(57)【要約】  第１及び第２の光信号を受信する第１及び第２の入力部（Ａ、Ｂ）と、光信号に対する第１及び第２の出力部（Ｃ、Ｄ）とを具備する第１及び第２の光信号のパケットをルーティングするモジュール。モジュールは、第１の光信号及び第２の光信号を２つの出力部（Ｃ、Ｄ）のうちのいずれか一方に切り替える光切替手段（８）と、相関器モジュール（７）とを具備する。相関器モジュールは、少なくとも２つの光相関器（９、１０、１１、１２）を具備する。第１の光信号及び第２の光信号のパケットが重複する場合、切替手段が最初に受信されたパケットをそのパケットの宛先データにより示される出力部（Ｃ、Ｄ）に送出し、重複する後続パケットが他の出力部（Ｃ、Ｄ）に送出されるか又は阻止されるように、相関器モジュール（７）は、第１及び第２の信号のパケットの宛先データに基づいて切替手段（８）を制御する制御信号を生成するように構成される。モジュールは、光信号を電子ドメインに変換する必要がないため有利である。重複パケットに対して、最初に受信されるパケットは、他の出力部に送出されたか又はそれがパケットに対する適切な出力部であるか否かに関わらず阻止された後のパケットと共に優先されるため、パケット競合は光信号のパケットの同期又はスケジューリングなしで回避される。
2010527187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光信号及び第２の光信号のパケットをルーティングするモジュールであって、
前記第１の光信号及び前記第２の光信号を受信する第１の入力部及び第２の入力部、並びに前記光信号のための第１の出力部及び第２の出力部と、
前記第１の光信号及び前記第２の光信号を前記２つの出力部うちのいずれか一方に切り替える光切替手段と、
少なくとも２つの光相関器を含む相関器モジュールであって、前記第１の光信号及び前記第２の光信号のパケットが重複する場合、前記切替手段が前記最初に受信されたパケットをそのパケットの宛先データにより示される前記出力部に送出し、前記重複する後続パケットが前記他の出力部に送出されるか又は阻止されるように、前記第１の信号及び前記第２の信号のパケットの宛先データに基づいて前記切替手段を制御する制御信号を生成するように構成される前記相関器モジュールとを備えるモジュール。
【請求項２】
前記光切替手段は、前記第１の光信号のパケットを前記第１の出力部及び前記第２の出力部のうちのいずれか一方に送出するように構成される第１の光スイッチと、前記第２の光信号のパケットを前記第１の出力部及び前記第２の出力部のうちのいずれか一方に送出するように構成される第２の光スイッチとを備える請求項１に記載のモジュール。
【請求項３】
各光スイッチは、予め設定された時間の経過後に再び元の状態に復帰する単安定スイッチである請求項２に記載のモジュール。
【請求項４】
前記光スイッチは双安定型であり、前記モジュールは、予め設定された時間の経過後に前記双安定光スイッチを再び元の状態に復帰させる電子回路を更に含む請求項２に記載のモジュール。
【請求項５】
前記予め設定された時間は、前記モジュールが組み込まれるネットワークにおいて、パケットに対する最大許容長である請求項３又は４に記載のモジュール。
【請求項６】
重複パケットが受信される際、前記相関器モジュールは、制御信号を出力して、前記光スイッチが前記パケットの１つを前記出力部の１つに送出し、且つ他のパケットを前記他の出力部に送出するようにさせるように構成される請求項２乃至５のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項７】
前記相関器モジュールは、前記重複パケットのうち後から受信される前記パケットが前記他の出力部にルーティングされるべきものであるか否かに関係なく、前記制御信号を出力するように構成される請求項６に記載のモジュール。
【請求項８】
前記相関器モジュールの各相関器は、前記入力部の一方で受信されるパケットの宛先データを前記出力部の一方と関連付けられる想定ビットパターンと比較し、前記宛先データが前記想定ビットパターンに一致する場合に制御信号を生成する請求項１乃至７のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項９】
前記相関器モジュールは、入力部及び出力部毎に一組の相関器を含み、前記一組の相関器は、その入力部で受信されるパケットの宛先データを前記第１の出力部と関連付けられる想定ビットパターンと比較する相関器と、その入力部で受信されるパケットの宛先データを前記第２の出力部と関連付けられる想定ビットパターンと比較する更なる相関器とを含む請求項８に記載のモジュール。
【請求項１０】
前記制御信号は光信号である請求項８又は９に記載のモジュール。
【請求項１１】
前記相関器モジュールは、前記相関器により生成される制御信号が現在前記モジュールにより送信されているとみなされる先行する（第１の）パケットに基づく前記制御信号に反する場合、前記制御信号が前記光スイッチに到達するのを阻止するブロッキングスイッチを含む請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項１２】
前記パケット受信後の前記経過時間が前記モジュールが組み込まれる前記ネットワークの最大可能パケット長を下回る場合に、現在前記モジュールによりパケットが送信されているとみなされる請求項１１記載のモジュール。
【請求項１３】
前記ブロッキングスイッチは、２つの状態の間で切り替え可能であり、一方の状態において、前記ブロッキングスイッチは、前記切替手段が第１の光信号を前記第２の出力部に送出し、且つ第２の光信号を前記第１の出力部に送出するようにさせる制御信号を阻止し、他方の状態において、前記ブロッキングスイッチは、前記切替手段が第１の光信号を前記第２の出力部に送出し、且つ第２の光信号を前記第２の出力部に送出するようにさせる制御信号を前記切替手段に渡すことができる請求項１１又は１２に記載のモジュール。
【請求項１４】
前記ブロッキングスイッチは、前記ブロッキングスイッチが前記他方の状態に切り替え可能となるまで、前記モジュールが組み込まれる前記ネットワークの前記最大可能パケット長に対して各状態に保持される請求項１３に記載のモジュール。
【請求項１５】
前記切替手段は、光リンクにより前記第１の出力部及び前記第２の出力部に接続され、前記光リンクのうちの前記第１の光信号を第２の出口に送出する光リンク及び前記第２の光信号を第１の出口に送出する光リンクは、前記第１の光信号を前記第１の出口に送出する光リンク及び前記第２の光信号を前記第２の出口に送出する光リンクに対して、そこで送信される前記信号を相対的に遅延させる請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のモジュール。
【請求項１６】
前記遅延は、前記モジュールが組み込まれる前記ネットワークの最大可能パケット長と等しい請求項１５に記載のモジュール。
【請求項１７】
第１の光信号及び第２の光信号のパケットをルーティングするモジュールであって、
第１の光信号及び第２の光信号を受信する第１の入力部及び第２の入力部、並びに前記光信号のための第１の出力部及び第２の出力部と、
前記第１の光信号を前記２つの出力部のうちのいずれか一方に切り替える第１の光スイッチ及び前記第２の光信号を前記２つの出力部のうちのいずれか一方に切り替える第２の光スイッチを含み、光リンクにより前記出力部に接続される光スイッチとを備え、
前記第１の光スイッチを前記第２の出力部に接続する前記光リンクは、前記第２の光スイッチを前記第２の出力部に接続する前記光リンクに沿った前記パケットの送信に対して、そこで送信されるパケットを相対的に遅延させ、前記第２の光スイッチを前記第１の出力部に接続する前記光リンクは、前記第１の光スイッチを前記第１の出力部に接続する前記光リンクに沿った前記パケットの送信に対して、そこで送信されるパケットを相対的に遅延させるモジュール。
【請求項１８】
前記光リンクにおける前記相対的な遅延は、前記モジュールが組み込まれる前記ネットワークのパケットの最大長である請求項１７記載のモジュール。
【請求項１９】
光ネットワークにおいて光信号をルーティングするスイッチングシステムであって、第１の光信号及び第２の光信号を受信する第１の入力部及び第２の入力部を含み第１の光信号及び第２の光信号のパケットをルーティングする第１のモジュールと、前記第１の光信号及び前記第２の光信号を第１の出力部及び第２の出力部のいずれか一方にルーティングするように構成される請求項１５から１８のいずれか１項に記載の第２のモジュールの第１の入力部及び第２の入力部のいずれか一方に切り替える光切替手段とを備えるシステム。
【請求項２０】
前記第１のモジュールは請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のモジュールである請求項１９記載のシステム。
【請求項２１】
前記システムは、１つ以上の、請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載のモジュールを更に備え、これらの更なるモジュール、前記第１のモジュール及び前記第２のモジュールは互いに連結され、前記連結において最後のモジュールを除く全てのモジュールの前記出力部が次のモジュールの前記入力部となるように接続される請求項１９又は２０に記載のシステム。
【請求項２２】
請求項１乃至１８のいずれか１項に記載のモジュール、または、バンヤン或いはクロスバー構成における請求項１９乃至２１のいずれか１項に記載のスイッチングシステムを備えるノード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号をルーティングするモジュール及びそれらのモジュールを含むシステムとノードに関する。特に、本発明は、光信号の光パケットの同期及びスケジューリングを必要としない光信号をルーティングするモジュール、システム及びノードに適用されるが、それらに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
Metro Ethernet（登録商標）及び光アクセスネットワークはパケット交換ネットワークであり、システムにおいて事前に資源を割当てることなく複数のユーザのトラフィックを多重化できる。これらのネットワークにおいて、送信は光学式であるが、パケットのルーティングは光信号の光電変換を必要とする電子スイッチにより実行される。これらのスイッチが、ネットワークにおいてボトルネックとなっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「A novel and fast optical switch based on two cascaded TerahertzOptical Asymmetric Demultiplexers」、Bing C. Wang、VargheseBaby、Wilson Tong、Lei Xu、Michelle Friedman、RobertJ. Runser、Ivan Glesk、Paul R. Prucnal、OPTOCS EXPRESS、Vol. 10. No. 1/P. 15、2002年1月14日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
パケットを光ルーティングしてこのボトルネックを解消するのが望ましい。しかし、従来の電気的スイッチングによる解決策では、パケット競合及びパケット損失を回避するために入出力バッファ並びにスケジューラを使用する。光部品の処理機能能力上の制限や光ランダムアクセスメモリの不足のため、光バッファ及びスケジューラの実現は困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によると、第１の光信号及び第２の光信号のパケットをルーティングするモジュールであって、
第１の光信号及び第２の光信号を受信する第１の入力部及び第２の入力部、並びに光信号用の第１の出力部及び第２の出力部と、
第１の光信号及び第２の光信号を２つの出力部うちのいずれか一方に切り替える光切替手段と、
少なくとも２つの光相関器を含む相関器モジュールであり、第１の光信号及び第２の光信号のパケットが重複する場合、切替手段が最初に受信されたパケットをそのパケットの宛先データにより示される出力部に送出し、重複する後続パケットが他の出力部に送出されるか又は阻止されるように、第１の信号及び第２の信号のパケットの宛先データに基づいて切替手段を制御する制御信号を生成するように構成される相関器モジュールとを具備するモジュールが提供される。
【０００６】
本明細書で使用されるような「モジュール」という用語の意味は、独立型ユニットに限定されることを意図せず、モジュールはより大型で複雑な構造の一部であってもよいことが理解されるだろう。
【０００７】
本発明に係るモジュールは、光信号を電子ドメインに変換する必要がないため有利である。このように、ルーティングに起因する遅延が減少され得る。更に、重複パケットに対して、最初に受信されたパケットは、パケットに対して適切な出力部であるか否かに関わらず他方の出力部に送出されたか又は阻止された後続のパケットより優先されるため、光信号のパケットの同期又はスケジューリングを行なうことなくパケット競合は回避できる。
【０００８】
「光切替手段」は、光信号を電子信号に変換せずに光信号を少なくとも２つの出力部のうちのいずれか一方にルーティングできるデバイスを意味し、即ちスイッチングはフォトニックドメインで実行されることが理解されるだろう。
【０００９】
１つの構成において、光切替手段は、第１の光信号のパケットを第１の出力部及び第２の出力部のうちのいずれか一方に送出するように構成される第１の光スイッチと、第２の光信号のパケットを第１の出力部及び第２の出力部のうちのいずれか一方に送出するように構成される第２の光スイッチとを具備する。
【００１０】
本明細書で使用されるような「光スイッチ」は、光信号を電子信号に変換せずに入力部からの１つの光信号を少なくとも２つの出力部のうちの１つに送出できるデバイスを意味することが理解されるだろう。
【００１１】
光スイッチについては周知である。これらの光スイッチは、カルコゲナニドガラス等の非線形物質中で、十分な強度を有する光線がその物質の光特性を変化させ、その結果、その物質を伝播する別の光線に影響を及ぼすことによりこの別の光線が方向を変えるという原理に基づいている。
【００１２】
同様の効果は、自己誘導利得変調によって非線形透過率が増加する半導体光増幅器（ＳＯＡ）等の能動光学素子により達成することができる。ＳＯＡに基づくそのようなデバイスの一例は、非特許文献１（「A novel and fast optical switch based on two cascaded TerahertzOptical Asymmetric Demultiplexers」、Bing C. Wang、VargheseBaby、Wilson Tong、Lei Xu、Michelle Friedman、RobertJ. Runser、Ivan Glesk、Paul R. Prucnal、OPTOCS EXPRESS、Vol. 10. No. 1/P. 15、2002年1月14日）に記載されている。
【００１３】
各光スイッチは、予め設定された時間の経過後に再び元の状態に復帰する単安定スイッチであってもよい。単安定スイッチは、スイッチを元の状態に復帰させるのに更なる回路を必要としないため有利である。しかし、別の構成では、光スイッチは双安定型であり、モジュールは、予め設定された時間の経過後に双安定光スイッチを再び元の状態に復帰させる電子回路を更に含む。予め設定された時間は、モジュールが組み込まれるネットワークにおいて、パケットに対する最大許容長であってもよい。このように、スイッチは、いかにパケットが長くてもパケットが送信されるまで要求された状態を保つ。
【００１４】
相関器モジュールは、重複パケットを受信した際に光スイッチが第１の信号及び第２の信号のうち一方を出力部の一方に送出し、且つ第１のスイッチ及び第２のスイッチのうち他方を他方の出力部に送出するような制御信号を生成するように構成されてもよい。相関器モジュールは、重複パケットのうち後から受信されるパケットを他方の出力部にルーティングされることになっているか否かに関係なく、そのような制御信号を出力するように構成される。
【００１５】
相関器モジュールの各相関器は、入力部の一方で受信されるパケットの宛先データを出力部の一方と関連付けられる想定ビットパターンと比較してもよく、宛先データが想定ビットパターンに一致する場合に制御信号を生成する。
【００１６】
相関器モジュールは、入力部及び出力部毎に一組の相関器を含んでもよい。一組の相関器は、その入力部で受信されるパケットの宛先データを第１の出力部と関連付けられる想定ビットパターンと比較する相関器と、その入力部で受信されるパケットの宛先データを第２の出力部と関連付けられる想定ビットパターンと比較する更なる相関器とを含む。
【００１７】
また、上記の制御信号は光信号であってもよい。
【００１８】
相関器モジュールは、相関器により生成される制御信号が、現在モジュールにより送信されていると考えられる先行する（第１の）パケットの結果として生成される制御信号に反する場合、その制御信号が光スイッチに到達するのを阻止するブロッキングスイッチを含んでもよい。
【００１９】
パケット受信後の経過時間がモジュールが組み込まれるネットワークの最大可能パケット長を下回る場合に、パケットは、現在モジュールにより送信されていると考えられ得る。或いは、モジュールは、例えばパケットの長さを判定することによりパケットに対する実際の送信時間を判定するように構成されてもよく、パケットがモジュールを介して送信されるのに要する実時間で現在パケットが送信されていると考えてもよい。
【００２０】
ブロッキングスイッチは、２つの状態の間で切り替え可能であってもよい。ここで、一方の状態において、ブロッキングスイッチは、切替手段が第１の光信号を第２の出力部に送出し、且つ第２の光信号を第１の出力部に送出するようにさせる制御信号を阻止する。また、他方の状態において、ブロッキングスイッチは、切替手段が第１の光信号を第２の出力部に送出し、且つ第２の光信号を第２の出力部に送出するようにさせる制御信号を切替手段に渡すことができる。
【００２１】
ブロッキングスイッチは、ブロッキングスイッチが他方の状態に切り替え可能となるまで、モジュールが組み込まれるネットワークの最大可能パケット長に対して各状態に保持されてもよい。
【００２２】
切替手段は、光リンクにより第１の出力部及び第２の出力部に接続されてもよい。第１の光信号を第２の出口に送出し、且つ第２の光信号を第１の出口に送出する光リンクは、第１の光信号を第１の出口に送出し、且つ第２の光信号を第２の出口に送出する光リンクに関して、そこで送信される信号を遅延させる。
【００２３】
遅延は、モジュールが組み込まれるネットワークの最大可能パケット長と等しくてもよい。
【００２４】
本発明の第２の態様によると、第１の光信号及び第２の光信号のパケットをルーティングするモジュールであって、
第１の光信号及び第２の光信号を受信する第１の入力部及び第２の入力部、並びに光信号用の第１の出力部及び第２の出力部と、
第１の光信号を２つの出力部のうちのいずれか一方に切り替える第１の光スイッチ及び第２の光信号を２つの出力部のうちのいずれか一方に切り替える第２の光スイッチであり、光リンクにより出力部に接続される光スイッチとを具備し、
第１の光スイッチを第２の出力部に接続する光リンクは、第２の光スイッチを第２の出力部に接続する光リンクに沿ったパケットの送信に関して、そこで送信されるパケットを遅延させ、第２の光スイッチを第１の出力部に接続する光リンクは、第１の光スイッチを第１の出力部に接続する光リンクに沿ったパケットの送信に関して、そこで送信されるパケットを遅延させるモジュールが提供される。
【００２５】
光信号のパケットを遅延させる光リンクを有することにより、競合を発生させずに重複パケットを同一の出力部に切り替えることを可能にすることができる。
【００２６】
光リンクにおける相対的な遅延は、パケットの最大長と等しいことが好ましい。このように、重複パケットが入力部で受信される場合、パケット間の競合を発生させずにこれらの重複パケットを同一の出力部に送出できる。
【００２７】
本発明の第３の態様によると、第１の光信号及び第２の光信号を受信する第１の入力部及び第２の入力部を含み、第１の光信号及び第２の光信号のパケットをルーティングする第１のモジュールと、第１の光信号及び第２の光信号を第１の出力部及び第２の出力部のいずれか一方にルーティングするように構成される本発明の第２の態様に係る第２のモジュールの第１の入力部及び第２の入力部のいずれか一方に切り替える光切替手段とを具備する光ネットワークにおいて光信号をルーティングするスイッチングシステムが提供される。
【００２８】
パケット間に重複がない場合、本発明の第３の態様に係るスイッチングシステムは、第１のモジュールを使用して第１及び第２の光信号のパケットを所望の出力部にルーティングする。しかし、パケット間に重複がある場合、第１のモジュールは、最初に受信されるパケット（第１のパケット）を要求される出力部に送出し、且つ次に受信される重複パケット（第２のパケット）をそれが適切な出力部であるか否かに関係なく他方の出力部に送出する。その後、第２のモジュールは第２のパケットを所望の出力部に送出し、第２のパケットが第２のモジュールにおいて遅延するため、第１のパケットとの競合は回避される。
【００２９】
一実施形態において、第１のモジュールは、本発明の第１の態様に係るモジュールである。
【００３０】
第２のモジュールは第１及び第２のパケット間のパケット競合を防止するが、第２のパケットの遅延が第２のパケットの後に受信された第３のパケットとの競合を引き起こす可能性があることが理解されるだろう。従って、１つの構成において、ノードは本発明の第２の態様に係る更なるモジュールのうちの１つを具備し、連結の最後のモジュールを除く全てのモジュールの出力部が次のモジュールの入力部となるようにこれらの更なるモジュールは互いに連結されると共に第１のモジュール及び第２のモジュールと連結される。更なるモジュールを提供することにより、パケット間の競合の尤度は更に減少する。
【００３１】
本発明の第４の態様によると、本発明の第１の態様又は第２の態様に係るモジュールを含むノード、或いはバンヤン（Banyan）又はクロスバー構成における本発明の第３の態様のスイッチングシステムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係るモジュールを示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施形態に係るモジュールを示す概略図である。
【図３】図３は、種々のバッファリング解決策に対するリンク利用対パケット損失の確率を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の第３の実施形態に係るモジュールを示す概略図である。
【図５】図５は、連結モジュールを含む本発明に係るスイッチングシステムを示す概略図である。
【図６】図６は、異なるモジュール数を有する本発明に係るシステムに対するリンク利用対パケット損失の確率を示すグラフである。
【図７】図７は、バンヤン型構成の本発明に係る一連のスイッチングシステムを示す図である。
【図８】図８は、クロスバー型構成の本発明に係る一連のスイッチングシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態を一例として説明する。
【００３４】
図１を参照すると、本発明の一実施形態に係るスイッチングモジュールは、第１の入力部Ａ及び第２の入力部Ｂで受信する第１の光信号及び第２の光信号のパケットをそれぞれ第１の出力部Ｃ及び第２の出力部Ｄに切り替える。各パケットは、パケットの宛先を示す宛先データ（ビットパターン）を含むヘッダを含む。
【００３５】
スイッチングモジュールは、各入力部Ａ、Ｂに対して光カプラ５、６を含む。各光カプラ５、６は、入力光信号を３つの部分に分割し、そのうち２つの部分を相関器モジュール７に送出し、且つ結果として生じる他の光信号を切替手段８に送出する。
【００３６】
切替手段８は、相関器モジュール７からの制御信号により制御される光スイッチ１６、１７を含む。光スイッチ１６は、２つの条件の間で切り替え可能であり、一方は第１の光信号を出力部Ｃに送出し、他方は第１の光信号を出力部Ｄに送出する。光スイッチ１７は、２つの条件の間で切り替え可能であり、一方は第２の光信号を出力部Ｄに送出し、他方は第２の光信号を出力部Ｃに送出する。本実施形態において、光スイッチは単安定型であり、一般に最大許容パケット長を有するパケットが切り替えられるのに十分な期間である設定された期間後に、再び元のスイッチング状態に切り替わる（即ち、光スイッチ１６は第１の光信号を第１の出力部Ｃに送出し、光スイッチ１７は第２の光信号を第２の出力部Ｄに送出する）。
【００３７】
しかし、別の実施形態において、再び元の状態に回復するのに外部トリガを必要とする双安定スイッチである光スイッチを図２に示す。光スイッチ１６、１７を再び元のスイッチング状態に復元する電気回路１００、１０１を提供する。電気回路１００、１０１は、ある時間後に双安定スイッチを元の状態に復元するタイマを含む。双安定スイッチの利点は、電気回路１００、１０１のタイマを調整することにより、スイッチング時間をより容易に調整できることである。その一方で、単安定スイッチの場合、スイッチング時間は、通常、調整不可能である。
【００３８】
相関器モジュール７は、４つの光相関器９、１０、１１及び１２を含む。光相関器９及び１０は第１の光信号を受信し、光相関器１１及び１２は第２の光信号を受信する。
【００３９】
光相関器は公知であり、フーリエ変換の特性（干渉計）を有する光デバイスを使用して、或いはレンズ、ミラー又は導波路等の光強度を単に組み合わせて２つの光信号を比較するために使用される。本実施形態において、光相関器９及び１２は、入力パケットの宛先データのビットパターンをパケットが出力部Ｃにルーティングされる必要があることを示す想定ビットパターンと比較する。光相関器１０及び１１は、入力パケットの宛先データのビットパターンをパケットが出力部Ｄにルーティングされる必要があることを示す想定ビットパターンと比較する。宛先データのビットパターンと想定ビットパターンが同一であることが比較により明らかになる場合、光相関器９、１０、１１、１２は制御信号を生成する。
【００４０】
各相関器は、テーブル信号１３、１３’、１４、１４’を転送することによりプログラムされる。相関器がプログラムされる厳密な方法は、相関器の種類に依存する。例えば、相関器がミラーを含む場合、転送テーブル信号１３、１３’、１４、１４’は、相関器の１つのアームにおいて光路を変化させるように、レンズ、ミラー又は導波路の長さの間の距離を変化させる。このように、相関器は、出力部Ｃ、Ｄと関連付けられる想定ビットパターンが変化する場合に再プログラムされる。
【００４１】
相関器モジュール７は、ブロッキングスイッチ１５を更に含む。相関器９及び１１により生成される制御信号は、光カプラ１８により共に接続され、制御信号をブロッキングスイッチ１５に送出する。相関器１０及び１２により生成される制御信号は、光カプラ１９により共に接続され、制御信号をブロッキングスイッチ１５に送出する。
【００４２】
ブロッキングスイッチ１５は、相関器１０及び１２からの制御信号が切替手段８の光スイッチ１６、１７へ通過するのを許可又は阻止する光スイッチである。ブロッキングスイッチ１５の切替は、相関器９及び１１により生成される制御信号により制御される。
【００４３】
ブロッキングスイッチ１５は、通常の状態において相関器１０及び１２からの制御信号がスイッチ１６、１７へ通過するのを可能する単安定光スイッチであるが、相関器９及び１１から受信する制御信号に応じて相関器１０及び１２からの制御信号を阻止する別の状態に切り替え可能である。通常の状態から切り替えられる際、スイッチ１５は、再び通常の位置に回復した後、パケットが取り得る最大の長さに対する状態で保持される。別の実施形態において、光ブロッキングスイッチ１５は、電子回路（図２に示す実施形態の光スイッチ１６、１７のような）により再び通常の位置に回復される双安定スイッチである。
【００４４】
相関器１０又は１２からの制御信号が光スイッチ１６、１７に到達する際、制御信号により、光スイッチ１６は第１の光信号を出力部Ｄに送出し、光スイッチ１７は第２の光信号を出力部Ｃに送出する。
【００４５】
本実施形態において、ブロッキングスイッチ１５は光スイッチ１６及び１７と同型のスイッチであるが、１つの出力ポートが閉鎖されている。相関器９又は１１からの制御信号がない場合、相関器１０又は１２からの任意の制御信号は非阻止出力部に出力される。その一方、ブロッキングスイッチ１５が通常の状態から切り替えられる場合、相関器１０又は１２からの任意の制御信号は阻止出力部に出力される。
【００４６】
動作中、第１のパケットは入力部Ａ又はＢで受信される。そのパケットは、光カプラ５又は６により３つの同一部分に分割される。１つの部分は光スイッチ１６，１７に送出され、別の部分は相関器９，１１に送出され、最後の部分は相関器１０，１２に送出される。
【００４７】
相関器９、１２は、第１のパケットのヘッダの宛先データを出力部Ｃに対応するビットバーン（アドレス）と比較し、相関器１０、１１は、第１のパケットのヘッダを出力部Ｄに対応するビットパターン（アドレス）と比較する。宛先データが出力部Ｃと関連付けられるビットパターンに一致する場合に相関器９、１２が制御信号を生成し、宛先データが出力部Ｄと関連付けられるビットパターンに一致する場合に相関器１０、１１が制御信号を生成する。
【００４８】
第１のパケットにより相関器９又は１１が制御信号を生成する場合、その制御信号により、ブロッキング制御が相関器１０及び１２からの信号をブロックする状態にブロッキングスイッチ１５を切り替える。光スイッチ１６、１７は依然として元の状態のままであり、第１のパケットが入力部Ａで受信される場合には出力部Ｃに第１のパケットを送出し、且つ入力部Ｂで受信される場合には出力部Ｄに第１のパケットを送出する。第１のパケットにより相関器１０及び１２が制御信号を生成する場合、それら制御信号はブロッキングスイッチを通過して光スイッチ１６、１７に到達でき、それらにより、光スイッチ１６、１７は第１のパケットが入力部Ａで受信される場合には出力部Ｄに第１のパケットを送出し、且つ入力部Ｂで受信される場合には出力部Ｃに第１のパケットを送出する。
【００４９】
第１のパケットの送信中、第１のパケットの後に第２のパケットが他方の入力部Ａ、Ｂで受信される（重複パケット）場合、そのパケットは光カプラ５又は６により３つの同一部分に分割され、他方の光相関器９、１０、１１、１２及び他方の光スイッチ１６、１７に送出される。第１のパケットと同様の方法で、光相関器９、１１及び１０、１２は、第２のパケットの宛先データを出力部Ｃ、Ｄに対するビットパターンと比較し、宛先データと一致するビットパターンに依存する制御信号を生成する。その制御信号は、ブロッキングスイッチ１５に送出される。
【００５０】
第２のパケットが第１のパケットと反対側の出力部にルーティングされる必要があることを第２のパケットの宛先データが示す場合、相関器により生成される制御信号は、ブロッキングスイッチ１５又は光スイッチ１６、１７のいずれか一方を同一の状態に維持する。しかし、第２のパケットが第１の出力部と同一の出力部にルーティングされる必要があることを第２のパケットの宛先データが示す場合、ブロッキングスイッチがパケットの取り得る最大の長さに対して現在の状態に保持されるか又は制御信号が光スイッチ１６、１７に到達するのをブロッキングスイッチ１５により阻止されるため、生成された制御信号は光スイッチの状態を変化させない。
【００５１】
モジュールの動作は、重複パケットに対して、スイッチングモジュールの入力部に最初に到着するパケットが常に所望の出力部Ｃ、Ｄに切り替えられ、後続のパケットが最初のパケットと競合しない場合には所望の出力部に切り替えられ、競合する場合には他の出力部Ｃ、Ｄに切り替えられることを保証する。このモジュールの利点は、モジュールがパケット間の競合を回避しつつ、任意の順序で到着するパケットを処理できることである。光ネットワークを更に複雑にさせるパケットの同期及びスケジューリングは必要ない。
【００５２】
第２のパケットが第１のパケットを超える長さを有する場合、第２のパケットの末尾が切断されるだろう。これは更なる素子をモジュールに導入することで回避され得るが、好適な実施形態においては、そのような更なる論理は複雑さを軽減するために回避される。モジュールにより、モジュールのスイッチング時間の時間フレームに適合するパケット、切断されるパケットが損失されずに済む。パケットの切断によるパケット損失を軽減する最適なスイッチング時間が存在する。殆どのシステムに対して、これは、最大可能パケット長であるか又はそれより少し長ければよいと考えられる。
【００５３】
別の実施形態において、重複パケット、競合パケットを所望の宛先と反対側の出力部Ｃ、Ｄに送出するのではなく、パケットはモジュールにより阻止され、後で送出されるようにしてもよい。
【００５４】
パケット重複の確率は、光リンクの利用度に依存する。これを図３に示す。図３において、算出された損失パケットの確率を２×２スイッチング素子における種々のバッファリング解決策に対して示す（パケットは、スイッチング素子の入力時に重複して到着する場合に損失したと仮定される）。それらの簡単な計算において、均一な配信及び固定パケットサイズを有する非同期パケットの到着を仮定した。パケット到着速度は、双方の入力に対して同一であった。図３に示すように、図３は、バッファレススイッチ及び種々の入力バッファ構成を有するスイッチに対するグラフを示す。入力バッファ１は、固定長を有する交換遅延線を示す。入力バッファ２は、出力部が利用できる場合に読み出されるバッファを示し、利用できない場合には、パケットは更なる期間格納される。他のバッファリング構成は、２×２スイッチの入力及び／又は出力時にそれら２つの基本バッファリング構成の組合せから構成される。
【００５５】
図から分かるように、バッファを使用せずに又は１つのパケット長バッファを使用することにより、パケット損失許容確率は非常に低いリンク利用度のみで達成される。複数の読み出し候補を有する３〜４つのパケット長バッファを使用することにより、パケット競合の確率を１０−6以下に減少できる。それらの結果は、トラフィックがバーストで到着する時よりも悪いと予想される。
【００５６】
図１及び図２を参照して説明したスイッチングモジュールは、バッファを使用しない例に対応する。従って、非常に低いリンク利用度の場合、１つのモジュールを単独で使用することによってのみ、許容パケット損失率を達成できる。
【００５７】
パケット損失率を減少するために、図１及び図２を参照して説明したモジュールは、次に図４を参照して説明するモジュールと連結される。
【００５８】
図４のモジュールは図１のモジュールと同様であり、同一部分には同一の図中符号が与えられる。しかし、このモジュールは、光スイッチ１６を出力部Ｄにリンクする光回線２６及び光スイッチ１７を出力部Ｃにリンクする光回線２５が遅延線２８、２７をそれぞれ提供される点で異なる。本実施形態において、遅延線２７、２８の長さは最大可能パケット長である。遅延線２７、２８の結果、光スイッチ１６、１７のスイッチング時間は、一般に、光回線２５、２６に沿うパケットに対する伝播時間よりも長い必要がある。タイミング及びスイッチング時間は、正確に調整される必要がある。
【００５９】
第１のモジュールでは切り替え不可能であったが、第２のステージモジュール又は高次ステージモジュール２０１がそれらのパケットを所望の出力部に切り替えるように、図４に示す１つ以上のモジュール２０１が図１又は図２に示すモジュール２００と連結されるスイッチングシステムを図５に示す。モジュール２０１の遅延線２７、２８がパケットを遅延させるため、それらのパケットの競合は回避される。競合の確率及び従ってパケット損失は、ステージの数と共に急速に減少する。これを図６に示す。
【００６０】
許容パケット損失率（例えば、一般的なネットワークに対して１０−6）を達成するために、３〜４つのステージが使用される。
【００６１】
図６のシステムの利点は、システムが大量に製造される類似モジュールの連鎖から構成されることである。
【００６２】
尚、競合はモジュール／システム毎に別個に処理される必要はないが、偏向ルーティングの原理を適用できる。これは、モジュール／システム内で競合が起こる結果、パケットが所望の出力部ではなく他の出力部に切り替えられる場合、光ネットワーク中の別のモジュール／システムを使用して、そのパケットを所望の宛先へルーティングできてもよいことを意味する。
【００６３】
光ネットワークのノードがそれぞれ図７及び図８に示すようなバンヤン型又はクロスバー型スイッチを含むことは一般的である。そのようなノードは、本発明のモジュール及び／又はシステムを使用して構築される。
【００６４】
本発明は上述の実施形態に限定されることを意図せず、請求の範囲に規定された本発明の範囲から逸脱せずに本発明が変形及び変更されてもよいことが理解されるだろう。
【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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【国際調査報告】
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