(57)【要約】【課題】  在来型パケットネットワークで使われる普通のパケットから波長多重伝送で使用する複数の波長を個々の光パケットの伝送に用いる光パケット多重パケットを生成することと、逆に光パケット多重パケットを分解して普通のパケットにすることを、少量のハードウェアで行えるようにすること。【解決手段】  波長内では平坦な遅延特性を持ちつつ波長ごとに遅延時間が異なる波長多重波長時間変換の考え方により、光パケット多重パケットの生成分解に必要な能動素子の数を少量にし、さらに複数の波長群単位の遅延や変復調を導入することで、波長多重波長時間変換に必要な遅延線の長さも減らした。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の波長を使用する波長多重伝送の光に、波長により一般に異なる遅延を生じさせることにより波長の違いを時間の差に変換する際において、各波長で使用する信号伝送に必要な帯域内での遅延はほぼ均一であることを特徴とする、波長多重波長時間変換方法。
【請求項２】
請求項１に記載の波長多重波長時間変換方法において、各波長の遅延時間を短い順に並べたときそれがほぼ等差数列となることを特徴とする、等差波長多重波長時間変換方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の波長多重波長時間変換方法において、入力部分で入力光を各波長に分波し、波長ごとに一般に長さの異なる遅延線を通すことにより波長により異なる遅延を実現し、出力部分で各波長を合波することにより波長多重波長時間変換を実現する、波長多重波長時間変換方法。
【請求項４】
請求項３に記載の波長多重波長時間変換方法において、入力部分で各波長を、その遅延時間の短い順に複数の波長群に分け、各波長群に属する複数の波長を一括して、その波長群の中で最も短い遅延が必要な波長の遅延かそれより少し短い遅延をもつ遅延線に通し、その後あるいはその前に、波長群別に波長数のより少ない波長多重波長時間変換装置に通すことで各波長の残りの遅延を実現し、出力部分で各波長群を合わせることを特徴とする、波長多重波長時間変換方法。
【請求項５】
請求項４に記載の波長多重波長時間変換方法において、波長群別に使用する波長数のより少ない波長多重波長時間変換装置の実現に再帰的に請求項４の方法を使用することを特徴とする、波長多重波長時間変換方法。
【請求項６】
請求項３に記載の波長多重波長時間変換方法において、分波と合波にＡＷＧを使用することを特徴とする、波長多重波長時間変換方法。
【請求項７】
請求項４に記載の波長多重波長時間変換方法において、波長群へ分けるためまたは波長群を合わせるためにＡＷＧまたは薄膜フィルタを使用することを特徴とする、波長多重波長時間変換方法。
【請求項８】
請求項４に記載の波長多重波長時間変換方法において、波長群へ分けるためまたは波長群を合わせるためにインタリーバを使用することを特徴とする、波長多重波長時間変換方法。
【請求項９】
請求項１、２、３、４、５、６、７または８に記載の波長多重波長時間変換方法により実現された、波長多重波長時間変換装置。
【請求項１０】
波長多重伝送で使用する複数の波長を同時に用いて個々のパケットを伝送する波長多重による光パケット多重パケットの生成において、光パケット多重パケットで使用するすべての波長の光を発生する全波長光源からの光を、広帯域変調器により同時に変調し、最長の光パケット多重パケットの時間軸での長さ以上の公差をもつ、請求項２の方法を使用した等差波長多重波長時間変換装置により、波長ごとの時間をずらし、高速広帯域光スイッチで光パケット多重パケットとなる部分を取り出すことを特徴とする、光パケット多重パケット生成方法。
【請求項１１】
波長多重による光パケット多重パケットの生成において、光パケット多重パケットで使用する波長の光を複数の波長群にわけ、各波長群に属する複数の波長からなる光源からの光を波長群別に広帯域変調器により変調し、最長の光パケット多重パケットの時間軸での長さ以上の公差をもつ等差波長多重波長時間変換装置により、波長ごとの時間をずらし、各波長群を合わせ、高速広帯域光スイッチで必要部分を取り出すことを特徴とする、光パケット多重パケット生成方法。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の光パケット多重パケット生成方法において、その方法で使用する等差波長多重波長時間変換装置の他に、より公差の小さい等差波長多重波長時間変換装置をいくつか追加し、それらの等差波長多重波長時間変換装置を高速広帯域光スイッチで選択可能にし、短いパケットの生成にはパケットの長さに応じた公差の小さい等差波長多重波長時間変換装置を使用することを特徴とした、光パケット多重パケット生成方法。
【請求項１３】
請求項１０、１１または１２に記載の光パケット多重パケット生成方法において、高速広帯域光スイッチの直前に広帯域光増幅器を置き、しばらく生成すべきパケットがない場合にはダミーパケットを生成することを特徴とする、光パケット多重パケット生成方法。
【請求項１４】
請求項１０、１１、１２または１３に記載の光パケット多重パケット生成方法により実現された、光パケット多重パケット生成装置
【請求項１５】
波長多重による光パケット多重パケットの分解において、光パケット多重パケット列から一個の光パケット多重パケットを高速広帯域光スイッチで切り出し、最長の光パケット多重パケットの時間軸での長さ以上の公差をもつ等差波長多重波長時間変換装置により、波長ごとの時間をずらし、順次広帯域復調器により復調することを特徴とする、光パケット多重パケット分解方法。
【請求項１６】
波長多重による光パケット多重パケットの分解において、光パケット多重パケット列から一個の光パケット多重パケットを高速広帯域光スイッチ波長多重で切り出し、複数の波長群に分け、各波長群を最長の光パケット多重パケットの時間軸での長さ以上の公差をもつ等差波長多重波長時間変換装置により、波長ごとの時間をずらし、波長群別に広帯域復調器で順次復調することを特徴とする、光パケット多重パケット分解方法。
【請求項１７】
請求項１５または１６に記載の光パケット多重パケット分解方法において、その方法で使用する等差波長多重波長時間変換装置の他に、より公差の小さい等差波長多重波長時間変換装置をいくつか追加し、それらの等差波長多重波長時間変換装置を高速広帯域光スイッチで選択可能にし、短いパケットの分解にはパケットの長さに応じた公差の小さい等差波長多重波長時間変換装置を使用することを特徴とした、光パケット多重パケット分解方法。
【請求項１８】
請求項１５、１６または１７に記載の光パケット多重パケット分解方法により実現された、光パケット多重パケット分解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は光パケット交換装置で通常のパケットからの光パケット多重パケットの生成と光パケット多重パケットの通常のパケットへの分解を効率的に行うことと、そのために使用した波長多重波長時間変換とその効率化に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  インターネット等の高速化のために、幹線ルータ等では、光のままパケットをスイッチできる光パケットスイッチ技術の使用が望まれている。光ファイバや光増幅器は極めて広帯域の伝送能力を持ち、伝送路においては、異なる波長の光をそれぞれ電気で処理できる程度の帯域の信号で変調し、それらの光を光学的に合成して伝送する波長多重伝送技術により、光伝送路の持つ帯域を生かすことができる。例えば、光伝送路の帯域内に適当な間隔で１００個の波長を選び、それぞれの波長の光を１０Ｇｂｐｓで変調したものを合わせると、全体では１Ｔｂｐｓの帯域での伝送が行える。光パケットスイッチにおいても、同様に光の広帯域性を生かすことが期待されてきた。【０００３】  しかしこれまでは、波長多重された光伝送路を使用する場合、図１のように一個の光パケットを一つの波長でのみエンコードする方法が主流であった。これでは個々の波長内の光パケットを波長別に処理する必要があり、光の広帯域性は活用できない。例えば、それぞれの波長の光を１０Ｇｂｐｓで変調したものを１００波合わせると全体では１Ｔｂｐｓの帯域があるものの、各波長の光は１０Ｇｂｐｓの帯域しか持たずわざわざ光処理を用いずとも電気回路により容易に処理可能である。逆に、光回路での処理は複数のパケットが衝突した際のバッファの実現が極めて困難である。【０００４】  光パケットスイッチにおいて光の広帯域性を生かすためには、図２のように、波長多重で使用する多数の波長を同時に使い一個の光パケットをエンコードしそれらのパケットを適当な時間間隔を置いて分離する光パケット多重の考え方（特許文献１）が役に立つ。光スイッチにおいては、近年使用可能になってきた高速広帯域光スイッチ（非特許文献１、２）を使用し、パケットとパケットの間の部分で行き先を切り替えることで、パケットの情報を含む全波長を一括して行き先を変えることができる。例えば、インターネット幹線で平均的なパケット長は５００バイト程度であるが、これを１Ｔｂｐｓでエンコードすれば４ｎｓ程度となり、光パケットを６ｎｓの間隔で配置して６ｎｓより高速に動作する高速広帯域光スイッチで切り替えれば、パケット間隔を考慮しても４００Ｇｂｐｓ程度の実効速度が得られる。また、インターネット幹線で一般的な最大パケット長は１５００バイトであり、これを１Ｔｂｐｓでエンコードすれば１２ｎｓとなるが、光は１２ｎｓの間に真空中でも３．６ｍほどしか進まないため、光パケットバッファの構築が容易になる。インターネット幹線においては多数のＴＣＰの速度変動が平均されパケットはほぼポワソン到着するため、実用的な負荷率で実用的なパケット落ち率を達成するためには十数〜数十パケットがバッファできればよく、実用的な長さと数の光ファイバ遅延線により光バッファを構築することが可能となる。例えば、光ファイバの屈折率を１．４６とすると、７４ｍ程度の光ファイバで、１５００Ｂのパケット２０個を６ｎｓ間隔で収容できる。また、この程度の時間であれば光パケットの行き先などのヘッダ情報の処理や光スイッチの制御は、電気回路で行うことができる。ヘッダを電気で処理してもその情報量はペイロードに比べて少なく、ペイロードは光のままスイッチすることで光の広帯域性が活かせることに変わりはない。【０００５】  東京大学や（独）情報通信研究機構では光パケット多重によるスイッチの実現に向け既に実験が行われているが、この際の課題が、通常のパケットと光パケット多重パケットの生成と、光パケット多重パケットの通常のパケットへの分解であり、使用する波長数が多いと多量の回路が必要となる。（非特許文献３）では、光パケット多重パケットの生成と分解にはそれぞれ波長数だけのＥＯとＯＥを用いる構成が例示されており、（独）情報通信研究機構での光バッファの実験でも、１０Ｇｂｐｓ＊８波長の光多重パケットと１０Ｇｂｐｓの通常のパケットからの生成と１０Ｇｂｐｓの通常のパケットへの分解を、８個のＥＯとＯＥで行っている。東京大学の例（非特許文献４）では、エラー特性を実測しているだけであり、生成するパケットとして、ペイロードに８つの波長を用いそれぞれ１０Ｇｂｐｓで変調しているが、変調器を一個しか使用しておらず全ての波長が同時に同じ内容で変調されており実用性はない。分解側では波長数だけの入力をもつオシロスコープで波形を観測している。【０００６】  光パケット多重パケットを極めて高頻度で電気回路により生成、分解しなければならない場合には、より低速のＥＯやＯＥは必然的に多数必要となる。例えば、１０ＧｂｐｓのＥＯやＯＥを用いての１Ｔｂｐｓの光パケット多重パケット列の生成や分解のためには、ＥＯやＯＥはそれぞれ少なくとも１００個ずつ必要である。しかし、光パケット網内部で光パケットを中継するだけの中枢ルータ（特許文献１、特許文献１では「中枢光パケット交換装置」ともいう、非特許文献３でいう「コアルータ」）は、経路制御やエラー等を起こした光パケット多重パケットを分解し、経路制御やエラー報告のための光パケット多重パケットを生成すればいいだけで、光パケット多重パケットの生成や分解の頻度は一般に極めて低い。特許文献１では、中枢ルータは通常の光パケット多重パケットは生成、分解できないものとして特殊なパケット形式を使用することとして、特許文献１の請求項９は中枢ルータでパケットがエラー等を起こした場合の対処法に関する発明であったが、中枢ルータでエラー等を起こしたパケットは光のまま他に転送するため、光パケットネットワークの出口付近でエラー等を起こしたパケットは光パケットネットワークをほぼ往復することになるばかりでなく、光パケットヘッダには送信元アドレスも必要となる。また、光パケット網と在来型パケットネットワークの境界に位置する境界ルータ（特許文献１でいう「境界光パケット交換装置」、非特許文献３でいう「エッジルータ」）でも、多くの場合はそれほどの光パケット多重パケットの生成や分解の頻度は必要ないと予想される。光パケット多重パケットは光パケット網内で一般に多数回中継されるからである。例えば、平均２０回中継されるとすると、生成や分解の頻度は平均的には中継能力の１／２０でよい。また、境界ルータが接続している在来型パケットネットワークとの接続速度が低ければ、それ以上の頻度での生成や分解は不要である。【０００７】  そこで、光パケット多重を使用した光パケット網を効率的に実現するために、光パケット多重パケットの生成と分解を、少量のハードウェアで効率的に行う必要がある。【０００８】
【特許文献１】  特願２００６−６３３１３  「光パケット交換装置を簡素にする光パケットの波長割り当て方法」
【非特許文献１】  池澤  克哉他、「光パケットネットワーク要素技術の開発」、信学技報  ＰＮ、２００５年４月。
【非特許文献２】  梨本  恵一他、「超高速ＰＬＺＴ薄膜光スイッチングサブシステムの開発」、信学技報  ＰＮ、２００５年１０月。
【非特許文献３】  太田  昌孝、「全光データパスルータの構成要素」、信学技報  ＰＮ、２００５年８月。
【非特許文献４】  Ｈｉｄｅａｋｉ  ＩＭＡＩＺＵＭＩ，「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ＯＰＳ  ｒｅｓｅａｒｃｈ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｔｏｋｙｏ」，Ｊｏｉｎｔ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  ＯＰＳ  ＆  ＯＣＤＭＡ，Ｄｅｃ．２００６．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】  本発明が解決しようとする課題は、波長多重を用いた光パケット多重パケットの生成と分解の、少量のハードウェアによる効率的実現である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  本発明は、波長多重を使用する場合において波長多重波長時間変換という考え方を導入しその実現や使用方法を工夫することにより、波長多重による光パケット多重パケットの生成と分解を、少量のハードウェアで効率的に実現できるようにした。【００１１】  請求項１は、波長多重を使用する場合に有用な考え方である波長多重波長時間変換という方法の発明である。ここで、波長時間変換とは、波長の差を時間の差に変換することで、波長時間変換装置に同時に入力された複数の波長の光は、波長により定まる異なるタイミングで出力されるものとする。一般に、光が媒質中を通る時には波長によって透過時間が異なる分散があるため、波長時間変換は図３のように当然に実現される。分散の大きな媒質は短い距離で長い時間差の波長時間変換を実現できる。しかしながら、波長多重により信号を伝送する場合、各波長は信号による変調を受けて、変調速度に比例した波長の幅をもつことになる。この波長の幅の範囲内で伝送時間に大きな差があると、変調された波形が大きく歪み復号できなくなってしまう。そこで、請求項１は、複数の波長を使用する波長多重伝送を使用した信号に、波長により遅延が変化し一般に波長により遅延は異なるが、各波長で使用する信号の伝送に必要な帯域内での遅延はほぼ均一であるように、図４のような波長時間変換を行う方法とした。このような波長多重波長時間変換は、波長多重で使用する各波長に対して、信号の波形を歪めずに、波長によって異なる時間差を与えることができる。この時、各波長での信号の伝送には不必要な部分の分散や透過率は、波長多重での信号の伝送に影響しないため、どうでもよい。毎回同じ順序の異なる波長で毎回同じ波長間の時間差で発生する信号を、波長の変わる順に遅延が信号間の時間差だけ小さくなる波長多重波長時間変換方法により、ほぼ同時刻で波長多重された信号にまとめることができる。また、波長多重された信号を、波長間の時間の差が信号の長さ以上の波長多重波長時間変換方法により、時間軸上に分離することができる。波長多重に用いる波長は等間隔であるとは限らない。【００１２】  請求項２は、請求項１に加え、図５や図６のように、各波長の遅延時間を短い順に並べたときそれがほぼ等差数列となるようにした、等差波長多重波長時間変換の方法の発明である。図６のように、遅延時間は波長とともに単調に変化するとは限らない。波長を変えながらほぼ等間隔で発生する信号を、信号間隔と同じ公差で波長の変わる順に遅延が小さくなる等差波長多重波長時間変換方法により、ほぼ同時刻で波長多重された信号にまとめることができる。また、波長多重された信号を、信号の長さ以上の公差の等差波長多重波長時間変換方法により、時間軸上に公差の間隔で均等に分離することができる。【００１３】  請求項３は、波長多重波長時間変換方法の実現方法に関する発明である。図７のように、波長多重波長時間変換の入力部分で入力光を各波長に分波し、波長ごとに一般に長さの異なる遅延線を通すことにより波長により異なる遅延を実現し、出力部分で各波長を合波することにより波長多重波長時間変換を実現する。遅延線の遅延量を等差数列とすることで、等差波長多重波長時間変換方法となる。分���、合波、遅延線の通過の際の各波長内の遅延の差は小さいものとする。この方法では、各波長の光は別々の遅延線を通るため、各波長での遅延の合計に比例した長さの遅延線が必要となり、等差波長多重波長多重変換では、波長数の二乗に比例する長さの遅延線が必要となる。【００１４】  請求項４は、請求項３に記載の波長多重波長時間変換方法よりも必要な総遅延線長を短くするために、複数の波長からなる波長群を一括して一本の遅延線に通すようにする発明である。図８のように、入力部分で各波長を、その遅延時間の短い順にほぼ同数の波長からなる複数の波長群に分け、各波長群に属する複数の波長を一括して、その波長群の中で最も短い遅延が必要な波長の遅延かそれより少し短い遅延をもつ遅延線に通すことで、波長群内の波長に共通した遅延を一本の遅延線で実現する。波長群内の波長間の遅延の差は、その後あるいはその前に、波長群単位で波長数のより少ない波長多重波長時間変換装置に通して実現する。出力部分で各波長群を合わせることで、全波長に対する波長多重波長時間変換となる。等差波長多重波長多重変換では、各波長群で使用する波長数のより少ない波長多重波長時間変換装置として等差波長多重波長時間変換装置を使用することとなる。【００１５】  請求項５は、請求項４で波長群単位で使用する波長数のより少ない波長多重波長時間変換装置の内部で、再帰的に請求項４の方法を使用する発明である。【００１６】  請求項６は、請求項３の実現方法として、波長多重波長時間変換の入力部分での分波や出力部での合波にＡＷＧを使用する、波長多重波長時間変換方法の発明である。【００１７】  請求項７は、請求項４の波長多重波長時間変換の実現方法として、波長多重時間変換の入力部分で波長群へ分けるためまたは出力部分で波長群を合わせるためにＡＷＧまたは薄膜フィルタを使用する、波長多重波長時間変換方法の発明である。【００１８】  請求項８は、請求項４の波長多重波長時間変換の実現方法として、波長多重時間変換の入力部分で波長群へ分けるためまたは出力部分で波長群を合わせるためにインタリーバを使用した、波長多重波長時間変換方法の発明である。【００１９】  請求項９は、請求項１、２、３、４、５、６、７または８に記載の波長多重波長時間変換方法により実現された、波長多重波長時間変換装置の発明である。【００２０】  請求項１０は、等差波長多重波長時間変換を用いて、少数の能動素子で入力される通常のパケットから出力される光パケット多重パケットを生成する方法の発明である。図９のように、まず、光パケット多重パケットで使用する全ての波長からなる光を発生する全波長光源を用意する。また、入力された通常のパケットは、あらかじめ電気回路などで、各波長に収容する部分ごとに分け必要に応じてヘッダやトレイラを調節し収容すべき形式と速度の信号に整形し、それらを等差波長多重波長時間変換装置の遅延の大きい波長の順に公差の間隔で並べた信号にしておく。このためには、公差が最長の光パケット多重パケットの時間軸上の長さ以上である必要がある。この信号により光源からの光を、光パケット多重パケットで使用する全ての波長を変調できる広帯域変調器で変調すると、それぞれの波長に本来含まれ��べき部分は公差の間隔で出現する。これを等差波長多重波長時間変換装置に通すと、請求項２についての課題を解決するための手段の記述で述べた等差波長多重波長時間変換の「波長を変えながらほぼ等間隔で発生する信号を、信号間隔と同じ公差で波長の変わる順に遅延が小さくなる等差波長多重波長時間変換方法により、ほぼ同時刻で波長多重された信号にまとめることができる。」という性質により、それぞれの波長に本来含まれるべき部分がほぼ同時刻に集められ光パケット多重パケットが得られる。ただしこのままでは、その前後には各波長に本来含まれるべきではない部分が含まれているため、光パケット多重パケットとなる部分だけを、光パケット多重パケットで使用する全ての波長をスイッチできる高速広帯域光スイッチで取り出すことで、光パケット多重パケットのみが生成できる。この方法では公差と波長数の積以上の間隔でしか光パケット多重パケットを生成できない。公差には、最長の光パケット多重パケットの時間軸上の長さに加え、伝送にともなう分散による波長ごとの時間のずれ、光スイッチの動作時間、等差波長多重波長時間変換装置の誤差等を吸収するためのマージンが必要である。分散の小さな伝送路と高速な光スイッチと誤差の少ない等差波長多重波長時間変換装置を使用すること等で、マージンを小さくし生成間隔を小さくできる。公差が充分に大きければ、伝送にともなう分散による波長ごとの時間のずれや等差波長多重波長時間変換装置の誤差等は、復調の後で電気回路等により吸収できる。【００２１】  請求項１１は、請求項１０の方法での生成頻度を増加させるため等の理由で複数の広帯域変調器を使用する場合に、それに請求項４の考え方を組み合わせ、広帯域変調器と同じ数の波長群を使用する発明である。図１０のように、各波長群の波長からなる光源を用意し、そこからの光をそれぞれ広帯域変調器で変調する。各広帯域変調器には、入力された普通のパケットのうち、広帯域変調器で変調する波長群に本来含まれるべき部分だけを、請求項１０と同様に整形し、各波長群に同時に供給する。これを波長群ごとに最小遅延時間が同じ等差波長多重波長時間変換装置をとおせば、各波長群内では光パケット多重パケットとなる部分が同時に得られるため、それらを合流させれば全波長域で光パケット多重パケットとなる。最後に、請求項１０と同様に、必要な部分だけを高速広帯域光スイッチで取り出す。【００２２】  請求項１２は、請求項１０または１１の方法での生成頻度を増加させるため、複数の等差波長多重波長時間変換装置を切り替えて使用する方法の発明である。請求項１０または１１の方法では、光パケット多重パケットの生成頻度は、等差波長多重波長時間変換装置の公差、すなわち最長の光パケット多重パケットの長さにマージンを加えたものに比例する。そこで、複数の等差波長多重波長時間変換装置を用意し、短いパケットの生成にはパケットの長さに応じた小さい交差の等差波長多重波長時間変換装置を使用し、広帯域変調器の入力もより密なものにすれば、長いパケットと短いパケットが入り混じっている場合の平均的なパケット生成頻度を増加させることができる。【００２３】  請求項１３は、１０、１１または１２の方法での光出力を��加するため、光パケット多重パケットで使用する全ての波長を増幅できる広帯域光増幅器を追加する方法の発明である。一般に広帯域光増幅器は、長い間入力光がないと内部にエネルギーが蓄積され次の入力光の先頭部分を強く増幅してしまい、光レベルが不安定になるだけでなく場合によっては後段の回路を破壊してしまう。そこで、光パケット多重パケット生成方法において、しばらくの間普通のパケットが入力されない場合、ダミーパケットを生成し広帯域光増幅器を通すことで、長期的なエネルギーの蓄積を防ぐ。さらに、高速広帯域光スイッチの直前に広帯域光増幅器を置くことで、光パケット多重パケットとなる部分の直前にある高速広帯域光スイッチで切り捨てるべき部分も増幅させ、短期的なエネルギーの蓄積を防ぐ。高速広帯域光スイッチの前に広帯域光増幅器を置くことで、広帯域光増幅器を通過したダミーパケットは、高速広帯域光スイッチで切り捨てることができるが、外部で役にたつ場合には、ヘッダでダミーパケットと識別できるようにして出力し、必要がなくなった時点で落とせばよい。【００２４】  請求項１４は、請求項１０、１１、１２または１３に記載の光パケット多重パケット生成方法により実現された、光パケット多重パケット生成装置の発明である。【００２５】  請求項１５は、等差波長多重波長時間変換を用いて、少数の能動素子で、入力される光パケット多重パケットを出力される通常のパケットに分解する方法の発明である。図１１のように、入力されるパケット列から分解すべき対象のパケットだけを、高速広帯域光スイッチで切り出し、前後を光のない部分とする。これを等差波長多重波長時間変換装置に通すと、請求項２についての課題を解決するための手段の記述で述べた等差波長多重波長時間変換の「波長多重された短い信号を、信号の長さ以上の公差の等差波長多重波長時間変換方法により、時間軸上に公差の間隔で均等に分離することができる。」という性質により、光パケット多重パケットのそれぞれの波長に含まれた部分が時間軸上で等差波長多重波長時間変換装置の遅延の小さい波長の順に公差の間隔で分離される。このためには、公差が光パケット多重パケットの時間軸上の長さ以上である必要がある。これを、光パケット多重パケットで使用する全ての波長を復調できる広帯域復調器で変調し、電気回路などで、必要に応じて整形すれば、出力すべき通常のパケットが得られる。この方法では公差と波長数の積以上の間隔でしか光パケット多重パケットを分解できない。【００２６】  請求項１６は、請求項１５の方法での分解頻度を増加させるため等の理由で複数の広帯域復調器を使用する場合に、それに請求項４の考え方を組み合わせ、広帯域復調器と同じ数の波長群を使用する発明である。図１２のように、まず請求項１５と同様に分解すべき光パケット多重パケットを切り出し、波長群に分け、波長群ごとに最小遅延時間が同じ等差波長多重波長時間変換装置をとおせば、各波長群内ではそれぞれの波長に含まれた部分が時間軸上で分離されるので、これを波長群ごとに広帯域復調器で復調し、電気回路などで合流させ整形すれば、出力する普通のパケットとなる。【００２７】  請求項１７は、請求項１５または１６の方法での分解頻度を増加させるため、複数の等差波長多重波長時間変換装置を切り替えて使用する方法の発明である。請求項１５または１６の方法では、光パケット多重パケットの分解頻度は、等差波長多重波長時間変換装置の公差、すなわち最長の光パケット多重パケットの長さにマージンを加えたものに比例する。そこで、複数の等差波長多重波長時間変換装置を用意し、短いパケットの分解にはパケットの長さに応じた小さい交差の等差波長多重波長時間変換装置を使用すれば、広帯域復調器の出力もより密なものになり、長いパケットと短いパケットが入り混じっている場合の平均的なパケット分解頻度を増加させることができる。【００２８】  請求項１８は、請求項１５、１６または１７に記載の光パケット多重パケット分解方法により実現された、光パケット多重パケット分解装置の発明である。
【発明の効果】
【００２９】  本発明により、普通のパケットからの光パケット多重パケットの生成と、光パケット多重パケットの普通のパケットへの分解が、生成や分解の頻度がそれほど要求されない場合に効率化され、光の広帯域性を生かした光パケット多重ルータを、非特許文献３の方法のように波長数だけのＥＯやＯＥを用意する方法より容易かつ安価に作成することができる。【００３０】  特に、光パケット多重パケットはもっぱら中継するのみで自らのための光パケット多重パケットの生成や分解がほとんど必要ない中枢ルータ（特許文献１）への効果は大きい。特許文献１では、中枢ルータに波長数だけのＥＯやＯＥを用意するのは高コストであるため、光パケット多重パケットのヘッダのみを処理し、ペイロードは分解、生成できないものと仮定し、エラー等への対処に特殊な手法を用いていた。本発明により、一個のＥＯやＯＥで光パケット多重パケットの生成や分解が行えるため、全ての中枢ルータが全て光パケット多重パケットの生成や分解を行えるように要求できる。すると、エラー等を起こしたパケットに対するエラー報告は中枢ルータが自ら生成できるため、エラー等の際に光パケット多重パケットが光パケットネットワークをほぼ往復する必要がなくなり、光のままの中継による信号の劣化が減るため、光パケットネットワークの直径をほぼ２倍にできる。また、光パケット多重パケットとしての光ヘッダは全ての光パケット多重ルータが処理しなければならないが、そこに送信元アドレスは不要になり、光パケット多重ルータの処理を簡潔にできる。送信元アドレスは、エラー等の報告先として必要なだけなので、中枢ルータもペイロード部分を分解できるなら、光パケット多重パケットとしてはペイロード部分に含めておけば充分であるからである。【００３１】  パケットの内容を複数の波長に同時に含む光パケット多重パケットを一個のＥＯやＯＥで生成や分解するためには、波長ごとに時間軸上で分離する必要がある。しかしその際、各波長内で伝送される信号が分散で歪んでしまっては受信者が復調できなくなるため、請求項１の発明では、波長多重に対応できるよう波長時間変換方法を工夫し、各波長内での遅延特性はほぼ平坦とした上で波長により異なる遅延時間をもつ波長多重波長時間変換方法とした。この発明により、毎回同じ順序の異なる波長で毎回同じ波長間の時間差で発生する信号を、波長の変わる順に遅延が信号間の時間差だけ小さくなる波長多重波長時間変換方法により、ほぼ同時刻で波長多重された信号にまとめることができる。また、波長多重された信号を、波長間の時間の差が信号の長さ以上の波長多重波長時間変換方法により、時間軸上に分離することができる。【００３２】  波長多重波長時間変換方法を光パケット多重ルータで使用する場合には、各波長に含まれる信号の長さを均等にすると光パケット多重パケットとしての時間軸上での長さを最も短くでき伝送速度が最大になるが、この場合は波長間の遅延の差も等差数列になればよいため、請求項１の発明の限定として等差波長多重波長時間変換方法を発明した。波長を変えながらほぼ等間隔で発生する信号を、信号間隔と同じ公差で波長の変わる順に遅延が小さくなる等差波長多重波長時間変換方法により、ほぼ���時刻で波長多重された信号にまとめることができる。また、波長多重された信号を、信号の長さ以上の公差の等差波長多重波長時間変換方法により、時間軸上に公差の間隔で均等に分離することができる。【００３３】  波長多重波長時間変換の実現方法として請求項３の方法を使用すると、各波長の遅延量を遅延線の長さを変えることで、波長ごとに独立に自由に調節できる。また、分波、合波、遅延線は受動素子で実現されたものがあるので、波長多重波長時間変換を受動素子のみで構成できる。等差波長多重波長時間変換を行う場合、遅延線の長さも等差数列になり、等差波長多重波長時間変換に必要な遅延線の長さの合計は波長数の二乗に比例する。【００３４】  波長多重波長時間変換の実現方法として請求項４の方法を使用すると、複数の波長で遅延線を共有できるため、必要な遅延線の合計長を請求項３の場合に比べて減らすことができる。等差多重波長時間変換の場合、波長を均等に波長群に分割すると、各波長群の波長多重変換に必要な遅延線の合計長は請求項３の場合にくらべて、波長群の数の二乗分の一になり、全体で波長群の数分の一になる。ただし、各波長群の波長で共有する遅延線は波長群数の二乗だけ必要となるので、波長群数をいたずらに増やすとかえって遅延線量は減らなくなる。波長群に分け波長群を合わせることも受動素子で実現できるので、この方法でも波長多重波長時間変換を受動素子のみで構成できる。【００３５】  波長多重波長時間変換の実現方法として請求項５の方法を使用し、少数の波長群への分割を再帰的に行うと、全体で必要な遅延線量は波長数に波長数の対数を掛けたものにまで減少させることができる。ただし、再帰の過程で信号の減衰や劣化が起きる場合は、光増幅などで対処できない限り、再帰の回数は制約される場合がある。【００３６】  波長多重波長時間変換の実現方法として請求項６のように分波と合波にＡＷＧを使用すると、コンパクトに、かつ、受動素子として実現できる。【００３７】  波長多重波長時間変換の実現方法として請求項７のように波長群へ分けるためまたは波長群を合わせるためにＡＷＧまたは薄膜フィルタを使用すると、コンパクトに、かつ、受動素子として実現できる。ＡＷＧや薄膜フィルタの特性を調節することで、分割すべき波長群の数と波長群内の波長の数は、自由に調節できる。一方、波長軸での急激な特性の変化は難しいため、波長群の境界部分の波長間隔をある程度空けることが現実的である。そのため、図１４のように、波長群への分割としては、波長軸方向にまとまりのある分割をするのが自然であり効率がよい。このような分割を行うと、請求項１０で使用する広帯域変調器と請求項１５で使用する広帯域復調器に必要な帯域は、対応する波長群の帯域だけで済む。【００３８】  波長多重波長時間変換の実現方法として請求項８のように波長群へ分けるためまたは波長群を合わせるためにインタリーバを使用すると、コンパクトに、かつ、受動素子として実現できる。インタリーバは、波長をその周波数によって、インタリーバの特性によって決まる特性周波数間隔の奇数倍の部分と偶数倍の部分に分離し、逆に統合するため、波長群の数は２つとなる。なお、波長多重で使用できる波長の周波数はインタリ���バの特性周波数間隔の整数倍でなければならない。インタリーバでは、インタリーバの特性周波数間隔で密に配置された波長を分離でき、分離された波長群は分離前より波長が倍に開いているため、それ以降の分離や統合はより低精度の機器で可能となる。インタリーバを用いた請求項４の方法で実現される遅延は、図６のように波長方向にはがたついたものになる。インタリーバを多段に用いれば波長群の数を増やすことができ、また、波長間隔はさらに疎になる。【００３９】  光パケット多重パケット生成の実現方法として請求項１０の方法を使用すれば、光パケット多重パケットの生成を、波長数によらず一個の全波長光源と、一個の広帯域変調器と、一個の等差波長多重波長時間変換装置と一個の高速広帯域光スイッチで実現できる。このとき、光パケット多重パケットの生成間隔は少なくとも等差波長多重波長時間変換装置の公差と波長数を掛けたものになる。【００４０】  光パケット多重パケット生成の実現方法として請求項１１の方法を使用すれば、光パケット多重パケットの生成を、波長数によらず、波長群の数だけの光源と広帯域変調器と、一個の等差波長多重波長時間変換装置と高速広帯域光スイッチで実現できる。このとき、光パケット多重パケットの生成間隔は少なくとも等差波長多重波長時間変換装置の公差と波長数を掛けたものを波長群数で割ったものになり、広帯域変調器の数だけ生成効率が増加する。なお、同じ平均生成効率は請求項１０の方法を複数個並列に並べて得ることもできるが、必要な等差波長多重波長時間変換装置と高速広帯域光スイッチの数が一個で済む点で、請求項１１の方法のほうが有利である。ただし、請求項１０の方法を複数個並列に並べた場合は、平均生成効率は同じでも、複数個の近接した光パケット多重パケットを生成できるが、電気回路等でバッファすればその必要性はないので、実用上の利点は特にない。【００４１】  長短の入り混じった光パケット多重パケット生成の実現方法として請求項１２の方法を使用すれば、短いパケットの生成間隔を短くでき、平均的なパケット生成間隔を短くできる。【００４２】  光パケット多重パケット生成の実現方法として請求項１３の方法を使用すれば、光パケット多重パケット先頭での光出力の変動を抑えつつ、光強度の強い光パケットを生成できる。【００４３】  光パケット多重パケット分解の実現方法として請求項１５の方法を使用すれば、光パケット多重パケットの分解を、波長数によらず一個の高速広帯域光スイッチと、一個の等差波長多重波長時間変換装置と、一個の広帯域復調器とで実現できる。このとき、光パケット多重パケットの分解間隔は少なくとも等差波長多重波長時間変換装置の公差と波長数を掛けたものになる。請求項１０の方法で使用する等差波長多重波長時間変換装置と請求項１５の方法で使用する等差波長多重波長時間変換装置の各波長における遅延時間の和を一定にしておくと、請求項１０の方法で変調した順序のままで請求項１５の方法で復調される。【００４４】  光パケット多重パケット分解の実現方法として請求項１６の方法を使用すれば、光パケット多重パケットの分解を、波長数によらず、波長群の数だけの広帯域復調器と、一個の等差波長多重波長時間変換装置と���速広帯域光スイッチで実現できる。このとき、光パケット多重パケットの分解間隔は少なくとも等差波長多重波長時間変換装置の公差と波長数を掛けたものを波長群数で割ったものになり、広帯域復調器の数だけ生成効率が増加する。なお、同じ分解効率は請求項１５の方法を複数個並列に並べて得ることもできるが、必要な等差波長多重波長時間変換装置と高速広帯域光スイッチの数が一個で済む点で、請求項１６の方法のほうが有利である。ただし、請求項１５の方法を複数個並列に並べた場合は、平均分解効率は同じでも、複数個の近接した光パケット多重パケットを分解でき、請求項１６の方法でこれを実現するには光回路でのバッファが必要になる。とはいえ、請求項１５の方法を複数個並列に並べた場合でも、近接した光パケット多重パケットを分解できる数には限界があるため、ポワソン到着などランダムに光パケット多重パケットが到着する場合にパケット落ちを減らすためには、どのみち光回路での光バッファが必要となる場合もある。【００４５】  長短の入り混じった光パケット多重パケット分解の実現方法として請求項１７の方法を使用すれば、短いパケットの分解間隔を短くでき、平均的なパケット分解間隔を短くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】  図１３に、本発明を使用した光パケット多重パケットネットワークのあり方を示す。【００４７】  光パケット多重パケットネットワーク内部の中枢ルータは、入力された光パケット多重パケットのヘッダ部の処理結果に基づき、ほとんどのパケットは光のまま目的地へ中継するが、ごく一部の経路制御のため等で中枢ルータ自体を送信先としたパケットやエラー等を起こしたパケットは請求項１５の方法で分解され中枢ルータによって受け取られる。また、中枢ルータが経路制御やエラー報告のため等に発生したパケットは発生請求項１０の方法で光パケット多重パケットとして生成され光パケット多重ネットワークに送出される。【００４８】  光パケット多重パケットネットワークと在来型パケットネットワークの境界部分に位置する境界ルータは、中枢ルータと同様に、入力された光パケット多重パケットのヘッダ部の処理結果に基づき、パケットを光のまま目的地へ中継したり自らパケットを送受したりすることもある。しかし、ある程度のパケットは在来型パケットネットワークとの間で中継する必要があり、高頻度の光パケット多重パケットの生成分解能力が必要となる。これは、請求項１０や１５の方法を複数並列化したり請求項１１、１２、１６または１７の方法で行うこともできるが、極めて高い頻度が要求される場合は、非特許文献３にある方法で行うこともできる。
【実施例】
【００４９】  実施例の環境として、特にことわりのない限り、以下を仮定する。ＷＤＭとしては、変調速度が１０Ｇｂｐｓの波長をＣバンドのうち１５３５ｎｍ〜１５５５ｎｍの波長範囲におさまるよう、２５ＧＨｚの整数倍の周波数で１００個ならべ、合計１Ｔｂｐｓとする。これらの波長は、通常のシングルモード光ファイバとＥＤＦＡによる増幅をもちいて長距離伝送するのに適している。また、遅延線としては光ファイバを使い、その屈折率を１．４６とする。光パケット多重パケットのパケット長は、ヘッダも含めて平均５００バイト、最大１５００バイトとする。１波長には平均５バイト、最長１５バイトのデータが含まれることとなり、それらはそれぞれ時間軸で４ｎｓ、１２ｎｓの長さをもつ。等差波長多重波長時間変換のためのマージンは６ｎｓとする。最大パケットの１２ｎｓの長さと合わせて、必要な公差は１８ｎｓとなる。【００５０】  このとき、請求項３の方式で公差１８ｎｓの等差波長多重波長時間変換を行うと、各波長の光ファイバの長さは最短０ｍ、最長３６６ｍで済むが、合計光ファイバ長は１８．３ｋｍとなる。光ファイバもＡＷＧも受動素子であり、等差波長多重波長時間変換が受動素子だけで構成されている。個々の光ファイバの長さは減衰や分散が問題になるほどではなく十分短いが、合計長はいささか長い。また、請求項６の方法に必要なＡＷＧの波長間隔は２５ＧＨｚとなり、かなり高精度のＡＷＧが必要となる。【００５１】  そこで、請求項４の方式で二つの波長群に分けるため、請求項８の方法で特性周波数が２５ＧＨｚのインタリーバを一個利用し片側の波長群に１８ｎｓ＊５０＝９００ｎｓの遅延を１８５ｍの光ファイバで与え、さらに請求項５の方式を適用し、特性周波数が５０ＧＨｚの二つのインタリーバにより二つの波長群を再帰的に分割し、それぞれ２５波長からなる四つの波長群とし、うち二つの波長群には１８ｎｓ＊２５＝４５０ｎｓの遅延を９３ｍの光ファイバで与える。これらの波長群にＡＷＧを利用した２５波長で公差１８ｎｓの等差波長多重波長時間変換を行うと、個々の等差波長多重波長時間変換に必要な光ファイバ長は１．１１ｋｍとなり、波長群の遅延に用いた光ファイバと合わせて全体で必要な光ファイバ長は４．８ｋｍとなる。ＡＷＧの波長間隔も１００ＧＨｚでよく、精度の要求も緩和される。インタリーバも受動素子であり、この場合も等差波長多重波長時間変換が受動素子だけで構成されている。光ファイバ遅延線による減衰は短いので問題とならないが、２段のインタリーバとＡＷＧでそれぞれ５ｄＢの減衰が生じるとすると合計１５ｄＢの減衰となる。そこで、この等差波長多重波長時間変換装置を請求項１０や１５の方法で使用する場合、広帯域増幅器としてＥＤＦＡを用いた増幅が望ましいが、ＥＤＦＡのサージやパケット先頭でのレベルの変動は請求項１３の方法で防ぐことができる。【００５２】  なお、超並列計算機内部など分散の影響が深刻ではない近距離の光パケット多重ネットワークでは、波長あたりの速度を増加させることで、請求項３の方式をそのまま利用しても光ファイバ遅延線長は短くなる。例えば１００Ｇｂｐｓで変調した１０波長を使用する場合の光ファイバ遅延線長は、最長３３ｍ、合計でも���６６ｍで済む。【００５３】  請求項１０で使用する全波長光源としては、等間隔の周波数の光を発生させる光コムと総称される各種技術が利用可能である。たとえば、スーパーコンティニウム光源の技術が利用できる。スーパーコンティニウム光源により２５ＧＨｚの整数倍の波長の光を発生させ、フィルタにより各波長のレベルをほぼ同じにして波長多重で使用しない不要な波長の光を除去すれば、全波長光源となる。請求項１０の実現方法によっては不要な波長の光は請求項３の分波の部分で自動的に除去されるので、光源での除去は行わなくてもよい。全波長光源が一個あれば、その光は適宜増幅して、同じルータや同じ場所にある複数のルータに属する複数の光パケット多重パケット生成装置で共用できる。【００５４】  請求項１０で使用する広帯域変調器としては、１０Ｇｂｐｓの変調速度でよいので、ＥＡ変調器やＬＮ変調器等が使用可能である。請求項１５で使用する広帯域復調器としては、１０Ｇｂｐｓの変調速度でよいので、アバランシェフォトダイオード等が使用可能である。【００５５】  請求項１０、１２、１５や１７で使用する高速広帯域光スイッチとしては、ＬＮやＰＬＺＴによる光スイッチが使用可能である。オフのはずの光スイッチを漏れた信号は他へのノイズとなり、請求項１０や１５の方法では最悪の場合前後する百個のパケットのノイズが重なり合うので消光比は２０ｄＢでは足りないが、消光比が悪い場合には同じ光スイッチを複数段重ねて消光比を改善できる。消光比が１５ｄＢの光スイッチを三段重ねれば消光比は４５ｄＢとなる。【００５６】  請求項１０や１５の方法の平均速度性能は、１００＊１８ｎｓの間隔で平均５００バイトのパケットを扱うため、平均２．２Ｇｂｐｓとなる。これは、中枢ルータとしては充分以上に高速であり、たとえ１００Ｍｂｐｓの速度が必要だとしても、特に光バッファなどを設けなくてもほとんどパケット落ちは起きない。【００５７】  請求項１２や１７の方法の効果はパケット長の分布によって変化するが、例えば１８ｎｓの等差波長多重波長時間変換装置に加えて５００バイトに対応する１０ｎｓのものを用意し、パケットの１／３が１５００バイト、２／３が６０バイトだと仮定すると、平均パケット間隔は（１８ｎｓ＋１０ｎｓ＊２）／３＝１２．７ｎｓ、速度性能は、１００＊１２．７ｎｓの間隔で平均５２０バイトのパケットを扱うため、平均３．３Ｇｂｐｓとなる。【００５８】  請求項１１や１６の方法で、四つの２５波長の等差波長多重波長時間変換を用いた場合、合計光ファイバ長は４．４４ｋｍとなる。速度性能は請求項１０や１５の方法と比べ４倍にあがり、平均８．８Ｇｂｐｓとなり、境界ルータを１０Ｇｂｐｓで在来型パケットネットワークと接続するには手ごろな速度であるが、短期間に在来型パケットネットワークに中継すべき光パケット多重パケットが集中した場合に備え、パケット多重パケットの分解装置の前には小規模な光バッファを設ける必要がある。光パケットの最短分解間隔は４５０ｎｓとなるが、４５０ｎｓの遅延には９２．５ｍの光ファイバが必要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  波長ごとに別々のパケットを載せたパケット多重の様子である。
【図２】  光パケット多重パケットの様子である。
【図３】  一般的な媒質の分散による波長時間変換の様子である。
【図４】  波長多重波長時間変換の様子である。
【図５】  等差波長多重波長時間変換の様子である。
【図６】  別の等差波長多重波長時間変換の様子である。
【図７】  波長多重波長時間変換を分波、合波、遅延線の組み合わせで構成する様子である。
【図８】  １００個の波長を４つの波長群にわけ遅延線の一部を波長群で共有する等差波長多重波長時間変換の様子である。
【図９】  等差波長多重波長時間変換を使用して光パケット多重パケットを生成する様子である。
【図１０】  １００個の波長を４つの波長群にわけ４つの広帯域変調器を使用して光パケット多重パケットを生成する様子である。
【図１１】  等差波長多重波長時間変換を使用して光パケット多重パケットを分解する様子である。
【図１２】  １００個の波長を４つの波長群にわけ４つの広帯域復調器を使用して光パケット多重パケットを分解する様子である。
【図１３】  光パケット多重パケットネットワークでのルータの相互接続と内部構造の様子である。
【図１４】  波長群への分割にＡＷＧまたは薄膜フィルタを用いた場合の自然な分割の様子である。
【符号の説明】
１０    光パケット
２０    ヘッダ
３０    ペイロード
４０    分波器
５０    合波器
６０    遅延線
７０    １００波長の波長多重信号の２５波長からなる４つの波長群への分離器
８０    ２５波長からなる４つの波長群の１００波長の波長多重信号への統合器
９０    波長数２５の等差波長多重波長時間変換装置
１００    遅延が公差の２５倍の遅延線
１１０    全波長光源
１２０    広帯域変調器
１３０    等差波長多重波長時間変換装置
１４０    高速広帯域スイッチ
１５０    入力パケット分離整形離間部
１６０    入力パケット
１７０    分離整形離間された入力パケット
１８０    光パケット多重パケットとなっている部分
１９０    入力パケット分離整形部
２００    分離整形された入力パケット
２１０    各波長群に対応した光源
２２０    広帯域復調器
２３０    出力パケット圧縮融合整形部
２４０    圧縮融合整形前の出力パケット
２５０    出力パケット
２６０    出力パケット融合整形部
２７０    融合整形前の出力パケット
２８０    在来型ルータ
２９０    在来型パケットネットワーク
３００    境界ルータ
３１０    中枢ルータ
３２０    光パケット多重パケットネットワーク
３３０    高頻度光パケット多重パケット生成装置
３４０    高頻度光パケット多重パケット分解装置
３５０    光パケットヘッダ処理部
３６０    光パケットバッファ部
３７０    低頻度光パケット多重パケット分解装置
３８０    低頻度光パケット多重パケット生成装置
３９０    ひとつの波長群としてまとまった波長
４００    各波長群に対応するＡＷＧまたは薄膜フィルタの特性
４１０    ＡＷＧまたは薄膜フィルタの特性が鈍いために使えない波長
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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