(57)【要約】【課題】時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）技術を利用してアップストリーム・データを通信する光ネットワークにおいて、複数のエンド・ノードが、送信シーケンスに従って第１波長においてアップストリーム・データを送信する。【解決手段】複数のエンド・ノードが、アップストリーム・データに続いて、第２波長においてタイミング信号を送信する。複数のタイミング信号が、波長選択性を有する反射部材によって、複数のエンド・ノードのそれぞれへ反射される。複数のエンド・ノードは、送信シーケンスに従ってアップストリーム・データを送信する時間を決定するために、複数のタイミング信号を追跡する。光ネットワークは、分配ファイバによってシステム・ヘッドエンドに接続される外部分岐ノードを備える。外部分岐ノードは、複数のドロップ・ファイバによって複数のエンド・ノードに接続される。外部分岐ノードはスプリッタ／コンバイナおよび波長選択性を有する反射部材を備える。波長選択性を有する反射部材は、第２の波長のタイミング信号を反射し、他の波長のアップストリームおよびダウンストリーム・データを通過させる。
2005532699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のエンド・ノードとシステム・ヘッドエンドとの間のデータの送信を調整する方法であって、
先回に送信を行ったエンド・ノードからの１つのタイミング信号を前記複数のエンド・ノードのそれぞれが受信するステップと、
前記１つのタイミング信号の受信に応答して、アップストリーム・データを前記複数のエンド・ノードの中の１つのエンド・ノードから前記システム・ヘッドエンドに送信するステップと
を備える、方法。
【請求項２】
前記アップストリーム・データを送信した後、前記アップストリーム・データを送信した前記１つのエンド・ノードが１つの第２タイミング信号を送信するステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アップストリーム・データが、第１光学波長において前記システム・ヘッドエンドに送信され、
前記１つのタイミング信号が、第２光学波長において複数のエンド・ノードによって受信され、
波長選択性を有する反射部材が、前記第１光学波長を通過させ、前記第２光学波長を、スプリッタ／コンバイナ部材を通して前記複数のエンド・ノードのそれぞれへ反射する、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のエンド・ノードが前記アップストリーム・データを送信する順番を示す送信シーケンスを前記システム・ヘッドエンドから受信するステップと、
前記エンド・ノードが前記アップストリーム・データを送信する時間を決定するために複数のタイミング信号を追跡するステップと、
多くのタイミング信号の受信に応答して前記第１波長において前記アップストリーム・データを前記順番に対応して送信するステップと
を更に備える、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記送信シーケンスが第３光学波長において受信され、前記波長選択性を有する反射部材が前記第３光学波長を更に通過させる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記アップストリーム・データが前記第１光学波長上に伝送され、ダウンストリーム・データが前記第３光学波長上に伝送され、
前記アップストリーム・データの最終の宛先が、複数のエンド・ノードの中の１つのエンド・ノードを含む、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記送信シーケンスを受信するステップの後に、前記システム・ヘッドエンドから同期パルスを受信するステップを更に備え、
前記同期パルスが、前記送信シーケンスを開始する時間を前記複数のエンド・ノードに示す、
請求項５に記載の方法。
【請求項８】
複数のエンド・ノードの中の第１エンドノードのプライマリ・トランシーバによって、前記第３光学波長においてダウンストリーム・データを受信するステップと、
複数のエンド・ノードの中の前記第１エンドノードのタイミング・トランシーバによって、前記第２光学波長において複数のタイミング信号を受信するステップと、
複数のエンド・ノードの中の前記第１エンドノードのプライマリ・トランシーバによって、前記第２光学波長上の前記複数のタイミング信号をブロックするステップと、
前記第１光学波長上における前記アップストリーム・データの送信を前記プライマリ・トランシーバが完了するのに先立って、前記タイミング・トランシーバが前記第２光学波長において１つのタイミング信号を送信するステップと
を更に備える、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
光学系の１つのエンド・ノードであって、
第１光学波長においてアップストリーム・データを送信するプライマリ・トランシーバと
第２光学波長において複数のタイミング信号を受信するタイミング・トランシーバと、
前記アップストリーム・データを送信する時間を決定するために、受信した前記複数のタイミング信号を追跡するコントローラと
を備え、
前記複数のタイミング信号が、複数のエンド・ノードの中のアップストリーム・データの送信に応答して複数のエンド・ノードによって送信され、
前記複数のタイミング信号が、波長選択性を有する反射部材によって複数のエンド・ノードのそれぞれへと反射される、
１つのエンド・ノード。
【請求項１０】
前記プライマリ・トランシーバが、第３光学波長においてダウンストリーム・データを受信し、
前記プライマリ・トランシーバによるアップストリーム・データの送信の完了に先立って、前記タイミング・トランシーバが前記タイミング信号を送信する、
請求項９に記載の１つのエンド・ノード。
【請求項１１】
前記１つのエンド・ノードが、複数のエンド・ノードの中の１つであり、
前記プライマリ・トランシーバが送信シーケンスを受信し、
前記送信シーケンスが、前記複数のエンド・ノードが前記アップストリーム・データを送信するための送信順序を示し、
前記コントローラが、受信した前記複数のタイミング信号の追跡に基づいて、前記１つのエンド・ノード用の送信時間を決定し、
前記プライマリ・トランシーバによる前記第１光学波長上における前記アップストリーム・データの送信に応答して、前記タイミング・トランシーバが、前記第２光学波長上に１つのタイミング信号を送信する、
請求項１０に記載の１つのエンド・ノード。
【請求項１２】
前記第１および第３光学を通過させ、前記第２光学波長を抑止するために、前記プライマリ・トランシーバに接続される波長選択性を有するフィルタを更に備え、
前記送信シーケンスが、前記プライマリ・トランシーバによって前記第３光学波長において受信される、
請求項１１に記載の１つのエンド・ノード。
【請求項１３】
前記波長選択性を有する反射部材が、分配ファイバによってシステム・ヘッドエンドに接続される外部分岐ノードの一部であり、
前記波長選択性を有する反射部材により、ドロップ・ファイバによって各エンド・ノードに接続されるスプリッタ／コンバイナ部材を通して前記複数のエンド・ノードのそれぞれへと前記複数のタイミング信号が反射され、
前記スプリッタ／コンバイナ部材が前記外部分岐ノードの一部であり、
前記システム・ヘッドエンドが、各エンド・ノードへの分配のために前記外部分岐ノードに前記送信シーケンスを供給し、
前記スプリッタ／コンバイナ部材が、前記複数のエンド・ノードによって受信されたアップストリーム・データを統合する、
請求項１２に記載の１つのエンド・ノード。
【請求項１４】
光ネットワークであって、
システム・ヘッドエンドにアップストリーム・データを伝送する分配ファイバと、
前記分配ファイバからダウンストリーム・データを受信する外部分岐ノードと
前記外部分岐ノードと複数のエンド・ノードとを接続する複数のドロップ・ファイバと
を備え、
各エンド・ノードが、アップストリーム・データの送信に応答して１つのタイミング信号を送信し、
前記外部分岐ノードが、前記複数のエンド・ノードのそれぞれに対して前記１つのタイミング信号を反射し、
各エンド・ノードが、受信した複数のタイミング信号を追跡し、送信シーケンスに従ってアップストリーム・データを送信する、
光ネットワーク。
【請求項１５】
前記送信シーケンスが、前記複数のエンド・ノードのそれぞれに前記システム・ヘッドエンドによって伝送され、
前記送信シーケンスが、前記複数のエンド・ノードのそれぞれがアップストリーム・データを送信する順番を示し、
前記送信シーケンスに従ってアップストリーム・データを送信する時間を決定するために、各エンド・ノードが受信した複数のタイミング信号を追跡する、
請求項１４に記載の光ネットワーク。
【請求項１６】
前記外部分岐ノードが、
前記複数のドロップ・ファイバのそれぞれに接続される光学スプリッタ／コンバイナ部材と
前記分配ファイバと前記光学スプリッタ／コンバイナ部材との間に接続される波長選択性を有する反射部材と
を備え、
前記波長選択性を有する反射部材が、前記光学のスプリッタ／コンバイナ部材に前記複数のタイミング信号を反射する、
請求項１５に記載の光ネットワーク。
【請求項１７】
アップストリーム・データが第１光学波長上に存在し、
前記複数のタイミング信号が第２光学波長上に存在し、
前記ダウンストリーム・データが第３光学波長上に存在し、
前記複数のタイミング信号を反射し、前記アップストリーム・データを前記光学スプリッタ／コンバイナ部材から前記分配ファイバへ通過させ、前記ダウンストリーム・データを前記分配ファイバから前記光学スプリッタ／コンバイナ部材へ通過させるために、前記波長選択性を有する反射部材がブラッグ・グレーチングから構成される、
請求項１６に記載の光ネットワーク。
【請求項１８】
前記分配ファイバの長さが、所定の割合の前記複数のドロップ・ファイバの長さの少なくとも２倍である、請求項１７に記載の光ネットワーク。
【請求項１９】
複数のエンド・ノードから光ネットワークを経由してデータを送信する方法であって、
第１エンド・ノードからアップストリーム・データを受信するステップと、
波長選択性を有する反射部材によって前記複数のエンド・ノードのそれぞれへ１つのタイミング信号を反射するステップと、
前記複数のエンド・ノードの中の次回に送信を行うエンド・ノードからアップストリーム・データを受信するステップと
を備え、
前記次回に送信を行うエンド・ノードが、前記１つのタイミング信号の受信に応答して前記アップストリーム・データを送信する、
方法。
【請求項２０】
前記複数のエンド・ノードの中の前記第１エンド・ノードから受信されたデータが、第１光学波長においてシステム・ヘッドエンドに送信され、
前記１つのタイミング信号が、第２光学波長において前記複数のエンド・ノードの中の前記第１エンド・ノードによって送信され、
前記波長選択性を有する反射部材が、前記第２光学波長を反射し、前記第１光学波長を通過させる、
請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記システム・ヘッドエンドから前記複数のエンド・ノードのそれぞれに送信シーケンスを供給するステップを更に備え、
前記送信シーケンスが、前記複数のエンド・ノードがアップストリーム・データを送信するためのシーケンスを含み、
前記複数のエンド・ノードの中の前記シーケンスにおける次回に送信を行うエンド・ノードが、前記複数のエンド・ノードの中の前記シーケンスにおいて先回に送信を行ったエンド・ノードから受信した１つのタイミング信号に応答してデータを送信する、
請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記複数のエンド・ノードのそれぞれがアップストリーム・データを送信する予定の時間を決定するために、前記複数のエンド・ノードが、前記波長選択性を有する反射部材によって反射された複数のタイミング信号を追跡する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記波長選択性を有する反射部材がブラッグ・グレーチングで構成される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
第３光学波長において前記送信シーケンスを送信するステップを更に備え、
前記波長選択性を有する反射部材が前記第３光学波長を通過させる、
請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記システム・ヘッドエンドから前記第３光学波長において提供されるダウンストリーム・データを、スプリッタ／コンバイナ部材を用いて前記複数のエンド・ノードのそれぞれに分割するステップを更に備え、
前記波長選択性を有する反射部材が、前記第３光学波長における前記ダウンストリーム・データを通過させる、
請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
前記スプリッタ／コンバイナ部材によって前記アップストリーム・データを統合するステップを更に備え、
前記アップストリーム・データは、前記複数のエンド・ノードによって前記第１光学波長において送信され、
前記波長選択性を有する反射部材が、前記第１光学波長上の前記アップストリーム・データを通過させる、
請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記波長選択性を有する反射部材が、前記スプリッタ／コンバイナ部材と分配ファイバを接続し、
前記方法が、
前記アップストリームおよびダウンストリーム・データを、前記分配ファイバを経由して、前記システム・ヘッドエンドと前記波長選択性を有する反射部材との間で伝送するステップと、
前記アップストリームおよびダウンストリーム・データを、少なくとも１つのドロップ・ファイバを経由して、前記スプリッタ／コンバイナ部材と各エンド・ノードとの間で伝送するステップと、
を備え、
前記分配ファイバの長さが、前記１つ以上のドロップ・ファイバの中の１つのドロップ・ファイバの長さの少なくとも２倍である、
請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
外部分岐ノードであって、
第１光学波長上のアップストリーム・データをシステム・ヘッドエンドに通過させ、第２光学波長上の複数のタイミング信号を反射し、第３光学波長上のダウンストリーム・データを通過させる波長選択性を有する反射部材と、
前記波長選択性を有する反射部材からの前記ダウンストリーム・データを複数のエンド・ノードのそれぞれに供給し、前記複数のエンド・ノードから受信した前記アップストリーム・データと前記複数のタイミング信号を前記波長選択性を有する反射部材に供給するスプリッタ／コンバイナ部材と
を備え、
前記スプリッタ／コンバイナ部材が、前記波長選択性を有する反射部材で反射された複数のタイミング信号を前記複数のエンド・ノードのそれぞれに供給し、
前記アップストリーム・データを送信する時間を決定するために、前記複数のエンド・ノードが前記反射された複数のタイミング信号を追跡し、
各エンド・ノードが、前記アップストリーム・データの送信に応答して１つのタイミング信号を送信する、
外部分岐ノード。
【請求項２９】
分配ファイバが、前記波長選択性を有する反射部材と前記システム・ヘッドエンドとの間に接続され、
複数のドロップ・ファイバの中の少なくとも１つが、前記複数のエンド・ノードのそれぞれと前記スプリッタ／コンバイナ部材とを接続し、
前記分配ファイバの長さが、前記複数のドロップ・ファイバの中の１つのドロップ・ファイバの長さの少なくとも２倍である、
請求項２８に記載の外部分岐ノード。
【請求項３０】
前記波長選択性を有する反射部材がブラッグ・グレーチングを備え、前記スプリッタ／コンバイナ部材が光学カプラを備える、請求項２９に記載の外部分岐ノード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ネットワークに関係する。詳細には、本発明は、システムコントローラと複数の光網成端装置（ＯＮＵ）との間においてアップストリームおよびダウンストリーム・データの送受信を提供する受動光網（ＰＯＮ）に関する。より詳細には、本発明は、アップストリーム・データ伝送用の時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）技術を利用するＰＯＮに関する。
【背景技術】
【０００２】
ブロードバンド情報サービスを個人の顧客の家屋内で利用可能にしておくことに対する需要によって、光ファイバ・メディアの使用に対する大きな関心が促進された。光ファイバは大きな情報容量を有しているので、光ファイバ通信がその全パスにおいて使用されるファイバー・ツー・ザ・ホームへの関心が高い。光ファイバ上で通信するための様々な技術は、時分割多重化（ＴＤＭ）技術、波長分割多重化（ＷＤＭ）技術、サブキャリア多重化（ＳＣＭ）技術および空間分割多重化（ＳＣＭ）技術を含む。
【０００３】
受動光網（ＰＯＮ）は、システム・ヘッドエンドと様々なエンド・ノードとの間の双方向高帯域データの通信を提供するために使用される。ＰＯＮにおいて、システム・ヘッドエンド（中央局）と顧客の家屋の間に介在する動的装置は存在しなくてもよい。換言すれば、ＰＯＮは、システム・ヘッドエンドと、遠隔に設置された複数の顧客の家屋内のエンド・ノードとの間に光信号を導くための動的装置を必要としない。従って、ＰＯＮは、符号化情報を光学的に宛先まで導く為に、外部の装置に電力を供給する必要が無い。通常、従来のＰＯＮは、システム・ヘッドエンドから、複数の遠隔に位置するエンド・ノードまで延長する複数の光学通路を接続する光ファイバースターおよびツリーカップリングを備える。ダウンストリーム光信号が、システム・ヘッドエンドから光分配ファイバを経由して外部分岐ノードに送信され、ここにおいて、信号は受動的に分割され、遠隔に設置された複数の複数のエンド・ノードへと分配される。システム・ヘッドエンドへの分配用の分配ファイバ上に多重化信号を形成するために、複数のエンド・ノードが、外部分岐ノードにエンコードされた複数の信号を光学的にアップストリーム送信して良い。
【０００４】
システム・ヘッドエンドから遠隔に設置された複数のエンド・ノードまでのダウンストリーム送信については、個々のエンド・ノードに向けられたデータを分割するための時分割多重化（ＴＤＭ）技術、波長分割多重化（ＷＤＭ）技術あるいは他の技術をＰＯＮが適用しても良い。多くのエンド・ノードがファイバ・メディアにアクセスし得るアップストリーム送信において、多重アクセスは、例えば時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）、波長分割多重アクセス（ＷＤＭＡ）あるいは符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）によって、またはその組合せによって達成されて良い。
【０００５】
最も基礎的なスキームの中の１つは、ダウンストリーム・データ伝送にはＴＤＭを、およびアップストリーム・データ伝送にはＴＤＭＡを利用し、これは通常パワースプリッティングＴＤＭＡ−ＰＯＮと称する。ダウンストリーム・データは、データ・フレームの「配信および選択」時分割多重（ＴＤＭ）ストリームである。各エンド・ノードは、ダウンストリームＴＤＭデータの配信コピーを受信し、ＴＤＭストリーム内のアドレスに基づいたそれ自身用の特定のデータを選択する。このＴＤＭストリームは単一の波長を占有しても良い。アップストリーム・データ伝送については、アップストリーム送信が所定の間隔で生じるように、複数のエンド・ノードがそれらのアップストリーム送信を同期させることによって多重アクセスを達成する。この同期によって、複数のエンド・ノードから複数のデータが流れ込んだ後のスプリッタ／コンバイナ装置からのアップストリーム・データ送信のオーバーラップは減少するか除去される。アップストリームは単一の波長上で送信され得、通常はダウンストリーム用の波長とは異なる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
使用可能な多様なブロードバンド通信サービスが共有の通信網上にサポートされると仮定した場合、アップストリーム通信路に効率的なディジタルデータ伝送プロトコルを提供することが望ましい。このようなデータ伝送プロトコルは、利用可能なアップストリームのチャネルバンド幅を最も完全に利用するべきである。システム・ヘッドエンドから遠隔に設置されたエンド・ノードにダウンストリーム・データを送信する技術は十分に開発されているが、アップストリーム・データの送信に関するいくつかの問題が残っている。例えば、アップストリーム・データ通信は、アップストリームのパケットの衝突を防ぎ、かつ複数のアップストリーム送信を近接して同一のパケットに入れるために、システム・ヘッドエンドと遠隔に設置された複数のエンド・ノードの複数のＯＮＵとの間において、同期した複数ステップの要求／許可のネゴシエーションを含む時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）技術を導入しても良い。この程度の複雑さは不適当かつ非能率的である。また、ネットワーク資源を著しく消費する。
【０００７】
より複雑さの少ないアップストリーム・データ伝送の技術は、エンド・ノードがデータを上流に送信するために定時スロット割当てを備える「ダム」マスタ／スレーブ・プロトコルを使用する。タイムスロットは固定サイズを有しても良いし、あるいは周期的に固定サイズを変えても良い。システム・ヘッドエンドが全てのエンド・ノードのアップストリーム送信の停止を命じて、送信用の単一のエンド・ノードを指定するので、この技術は非常に非能率的である。衝突を引き起こし得る送信中のアップストリーム・データを他の送信エンド・ノードが有するため、停止コマンドの受信からの十分遅延の後に当該エンド・ノードからの送信が許可される。しかしながら、１回のアップストリーム・データ伝送についての明示的なサイズ予約が無い場合、タイムスロットは必要に対する考慮なしで割り当てられるので、エンド・ノードが全部で最小長さのフレームしか送信する必要が無いか、あるいはフレームを送信する必要がない場合にさえ、割り当てられたタイムスロットは少なくとも１つの最大長さのデータ・フレームを提供することが可能なだけ十分に大きくなければならない。
【０００８】
従って、ＰＯＮにおいて、アップストリーム・データの送信を単純かつ効率的に行う必要性が広範に存在する。更に、ＰＯＮにおいて、効率的にアップストリーム・データを送信する方法およびシステムの必要性が存在する。更に、ＰＯＮにおいて、遠隔に設置された複数のエンド・ノードとシステム・ヘッドエンドとの間のアップストリーム・データの送信を調整する方法およびシステムの必要性が存在する。更に、ＰＯＮにおいて、アップストリーム・データの送信を調整する場合、長い分配ファイバに起因する伝送遅延待ち時間を取り除く方法および装置の必要性が存在する。更に、システム・ヘッドエンドによる明示的なサイズ予約メッセージ交換をする事無く、各エンド・ノードによって複数の可変長アップストリーム・データ・フレームが送信される事を可能にする方法および装置の必要性が存在する。更に、集中化スケジューリングによるポイント指定多重アクセスＰＯＮの方法に対する広範な必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、添付の請求の範囲によって具体的に示される。しかしながら、本発明のより完全な理解は、詳細な説明を図と関連して参照することによって導出され得る。全ての図において、類似した参照番号が類似した項目に関連する。
【００１０】
本発明は光ネットワークに関する。複数の実施形態の中の１つにおいて、遠隔に設置された複数のエンド・ノードは、第１波長において、アップストリーム・データを光ネットワークを経由してシステム・ヘッドエンドに送信し、続いて第２波長においてタイミング信号を伝送する。タイミング信号は波長選択性を有する反射部材によって複数のエンド・ノードのそれぞれに反射される。複数のエンド・ノードは、システム・ヘッドエンドによって提供される送信順番スケジュールに従ってアップストリーム・データを送信する時間を決めるために、タイミング信号を追跡する。本実施形態において、光ネットワークは、分布ファイバによってシステム・ヘッドエンドに接続される外部分岐ノードを備える。外部分岐ノードは、複数のドロップ・ファイバによって複数のエンド・ノードに接続される。外部分岐ノードは、波長選択性を有する反射部材と共に、光スプリッタ／コンバイナ部材を備えて良い。
【００１１】
他の実施形態において、複数のエンド・ノードとシステム・ヘッドエンドとの間のアップストリーム・データの送信を調整する方法が提供される。本実施形態において、各エンド・ノードは、先回に送信を行ったエンド・ノードからタイミング信号を受け取る。１つのエンド・ノードが、１つのタイミング信号の受信に応答してシステム・ヘッドエンドにアップストリーム・データを送信する。本実施形態において、複数のエンド・ノードはアップストリーム・データを送信した後に１つのタイミング信号を送信する。アップストリーム・データは、第１光学波長においてシステム・ヘッドエンドに送信され、タイミング信号は第２光学波長において複数のエンド・ノードによって受信される。波長選択性を有する反射部材は、第１光学波長を通過させる一方で、第２光学を、スプリッタ／コンバイナ部材を通して各エンド・ノードへと反射する。本実施形態において、複数のエンド・ノードは、アップストリーム・データの送信のための順番を示す送信順番スケジュールを受信する。複数のエンド・ノードは、或る１つのエンド・ノードがアップストリーム・データを送信する時間を決定するため、および順番に対応した多数のタイミング信号の受信に応答して第１波長においてアップストリーム・データを送信するために、複数のタイミング信号を追跡する。
【００１２】
更に他の実施形態において、本発明は、第１光学波長においてアップストリーム・データを送信するプライマリ・トランシーバと、第２光学波長において複数のタイミング信号を受信するタイミング・トランシーバと、アップストリーム・データの送信時間を決定するために、受信した複数のタイミング信号をシグナルを追跡するためのコントローラを備える光学系のエンド・ノードを提供する。アップストリーム・データの送信後に、遠隔に設置された複数のエンド・ノードによって複数のタイミング信号が送信される。波長選択性を有する反射部材は、複数のタイミング信号を複数のエンド・ノードのそれぞれへと反射する。プライマリ・トランシーバは、第３光学波長においてダウンストリーム・データを受信しても良い。
【００１３】
更に他の実施形態において、本発明は、光ネットワークの外部分岐ノードを提供する。外部分岐ノードは、波長選択性を有する反射部材を備える。反射部材は、第１光学波長上におけるシステム・ヘッドエンドへのアップストリーム・データを通過させ、第２光学波長上における複数のタイミングシグナルを反射し、第３光学波長上におけるダウンストリーム・データを通過させる。外部分岐ノードはスプリッタ／コンバイナ部材を更に備えて良く、スプリッタ／コンバイナ部材は、波長選択性を有する反射部材からのダウンストリーム・データを複数のエンド・ノードのそれぞれに供給し、複数のエンド・ノードからのアップストリーム・データおよび複数のタイミング信号を波長選択性を有する反射部材に供給する。本実施形態において、スプリッタ／コンバイナ部材は、波長選択性を有する反射部材から反射された複数のタイミング信号を、複数のエンド・ノードのそれぞれに供給しても良い。複数のエンド・ノードは、アップストリーム・データを送信する時間を決定するために、反射された複数のタイミング信号を追跡して良い。各エンド・ノードはアップストリーム・データの送信の後に１つのタイミング信号を送信して良い。本実施形態において、波長選択性を有する反射部材とシステム・ヘッドエンドの間に分配ファイバが接続される。複数のドロップ・ファイバが、スプリッタ／コンバイナ部材と複数のエンド・ノードのそれぞれを接続する。分配ファイバの長さは、複数のドロップ・ファイバの中の１つのロップ・ファイバの長さの少なくとも２倍である。波長選択性を有する反射部材がファイバ・ブラッググレーチングを備えて良い。スプリッタ／コンバイナ部材が、光ファイバーの受動スターカプラを備えて良い。
【発明の効果】
【００１４】
従って、本発明の様々な実施形態の中の１つ以上において、システム・ヘッドエンドと分配ノードとの間の長い分配ファイバに起因する伝送遅延待ち時間が取り除かれる。更に、本発明の様々な実施形態の中の１つ以上よって、システム・ヘッドエンドによる明示的なサイズ予約およびメッセージ交換の必要無しに、複数のエンド・ノードによって複数の可変長アップストリーム・データ・フレームを送信する事が可能になる。例えば、２０キロメートルの長さのドロップ・ファイバを有する光ネットワークにおいて、本発明の様々な実施形態は、要求／許可メッセージ交換あるいはマスタ／スレーブ方法を採用する従来のマルチユーザーＴＤＭＡシステム上の１つのエンド・ノード当たり、フルレングス１６ギガビット・イーサネット・フレームまでの、あるいはそれ以上の追加の容量を可能にし得る。追加の容量は、メッセージ処理と応答時間の削減を通じて、システム・ヘッドエンドによって達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の実施形態における光学系の機能ブロック図である。光学系１００は、システム・ヘッドエンド１０２と、複数のエンド・ノード１０４と接続される１つ以上の光ネットワーク１０６とを備える。システム・ヘッドエンド１０２は、光ネットワーク１０６を通して、アップストリームおよびダウンストリーム・データを複数のエンド・ノード１０４と通信する。更に、システム・ヘッドエンド１０２は、光ネットワーク１０６と同様の機能を有する他の複数のネットワーク（図示せず）と通信しても良い。一般的に、システム・ヘッドエンド１０２とは、システム１００の運用の制御のためのシステムコントローラの事であり、既存の中央局またはポイントであって良い。本発明の一実施形態において、システム・ヘッドエンドは通信システムの中央局であり、遠隔に設置された複数のエンド・ノードの複数のユーザーに対して、例えばＣＡＴＶ、ビデオ・オン・デマンド、ブロードバンド・インターネット、双方向データ、電話、および双方向ビデオの様な様々な通信サービスを光ネットワーク１０６を経由して提供しても良い。一般的に、アップストリーム・データとは、複数のエンド・ノード１０４からシステム・ヘッドエンド１０２に送信されるデータのことであり、また、ダウンストリーム・データとは、システム・ヘッドエンド１０２から１つ以上のエンド・ノード１０４に送信されるデータの事である。一般的に、光ネットワークにおいて、アップストリーム・データおよびダウンストリーム・データのようなデータは、第１または第２波長のような光学波長を有するキャリヤ上に送信される。
【００１６】
光ネットワーク１０６は、分配ファイバ１１０によってシステム・ヘッドエンド１０２と接続される外部分岐ノード１０８を備える。複数のエンド・ノード１０４は、複数のドロップ・ファイバ１１２によって外部分岐ノード１０８と接続される。一実施形態において、アップストリーム・データは、第１光学波長において、複数のエンド・ノード１０４から光ネットワーク１０６を経由してシステム・ヘッドエンド１０２へ送信される。アップストリームのデータの送信に続いて、複数のエンド・ノード１０４は、第２光学波長において１つのタイミング信号を送信する。ダウンストリーム・データは、第３光学波長において、システム・ヘッドエンド１０２から、光ネットワーク１０６を経由して複数のエンド・ノード１０４に送信されて良い。
【００１７】
外部分岐ノード１０８は、第１波長上のアップストリーム・データおよび第３波長上のダウンストリーム・データを通過させる一方で、第２波長上の複数のタイミング信号を反射する反射部材１１４を備える。反射部材１１４は波長選択性を有する反射部材で、一実施形態において、ファイバまたは導波管で構成されるブラッグ・グレーチングで構成されていて良い。本実施形態において、反射部材１１４は、第２波長の半分のグレーチング間隔を有して良い。
【００１８】
外部分岐ノード１０８は、複数のドロップ・ファイバ１１２を経由して複数のエンド・ノード１０４から受信したアップストリーム・データを統合するスプリッタ／コンバイナ部材１１６を更に備え、スプリッタ／コンバイナ部材１１６は、統合されたアップストリーム・データを反射部材１１４に供給し、アップストリーム・データを分配ファイバ１１０を経由してシステム・ヘッドエンド１０２へ送信させる。スプリッタ／コンバイナ部材１１６は、システム・ヘッドエンド１０２から分配ファイバ１１０を経由して反射部材１１４から受信したダウンストリーム・データを、複数ドロップ、ファイバ１１２を経由して複数のエンド・ノード１０４のそれぞれに供給する。本発明の一実施形態において、スプリッタ／コンバイナ部材１１６は、単一の入力を複数の出力へ分割したり、複数の入力を単一の出力に統合したりするために構成された透過性スターカプラのような光学スターカプラによって構成されて良い。
【００１９】
一実施形態において、アップストリーム・データは、システム・ヘッドエンド１０２によって提供される送信シーケンスに従って複数のエンド・ノード１０４によって順番に送信される。本実施形態において、アップストリームのマルチプルアクセスは、分配ファイバ１１０上における第１の波長において達成される。本発明の一実施形態において、複数のエンド・ノード１０４のそれぞれがネットワーク・アドレスを有してよく、システム・ヘッドエンド１０２によってアドレス指定が可能であって良い。ダウンストリーム・データは、エンド・ノードのネットワーク・アドレスを使用することによって、複数のエンド・ノード１０４の中の任意の１つのエンド・ノードに出力されて良い。本実施形態において、複数の特定のエンド・ノードへ向けられたダウンストリーム・データが、第１光学波長において受信されて良い。不特定の複数のエンド・ノードにダウンストリーム・データが配信されても良い。本発明の一実施形態において、複数のエンド・ノード１０４は光網成端装置（ＯＮＵ）を備えて良く、システム１００とビルディング内部との間のインタフェースを提供して良い。例えば、ＯＮＵは、住宅または商用オフィスビルの外側に位置して良い。
【００２０】
一般的に、ドロップ・ファイバ１１２は、長さは５００メートル未満の光ファイバであるが、その長さは、数メーターから数キロメートルまで、あるいはそれ以上であって良い。分配ファイバ１１０は、長さにして１０〜２０キロメートルであり得る光ファイバであるが、その長さは、数百メートル〜１００キロメートルあるいはそれ以上であって良い。分配ファイバ１１０の長さおよびドロップ・ファイバ１１２の長さは本発明のオペレーションに影響しないが、本発明の利点は、より長い分配ファイバおよびより短いドロップ・ファイバを有する光ネットワークにおいて著しく増加する。例えば、分配ファイバを経由したシステム・ヘッドエンドとのアップストリーム送信スケジューリングの通信にについての時間遅れが取り除かれる。複数のドロップ・ファイバ１１２および分配ファイバ１１０は、単一の光ファイバではなく多くの光ファイバで構成されても良い。本発明の実施形態は光ファイバを使用して記述されるが、本発明の多数の実施形態において、光導波路が光ファイバの代替として用いられても良い。
【００２１】
図２は、本発明の実施形態における１つのエンド・ノードの機能ブロック図を示す。
エンド・ノード１２０は１つ以上のエンド・ノード１０４（図１）としての使用に際して好適であるが、エンド・ノード１０４の複数の他の構成が、本発明の様々な実施形態と共に使用するのに好適であり得る。エンド・ノード１２０は、ドロップ・ファイバ１１２を経由して、アップストリーム・データを送信し、かつドダウンストリーム・データを受信するために、プライマリ・トランシーバ１２２を備える。エンド・ノード１２０は、ドロップ・ファイバ１１２上の複数のタイミング信号を送受信するために、タイミング・トランシーバ１２４を更に備える。コントローラ１２６は、プライマリ・トランシーバ１２２およびタイミング・トランシーバ１２４のオペレーションを制御し、内部ネットワーク１３０と接続されてもよい。
【００２２】
本発明の一実施形態において、プライマリ・トランシーバ１２２によるアップストリーム・データの送信の後に、コントローラ１２６は、タイミング・トランシーバ１２４に、１つのタイミング信号（例えばタイミング・パルス）を送信させる。コントローラ１２６はさらに送信シーケンスを受信・格納し、エンド・ノード１２０がアップストリーム・データを送信する時間の割り当てを決定するために、タイミング・トランシーバ１２４によって受信された多くのタイミング信号を追跡してもよい。本実施形態において、送信シーケンスはシステム・ヘッドエンドによって提供される。その後、送信サイクルを開始するために、同期信号がシステム・ヘッドエンドによって提供されて良い。本発明の他の実施形態において、送信シーケンスの受信によって新しい送信サイクルが開始されて良い。
【００２３】
本発明の一実施形態において、エンド・ノードは、アップストリーム・データの送信が完了するのに先立って１つのタイミング信号を送信しても良い。本実施形態において、ドロップ・ファイバ１１０上で統合された際の複数のアップストリーム・データ送信間のギャップを低減するべくようにアップストリーム・データの送信を開始するべく、タイミング信号が送信シーケンス中で隣接しているエンド・ノードに十分に早期に到着するように、タイミング信号が早期に送信される。本実施形態において、少なくともそれ自体と反射部材１１４との間の信号の遅延、および該シーケンス中で隣接しているエンド・ノードと反射部材１１４との信号の遅延を使用して、エンド・ノードが早期にタイミング信号を送信する時間を決定して良い。
【００２４】
本発明の一実施形態において、複数のタイミング信号は、第２の波長上で送信される複数のパルスまたは他の信号で有って良く、これらは、複数のエンド・ノードによって認識され得る。さらに、複数のタイミング信号は、他の複数のエンド・ノードによって使用される制御／ステータス情報に埋め込まれても良い。反射部材１１４（図１）は、第２の波長上で受信された複数のタイミング・パルスあるいは他の複数の信号を上流の方向へ反射して良い。
【００２５】
エンド・ノード１２０は、複数のタイミング信号と帯域外データをブロックする一方で、第１の波長上のアップストリーム・データおよび第３の波長上のおよびダウンストリーム・データを含む帯域内のデータを通過させる光学フィルタ１２８を更に備えて良い。本実施形態において、複数のタイミング信号および同期パルスは、プライマリ・トランシーバ１２２によって受信されない。
【００２６】
本発明の一実施形態において、エンド・ノード１２０は内部ネットワーク１３０を備え得るが、本発明の他の実施形態においては、内部ネットワーク１３０が１つのエンド・ノード１２０の一部で無くても良い。例えば、エンド・ノード１２０がビルディングのような建物の外側に存在する光網成端装置である場合、内部ネットワーク１３０が建物の内部に存在しても良い。本発明の一実施形態において、内部ネットワーク１３０は、高速で通信可能なイーサネット（登録商標）であって良く、ギガビットおよびそれ以上の速度で通信可能であって良い。
【００２７】
プライマリ・トランシーバ１２２は、ダウンストリーム・データを、光ネットワーク１０６（図１）のドロップ・ファイバ１１２（図１）上に受信された形式から、内部ネットワーク１３０による送信に好適な形式に変換する。更に、プライマリ・トランシーバ１２２は、内部ネットワーク１３０から受信したアップストリーム・データを、ネットワーク１０６（図１）による送信に好適な形式に変換する。本実施形態において、アップストリーム・データは、例えばＲＦ搬送周波数上においてネットワーク１３０から受信されてドロップ・ファイバ１１２上にプライマリ・トランシーバ１２２によって第１光学波長上に送信されるイーサネット（登録商標）フレームを含んで良い。ダウンストリーム・データは、第３光学波長においてドロップ・ファイバ１１２から受信されてネットワーク１３０へプライマリ・トランシーバ１２２によってＲＦ搬送周波数上に送信されるイーサネット（登録商標）フレームを含んで良い。プライマリ・トランシーバ１２２は、光学波長とＲＦ周波数との間でデータ変換が可能であっても良い。
【００２８】
従来の通信システムにおいて、イーサネット（登録商標）フレームのようなデータ・フレームのサイズの変化は２２００％以上であった。アップストリームチャネルの使用を最適化するために、個々の連続するエンド・ノードは、先回の送信のフレームの長さ、および複数のステーション間の距離の変動に起因する遅延の変動に関係する事無く、先回の送信の直後にチャネル上に該送信をパックするのが望ましい。これは、遠隔に設置された複数のエンド・ノードにとって既知のシステム・ヘッドエンドによって提供される厳しい許容範囲タイムベースの使用を通じて達成され得る。従って、チャネル上の衝突を回避するために複数の送信が遅延可能であるように、各エンド・ノードは、該エンド・ノードと、他の複数のエンド・ノードとの間の送信時間オフセットを認識している必要がある。従来のＰＯＮにこの従来の技術を適用するために、上流への送信が望まれるデータ・フレームの長さに関し、１つのヘッドエンドに予約リクエストを送信する事が、複数のエンド・ノードに対して要求される。システム・ヘッドエンドがリクエストをスケジューリングしてから暫時後、ヘッドエンドは、該１つのエンド・ノードがアップストリーム・データを送信する事が可能なタイムスロットを、該１つのエンド・ノードに通知する。この許可を受信した後に、該１つのエンド・ノードは予約されたタイムスロット中に送信を行って良い。このマルチステップチャネル・アクセス交渉プロセスにおいて、著しいオーバーヘッドおよび遅延が存在する。これは、高度の複雑さおよびフレキシビリティがＴＤＭＡプロトコルに設計されていることを必要とする。明らかであるように、本発明は著しく複雑さを低減し、ＴＤＭＡアップストリーム・データ送信のフレキシビリティを向上させる。
【００２９】
図３は、本発明の実施形態における、エンド・ノードのデータ送信手順のフローチャートである。手順３００の一部が、光ネットワークを通したアップストリーム・データの通信のために、１つ以上のエンド・ノード１２０によって行なわれて良いが、他のエンド・ノード構成が遂行手順３００に対して好適であり得る。本発明の一実施形態において、手順３００のオペレーションの中の幾つかを行うべく、エンド・ノード１２０（図２）のプライマリ・トランシーバ１２２（図２）およびタイミング・トランシーバ（図２）を制御するために、コントローラ１２６（図２）がソフトウェアによって形成されて良い。一般的に、手順３００のほとんどのオペレーションは、システム・ヘッドエンドへのアップストリーム・データの送信のために、光ネットワークのエンド・ノードによって行なわれる。アップストリーム・データは、アップストリーム用の波長で送信されて良く、多重アクセスはＴＤＭＡ技術によって達成されて良い。換言すれば、他の複数のエンド・ノードがアップストリーム・データの送信を見合わせるときに、各エンド・ノードが一定時限中にアップストリーム・データを送信して良い。アップストリーム・データは、パケット状のデータで有って良く、他の複数のエンド・ノードを含む様々な宛先に送出されて良い。
【００３０】
オペレーション３０２において、複数のエンド・ノードは、システム・ヘッドエンドから送信シーケンスを受信する。送信シーケンスは、複数のエンド・ノードがアップストリーム・データを送信する送信順序すなわちシーケンスを提供して良い。送信シーケンスは、ネットワークの各エンド・ノードによるアップストリーム・データの連続する送信に備えて良い。送信シーケンスはフレーム化されたデータによって伝送されて良く、運用、ステータスあるいはネットワーク管理情報のような追加の情報を伝送しても良い。一実施形態において、送信シーケンスは、複数のエンド・ノードへ向けられた送信シーケンス・メッセージの一部として複数のエンド・ノードによって受信され、メッセージ・ヘッダーによって識別されて良い。本発明の一実施形態において、送信シーケンスは、全てのエンド・ノードへ向けられたダウンストリーム・データとして受信されても良く、更に、マルチキャスト、ブロードキャスト、およびユニキャスト情報の組合せを含んでいて良い。
【００３１】
オペレーション３０４において、パルスあるいは他の信号のような同期信号がシステム・ヘッドエンドによって送信されて、複数のエンド・ノードによって受信される。同期信号は、複数のエンド・ノードによってユニークに識別可能であり、ダウンストリーム・データとは別の波長において帯域外データとして送信されても良い。同期信号によって送信サイクルが開始されて良い。一実施形態において、同期パルスの代わりに、同期メッセージが複数のエンド・ノードに送信される。同期メッセージは、追加の識別子、ステータス情報あるいは他の運用上・管理上のデータ含んでいても良い。本発明の他の実施形態において、オペレーション３０２の送信シーケンスの受信によって送信サイクルが開始される。また、オペレーション３０４は実行されなくても良い。
【００３２】
オペレーション３０６において、送信シーケンスによって示される第１エンド・ノードが、アップストリーム・データを送信する。オペレーション３０６におけるアップストリーム・データの送信は、送信シーケンスの受信に応答し、あるいは他の実施形態においては、送信シーケンスの受信の後に続く同期パルスの受信に応答する。第１エンド・ノードは、第１波長において、かつ光ネットワークのプロトコル要件に従ってアップストリーム・データを送信する。本発明の一実施形態において、複数のエンド・ノードは、アップストリーム・データの送信のために、所定の数の、あるいは固定された数のアップストリーム用タイムスロットを割り当てられず、従って、オペレーション３０６において第１エンド・ノードによって送信されるアップストリーム・データの量は、著しく変化しても良い。一実施形態において、送信シーケンシング・メッセージが、アップストリーム・データ送信に対する制限を示しても良い。
【００３３】
オペレーション３０８において、第１エンド・ノードは、アップストリーム・データの送信の完了時に１つのタイミング信号を送信する。１つのタイミング信号は、帯域外の光学波長である第２波長において送信されて良い。１つのタイミング信号は、第１エンド・ノードから、ドロップ・ファイバを経由して、光ネットワークの外部分岐ノードまで伝送されて良い。外部分岐ノードにおいて、１つのタイミング信号は、光ネットワークに接続される複数のエンド・ノードへ反射される。
【００３４】
オペレーション３１０において、光ネットワークの複数のエンド・ノードが、第１エンド・ノードからの１つのタイミング信号を受け取る。一実施形態において、１つのタイミング信号は、各エンド・ノードへの外部分岐ノードの反射部材によって反射される。本実施形態において、波長選択性を有する反射部材は、第２波長上の複数のタイミング信号を反射する一方で、他の波長上のアップストリームおよびダウンストリーム・データを通過させるために使用されて良い。
【００３５】
オペレーション３１２において、１つのエンド・ノードがアップストリーム・データを送信する時間の割り当てを決定するために、複数のエンド・ノードは、受信した複数のタイミング信号を追跡する。例えば、送信シーケンスにおける第３エンド・ノードは、２つのタイミング信号（例えば第１ノードによって送信された１つのタイミング信号、および第２ノードによって送信された１つのタイミング信号）の受信の後に、アップストリーム・データを送信して良い。１つのエンド・ノードが、アップストリーム・データの送信を次回に行うノードであるという事を決定する場合、該次回に送信を行うエンド・ノードがオペレーション３１４を行う。
【００３６】
オペレーション３１４において、送信シーケンスの次回に送信を行うエンド・ノードがアップストリーム・データを送信して良い。オペレーション３０６と同様に、アップストリーム・データは第１波長において送信され、様々な多量のデータを含んでも良い。一実施形態において、イーサネット（登録商標）フレームのようなフレームが送信されても良い。アップストリームのフレームのサイズは、送信エンド・ノードのデータ送信要件に従って変化し得る。１つのエンド・ノードがオペレーション３１４においてアップストリーム・データを送信した後、オペレーション３１６において、タイミング信号を伴うアップストリーム・データが第２波長において送信される。
【００３７】
本発明の一実施形態において、１つのエンド・ノードが、シーケンスの次回に送信を行う順番である際に送信するべきアップストリーム・データを有さない場合、このエンド・ノードは、オペレーション３１４を行うことを見合わせても良いし、複数のエンド・ノードがそれらの適切な送信時間を決定するために複数のタイミング信号を追跡し続けることを可能にするべくオペレーション３１６が実行されても良い。
【００３８】
オペレーション３１８において、光ネットワークの複数のエンド・ノードは、先回に送信を行った送信エンド・ノードから１つのタイミング信号を受信する。オペレーション３１０と同様、このタイミング信号は、各エンド・ノードへの外部分岐ノードの波長選択性を有する反射部材によって反射されて良い。
【００３９】
本発明の他の実施形態において、アップストリーム・データの送信に続いてタイミング信号を送信する代わりに、帯域外周波信号方式の他の手段が、１つのエンド・ノードがデータの送信を終える時間を示すために使用されて良い。本実施形態において、複数のエンド・ノードは、この帯域外周波信号方式に応答する。例えば、先回に送信を行った送信エンド・ノードは、送信シーケンスにおいてそれ自体を識別するための帯域外波長上の識別子を含んでいて良い。次回に送信を行うエンド・ノードを決定するために、この識別子が他の複数のノードによって読まれても良い。識別子メッセージは、帯域外波長を反射するために形成された外部分岐ノードにおいて、波長選択性を有する反射部材によって反射されて良い。
【００４０】
オペレーション３２０において、複数のエンド・ノードは、新しい送信シーケンスが受信されるかどうかを判断する。新しい送信シーケンスが未だ受信されていない場合、オペレーション３１２〜３１８が繰り返される。従って、新しい送信シーケンスが受信されるまで、複数のエンド・ノードは、タイミング信号の数を追跡し、送信シーケンスに従ってアップストリーム・データを送信することを継続する。本発明の一実施形態において、エンド・ノードは、送信シーケンスの成端が生じる時間を決定するためにタイマを利用しても良い。
【００４１】
新しい送信シーケンスが受信される場合、オペレーション３０４〜３１８が繰り返され、かつ複数のエンド・ノードが新しい送信シーケンスに従ってアップストリーム・データを送信する。本発明の一実施形態において、システム・ヘッドエンドは、新しい送信シーケンスを前もって送信する事無く同期信号を送信しても良い。本実施形態においては、オペレーション３０４〜３１８が繰り返され、かつ複数のエンド・ノードが同期パルスに再度同期し、当初受信された送信シーケンスに従ってアップストリーム・データを送信して良い。
【００４２】
図４は、本発明の実施形態への使用に好適な反射性／透過性の光学カプラの一実施形態の機能ブロック図である。反射性／透過性のカプラ４００は、光ネットワーク１０６（図１）の外部分岐ノード１０８（図１）の反射部材１１４（図１）およびスプリッタ／コンバイナ部材１１６（図１）の代わりに使用されて良い。一般的に、反射性／透過性カプラ４００は、アップストリームおよびダウンストリームの波長のような特定の複数の波長用の光学透過性コンバイナおよび光学透過性スプリッタとして作動する、第２波長のような１つ以上の特定の波長については、反射性／透過性カプラ４００が、反射スプリッタと同様に作用する。ここに使用される、「第２波長」と言う語句は、反射性／透過性カプラ４００が反射カプラとして機能し得る１つ以上の特定の波長のことを称し得、「第１」および「第３」波長は、反射性／透過性カプラ４００が透過性のコンバイナおよび（または）透過性のスプリッタとして機能し得る波長の事をさし得る。
【００４３】
反射性／透過性カプラ４００に関して使用される、「入力」および「出力」と言う語句は、複数の光学カプラ４１０、４２０、４３０および反射性／透過性のカプラ４００に関しての左から右への信号のフローを指定する便宜のために使用される。しかしながら、複数の光学カプラ４１０、４２０および４３０は、等しく両方向に作動し得、また、したがって、「入力」と言う語と「出力」と言う語句は置換可能である。
【００４４】
反射性／透過性カプラ４００は、第１光学カプラ４１０と、第２光学カプラ４２０と、第３光学カプラ４３０とを備える。複数のカプラ４１０、４２０および４３０は、複数の入力４１２、４１４、４２２および４２４で受信された信号を統合して、出力４３６に統合された信号を供給する。複数の光学カプラ４１０、４２０および４３０は複数の透過性スターカプラであっても良いし、図４で示されるように、複数の２×２の透過性スターカプラであっても良い。更に、複数のカプラ４１０、４２０および４３０は、出力４３６で受信された光信号を分割し、各入力４１２、４１４、４２２および４２４に分割された信号を供給する。光ファイバーまたは光導波路は、反射性／透過性カプラ４００の様々な要素間の光学波長において信号を接続するために使用されてもよい。複数のカプラ４１０、４２０および４３０は、融合した双円錐のテーパー・デバイスのような、複数の２×２のエバネッセント光カプラを使用しても良い。更に、反射性／透過性カプラ４００は、任意の未使用の出力における波長の反射を低減するために、カプラ４３０の出力４３８に接続される１つ以上の光学成端４４４を備えて良い。
【００４５】
反射性／透過性カプラ４００がネットワーク１０６（図１）のような光ネットワーク内で使用される場合、複数の入力４１２、４１４、４２２および４２４で受信された複数の信号が、複数のアップストリーム信号として見られる一方、出力４３６で受信された１つの信号が、１つのダウンストリーム信号として見られて良い。例えば、アップストリームおよびダウンストリーム信号は、それぞれ第１波長および第３波長上に存在して良いが、ダウンストリーム信号およびアップストリーム信号が同一の波長で送受信されても良いし、多数の異なる波長において送受信されても良い。
【００４６】
反射性／透過性カプラ４００は、第１カプラ４１０の出力４１６からの第２波長を、第１カプラ４１０を通して複数の入力４１２、４１４へ反射するための第１の波長選択性を有する反射部材４０２を備える。第１の波長選択性を有する反射部材４０２は、カプラ４１０の出力４１６とカプラ４３０の入力４３２との間のアップストリームおよびダウンストリーム波長を通過させる。反射性／透過性カプラ４００は、第２カプラ４２０の出力４２６から第２波長を第２のカプラ入力４２２、４２４へ反射する第２の波長選択性を有する反射部材４０４を更に備える。第２の波長選択性を有する反射部材４０４は、カプラ４２０の出力４２６とカプラ４３０の入力４３４との間のアップストリームおよびダウンストリーム波長を通過させる。
【００４７】
一実施形態において、第１波長反射部材４０２または第２波長反射部材４０４の少なくとも１つは、第２波長の半分の格子間隔を有するファイバあるいは導波管のブラッグ・グレーチングを備えて良い。本実施形態において、ブラッグ・グレーチングは、第１および第３波長のような他の波長を通過させる一方で、第２波長を実質的に反射する。他の実施形態において、第１波長反射部材４０２または第２波長反射部材４０４の少なくとも１つは、第１および第３波長のような他の波長を通過させる一方で少なくとも第２の波長を実質的に反射するためのコーティングされた光学レンズを備えていても良い。
【００４８】
第１カプラ４１０の出力４１８と第２カプラ４２０の出力４２８との間において、第２波長を接続し、第１カプラ４１０の出力４１８と第２カプラ４２０の出力４２８との間における第１波長の送信を抑止するために、反射性／透過性のカプラ４００は、波長選択性を有するカップリング部材４０８を備える。反射性／透過性カプラ４００の一実施形態において、波長選択性を有するカップリング部材４０８は波長選択性を有するカプラであり、共鳴波長が第２波長である長周期のファイバグレーチングで構成されて良い。本実施形態において、波長選択性を有するカップリング部材４０８は、出力４２８から第２波長の信号を受信して良い。部材４０８の光ファイバー中の長周期グレーチングは、実質的に他の波長に影響を与える事無く、第２波長をその光ファイバのコア・モードからクラッディング・モードに変換する。第２の波長は、第２光ファイバーと近接しているか、物理的な接触がある領域を通じてクラッディング・モードによって伝播し、第２ファイバ中の同様のクラッディング・モードを励起する。第２ファイバ中の第２の長周期グレーチングは、第２波長を、クラッディング・モードから第２ファイバのコア・モードに変換する。従って、長周期グレーチングの共鳴波長（例えば第２波長）の光だけが、第１ファイバのコアから第２ファイバのコアまで接続される。第２ファイバは、波長選択性を有するカップリング部材４０８の接続された出力を供給する。
【００４９】
従って、第２波長のような共振波長だけが、カプラ４１０の出力４１８からカプラ４２０の出力４２８へと接続される。他の複数の波長は部材４０８の直接出力へと貫通し、成端４４２に供給される。同様に、第２波長のような共振波長だけが、カプラ４２０の出力４２８からカプラ４１０の出力４１８へと接続される。成端４４２は光学成端であり、波長選択性を有する部材４０８の直接出力への非共振の波長の反射を低減するために、波長選択性を有する部材４０８の直接出力に接続されて良い。
【００５０】
反射性／透過性カプラ４００の他の実施形態において、波長選択性を有するカップリング部材４０８は、第２波長のような特定の１つ以上の波長を選択的に接続し、他の１つ以上の波長を通過させるサイドタップを利用するブレーズ・グレーチングであって良い。
【００５１】
反射性／透過性カプラ４００の一実施形態において、波長選択性を有するカップリング部材４０８および成端４４２がカプラ４１０の出力４１８に直接接続され、波長選択性を有するカップリング部材４０８の接続されたポートはカプラ４２０の出力４２８に接続されて良い。反射性／透過性カプラ４００の他の実施形態において、入力４３４は波長選択性を有するカップリング部材４０８の直接出力に接続される一方で、成端４４２が長選択性を有するカップリング部材４０４に接続されて良い。
【００５２】
反射性／透過性カプラ４００の様々な実施形態によって、より多数の入力の数を有する反射性／透過性カプラへと容易に拡張され得るし、１つ以上の出力を有する反射性／透過性カプラを更に備えても良い。例えば、追加の２×２の透過性スターカプラが追加されても良い。または、他の種類の透過性スターカプラが使用されても良い。例えば、４×４の透過性スターカプラが、追加の複数の波長選択性を有するカップリング部材および追加の波長選択性を有する反射部材と共に使用されて良い。
【００５３】
反射性／透過性カプラ４００の様々な実施形態が、１つの特定の波長（つまり第２波長）において反射するカプラとして作動すると記載されてきたが、反射性／透過性カプラ４００の複数の要素が、１つ以上の波長を選択的に反射および選択的に接続するように構成され、反射性／透過性カプラ４００が、１つ以上の波長に対する反射カプラとして動作可能に為されても良い。
【００５４】
図５は、本発明の実施形態への使用に好適な反射性／透過性の光学カプラの他の実施形態の機能ブロック図である。反射性／透過性カプラ５００は、光ネットワーク１０６（図１）の外部分岐ノード１０８（図１）の反射部材１１４（図１）およびスプリッタ／コンバイナ部材１１６（図１）の代替として使用されてもよい。一般に、反射性／透過性カプラ５００は、反射性／透過性のカプラ４００と同様に作動する。複数の入力の任意の入力で受信されるアップストリーム波長は、複数のカプラ５１０および１つのカプラ５２０において統合され、１つ以上の出力５１２、５１４に供給される。１つ以上の出力５１２、５１４で受信されるダウンストリーム波長は、各入力５０４に供給される。第２波長が入力５０４の中の任意の入力において受信される場合、複数の入力５０４で受信される第２波長のような特定の波長に関しては、波長選択性を有する反射部材５０２は第２波長をカプラ５１０を通して反射し、選択的なカップリング部材５０８が他の複数のカプラに第２波長を接続する。成端５１６はカプラ５２０の未使用の出力をターミネートするために使用されても良い。
【００５５】
反射性／透過性カプラ５００に関して使用される、「入力」および「出力」と言う語句は、複数の光学カプラ５１０、５２０、５３０および反射性／透過性のカプラ５００に関しての左から右への信号のフローを指定する便宜のために使用される。しかしながら、複数の光学カプラ５１０、５２０および５３０は、等しく両方向に作動し得、また、したがって、「入力」と言う語と「出力」と言う語句は置換可能である。
【００５６】
図５に示される反射性／透過性カプラ５００の実施形態において、複数のカプラ５１０および１つのカプラ５２０は、複数の４×４の透過性スターカプラであって良い。各４×４透過性スターカプラはいくつかの２×２透過性スターカプラで構成されても良い。波長選択性を有する反射部材５０２は、波長選択性を有する反射部材４０２あるいは４０４（図４）と同様に機能し得、波長選択性を有するカップリング部材５０８は、波長選択性を有するカップリング部材４０８（図４）と同様に機能し得、また、複数の成端５０６は、成端４４２（図４）と同様に機能し得る。
【００５７】
反射性／透過性カプラ５００の本実施形態は、４×４の透過性スターカプラとして示されるが、反射性／透過性カプラ５００は、例えば、追加の入力および（または）出力を供給するために、当業者によって例えば１６×１６の透過性スターカプラに拡張されても良い。一実施形態において、複数のカプラ５１０および５２０は、複数の４×４の透過性カプラを形成するために、複数の基礎ビルディングブロックとして、融合した双円錐のテーパー・デバイスのような２×２のエバネッセント光カプラを使用しても良い。更に、反射性／透過性カプラ５００の他の実施形態において、カプラ５１０は階層構造で形成されても良い。反射性／透過性カプラ５００の他の実施形態において、カプラ５２０の１つ以上の入力は、周波数選択性を有する反射部材５０２に接続されず、周波数選択性を有する複数のカップリング素子５０８の中の１つの直接出力に接続されて良い。
【００５８】
本発明の一実施形態において、複数のタイミング信号は、アップストリーム・データと同じ波長において複数のエンド・ノードによって送信されて良い。本実施形態において、反射性／透過性カプラは、アップストリーム・データ波長をシステム・ヘッドエンドへ通過させると同時に複数のエンド・ノードにアップストリーム・データ波長を反射するように形成されて良い。本実施形態において、送信を行うエンド・ノードを示すために、複数のタイミング信号がアップストリーム・データの一部であり得、かつ（または）、例えば補足情報と共にエンコードされていて良い。
【００５９】
反射性／透過性カプラ４００（図４）の様々な実施形態あるいは反射性／透過性カプラ５００の様々な実施形態を外部分岐ノード１０８（図１）の一部として使用する事を通じて、第１波長において複数のエンド・ノード１０４（図１）によって送信されるアップストリーム・データは、反射されたり他の複数のエンド・ノードに送信されたりせず、システム・ヘッドエンド１０２（図１）へと通過する。一方で、アップストリーム・データの送信の後にエンド・ノード１０４（図１）によって第２波長において送信される複数のタイミング信号は、複数のエンド・ノードのそれぞれに供給される。第３波長上で送信されるダウンストリーム・データは、システム・ヘッドエンド１０２（図１）から外部分岐ノード１０８（図１）を経由して複数のエンド・ノード１０４（図１）のそれぞれに供給される。
【００６０】
以上、光ネットワーク中のアップストリーム・データの配位・送信のための方法および装置について記載された。システム・ヘッドエンドと分配ノードの間の長い分配ファイバに起因する伝送遅延待ち時間が取り除かれる。可変長アップストリーム・データ・フレームが、システム・ヘッドエンドによる明示的なサイズ予約およびメッセージ交換無しで、各エンド・ノードによって送信されて良い。１つのエンド・ノード当たり、フルレングス１６ギガビット・イーサネット・フレームまでの、あるいはそれ以上の追加の容量が、いくつかの従来のシステム上で達成される。従来のシステムの更なる向上が、ヘッドエンドにおける処理およびスケジューリングの低減によって達成される。
【００６１】
以上の特定の実施形態の説明によって本発明が総体的に十分に明らかになり、現存の知識を適用する事によって、一般的な概念から逸脱する事無く確実に修正され得、および（または）様々な応用例に対して適用し得る。従って、この種の適用および修正は、開示された実施形態の均等物の範囲内と理解されることが意図される。
【００６２】
本願明細書において使用される語法または用語は説明の目的のために用いられているのであって、限定の目的のために用いられているのではない事が理解されよう。従って、本発明は添付の特許請求の範囲の精神および広範な範囲の範囲内における全てのこの種の代替、修正、均等物および相違を包含することを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施形態における光学系の機能ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態におけるエンド・ノードの機能ブロック図である。
【図３】本発明の実施形態におけるエンド・ノード・データ伝送の手順のフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態への使用に好適な反射性／透過性の光学カプラの一実施形態の機能ブロック図である。
【図５】本発明の実施形態への使用に好適な反射性／透過性の光学カプラの他の実施形態の機能ブロック図である。
【図１】
2005532699.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年7月27日(2004.7.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
最も基礎的なスキームの中の１つは、ダウンストリーム・データ伝送にはＴＤＭを、およびアップストリーム・データ伝送にはＴＤＭＡを利用し、これは通常パワースプリッティングＴＤＭＡ−ＰＯＮと称する。ダウンストリーム・データは、データ・フレームの「配信および選択」時分割多重（ＴＤＭ）ストリームである。各エンド・ノードは、ダウンストリームＴＤＭデータの配信コピーを受信し、ＴＤＭストリーム内のアドレスに基づいたそれ自身用の特定のデータを選択する。このＴＤＭストリームは単一の波長を占有しても良い。アップストリーム・データ伝送については、アップストリーム送信が所定の間隔で生じるように、複数のエンド・ノードがそれらのアップストリーム送信を同期させることによって多重アクセスを達成する。この同期によって、複数のエンド・ノードから複数のデータが流れ込んだ後のスプリッタ／コンバイナ装置からのアップストリーム・データ送信のオーバーラップは減少するか除去される。アップストリームは単一の波長上で送信され得、通常はダウンストリーム用の波長とは異なる。
【特許文献１】特開平９−１５３９０７号
【特許文献２】特表平９−５０６７５０号
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本発明の一実施形態において、エンド・ノードは、アップストリーム・データの送信が完了するのに先立って１つのタイミング信号を送信しても良い。本実施形態において、分配ファイバ１１０上で統合された際の複数のアップストリーム・データ送信間のギャップを低減するべくようにアップストリーム・データの送信を開始するべく、タイミング信号が送信シーケンス中で隣接しているエンド・ノードに十分に早期に到着するように、タイミング信号が早期に送信される。本実施形態において、少なくともそれ自体と反射部材１１４との間の信号の遅延、および該シーケンス中で隣接しているエンド・ノードと反射部材１１４との信号の遅延を使用して、エンド・ノードが早期にタイミング信号を送信する時間を決定して良い。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５５】
反射性／透過性カプラ５００に関して使用される、「入力」および「出力」と言う語句は、複数の光学カプラ５１０、５２０、５３０および反射性／透過性のカプラ５００に関しての上から下への信号のフローを指定する便宜のために使用される。しかしながら、複数の光学カプラ５１０、５２０および５３０は、等しく両方向に作動し得、また、したがって、「入力」と言う語と「出力」と言う語句は置換可能である。
【国際調査報告】
2005532699.tif 000008
2005532699.tif 000009