(57)【要約】  本発明において単独周波数が各光パケット（２６）のアドレス指定ヘッダとして使用される。単独周波数トーンの周波数は、ディジタルペイロードの基底帯域内にあり、望ましくは無線周波数トーンである。単独周波数トーンはデジタルペイロード内で多重送信され、光キャリアのエンベロープに変調される。周波数は光パケット（２６）のアドレス又は出力ポート（３４、３６）を標示し、これは異なるネットワーク内の宛先には異なる周波数が対応することを意味する。この光パケットを切替えると、周波数トーン（ｆｊ、ｆｋ）のパワーが測定される。トーンが存在すると、そのアロケーションに対応する光経路が開かれ、トーンが消えると経路が閉じる。周波数トーンの狭帯域により、デジタルペイロードの任意の障害は基本的に無視してよい。
2005516566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パケット(２６)を生成する方法であって、
エンベロープ(２)を光キャリアに供給し、
周波数基底帯域にわたるデジタルペイロード信号(１)を供給することを含み、
更に前記周波数基底帯域範囲内にある規定の非変調周波数トーン(３)を生成し、
デジタルペイロード信号(１)でこの周波数トーン(３)を多重送信し、
この周波数トーン(３)とデジタルペイロード信号(１)の多重送信信号をエンベロープ(２)に変調する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
エンベロープが時間フレーム(２)であることを特徴とする請求項１に記載の光パケット生成方法。
【請求項３】
規定の周波数トーン(３)が光パケット(２６)のヘッダ情報を表示することを特徴とする、請求項１または２に記載の光パケット生成方法。
【請求項４】
前記ヘッダ情報が前記光パケット（２６）のアドレス及び／又は経路決定（ルーティング）情報であることを特徴とする、請求項３に記載の光パケット生成方法。
【請求項５】
前記規定の周波数トーン(３)の周波数が予定されたアロケーションテーブルに従って選択されることを特徴とする、請求項４に記載の光パケット生成方法。
【請求項６】
前記規定の周波数は無線周波数トーンであることを特徴とする、請求項１から５の何れかに記載の光パケット生成方法。
【請求項７】
前記規定の周波数トーン(３)は、複合周波数線幅と１０kHz以下の不確実性を有することを特徴とする、請求項１から６の何れかに記載された光パケット生成方法。
【請求項８】
スイッチ素子(３０)の入力端子(３１,３２)の光キャリアに、周波数基底帯域内のデジタルペイロード信号(１)を持つ光パケット(２６)およびヘッダ情報を受信し、このヘッダ情報に従ってこの光パケット(２６)をスイッチ素子(３０)の出力端子(３４,３６)に切替える光パケットスイッチング方法であって、更に、
前記光パケット(２６)のこの周波数基底帯域内にある第一規定の周波数トーン(３)のパワーを検出し、
このパワーを規定のしきい値と比較し、
このパワーがこの規定のしきい値を超える場合に予定のアロケーションテーブルに従ってスイッチ制御信号を生成し、
これによってスイッチ制御信号に従って切替を実行することを特徴とする、光パケットスイッチング方法。
【請求項９】
前記規定の周波数トーン(３)がこの光パケット(２６)のヘッダ情報を表示することを特徴とする、請求項８に記載の光パケットスイッチング方法。
【請求項１０】
前記ヘッダ情報がこの光パケット(２６)のアドレス及び／又は経路情報であることを特徴とする、請求項９に記載の光パケットスイッチング方法。
【請求項１１】
前記検出ステップが、
前記光パケット(２６)の一部をタップし、
タップされた前記光パケットの一部を電気信号に変換し、
該電気信号を帯域通過フィルタに通し、
前記パワーは、前記帯域通過フィルタを通った信号のパワーによって決定することを特徴とする、請求項８ないし１０の何れかに記載の光パケットスイッチング方法。
【請求項１２】
帯域通過フィルタは１００kHzより狭い帯域幅を持つことを特徴とする、請求項１１に記載の光パケットスイッチング方法。
【請求項１３】
帯域通過フィルタは１０kHzより狭い帯域幅を持つことを特徴とする、請求項１２に記載の光パケットスイッチング方法。
【請求項１４】
前記スイッチはスイッチ及び／又は経路決定装置であることを特徴とする、請求項８から１３の何れかに記載の光パケットスイッチング方法。
【請求項１５】
前記スイッチ素子が、スイッチ及び／又は経路決定装置で構成される光ネットワークの一部であることを特徴とする、請求項８から１３の何れかに記載の光パケットスイッチング方法。
【請求項１６】
前記スイッチ段階が：
前記入力端子(３１,３２)とこの出力端子(３４,３６)間の光経路は、前記スイッチ制御信号の存在の応答により開き、前記光経路は前記スイッチ制御信号の消滅応答により閉じ、前記光経路に入る前に前記光パケット(２６)を遅延させる、請求項８から１５の何れかに記載の光パケットスイッチング方法。
【請求項１７】
前記遅延が決定、比較、供給および切替え段階の処理時間に対して適用され、これにより前記光パケット(２６)が前記光経路に入る前に、開く段階は開始ガード時間を終了することを特徴とする、請求項１６に記載の光パケットスイッチング方法。
【請求項１８】
前記閉鎖が、開始ガード時間と終了ガード時間だけ遅延され、前記光パケットが前記光経路を出た後に、この閉塞段階が終了ガード時間を開始することを特徴とする請求項１７に記載の光パケットスイッチング方法。
【請求項１９】
更に、前記光パケット(２６)の多数の別の規定の周波数トーンのパワーを検出し、ここで別の規定の周波数トーンがこの周波数基底帯域内にあり、このパワーを各規定のしきい値と比較し、任意の前記パワーが各前記規定のしきい値を超えると、予定されたアロケーション関係に従ってスイッチ制御信号を供給する、請求項８から１８の何れかに記載の光パケットスイッチング方法。
【請求項２０】
受信段階が、多数の光波長を使用して多重送信される光信号を受信し、この光信号を一つの光キャリアの光信号(２６)に逆多重送信し、これにより各一つのキャリアを持つ光信号は光パケットとして個別に受信され、各出力端子に異なる光キャリアの光パケット(５３,５５)を多重送信する、請求項８から１９の何れかに記載の光パケットスイッチング方法。
【請求項２１】
周波数基底帯域と光キャリアのヘッダ情報の橋渡しをするデジタルペイロード信号(１)を持つ光パケット(２６)用の入力端子(３１,３２)、およびこのヘッダ情報に従ってこの光パケット(２６)を出力端子(３４-３６)に切替えるスイッチ装置(５１)で構成された光スイッチング装置であり、
光タップ装置(３８)がこの入力端子(３１,３２)に接続され、
光-電気変換器(４０)がこの光タップ装置(３８)に接続され、
周波数トーンパワー検出器(４２,４４)がこの光電子変換器(４０)に接続され、
この周波数トーンパワー検出器(４２,４４)がこの周波数基底帯域内の第一規定の周波数に同調され、
前記周波数トーンパワー検出器(４２,４４)は狭帯域通過フィルタと帯域通過フィルタに接続されたパワー検出器で構成され、パワー検出器が帯域通過-濾過信号の主要パワーを測定し、
比較器(４３,３５)は、周波数トーンパワー検出器(４２,４４)に接続され、検出されたパワーを規定のしきい値と比較し、
スイッチ制御(４６)がこの比較器(４３,４５)に接続され、このパワーがこの規定のしきい値を超えると、スイッチ装置(５１)が予定されたアロケーションテーブルに従ってスイッチ制御信号を供給する、
ことを特徴とする光スイッチング装置。
【請求項２２】
帯域通過フィルタが１００kHzより狭い帯域幅を持つことを特徴とする請求項２１に記載の光スイッチング装置。
【請求項２３】
前記帯域通過フィルタが１０kHzより狭い帯域幅を持つことを特徴とする請求項２２に記載の光スイッチング装置。
【請求項２４】
前増幅器が光-電気変換器(４０)と帯域フィルタの間に接続されていることを特徴とする請求項２１から２３の何れかに記載の光スイッチング装置。
【請求項２５】
更に、前記入力端子(３１,３２)と前記スイッチ装置(５１)の間に接続した遅延装置(４８)を有することを特徴とする請求項２１から２４の何れかに記載の光スイッチング装置。
【請求項２６】
規定の周波数トーン(３)が前記光パケット(２６)のヘッダ情報を表示することを特徴とする、請求項２１から２５の何れかに記載の光スイッチング装置。
【請求項２７】
前記ヘッダ情報が前記光パケット(２６)のアドレス及び／又は経路情報であることを特徴とする請求項２６に記載の光スイッチング装置。
【請求項２８】
前記光スイッチング装置が分散光スイッチング装置であることを特徴とする請求項２１から２７の何れかに記載の光スイッチング装置。
【請求項２９】
前記スイッチ装置(５１)が多数の出力分枝を持つビームスプリッタ(５０)と、各出力分枝に接続された光ゲート回路(５２,５４)で構成し、該光ゲート(５２,５４)が前記スイッチ制御(４６)からのスイッチ制御信号で制御されることを特徴とする請求項２１から２８に記載の光スイッチング装置。
【請求項３０】
前記光-電気変換器(４０)に接続した一つ以上の周波数トーンパワー検出器(４２,４４)がこの周波数基底帯域内の異なる規定の周波数に同調され、該周波数トーンパワー検出器(４２,４４)の一つに接続された一つ以上の比較器(４３,３５)が検出したパワーを各規定のしきい値と比較し、全ての比較器(４３,４５)に接続した前記スイッチ制御(４６)が前記パワーが任意の各前期規定のしきい値を超えると予定のアロケーションテーブルに従ってスイッチ制御信号を供給することを特徴とする、請求項２１から２９の何れかに記載の光スイッチング装置。
【請求項３１】
多重送信光信号を受信する装置(７２)が多数の光波長を使用し、この受信装置(７２)に接続した逆多重化装置(８０)が多数の出力端子と、請求項２１から３１の何れかに記載された光スイッチング装置を備え：
これにより各逆多重化装置の出力端子が請求項２１から３１の何れかに記載の光スイッチング装置の一つに接続され、多数の多重化装置(８２)が請求項２１から３１の何れかに記載の光スイッチング装置の出力端子(３４-３６)および多重送信光パケットの送信装置(７４,７６,７８)に接続された光スイッチング装置。
【請求項３２】
光スイッチング装置を備えた光ネットワークであって、この光スイッチング装置が、
光パケット(２６)用の入力端子(３１,３２)が周波数基底帯域と光キャリアのヘッダ情報の橋渡しをするデジタルペイロード信号(１)と、
スイッチ装置(５１)がこのヘッダ情報に従ってこの光パケット(２６)を出力端子(３４-３６)に切替える光スイッチング装置からなり、
さらにこのスイッチ装置が、
光タップ装置(３８)がこの入力端子(３１,３２)に接続され、
光-電気変換器(４０)がこの光タップ装置(３８)に接続され、
周波数トーンパワー検出器(４２,４４)がこの光-電気変換器(４０)に接続され、
この周波数トーンパワー検出器(４２,４４)が周波数基底帯域内の第一規定の周波数に同調される光スイッチ素子を備え、
この周波数トーンパワー検出器(４２,４４)が狭帯域通過フィルタとこの帯域通過フィルタに接続したパワー検出器で構成され、
この帯域通過フィルタ信号の著しいパワーを測定し、
周波数トーンパワー検出器(４２,４４)に接続した比較器(４３,３５)がこの検出パワーを規定のしきい値と比較し、
この比較器(４３,４５)とこのスイッチング装置(５１)に接続したスイッチ制御(４６)がこのパワーがこの規定のしきい値を超えると予定されたアロケーションテーブルに従ってスイッチ制御信号を供給する、
ことを特徴とするスイッチ装置。
【請求項３３】
光スイッチング装置が、更に、前記光-電気変換器(４０)と前記帯域通過フィルタの間に接続した前増幅器を有することを特徴とする、請求項３２に記載の光ネットワーク。
【請求項３４】
前記光スイッチング装置が、更に、この入力端子(３１,３２)とこのスイッチ装置(５１)の間に接続された遅延装置(４８)で構成されることを特徴とする請求項３２もしくは３３の何れかに記載の光ネットワーク。
【請求項３５】
前記規定の周波数トーン(３)がこの光パケット(２６)のヘッダ情報を表示することを特徴とする請求項３２から３４の何れかに記載の光ネットワーク。
【請求項３６】
前記ヘッダ情報が前記光パケット(２６)のアドレス及び／又は経路情報であることを特徴とする請求項３５に記載の光ネットワーク。
【請求項３７】
エンベロープ(２)を光キャリアに供給する装置(１１,１２)、周波数基底帯域の橋渡しをするデジタルペイロード信号(１)を供給する装置(２２;２２A,２２B)を有する光パケット生成器であって:
周波数トーン生成器(２４;２４A,２４B)を有し、この周波数トーン生成器(２４;２４A,２４B)が周波数基底帯域内にある第一規定の周波数トーン(３)に同調され、多重化装置(２０;２０A,２０B)がこの周波数トーン生成器(２４;２４A,２４B)に接続され、この装置(２２;２２A,２２B)がデジタルペイロード信号を供給し、変調器(１８;１８A,１８B)がエンベロープ(１１,１２)を供給する装置および多重化装置(２０;２０A,２０B)に接続され、この変調器(１８;１８A,１８B)がこの周波数トーン(３)とこのデジタルペイロード信号(１)の多重送信信号をこのエンベロープ(２)に変調する光パケット生成器。
【請求項３８】
前記規定の周波数トーン(３)が前記光パケット（２６）のヘッダ情報を標示することを特徴とする請求項３７に記載の光パケット生成器。
【請求項３９】
前記ヘッダ情報がこの光パケット(２６)のアドレス及び／又は経路情報であることを特徴とする請求項３８に記載のパケット生成器。
【請求項４０】
前記周波数トーン生成器(２４;２４A,２４B)が無線周波数トーン生成器であることを特徴とする、請求項３７から３９の何れかに記載の光パケット生成器。
【請求項４１】
前記周波数トーン生成器(２４;２４A,２４B)が、線幅と不確実性の結合が１０kHz以下である周波数出力を与えることを特徴とする請求項３７から４０の何れかに記載の光パケット生成器。
【請求項４２】
分岐装置(１５)が多数の支線出力端子を持ち、多重化装置(２７)がこの支線出力端子に接続され、光遅延装置(１９)が一以外の少なくとも全ての分枝でこの分岐装置(１５)とこの多重化装置(２７)間に供給され、
これにより装置(２２;２２A,２２B)がデジタルペイロード信号を供給し、周波数トーン生成器(２４;２４A,２４B)と多重化装置(２０;２０A,２０B)が分岐装置(１５)と多重化装置(２７)間の各支線に供給されることを特徴とする請求項３７から４１の何れかに記載の光パケット生成器。
【請求項４３】
前記周波数トーン生成器(２４;２４A,２４B)が異なる周波数に同調されることを特徴とする請求項４２に記載の光パケット生成器。
【請求項４４】
前記光遅延装置(１９)が異なる時間遅延値を持つことを特徴とする、請求項４２又は４３に記載の光パケット生成器。
【請求項４５】
光キャリア上のエンベロープ(２)、エンベロープ(２)に変調される周波数基底帯域内のデジタルペイロード信号(１)で構成され、第一規定の周波数トーン(３)がこのデジタルペイロード信号(１)で多重送信され、この第一規定の周波数トーン(３)がこの周波数基底帯域内にあることを特徴とする光パケット信号。
【請求項４６】
前記規定の周波数トーン(３)がこの光パケット信号のヘッダ情報を表示することを特徴とする請求項４５に記載の光パケット信号。
【請求項４７】
ヘッダ情報がこの光パケット信号のアドレス及び／又は経路情報であることを特徴とする請求項４６に記載の光パケット信号。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
技術分野
本発明は、光パケットスイッチング（交換）のための装置、システムと方法に関し、特にサブキャリアのヘッダを使用した光パケットスイッチングに関する。
【０００２】
この発明と従来技術の背景
将来、端点近くで光-電気変換を実行する全ての光ネットワークが優勢になると考えられている。このようなネットワークはIPパケット経路決定の原理と類似点を持つ"コネクションレス"方法を使用する。効率的な光パケットと光パケットスイッチングの需要が次第に近づきつつある。WDMネットワークは、既に、点間のオプティカルリンクに利用可能な帯域幅を増大されるという重要な利点を持つ。しかし、電子スイッチとルータの処理性能は将来の光ネットワークに重大な隘路を課すと考えられている。改良された光スイッチング技術は、光パケットスイッチング網を実装する可能性を増加する重要な要素である。データが基本的に発信源から宛先への光ドメイン内に残るため、光パケットスイッチングはネットワークにより大きな柔軟性を与え、より簡単に管理できる。故に、光-電気変換と電子処理による遅延が、スイッチノードにおいて無くなるだけでなく、データと形式の完全な透明性が達成される。光スイッチングは、データコンテンツの光-電気変換を実行するだけでなく、プロトコルとデータ形式の認識を棄却する。こうして、Tb/sec以上の互換処理能力のあるより大きな効果的帯域幅とより高い交換速度を結合する。更なる研究及び発展が行われている問題点には、パケット経路決定（ルーティング）、流れ制御と競合分解能が含まれる。
【０００３】
光パケットスイッチングの最近の進展の概要は、例えば、"光パケットスイッチングの進展:概観"、S.Yａoおよび B.Mukherjee著、IEEE
Communic. Mａg.、pp,８４-９４、Feb.２０００、および"光パケットスイッチ:アーキテクチュアと実験的実装"D.J.Blumenthａl、P.R.PrucnａlとJ.R.Sａuer著、プロシーディングスIEEE８２(１１)、１６５０(１９９４)で参照できる。
【０００４】
数種の解決手段が光パケットのヘッダとペイロード構造に基づき、既に存在する。この例は、例えば"全光波長シフターとQPSKサブキャリア経路制御ヘッダを使用する波長パケットの自己経路決定"
E.PａrkとA.Willner著、IEEEPhoton.Tech.Lett.８(７)、９３８(１９９６)、および"HORNET-パケット交換WDMネットワーク:光パケット送信と回復"byD.Wonglumson、I.M、White、S.M.GemelosとL.G.Kａzovsky著、IEEEPhoton.Tech.Lett.１１(１２)、１６９２(１９９９)に見出される。これらの解決手段は、主に、ヘッダの選択が時間、周波数、符号もしくは波長ドメインにより行われるのか、又はこの可能な組合せにより行われるのか、という点において異なる。
【０００５】
従来技術への賢明な処置が提案された。国際公開第００/０４６６８号で、データペイロードを持つ光パケットとペイロードに先行するサブキャリアの分離ヘッダが使用される。しかし、この解決手段には問題がある。光パケットがネットワークに沿って伝播すると、ヘッダとペイロード間の可変遅延が発生し、これが交換手順をより実行困難にする。更にヘッダは、特に、干渉を回避するためにペイロード基底帯域以上の周波数帯域を占有する。サブキャリア周波数が１０GHzの高さなら、ヘッダは数千万kmの後には光ファイバ分散によりかなり減衰する。この問題はこの著者が認識している。
【０００６】
米国特許第５,２５３,２５０号で、ペイロード信号と共にサブキャリア変調(SCM)信号を多重送信して代替の解決手段が達成される。これは、ペイロードとヘッダが同じ光経路と同じ遅延を経験するため有利である。ペイロード基底帯域以上ではヘッダのサブキャリアが周波数帯域を占有する。また、ここでは、周波数が過度に高いとヘッダ減衰が起こる。更に、ヘッダ処理用の装置が高い周波数にも適応しなくてはならないため、高価で複雑な解決手段が必要となる。データ転送速度の一般的な傾向とその結果のペイロード基底帯域を増加すべきであるために、現在使用可能なサブキャリア周波数は、近い将来ペイロード基底帯域に接近するかその内に位置する可能性がある。ある選択されたサブキャリア周波数に基づく光ネットワークは、より高いペイロード周波数に対処するために再設計される必要がある。
【０００７】
多数のノードが妨害されると、米国特許第５,６１２,８０６号に見られるとおり、肯定応答信号の必要性が生じ、実装される。また、ここでは、現在使用されているペイロード基底帯域以上の周波数が使用される。
【０００８】
要約
この発明の一般的な目的は、改良された方法と装置を光パケットスイッチングに供給することである。更に、この発明の目的は、あらゆる速度と規模のデジタルパケットを処理可能なシステムを供給することである。他の目的は、今日利用可能なものより低廉な複雑性のより少ない方法と装置を光パケットスイッチングに供給することである。更に、他の目的は、例えば、WDMネットワークで構成する大都市アクセス光ネットワークに簡単に適用可能な方法と装置を供給することである。
上記の目的は記載の請求項に基づく方法、システムと装置により達成される。一般的に言うと、単独周波数トーンが各光パケットのアドレス指定ヘッダとして使用される。単独周波数トーンの周波数は、デジタルペイロード信号の基底帯域内にあり、望ましくは無線周波数トーンである。単独周波数トーンはデジタルペイロード内で多重送信され、光キャリアのエンベロープに変調される。周波数は予定されたアロケーション関係に従って光パケットのアドレスを標示し、これは異なるネットワーク内の宛先には異なる周波数が対応することを意味する。この光パケットを切替えると、周波数トーンのパワーが測定される。トーンが存在すると、そのアロケーションに対応する光経路が開かれ、トーンが消えると経路が閉じる。周波数トーンの狭帯域により、デジタルペイロードの任意の障害は基本的に無視してよい。
本発明の一つの明らかな利点は、相対低周波数を使用して、ヘッダ処理装置が単純技術により実現でき、これは全体的な複雑性と費用を減少する。更に、この発明は、データ転送速度やフォーマットが将来改善されても影響を受けない。また、あらゆる規模の光パケットは、この発明に従って動作するシステムにより自動的に処理される。
本発明及びその更なる目的と利点は、付随の図と共に次の記述を参照して最も良く理解できる。
【実施例】
【０００９】
この発明は大都市アクセス光ネットワークを想定して発展した。適応性はこの形式に最良である。しかし、この発明の一般的な適応性は、このようなネットワークだけに限定されず、全ての形式の光ネットワークに有効である。
【００１０】
この開示では、"交換（スイッチング）"はあらゆる配向性、切替え及び／又は経路決定（ルーティング）工程の共通名称として使用される。
【００１１】
光パケットは基本的に光キャリア上を送信されるある一定の連続した光パルスである。光キャリアは典型的に固定光波長を特徴とする。図１ａで、光信号の二つの光パケットが時間図で図示される。図１の最も低い部分はデジタル信号１を示し、ここで、信号強度は理想的にはゼロか完全振幅のみを、各々"０"と"１"として表す。このような信号のデータ転送速度はディジット信号の可能な限り最小の継続時間により決定される。合計デジタル信号の範囲はエンベロープ２により、この場合、時間フレームにより限定される。実際面で、正方形形状の"ディジット"は完璧ではない。使用可能な信号を生成するために、ある基底帯域内の周波数要素を使用する。より広い基底帯域は急速に変化するデジタル信号をより良く表示でき、その結果、より高いデータ転送速度を得る。
【００１２】
図１ａの上部では、単独周波数トーン３で構成する光パケットが例証される。このトーンは観念的に一つの単独の良く-決定された周波数で構成する。周波数トーンは変調されない。単独周波数トーン３はこうして純粋な正弦波形を提供する。
【００１３】
図１ａで例証される信号は対応するフーリエ変換のパワーとして周波数空間内に示される。図１bのデジタル信号は周波数のパワー分散１’により示される。分散の幅はデジタル信号で橋渡しをされる基底帯域幅として定義される。同じように、図１ａの一部の単独周波数トーンは周波数空間内に示される。単独周波数トーンは理論的にスパイク３’として現れる。しかし、時間フレームの継続時間制限と他の原因は、実際に、スパイク３’に周波数の不確実性に対応するある幅を与える。
【００１４】
図は単に主要原理を図示するものであって、実形状は数学的に正しくないことに注意すべきである。
【００１５】
図２で、一つのデジタル段階が図示される。破線５はデジタル信号の理想的な挙動を図示する。しかし、実行面では、利用可能な周波数基底帯域は制限され、実線６に対応する信号は典型的な例である。ディジットの開始時間はまだ比較的よく定義される。しかし、外乱が起ると、状況は変わる。例えば信号を持つ比較的広い帯域幅で信号を多重送信することで、デジタル信号に対応する周波数内の情報コンテンツはかなり悪化する。この結果は、例えば、破線の曲線７で示される。この場合、デジタル信号の開始時間は、もはやうまく定義されず、"１"は"０"と混同されるビット誤りが起る。これは、変調ヘッダ信号を通常デジタルペイロード基底帯域の範囲内の周波数値と仮定できない理由の一つである。
【００１６】
この発明では、デジタル信号は、実際に乱される。しかし、この発明により、単独周波数トーンはデジタル信号で多重送信される。これは、デジタル信号を代表する度数分布内で対応する周波数を変更することを意味する。しかし、損失情報がかなり限定され、結果のデジタル信号はあまり変わらない。十分狭い度数分布で、増加したデジタル信号の不確実性は無視でき、光パケットのビット伝送速度誤りの点で、まだ仕様の範囲内である。
【００１７】
単独周波数トーンは、変調されないため、振幅、位相と周波数以外に情報を持たない。ある周波数要素の位相は、実行面では、制御と入手が非常に困難で、振幅がデジタル信号の対応する周波数要素に重ね合わされるため、周波数は情報の搬送に使用可能な属性のみを持つ。しかし、制限された、明確なシステムでは、ある周波数値は予定した関係に従ってある情報、特に、ヘッダ情報に関連付けされる。光パケットの最も適切なヘッダ情報はパケットのアドレスや経路情報で、これにより予定された関係は、望ましくはアロケーションテーブルのアロケーション関係で構成する。
【００１８】
この発明のパケット生成装置１０の実施例が、図３ａに例証される。単独モードレーザ発信源１１は、規定の波長のレーザ光を提供する。規定の波長は、この実施例で、信号用の光キャリアを構成する。正方形パルスを直接供給するパルス生成器１２は、レーザ電流を変調する。こうして、レーザ信号１４はある明確な継続時間のパケットエンベロープか、時間フレームで構成する。パケット継続時間の典型的な選択は、２〜２.８μs間で、パケット分離は、例えば、０，５μsである。しかし、他の組合せも可能である。例えば、情報のバーストがネットワーク内で起る時に、ある値、例えば０.３μs未満の時間間隔で分離したパケットの順列として取り扱われるため、スイッチネットワークはスイッチを占有する単独の"長い"パケットとこれを見なす。光キャリアの時間フレームは光ファイバ１６に接続され、光変調器１８に送信される。
【００１９】
搬送されるデジタル信号の発信源２２は、デジタル信号を多重化装置２０に供給し、ここでデジタル信号は信号発生器２４から単一周波数トーンで多重送信される。多重送信信号は光変調器１８に供給され、ここで、結合信号により光キャリア波長を変調し、パケットエンベロープや時間フレームを生成する。光変調器１８はニオブ酸リチウム(LiNbO３)電気光変調器、音響光学変調器、電界吸収変調器等の従来技術に利用可能な種々の構成である。光変調器１８は光キャリア信号に適用すべき最高周波数と互換性のある周波数特性帯域幅を必ず持つ。この実施例では、ヘッダ情報に選択される副搬送周波数がデジタル信号基底帯域の内側にあるため、デジタル信号は最高帯域幅を持つ。ヘッダ周波数トーンは、望ましくは、５０MHz以下のより低い無線-周波数スペクトルに配置される。この選択は、単純な電子回路設計と実装と同様に部品と要素の低費用とこの周波数範囲の簡単なアクセスに関連する。望ましくは、ヘッダ周波数トーンは１０kHz以下の不確実性の結合周波数線幅である。デジタルペイロードとアナログ周波数トーンで構成する光パケット２６が出力光ファイバ２８に送信される。
【００２０】
図３bはこの発明のパケット生成装置の他の実施例を図示する。この実施例で、二組のデジタル信号は同じ光ファイバ上を時間多重送信される。類似の要素が同じ指標番号で表示され、再び表示しない。この実施例で、パルス生成器１２は継続時間より大きい分離で光キャリアに時間フレームを生成する信号形状を持つ。好ましい場合には、時間フレーム継続時間は２μsで、分離は３μsである。生成された光時間フレームはビームスプリッタ１５に送信され、ここで光は二つの並列光ファイバ１７A,１７Bに分割される。光ファイバ１７Aの一つは光変調器１８Aに接続され、多重化装置２０Aで制御され、デジタル信号発信源２２Aと周波数信号発生器２４Aからアナログ信号を供給される。他の光ファイバ１７Bは、光ファイバ遅延回路１９を経て他の組の光変調器１８B、多重化装置２０B、デジタル信号発信源２２Bと周波数信号発生器２４Bに接続される。光ファイバ遅延回路は、時間フレーム継続時間より長い周期で光パケットを遅延する。この例では、２.５μsの遅延が適切である。光変調器１８A,１８Bからの変調信号は、合波器２７で一つの共通光信号に結合される。一つの光分枝の遅延により、デジタル信号は発信源２２A,２２Bから共通の出力光ファイバ２８から０.５μsの分離で互いに時間多重送信される。
【００２１】
特定の遅延を持つ適切な数の分岐光ファイバを使用して、かなり多数の並列デジタル信号流が類似の方法で時間多重送信されることを技術に詳しい人は理解する。変調信号を光キャリアに変調後遅延動作を一つか数個の手順で実行できる。こうして、より大きい分割比率とより多くの遅延回路を加えることで、二つ以上の異なる周波数パケットは生成できる。異なるデジタルコンテンツと異なるアドレスヘッダを持つ周波数fl〜fkの光パケットが、形成され、そこに接続したネットワークノードを通して送信される。
【００２２】
図８の流れ図はこの発明の生成方法を例証する。手順は段階で２００から始まる。段階２０２で、エンベロープが光キャリアに供給される。デジタルペイロード信号が段階２０４で供給され、デジタルペイロード信号の基底帯域内の単独周波数トーンが段階２０６で生成される。デジタル信号と単独周波数トーンは段階２０８で多重送信され、段階２１０で、この信号は光エンベロープ上で変調される。手順は段階２１２で終わる。
【００２３】
光パケットはアドレスフラッグやヘッダ情報としてデジタルペイロード基底帯域内の単独周波数トーンで構成され、こうして形成され、光ネットワークに送信される。図４はこの発明による生成した光パケットにスイッチ動作を実行するスイッチ素子３０の実施例を例証する。この実施例で、この原理の説明を容易にするため、スイッチ素子３０は一つの入力極３２と二つの出力極３４,３６を備える。しかし、この発明に従ってかなり多数の極を持つスイッチ素子を形成できる。入力極３２と出力極３４,３６は、各々スイッチ素子の入力出力端子である。
【００２４】
光パケット２６は入力極３２に受信される。光タップ３８で光信号パワーの一部かわずかを抽出し、この抽出部分が光受信器４０に供給される。光受信器４０で、光信号は電子信号に変換される。電子信号は入力信号として二つのヘッダ認識ユニットに供給される。望ましくは、電子信号の前置増幅が個別のユニットとして光受信器４０の出力かヘッダ認識ユニットの入力側の一方で前置増幅器により実行される。
【００２５】
第一ヘッダ認識ユニットはパワー検出装置４２で構成し、ある規定の周波数ウインドウｆｊの範囲のパワーを感知する。望ましくは、パワー検出装置４２はかなり狭い帯域幅を持つ帯域フィルタで構成する。実際に使用可能にするために、帯域幅は１００kHz未満にする必要があり、望ましくは１０kHz未満である。ろ過後の信号の合計パワーは特定の周波数要素の良好な強度測定以上である。この信号は、望ましくは次に使用する前に増幅される。
【００２６】
例えば、比較器４３で規定のしきい値と比較して検出パワーが十分高いなら、周波数fjの別の単独周波数トーンが元の光パケット内に存在すると結論される。このような場合、ヘッダ認識装置は、適切なスイッチ動作を要求する信号により電子スイッチ制御４６を提供する。パワーがしきい値以下に落ち、即ち周波数トーンfjが消失すると、電子スイッチ制御４６は前の経路を閉じるように指示される。
【００２７】
第二ヘッダ認識ユニットはパワー検出装置４４や比較器４５と類似の設計で、他の周波数fkに調子を合わせる。その結果、電子スイッチ制御４６は、fjやfkのあらゆる周波数信号の存在を知らされる。スイッチ素子３０は二つの出力極３４,３６と共に設計される。出力極３４は周波数fjと連携し、出力極３６は周波数fkと連携する。こうして、周波数トーンfjを持つ光パケットは出力極３４に指向し、同様に、周波数fkを持つ光パケットは出力極３６に指向する。主光信号、即ち光タップ３８で分岐しない光信号の一部は、光ファイバ遅延回路４８を経てスイッチ装置５１に供給される。光ファイバ遅延回路４８は以下に示すように光パケットタイミングを適用するのに使用される。スイッチ装置５１はこの実施例では、ビームスプリッタ５０や分岐装置で構成し、入来光信号を二つの分枝に分割する。各分枝は各光ゲート回路５２,５４を経て各出力極３４,３６に接続される。ゲート回路５２が開くと、光は出力極３４に送信され、ゲート回路５４が開くと、光は出力極３６に送信される。光ゲート５２,５４は電子スイッチ制御４６に接続され、制御される。
【００２８】
周波数fjの周波数要素が十分強い場合、電子スイッチ制御４６は光ゲート回路５２を開き、光パケットは出力極３４に到達する。周波数fkの周波数要素が十分強いと、電子スイッチ制御４６は光ゲート回路５４を開き、光パケットは出力極３６に到達する。こうして、スイッチ動作は、この発明で望ましくは電子スイッチ制御４６内に供給されるアロケーション情報に関して、加えた単独周波数トーンの周波数により運ばれる情報上に直接実行される。出力信号５３,５５は出力極３４,３６から、各々送信される。デジタルペイロード自身は基本的に影響を受けないままで、切替えと経路決定処理で常に処理されないか、変換されない。
【００２９】
あらゆるデジタルペイロードが、ヘッダアドレスに選択された周波数のパワーを持つため、ヘッダ認識装置のしきい値は必ず零より大きい。しかし、周波数トーンの外乱が減少パワーにより減少されるため、周波数トーンパワーを可能な限り低く保つ必要がある。検査システムで、デジタルペイロード強度の１５％の振幅を持つ単独周波数トーンは、十分にトーンの検出をできる。しかし、改良されたろ過方法により、将来、この数字を低くできる。
【００３０】
図９はこの発明のスイッチ方法を例証する流れ図を提供する。手順は段階２２０から始まる。段階２２２で、光キャリア上の光パケットは光スイッチの入力極に受信される。ある規定の周波数要素やトーンのパワーが段階２２４で検出される。段階２２６で、パワーが十分高い、即ち、トーンがヘッダ周波数用に十分強いかを評価される。そうなら、処理は段階２２８に進み、ここでスイッチを通すある光経路へ切替える信号が生成される。段階２３２で、スイッチはスイッチ信号に従って設定され、即ち、規定の周波数トーンが存在すればスイッチがある出力極を選択し、規定の周波数が行方不明かあまりにも低いとスイッチ経路を閉じる。次に、光パケットは段階２３４でスイッチを通して送信される。手順は段階２３６で終わる。逆に、パワーが段階２２６で低いと、処理は段階２３６に直接進む。
【００３１】
スイッチ動作のタイミングが重要である。光パケットの静的な記録は困難なため、光スイッチングは、典型的に、"オンザフライ"を実行される。光パケットのヘッダ情報を評価し、実スイッチを通して運ぶ処理時間が必要なため、光パケットを遅延する必要がある。類似の手順は従来技術のスイッチで知られている。遅延回路はパケットフレームの開始と終了でガード時間を加えた処理時間と正確に同調される。ガード時間により、光パケットの情報コンテンツの一部をスイッチ処理で失わないようにする。ガード時間はエンベロープフレームの２〜５%の適切な値の規定値である。図５はこの発明に従ってスイッチ素子を通る光パケットタイミングを例証する。スイッチ素子内の三つの各位置は一つの時間軸で示される。上部の一つは入力極での到着タイミングで、中央の一つは遅延回路からの出力を示し、低部の一つは出力極から出るタイミングを示す。
【００３２】
光パケットは時間t０で入力極に到達する。光パケットヘッダは、評価、即ち周波数トーンの存在を調査される。トーンがあると、切替えを実行する。この処理時間と切替え時間を時間ｔ１で終了する。この間に、光パケットが遅延回路に入る。遅延時間が処理時間t１-t０に入力され、開始ガード時間が加えられる。光パケットは遅延回路をｔ２にて出る、すなわち遅延時間はt２-t０であり開始ガード時間は続いてt２-t１である。光パケットの前端が実スイッチユニットを通して送信され、時間t３で出力極から出る。
【００３３】
光パケットの終端が時間t４で入力極に到達する。これはヘッダ周波数トーンが消失したことを意味する。ヘッダ処理とスイッチ切断動作が実行される。しかし、全ての光パケットがスイッチを通過することを確実にするために、実スイッチ動作に余分の遅延を導入する。光パケットの長さはt４-t０で、故に、光パケットの終端は時間t５=t２+t４-t０で遅延回路を出る。時間t５は、時間t４+処理時間と開始遅延時間に対応する。スイッチを通過後、光パケットは時間t６でスイッチを出る。スイッチは閉じ始める。終端ガード時間を加えることで、スイッチの閉鎖が時間t７で起る。終端ガード時間t７-
t５は光スイッチユニットを通るパケットの移動時間と実スイッチ稼働時間の合計より長く選択される。
【００３４】
この発明のスイッチ素子は、望ましくは、大都市アクセス光ネットワークに実装され、数kmの領域に渡り固定通信や無線通信局もしくは端末を相互接続する。ネットワークのノードは互いに同等と仮定されるが、ノードがこの発明で示したものと同様か異なる他のネットワークと相互接続に選択される場合、こうして"より高い"ノードになる。より高いノードとして選択した場合、全ての記述した機能以外に、光-電気変換を実行し、新たな光パケットを生成する。図６ａはこの発明による多数のスイッチ素子３０で構成する光ネットワーク６０を概略的に例証する。各スイッチ素子３０は端末アクセスネットワーク６４と連携する。スイッチ素子３０は、実施例では、一方向通信でネットワークリンク６２により相互接続される。双方向通信は逆伝播の重なりネットワークで達成される。ネットワークノードは、望ましくは図６bに示す挿入/分岐機能を持つ２x２構成で、以下により詳細に示される。ネットワーク端部で低部ノードは挿入/分岐極以外に一入力極と一出力極を持つ。挿入極はネットワークに接続されない別の入力極と定義され、ここを通してパケットがネットワークに入る。分岐極は同様にネットワークに接続されない別の出力極と定義され、ここを通してネットワークを出るパケットはネットワークを出る。複数入力と出力極等の他の構造はこの原理に従って簡単に結合段階として実現される。例えば、３x３か４x４ノードは二段階スイッチ素子３０の組合わせにより、第一段階の出力ポートを第二段階の入力極ポートに相互接続し、達成される。
【００３５】
図６bは図６ａのネットワークに使用するノード構造の実施例を例証する。この実施例のスイッチ素子３０は二つの通常の入力極３１,３２と二つの通常の出力極３４,３６を持つ。更に、スイッチ素子３０は端末アクセスに接続した挿入極３３と分岐極３５を備える。ヘッダ認識装置４７はヘッダ認識に必要な装置、例えば図４に対応する装置４０,４２-４５共通ユニットとして使用される。
【００３６】
ネットワークを通る光パケットの経路決定は多数の異なる方法に従って実行される。ネットワークが小さいと、一スイッチ素子から他のスイッチ素子への伝送時間は短く、中央集中方法が使用される。これは、優先順位の確立と情報のバーストの処理に有利である。光パケットが入るか、同じ周波数ヘッダを持ち、以前に示したバースト構造を持つパケットの収集が、ネットワークに入ると、ヘッダは評価され、適切なスイッチ制御信号が全てのスイッチに対し同時に生成される。これは、ネットワークが一つの分散スイッチ素子として作動することを意味する。
【００３７】
より柔軟な方法は、しかし、パケットに従うのではなく、既に示したパケット交換器手順により各スイッチでヘッダ認識を実行することである。この手順を自然に拡張して、図４の数個のスイッチ制御装置４２-４３-４６,４４-４５-４６、各周波数用に一つのスイッチを使用し、数個の周波数トーンを認識し、事前のアロケーションテーブルに従って、一方の出力極に割当てたグループとしてこの周波数を組織化する。例えば、一つが６周波数f１〜f６を持つと、f１,
f３, f５が出力極No.１に向かい、f２, f４, f６が出力極No.２に行く。これら周波数が類似の方法によりノードで加えられるか、削除されるのは明らかである。更に、かなり狭い周波数トーンが使用されると、一つ以上の周波数トーンの追加は受容可能なビット誤り率を与える。一つ以上の周波数トーンを加えることで、最終点だけでなくネットワークを通して経路が確立できる。これによりネットワーク保護機構を実装できる。
【００３８】
複数の単独トーンヘッダの使用は、スイッチ経路を定義するより他の目的に使用される。宛先アドレスが最も有益なヘッダ情報である場合でも、他の情報が時により興味の対象になる。ネットワーク設計が常に競合分解能の必要な状況になるため、例えば、光パケットの優先情報は異なるアプリケーションに有益である。高優先と関連する周波数トーンをパケットに加えることで、パケットは競合状況が起きると高-優先方法で取り扱われる。
【００３９】
当業者の理解するとおり、単独周波数トーンの存在により他のヘッダ情報も同様に表される。
【００４０】
上記に示したこの発明の実施例は一つの光キャリアを持つシステムとネットワークにのみ関係する。しかし、例えばWDM-システム等の複数キャリアも可能である。このようなシステムでは、実際の切り替えの起る前に波長の逆多重化を実行する必要がある。図７は一つの入力極７２と三つの出力極７４,７６,７８を持つスイッチノード７０の例を示す。この場合、四つの異なる光キャリアで構成する入来複数波長信号は、逆多重化装置８０内で四つの均一波長の分枝に逆多重化される。異なる分枝は一つのスイッチ素子３０に接続され、ここでスイッチ動作が以前に述べた原理に従って実行される。スイッチ素子の三つの出力極は三つの多重送信装置８２の入力端子に接続される。各多重送信装置内で、異なる波長の信号は一つの共通光信号に多重送信され、スイッチノード７０の出力極７４,７６,７８で出力される。挿入機能は明瞭にするために図７に示されないが、しかし、以前に示すようにスイッチ装置３０により簡単に実装される。
【００４１】
当業者の理解するとおり、添付の特許請求項に定義される本発明の範囲から逸脱することなく、本発明に種々の修正と変更が加えられても差し支えない。
【００４２】
（参考文献）
S.Yａo ａnd B.Mukherjee、"光パケットスイッチングの進展:概観"、IEEECommunic.Mａg.、pp.８４-９４、Feb.２０００。
D.J.Blumenthａl、P.R.Prucnａl ａnd J.R.Sａuer、"光パケットスイッチング:アーキテクチュアと実験的実装"会報.IEEE８２(１１)、１６５０(１９９４)。
E.Pａrk ａnd A.Willner、"全ての-光波長シフターとQPSKサブキャリア経路制御ヘッダを使用する波長パケットの自己経路決定"IEEEPhoton.Tech.Lett.８(７)、９３８(１９９６)。
D.Wonglumson、I.M.White、S.M.Gemelos ａnd L.G.Kａzovsky、"HORNET-パケット交換WDMネットワーク:光パケット送信と回復"IEEEPhoton.Tech.Lett.１１(１２)、１６９２(１９９９)。
国際公開第００/０４６６８号。
米国特許第５,２５３,２５０号。
米国特許第５,６１２,８０６号。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ａはデジタル信号と単独周波数トーンの図面であり、ｂはａの信号のフーリエ変換に対応する周波数図面である。
【図２】異なる外乱度を持つデジタル信号の概要図である。
【図３】ａはこの発明の光パケット生成装置の実施例であり、ｂはこの発明の光パケットの二つの時分割組を与える光パケット生成装置の他の実施例である。
【図４】この発明の一つの入力極と二つの出力極を持つ光パケットスイッチング装置の実施例である。
【図５】この発明の光パケットが光スイッチを通過するタイミングを示す時間図面である。
【図６】ａはこの発明の光ネットワークの概要ブロック図であり、ｂはａの複数の変換器の一つを表す概要ブロック図である。
【図７】この発明の複数の光キャリアを使用する光スイッチング装置の概要ブロック図である。
【図８】この発明の光パケット生成方法を示す流れ図である。
【図９】この発明の光パケットスイッチング方法を示す流れ図である。
【図１】
2005516566.tif 000003
【図２】
2005516566.tif 000004
【図３】
2005516566.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005516566.tif 000007
【図６】
2005516566.tif 000008
【図７】
2005516566.tif 000009
【図８】
2005516566.tif 000010
【図９】
2005516566.tif 000011
【国際調査報告】
2005516566.tif 000012
2005516566.tif 000013