続に対し、最終方向は列２の北結合であることから、群N2が使用されねばならない。図４において実線矢印は、ノード(1,M)からノード(3,2)への接続を示している。この波長は、群S2に付加される必要がある。群N3に対しては点線矢印が付加されるべきなので、特にノード(3,2)からノード(3,3)への接続が保たれる。
【００７６】
これに加え、信号により追随されるルート(経路)も配置構成されることから、波長再使用も適用され得る。たとえばレイヤ18から発してレイヤ16に(1,2)にて進入する信号に対して使用される波長群は、隣接ノード(1,3)とレイヤ18の列4との間の接続に対して使用される波長群と同一とされ得る。これらの信号は相互に交差したり平行に走ることが無いので、同一波長が使用され得る。
【００７７】
更に概略的な意味において、上述されたネットワークは、各ノードにおける光信号のルート制御を制限すべく全ネットワーク的ルート制御制限条件が光ネットワーク内における可能的流れ方向の選択に対して課されると共に、各流れ方向はネットワークの物理的ファイバ・インフラストラクチャを論理的に少なくとも２つのレイヤに分割することで規定され、一つのレイヤにおける少なくとも一つの選択流れ方向は別のレイヤにおける全ての選択流れ方向と別個であり、且つ、光信号に対しては波長依存規則が課される、というネットワークと見做され得る。好適実施例において、各レイヤは少なくとも一つのノードにおいて相互接続される。斯かるネットワークにおいて上記制御システムは、光送信器および／または受信器を制御することで該光ネットワークの全体に亙る光信号の端部間経路を制御すべく設定され得る。
【００７８】
ルータ機能性
此処までに検討されると共に図２、図３Ａ、図３Ｂおよび図４に示された上記ネットワークの例に対して必要なルータ機能性は、図５に示される。該ルータは、一つはレイヤ16内に且つ他方はレイヤ18内とされた正に同一の２つの部分から成ると見做され得る。これらの２つの汎用部材(generic part)の各々は、図１において想定されたネットワークの幾何学形状の結果として、３個の入力および３個の出力を有する。図５に示された如く、レイヤ16の一つの出力はレイヤ18の一つの入力に接続されると共に、レイヤ18の一つの出力はレイヤ16の一つの入力に接続される。これが意味することは、各汎用部材の一つの出力および一つの入力が２つのレイヤ間をルート制御する一方、２つの入力および２つの出力が各レイヤ内のルートを提供する、ということである。別のネットワーク幾何学形状に対しては、同様の構造が使用され得る。
【００７９】
ルータの実現
図５に示されたルータ機能性は、一つが図６に示された単一レイヤ・ルータ50を２個組合せることで実現され得る。ルータ50の基本構成ブロックは図６に示されると共に一組の波長フィルタ22およびサーキュレータ24を含み、数個の入力(この場合には入力31、32、33)からの信号は結合されてから、それらの波長に依存して数個の出力へとルート制御される。この例においては３個の入力が必要とされ、前期段落にて述べられた如く、その場合にネットワークは２つのレイヤを備える(すなわち、隣接ノード間に２本のファイバが在る)。この例においてこれらの入力は単純なパワー・コンバイナ26を使用して結合されるが、コンバイナ26は波長依存的ともされ得る。サーキュレータ24と共に引き続き各反射波長フィルタ22が使用され、必要な３個の出力(41、42、43)を提供する。市販されると共に優れた性能を有する比較的に安価な構成要素が使用され得る。
【００８０】
ルート制御された各群内の各光チャネルは連続的チャネルである如く選択され得ることから、これらの連続的チャネルは一つより多い波長チャネルを備えた一つ(またはそれ以上)の波長帯域を画成する。換言すると波長帯域とは、一つより多い連続的波長チャネルを備えた帯域である。概略的に、一群の波長は一つ以上の波長帯域を含み得る。単一波長の各群とは対照的に斯かる波長の帯域がルート制御されるなら、広帯域フィルタが最適な候補である、と言うのも、これらのフィルタはシステムの許容範囲を増大するからである。送信チャネルと反射チャネルとの間の鋭角的な減少および極めて高い抑圧比を備えた広帯域Braggフィルタが使用され得る。
【００８１】
但し上記の概略的な場合、各レイヤ内におけるノードの各入力は、図６における如く組合される必要は無い。上記波長ルータに対する主要構成ブロックは、単一入力に対するルート制御機能を実施し得る。本発明のこの実施例は図１０に示される。ルータ構成ブロック54において、各レイヤ内のノード12への入力34は、受動反射波長フィルタ22およびサーキュレータ24を使用して数個の出力51、52、53へとルート制御される。２つの入力と数個の出力とを備えた単一レイヤ・ルータを実現すべく、一つが図１０に示された斯かるブロック54の幾つかが組合される必要がある。この場合には、各入力では無く各出力が組合される。一実施例において各出力は、パワー・コンバイナを使用して組合され得る。
【００８２】
ノード12に対する複合波長ルータ(composite wavelength router)は、数個の単一レイヤ・ルータを用いて図５と同様に実現され得る。もし一つの複合的相互接続が各レイヤから別のレイヤに対して使用されるなら、この相互接続を、第2レイヤにおいて可能である別の送信方向へとルート制御するためには、図１０に示された如き付加的ルータ54が必要とされ得る。代替的に、図１０のルータ54の各々が、他のレイヤに対する該ルータ自身の相互接続(該ルータが相互接続され得るレイヤの各々に対してルータ54毎に一つの相互接続)を有し得る。これは、ルータ54の出力が第2レイヤの入力または出力のいずれかと組合されることを必要とする。
【００８３】
上記の例示的なルータは、光信号のルート制御を制限するための全ネットワーク的ルート制御制限条件をネットワーク内における可能的流れ方向の選択に課すべく設定されると共に、波長依存規則を課すべく設定される。当業者であれば理解し得る如く、サーキュレータおよびコンバイナなどの上述の光学的要素の幾つかは、上記ルータに対する等価的機能性を獲得すべく他の公知の光学的要素により置き換えられ得る。故に本発明は、本明細書中で論じられた例示的な光学的要素を使用する上記ルータに対する実施方式に限定されることを意図していない。
【００８４】
挿入機能
ノード12からの信号の挿入(addition)は、出力の各々に対して独立して生じ得る。換言すると、ルート制御機能が生ずる前に信号を挿入する代わりに、各信号はルート制御が生じた後に各出力にて独立して挿入され得る。これにより波長の再使用は最大化される、と言うのも、上記の概略的な場合においては異なる信号を搬送する一つ以上の出力の各々に対して同一波長が挿入され得るからである。
【００８５】
不規則的網目
図１における網目構造は規則的網目である。斯かる規則的構造が現実のネットワークに常に当てはまるのではない。しかし、上記論理的ネットワークは常に規則的網目として構築される、と言うのも、各ルータはノードが存在しているか否かに関わりなくネットワークの一切の物理的箇所に載置され得るからである。更に、上記ルート制御原理は“非直交”網目または事実上任意の網目状ネットワークに適合可能だからである。
【００８６】
他のネットワーク解決策
双方向送信
双方向送信も使用され得る。波長割当てに対する原理は、厳密に前記の如くである。唯一の相違点は、単一ファイバにおいては同一波長が両方向では使用され得ないという事実の故に、一定性能に対して必要な波長の合計数が増大することである。ルータの実現は幾分か厳しくなる、と言うのも、双方向性の故に入力および出力が実効的に増加されるからである。基本構成ブロックは再び図６および図１０に示される。分岐挿入機能、すなわちノードにて終端する信号が抽出されると共にノード12から発する信号が挿入されるという機能と、ルータの異なる部分と、の間の接続を提供するために、且つ、ルータの入力および出力において信号を正しく導向するためには、所定個数のサーキュレータ24が必要とされる。
【００８７】
高ノード度ネットワーク
図１において、各ノードは最大で４個の近傍隣接ノードを有する。上記の概略的な場合においては、４個以上の近傍隣接ノード12が必要とされ得る。この故に且つ他の設計的理由に依り、上記概略的な場合において、入力および／または出力の数が増大し且つ構成要素の組合せの数が増大することから、ルータは図５に示されたよりも更に複雑な機能性を提供することが必要とされる。たとえば、全ての入力および出力間における完全な2×2または3×3の接続性が必要とされ得る。これはまた、図６および図１０における汎用配置にルタ22の組合せに基づき、実現され得る。
【００８８】
３次元ネットワーク
此処までは、２次元の“平坦”な網目状ネットワークを考慮して来た。２つの別体のレイヤ16および18における物理的インフラストラクチャを分割してからその２つを相互接続することにより、２次元ネットワークは３次元ネットワークへと変換される。これにより、各レイヤ内にて課される上記制限条件に関わらず、全てのノード12間の直接的接続が許容される。３次元ネットワークを実現する上で、多数の縁部ノード間の直接的ファイバ相互接続は別の手法である。たとえば、i＝1...Nの全てに対するノード(i,M)からノード(i,1)への直接的ファイバ接続およびi＝1...Mの全てに対するノード(N,j)からノード(1,j)への直接的ファイバ接続は、円筒状ネットワークを生成する。この解決策が必要とするルート制御アルゴリズムは幾分か単純である、と言うのも、それは本質的に円筒状すなわち３次元のネットワークだからである。但しおそらく、これは最も実用的な解決策では無い、と言うのも、接続の幾つかに対してはネットワークを２度に亙り通過する極めて長寸の経路が必要とされるからである。
【００８９】
他のルート制御解決策
上述の如く、無交換網目状ネットワークを実現するには一つより多い手法が在る。各レイヤにおいて各隣接ノード12間に１本のファイバ20を備えた２つのレイヤ16、18を使用することが一つの出発点である。但し、別体的な４個の物理的レイヤが使用されるならば、全ての接続は容易に実現され得る。レイヤの各々においては相補的な流れすなわちES/SE、WN/NW、SW/WS、EN/NEが直接的に許容されることから、レイヤ間接続は必要とされない。欠点は、各ノードにおいて各レイヤに対して専用数の送信器および受信器が割当てられるべきことである。ネットワーク内における種々の個数のレイヤおよび／またはファイバにより、他の同様の解決策が可能である。全体的な原理は同一である。ノードの複雑さおよびインフラストラクチャの要件に関し、上記の２レイヤ無交換網目は良好な折衷案であることを銘記されたい。
【００９０】
光学的レイヤに対する新規なネットワーク概念
上記においては、無交換ネットワークを実現する手法が記述された。斯かるネットワークのサイズは制限される。故に、この概念を補足すべく交換機構(switching mechanism)が必要とされ得る。此処では、今日において各OXCにより実施される波長ルート制御に基づく全光ネットワークの従来の概念に伴う多数の問題を解決する、光学的レイヤに対する新規なネットワーク概念が提案される。すなわち図７に示される如く、上記物理的レイヤを(少なくとも)２つの構成レイヤ70、76へと分割することが提案される。下位レイヤ70は、無交換である各部分的ネットワーク72、すなわち、端部間接続(end-to-end connection)における中間ノードにおけるルート制御機能は、設定可能な能動スィッチおよびOXCとは対照的に、受動構成要素を使用して実施されるという各部分的ネットワーク72を含む。故に部分的ネットワーク72は上述された如く、ルート制御を制限する全ネットワーク的ルート制御制限条件をネットワーク内の可能的流れ方向に課すと共に、波長依存規則を課すことで実現され得る。これらの無交換区域(switchless island)は、OXC74を介して、または、他の交換且つ／又は設定可能要素を介して相互接続される。上記無交換部分的ネットワークは、典型的な国家的欧州基幹ネットワーク(national European backbone network)もの大きさとなり得る。この様にして、たとえば汎欧州ネットワーク(pan-European network)が、第2レイヤ76を介して相互接続された国家的レベルの無交換ネットワークを用いて実現され得る。この概念においてOXC74に課される要件は、従来のWDMネットワークにより意味される処すなわちルート制御がOXCにより実施される場合よりも、相当に単純である。此処で提案される交換レイヤに包含されるべき、処理される必要のあるチャネル数、接続の個数、ならびに、ファイバ入力および出力の数は、相当に減少される。これに加え、図７におけるOXCレイヤ76の各ノード間に包含される伝送長さは典型的に、信号の再生が必要とされる如きものである。交換／OXCレイヤ76に到達する信号の品質が良好なので、今日においてOXCを実現する上でのクロストークなどの制限要因の多くは緩和される。交換レイヤ76および無交換レイヤ70間の共通部分もまた、可能的には最初に電気的に且つ後に光学的に完全再生が実施され得る通常箇所である。この概念は更に、技術的制限だけでなく純粋に管理の理由によりトランスペアレントな区域(island)が画成されることが予測されるというネットワーク進化に関する新たな見込みと良好に一致する。代替的に、最上レイヤ76自体が無交換ネットワークでも良い。換言すると、部分的ネットワーク72は別の無交換ネットワークにより接続され得ると共に、ネットワーク階層の最上位における交差接続ネットワークは必要とされない。その場合、各部分的ネットワーク72内で波長割当量が枯渇したならば上記２つのレイヤ間の境界にては光／電子的変換および／または波長変換が必要とされる。
【００９１】
此処で案出されたネットワーク概念の導入が意味する処は非常に劇的であり得る。典型的な国家的ネットワークのサイズの高性能光ネットワークが、既存のまたは現況の技術により実現可能となる。動的で融通性の在るネットワークの構想が、現実的な経済性により技術的に可能となる。実際、相当に複雑で保守の困難なOXCが相当な程度まで、簡素で低コストな受動フィルタにより置き換えられる。このネットワーク概念は、光ネットワークならびに一般的な通信の進化における画期的な出来事となり得る。
【００９２】
ネットワーク特性および拡張
スケーラビリティ
上記無交換ネットワークが無限に拡張可能(scaleable)なのは明らかである。ネットワークの最初の設計には、ノードの付加の可能性を考慮すべきである。また、所定の物理的アーキテクチャおよび所定群の性能要件に対して利用可能な波長数により明示的に決定される収容可能ノード数に対する本来的な制限も在る。しかし光伝送システムにおける既存の技術水準に依れば、この上限は、３〜５年以内に発展することが期待されるノルウェーの国家的ネットワークなどの合理的に大規模なネットワークに対応するものである。トラフィック要件の更なる増大は、別の無交換ネットワークを用いて又は階層的ネットワーク解決策における交換(可能的にはOXC)レイヤにより相互接続された数個の無交換ネットワークを用いて対処され得る。また将来においては、光伝送の分野における進歩、チャネル間隔の狭幅化、および、各チャネルにより担持される容量の増大により更なる改良が可能であろう。
【００９３】
部分的交換ネットワークへの拡張
ノードにおいて一対の簡素なスィッチおよび／または所定数の波長変換器を付加すると定する限定的可能性が得られる。交換機能は、通常の信号ルート制御に対してでは無く、無交換プラットフォーム自体の再設定(reconfiguration)に対して使用される必要がある。
【００９４】
アップグレード可能性
波長の帯域がルート制御されたときに上記無交換網目状ネットワークは、波長数に関する限り比較的に容易にアップグレード可能である。チャネル間隔はルート制御要素における変更を必要とせずに、相当に減少されると共に送信端および受信端にて決定され得る。たとえば直接的検出からヘテロダイン検出技術などへのコード化技術もしくは検出技術の変更は、ルート制御要素の変更を伴わずに極めて容易に取入れられ得る。唯一の例外は、フィルタのロール・オフが制限要因であるルータ帯域の各縁部におけるチャネルである。但し、可能的には所定数の波長が使用されなくなるが、これらの波長範囲にては保護帯域が実施されてこの問題を回避し得る。最後に、フィルタ自体をアップグレードしても、それほどの費用は必要でない。
【００９５】
時分割多重を用いた帯域幅共有およびパケット交換
このタイプのネットワークによれば帯域幅がオンデマンドで割当てられ得るが、これは実際に上記ネットワーク概念の利点の一つとしての特性である。本明細書中でこれまでに想定された如くネットワークにおける接続が半永続的で無く相当に突発的な場合、時分割多重を付加的に用いるのが好適である。その場合に送信器は、別個の各受信ノードに対して連続的信号が送信される如く十分に高速に、一つの波長から他の波長へと切換わらねばならない。また、信号が搬送される波長が実際に、ネットワークに亙る明示的ルート制御“タグ”である場合には、パケット交換もまた対処され得る。ネットワークに亙るパケットに対して直接的な端部間接続を提供するために、送信器はパケットの開始時にて新波長へと同調せねばならない。この様にして上記無交換ネットワークは、更に上位のネットワーク・レイヤに対してトランスペアレントで融通性のあるプラットフォームを提供すると共に、たとえばインターネット・プロトコル(IP)パケットまたは非同期転送モード(ATM)セルの端部間送信を促進する。
【００９６】
ノードおよびルータ
上記で論じられた如く本発明に係るノードは、所定入力ポートにおける到来波長をルート制御設計および固定波長依存規則(fixed wavelength dependent rule)に従い一定の出力ポートにルート制御する受動ルータを含む。各ルータは、各群の周波数チャネルに対して特定されたルータ自体の機能を有し得る。所定のチャネル群に対してルータは、全ての入力ポートからのその群内で搬送された各信号を組合せると共に、全ての信号を出力ポートの一つへと導向せねばならない。
【００９７】
以下において更に論じられ如く、上記ネットワーク内の各ノードは単に一つのルータ、もしくは、ルータの組合せを含み得る。これらのノードは受動ノードと見做され得る。一方、他の各ノードは送信器および受信器などの他の能動構成要素を含み得る。これらのノードは能動ノードと見做され得る。上記能動ノードおよび受動ノード(すなわちルータ)は、一本以上のファイバ・リンクを介して相互接続される。上記ネットワークにおける交換(switching)は、上記ルータの再設定により達成される代わりに、送信器の光周波数を変更して又は受信器により選択される光周波数を変更して能動ノードにより実施される。交換は能動ノードにて実施され得ることから、上記受動ノードすなわちルータは基本的に、一切の能動ノードから離間して上記ネットワーク内の任意の箇所に電源なしで載置され得る簡素で信頼性の高い要素となり得る。
【００９８】
それらのルート制御機能を実施すべく各ルータは、サーキュレータ24と組合された反射フィルタ22を含み得る。フィルタ22は、たとえば薄膜干渉フィルタ、たとえばカナダのガティノー(Gatineau)のInnovative Fibers社から市販されているファイバBragg回折格子フィルタ、または、他の回折格子フィルタなどの従来のフィルタとされ得る。一実施例においては、個々のチャネルに対して単一チャネルのファイバBragg回折格子(FBG)フィルタの複数個を相互に接合し、一つより多い周波数チャネルを網羅するルータが作成される。50GHzチャネル間隔に対するフィルタは、市販されている。
【００９９】
本発明に従い設定されたフィルタ22およびサーキュレータ24は、融通性に関して全光ネットワークで実現され得る受動ルータを提供する。たとえば図６に示された如く使用された場合、個々の入力が組合されて個々の出力へとルート制御され得る。図１０に示された如く使用された場合、２つの異なる入力からの同一波長は同一の１個の出力へと導向され得る。当業者であれば理解し得る如く、本発明のルータは上記で論じたChen等の“ファイバBragg回折格子式の大寸無閉塞多重波長クロスコネクト”に開示されたルータとは異なる。Chen等においてルータはハードワイヤド・クロスコネクトであり、すなわち、各入力からの各波長は所定出力へと導向されると共に、異なる各入力に由来する同一の光波長の各信号は同一の１個の出力へと導向されてはいない。一方、本発明のルータは、ネットワーク管理システムにより完全に利用され得る一群のルート制御可能性を提供すべくルート制御において高い融通性を許容する。本発明においては、２つの入力が一定波長を同一出力へと導向し得るが、それに対して管理システムは、この波長の使用を２つの入力の一方のみに対して許容する。これは、再設定可能もしくは再設定不能な形態のいずれにせよこれまでにネットワークにおいて想定されたクロスコネクト機能性とは別個の新規な機能性である。上記のChen等の波長ルータは本発明のルータと同一様式では機能し得ない、と言。この点、もしChen等のクロスコネクトがネットワークに適用されるならばそのネットワークに対するルート制御アルゴリズムを案出すべきことを銘記されたい、と言うのも、網目状ネットワークにおける各クロスコネクトの縦続接続を以て100個以上の波長を組合せることは極めて大きな個数だからである。Chen等は上記ルート制御問題に対処せずに、ハードワイヤド・クロスコネクトを構築する方法を提供することで基本的に、公知の機能性(交差接続[cross-connection])の構成要素の技術的側面に取り組んでいる。
【０１００】
Pan等の米国特許第5,748,350号(“'350号特許”)にも光サーキュレータと組合されたファイバBragg回折格子フィルタが記述されている。上記'350号特許は、光学的挿入機能、光学的分岐機能および光アド・ドロップ・マルチプレクサを実現する方法を記述している。Pan等の構成要素の幾つかは本発明の実施例により使用される構成要素と類似しているが、これらの２つの発明は完全に別個である。Pan等は、一定のアルゴリズムに基づき波長ルータを実現する方法に取り組んでおらず、ネットワークを実現する手法を開示してもいない。Pan等の如き挿入マルチプレクサおよび分岐マルチプレクサの組合せを付加的フィルタに組合せると、Chen等によるハードワイヤド波長クロスコネクトの限定形態に帰着する。但し斯かる組合せは、前の段落で説明した理由により、本発明に帰着しない。
【０１０１】
図１１Ａには、本発明に係る簡素な3×3ルータ110の例が示される。該ルータは３個の入力111、112および113の各々にて光パワーの1/3を取り出し、一つの周波数チャネルを出力114に、別の周波数チャネルを出力115に且つ残りの各周波数チャネルを出力116へと送信する。ルータ110は、溶融ファイバ・カプラ126、各光サーキュレータ124、およびファイバBragg回折格子120、122などの市販の構成要素を含む。図１１Ｂには、本発明に係る簡素な4×4ルータ130が示される。ルータ130は、夫々３個の入力を備えた一対の方向性カプラ132、および、一対の1×3波長ルータ134を含む。
【０１０２】
本発明に依れば、上記ネットワーク内におけるノードの機能に依存して各ノードは付加的ハードウェアも含み得る。たとえば送信ノードは、上述された如く一つのまたは複数の広範囲波長可変レーザ・モジュールを、変調器および同期転送モジュール(synchronous transport module)と共に含み得る。各ノードはまた、カプラ、コンバイナ、プログラマブル通過帯域波長可変フィルタ、光増幅器、前置増幅器、分散補償ファイバ、および他の従来のハードウェアも含み得る。上記ネットワークの一つもしくは幾つかのノードには、トランスポンダ形態で広範囲波長可変レーザを含み得るプログラマブル波長変換器も含まれ得る。
【０１０３】
図１２には、本発明に係るノード12の例が説明のために示される。図１２は、図５および図６に示された上記原理に基づく限られた機能性のルータ140を示している。ルータ140はノードFに載置されると共に、図１における該ノードの隣接ノードB、E、G、Jに向かう／からの信号をルート制御する。ノードBおよびノードEからノードFに入る各入力信号は、コンバイナ142で結合されてからサーキュレータ144に入る。サーキュレータ144はこれらの結合信号を先ず反射フィルタ146および148を介して送信することから、反射フィルタ146、148の２つの帯域に属する波長チャネルが反射されてから該サーキュレータ144により次の出力へとすなわちFULに向けて導向される。上記波長チャネルの残りはフィルタ146および148を透過して伝送されてサーキュレータ150に入る。斯かる残りの波長チャネルはフィルタ152に導向されることから、フィルタ152の波長帯域に属する各チャネルはサーキュレータ150の次出力に向けて反射されてノードJに到達するが、各チャネルの残りはノードGに到達する。箇所FULに到達した各チャネルは、ノードJからの各入力を備えたコンバイナ154において組合わされ、サーキュレータ158に到達する。上記と同様に、フィルタ156の帯域に属する各信号は該フィルタ156により反射されると共に、サーキュレータ158の次出力を介してノードEに到達する一方、各チャネルの残りはノードBへと導向される。ノードF(図示されたノード)に宛てられた各チャネルは各コンバイナ箇所の後で、すなわち、ノードBもしくはEから入る各信号に対するコンバイナ142の後、および、ノードJからノードFに入る各信号に対するコンバイナ154の後で、分岐される。この例において、ノードGからノードFには信号は入らない。但し本発明はこの実施例に制限されるものでない。同様に、図１２には挿入機能は示されていないが、本明細書中で先に説明された如くノードFの各入力または各出力のいずれかにて付加され得る。
【０１０４】
上記の教示に鑑みれば、本発明の多くの改変および変形が可能であることは明らかである。故に添付の請求の範囲の有効範囲内において本発明は本明細書中に特に記述された処とは別様に実施され得ることは理解される。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明に係る規則的網目状ネットワークの一例を示す図である。
【図２】本発明に係る２個の物理的ネットワークにより実現されたN×M無交換ネットワークを示す図である。
【図３Ａ】本発明の実施例に係る光ネットワークにおける各レイヤ内の帯域割当ての概略図である。
【図３Ｂ】図３Ａの各基本流れ方向を示す概略図である。
【図４】本発明に係る光ネットワークにおける中間レイヤ接続の２つの例を示す図である。
【図５】本発明に係る受動ルータの機能を示す図である。
【図６】図５のルータの構成ブロックを示す図である。
【図７】本発明の実施例に係る無交換部分的ネットワークを備えた交換光ネットワークを示す図である。
【図８】波長可変レーザ・モジュール・レイアウトの概略図である。
【図９】ネットワーク管理システムの概略図である。
【図１０】本発明の実施例に係る波長ルータに対する主要ブロックを示す図である。
【図１１Ａ】本発明に係る３×３ルータを示している。
【図１１Ｂ】本発明に係る４×４ルータを示している。
【図１２】本発明に係るノードにおけるルータの更に詳細な例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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