(57)【要約】【課題】  未通信状態の光トランシーバ間でデータパケットの双方向通信を開始するための光通信方法および光トランシーバを実現する。【解決手段】  単一の光ファイバ伝送路を介して対向する光トランシーバ間で、送受信するデータパケットを時分割で双方向通信する双方向光通信システムの光通信方法において、データパケットの双方向通信に先立って、各光トランシーバの特定情報を有しかつデータパケットの伝送速度以下の低速度の接続用パケットを光ファイバ伝送路を介して送受信し、各光トランシーバで受信した接続用パケットの特定情報に応じて、各光トランシーバの一方をマスタ、他方をスレーブと設定し、マスタの光トランシーバで設定した伝送方法を設定パケットによりスレーブの光トランシーバへ通知し、設定した伝送方法により双方向通信を行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の光ファイバ伝送路を介して対向する光トランシーバ間で、送受信するデータパケットを時分割で双方向通信する双方向光通信システムにおいて、
前記データパケットの双方向通信に先立って、各光トランシーバの特定情報を有しかつ前記データパケットの伝送速度以下の低速度の接続用パケットを前記光ファイバ伝送路を介して送受信し、
前記各光トランシーバで受信した接続用パケットの特定情報に応じて、各光トランシーバの一方をマスタ、他方をスレーブと設定し、マスタの光トランシーバで設定した伝送方法を設定パケットによりスレーブの光トランシーバへ通知し、設定した伝送方法により双方向通信を行う
ことを特徴とする光通信方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光通信方法において、
前記各光トランシーバの特定情報として番号を設定し、その番号の関係に応じて各光トランシーバの一方をマスタ、他方をスレーブと設定することを特徴とする光通信方法。
【請求項３】
請求項２に記載の光通信方法において、
前記各光トランシーバに前記特定情報として設定される番号は、前記各光トランシーバが設定する固有の番号であることを特徴とする光通信方法。
【請求項４】
請求項２に記載の光通信方法において、
前記各光トランシーバに前記特定情報として設定される番号は、前記各光トランシーバが独立に発生させた乱数による番号であることを特徴とする光通信方法。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれかに記載の光通信方法において、
前記各光トランシーバに前記特定情報として設定される番号にマスタ指定番号を設け、マスタとする光トランシーバに前記特定情報として該マスタ指定番号を設定することを特徴とする光通信方法。
【請求項６】
請求項１に記載の光通信方法において、
マスタの光トランシーバは、マスタからスレーブ側の下り区間のパケット伝送時間とスレーブからマスタ側の上り区間のパケット伝送時間を設定し、各方向のパケット伝送時間を固定した伝送方法であることをスレーブの光トランシーバへ通知して双方向通信を開始するとともに、マスタまたはスレーブの光トランシーバからの要求に応じてマスタの光トランシーバで前記各方向のパケット伝送時間の再設定を行うことを特徴とする光通信方法。
【請求項７】
請求項１に記載の光通信方法において、
マスタの光トランシーバは、データパケット受信後に所定の保護時間を置いて逆方向へデータパケットを送信する方法で、各方向の伝送容量を動的に可変する伝送方法であることをスレーブの光トランシーバへ通知して双方向通信を開始することを特徴とする光通信方法。
【請求項８】
請求項７に記載の光通信方法において、
前記伝送方法では、各方向に伝送可能なデータパケットの最大長を設定することを特徴とする光通信方法。
【請求項９】
請求項７に記載の光通信方法において、
前記伝送方法では、データパケット受信後に送信データがない場合に、前記所定の保護時間後に応答用のパケットを送信することを特徴とする光通信方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の光通信方法において、
前記各光トランシーバは、接続用パケットの送受信によりマスタとスレーブの設定を終えた後に、少なくとも一方の光トランシーバが外部インタフェースと接続されていない場合に、前記データパケットの伝送速度以下の低速度の接続確認用パケットを一定間隔で交互に送受信し、その送受信のタイミングで前記各光トランシーバを間欠的に動作させることを特徴とする光通信方法。
【請求項１１】
単一の光ファイバ伝送路を介して対向し、送受信するデータパケットを時分割で双方向通信する光トランシーバにおいて、
前記データパケットの双方向通信に先立って、各光トランシーバの特定情報を有しかつ前記データパケットの伝送速度以下の低速度の接続用パケットを前記光ファイバ伝送路を介して送受信する手段と、
受信した接続用パケットの特定情報に応じて、マスタまたはスレーブであることを認識する手段と、
前記マスタであることを認識したときは、設定した伝送方法を記した設定パケットをスレーブの光トランシーバへ送信し、前記スレーブであることを認識したときは、前記設定パケットを受信し、設定した伝送方法により前記データパケットの双方向通信を行う手段と
を備えたことを特徴とする光トランシーバ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の光トランシーバにおいて、
前記接続用パケットの送受信によりマスタとスレーブの設定を終えた後に、外部インタフェースと接続されていないことを検出したときに、前記データパケットの伝送速度以下の低速度の接続確認用パケットを一定間隔で送受信する手段と、
前記接続確認用パケットの送受信のタイミングで電源供給を行う手段と
を備えたことを特徴とする光トランシーバ。
【請求項１３】
請求項１１に記載の光トランシーバにおいて、
前記設定パケットまたは前記データパケットの受信の際に抽出されたクロックの同期情報を保持し、その同期情報を次に受信するパケットに対するクロック同期の初期条件として設定する構成である
ことを特徴とする光トランシーバ。
【請求項１４】
請求項１１に記載の光トランシーバにおいて、
前記接続用パケットまたは前記接続確認用パケットの受信の際の自動利得制御の利得情報を保持し、その利得情報を次に受信するパケットに対する自動利得制御に用いる構成である
ことを特徴とする光トランシーバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単一の光ファイバ伝送路を介して対向する光トランシーバ間で時分割で双方向通信を行う双方向光通信システムに用いる光通信方法および光トランシーバに関する。
【背景技術】
【０００２】
単一の光ファイバを用いた双方向光通信システムは、２芯の光ファイバを用いたシステムと比較してコスト面で有利であり、加入者系の光通信システムとして用いられている。この場合の双方向通信方式としては、上りと下りで異なる波長を用いる波長多重方式（ＷＤＭ）と、同一波長で時間的に送受信を分ける時分割多重方式（ＴＤＤ）が用いられている（非特許文献１）。
【０００３】
一方、企業ＬＡＮ等では、ギガビットイーサネット（登録商標）やファイバチャネルのようなギガビットクラスの高速伝送システム用に、２芯の光ファイバを用いた光通信システムが実用化されている（非特許文献２）。
【非特許文献１】青山友紀監修「ＦＴＴＨ教科書」、ＩＤＧジャパン、2003年
【非特許文献２】IEEE Std.802.3, 2000 edition, Chap.38.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＬＡＮ系においても単一の光ファイバによる伝送が可能になれば、光ファイバ配線コスト等の低減が見込める。ここで、ＷＤＭを用いた双方向通信では、対向する光トランシーバに複数波長の光源と波長合分波器を配備し、双方で使用波長の調停を行った上での通信が必要になる。また、このような光トランシーバはコストが高い問題がある。
【０００５】
一方、ＴＤＤは半二重通信（ピンポン伝送）であるため、同一波長での送受信が可能であり、ＷＤＭで課題のコスト問題は解消できる。しかし、現在実用化されている方式は、10Ｍbit/s 程度の低速度で１対多の伝送を想定しており（ＴＤＭＡ／ＴＤＤ）、高速化が課題になっている。
【０００６】
ところで、ピンポン伝送のクロック同期は、図１０に示すようにパケットのプリアンブルで確立する必要があり、高速化する場合には多数のビットが必要になる。また、同期を高速化するためにループ帯域幅を広げることが考えられるが、その場合には雑音電力が増加するために再生されるクロックのジッタが大きくなる。さらに、プリアンブルにおいてダイナミックレンジを確保するために自動利得制御回路（ＡＧＣ）で利得が制御されるが、現状のピンポン伝送では図１１に示すようにパケットごとに利得制御を行っており、高速化する場合には大きなプリアンブルが必要になる。このように、現状のピンポン伝送をビガビットクラスに適用しようとすると、大きなプリアンブルを要するために伝送効率が低下する問題があった。
【０００７】
本発明は、双方向光通信システムにおいて、簡単な制御により、未通信状態の光トランシーバ間でデータパケットの双方向通信を開始するための光通信方法および光トランシーバを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、単一の光ファイバ伝送路を介して対向する光トランシーバ間で、送受信するデータパケットを時分割で双方向通信する双方向光通信システムの光通信方法において、データパケットの双方向通信に先立って、各光トランシーバの特定情報を有しかつデータパケットの伝送速度以下の低速度の接続用パケットを光ファイバ伝送路を介して送受信し、各光トランシーバで受信した接続用パケットの特定情報に応じて、各光トランシーバの一方をマスタ、他方をスレーブと設定し、マスタの光トランシーバで設定した伝送方法を設定パケットによりスレーブの光トランシーバへ通知し、設定した伝送方法により双方向通信を行う。
【０００９】
このマスタまたはスレーブは、各光トランシーバに番号を設定し、その番号の関係に応じて設定する（請求項２）。その番号としては、各光トランシーバが設定する固有の番号とする（請求項３）、また各光トランシーバが独立に発生させた乱数による番号とする（請求項４）、またマスタとする光トランシーバにマスタ指定番号を設定する（請求項５）。
【００１０】
マスタの光トランシーバは、マスタからスレーブ側の下り区間のパケット伝送時間とスレーブからマスタ側の上り区間のパケット伝送時間を設定し、各方向のパケット伝送時間を固定した伝送方法であることをスレーブの光トランシーバへ通知して双方向通信を開始するとともに、マスタまたはスレーブの光トランシーバからの要求に応じてマスタの光トランシーバで各方向のパケット伝送時間の再設定を行い、双方向の伝送容量可変とする（請求項６）。
【００１１】
また、マスタの光トランシーバは、データパケット受信後に所定の保護時間を置いて逆方向へデータパケットを送信する方法で、各方向の伝送容量を動的に可変する伝送方法であることをスレーブの光トランシーバへ通知して双方向通信を開始する（請求項７）。このとき、各方向に伝送可能なデータパケットの最大長を設定することにより、それを越えるパケットが送信されないようにしてもよい（請求項８）。また、データパケット受信後に送信データがない場合に、所定の保護時間後に応答用のパケットを送信するようにしてもよい（請求項９）。
【００１２】
各光トランシーバは、接続用パケットの送受信によりマスタとスレーブの設定を終えた後に、少なくとも一方の光トランシーバが外部インタフェースと接続されていない場合に、データパケットの伝送速度以下の低速度の接続確認用パケットを一定間隔で交互に送受信し、その送受信のタイミングで各光トランシーバを間欠的に動作させるようにしてもよい（請求項１０）。
【００１３】
請求項１１に記載の発明は、単一の光ファイバ伝送路を介して対向し、送受信するデータパケットを時分割で双方向通信する光トランシーバにおいて、データパケットの双方向通信に先立って、各光トランシーバの特定情報を有しかつデータパケットの伝送速度以下の低速度の接続用パケットを光ファイバ伝送路を介して送受信する手段と、受信した接続用パケットの特定情報に応じて、マスタまたはスレーブであることを認識する手段と、マスタであることを認識したときは、設定した伝送方法を記した設定パケットをスレーブの光トランシーバへ送信し、スレーブであることを認識したときは、設定パケットを受信し、設定した伝送方法によりデータパケットの双方向通信を行う手段とを備える。
【００１４】
また、接続用パケットの送受信によりマスタとスレーブの設定を終えた後に、外部インタフェースと接続されていないことを検出したときに、データパケットの伝送速度以下の低速度の接続確認用パケットを一定間隔で送受信する手段と、接続確認用パケットの送受信のタイミングで電源供給を行う手段とを備えてもよい（請求項１２）。
【００１５】
また、設定パケットまたはデータパケットの受信の際に抽出されたクロックの同期情報を保持し、その同期情報を次に受信するパケットに対するクロック同期の初期条件として設定する構成としてもよい（請求項１３）。
【００１６】
また、接続用パケットまたは接続確認用パケットの受信の際の自動利得制御の利得情報を保持し、その利得情報を次に受信するパケットに対する自動利得制御に用いる構成としてもよい（請求項１４）。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明の光通信方法および光トランシーバは、低速の接続用パケットを用いる簡単な制御により、未通信状態の光トランシーバ間でマスタとスレーブの関係を設定し、データパケットの双方向通信を開始するための初期設定を行うことができる。
【００１８】
また、クロックの同期情報や自動利得制御の利得情報を保持し、次のパケットの受信の際に利用することにより、ギガビットクラスの高速な信号に対して、高効率な伝送が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、本発明の光トランシーバの実施形態の示す。図において、光トランシーバ１００は、光ファイバ伝送路２００を介して対向する光トランシーバ１００との光信号の送受信処理を行う物理インタフェース１１０と、外部回路（例えばユーザ端末）との接続処理を行う外部インタフェース１４０と、外部インタフェース１４０から入力するデータ信号をデータパケットに変換して物理インタフェース１１０に出力する送信パケット処理回路１２０と、物理インタフェース１１０で受信再生されたデータパケットをデータ信号に変換して外部インタフェース１４０に出力する受信パケット処理回路１３０と、対向する光トランシーバとの間の双方向通信を制御する制御回路１５０とを備える。
【００２０】
図２は、物理インタフェース１１０の構成例を示す。図において、送信パケット処理回路１２０から入力するデータパケットは、レーザドライバ１１１を介して光源１１２に入力されて光信号に変換される。この光信号は、光合分波器１１５を介して光ファイバ伝送路２００へ送出される。光ファイバ伝送路２００から入力する光信号は、光合分波器１１５を介して受光器１１３に受信され、電気信号に変換されてデータ再生回路１１４に入力され、再生されたデータパケットが受信パケット処理回路１３０に送出される。
【００２１】
制御回路１５０から出力される低速の接続用パケットや接続確認用パケットおよび接続設定のための設定パケットは、レーザドライバ１１１を介して光源１１２に入力されて光信号に変換される。データ再生回路１１４は、自動利得制御回路１１４ａ、多重サンプル回路１１４ｂおよびクロックデータ再生回路１１４ｃから構成され、多重サンプル回路１１４ｂで再生された接続用パケットおよび接続確認用パケットを制御回路１５０に送出し、クロックデータ再生回路１１４ｃで再生された設定パケットを受信パケット処理回路１３０に送出する。
【００２２】
以上の構成に基づいて、対向する光トランシーバ間での通信開始制御動作について説明する。物理インタフェース１１０に光ファイバ伝送路２００が接続されると、その検出に応じた自動制御または手動により、制御回路１５０はレーザドライバ１１１に低速の接続用パケットを出力する。光源１１２は、この接続用パケットに対応する光信号を出力し、光合分波器１１５、光ファイバ伝送路２００を介して対向する光トランシーバ１００に送信する。
【００２３】
一方、同様に対向する光トランシーバ１００から送信された接続用パケットに対応する光信号は、光合分波器１１５を介して受光器１１３に受信され、電気信号に変換されてデータ再生回路１１４に入力される。この電気信号は、データ再生回路１１４の自動利得制御回路１１４ａで信号レベルが調整されて多重サンプル回路１１４ｂに入力され、接続用パケットの信号レートより十分に早い時間間隔で標本化され、その標本値を接続用パケットのビット区間長で平均化することにより、非同期で接続用パケットが再生される。後述する接続確認用パケットについても同様である。
【００２４】
この接続用パケットは、図３に示すように、動作開始および自動利得制御動作用のプリアンブルと、自局の光トランシーバＩＤから構成される簡単かつ低速なものである。光トランシーバＩＤには、あらかじめ設定された接続条件に基づいて、光トランシーバ固有の番号、または乱数に基づく番号、または強制的にマスタになるためのマスタ指定番号が設定される。
【００２５】
多重サンプル回路１１４ｂで再生された接続用パケットは制御回路１５０に入力され、接続用パケットに記載された光トランシーバＩＤと自局の光トランシーバＩＤが比較され、マスタとスレーブが決定される。例えば、対向する２つの光トランシーバに固有の番号あるいは互いに独立に発生させた乱数に基づく番号を付与したときに、その大小関係に応じてマスタとスレーブを決定する。あるいは、マスタになる光トランシーバにマスタ指定番号を付与し、他方の光トランシーバにそれ以外の番号を付与することにより、強制的にマスタとスレーブを決定する。なお、対向する光トランシーバ間でマスタとスレーブの関係が決定されるまで、接続用パケットに対応する光信号が繰り返し送信される。
【００２６】
マスタ側となった光トランシーバの制御回路１５０は、送信パケット制御回路１２０に設定パケットを送出し、物理インタフェース１１０および光ファイバ伝送路２００を介してスレーブ側の光トランシーバへ、設定パケットに対応する光信号を送信する。設定パケットには、図４に示すように、クロック同期用のプリアンブル、ヘッダ、帯域制御方法情報（図５に示す固定長パケット方法または可変長パケット方法を示す情報）、パケット長情報（固定長パケット方法における下りパケット長および上りパケット長、可変長パケット方法における最大パケット長）、トレイラが格納される。
【００２７】
マスタ側の光トランシーバ１００から送信された設定パケットに対応する光信号は、スレーブ側の光トランシーバ１００の光合分波器１１５を介して受光器１１３に受信され、電気信号に変換されてデータ再生回路１１４に入力される。この電気信号は、データ再生回路１１４の自動利得制御回路１１４ａで信号レベルが調整されてクロックデータ回路１１４ｃに入力され、クロックと設定パケットが再生される。このクロックと設定パケットは受信パケット処理回路１３０に入力され、さらに制御回路１５０の設定を行い、制御回路１５０は応答パケットをマスタ側に送出する。マスタ側では、この応答パケットを確認後にデータパケットの伝送を開始する。
【００２８】
図５は、帯域制御方法の例を示す。図５(a) は固定長パケット方法であり、マスタからスレーブ方向の下り区間と、スレーブからマスタ方向の上り区間について、それぞれパケット伝送時間（下りパケット長、上りパケット長）を設定して伝送する。このパケット伝送時間は、マスタ側あるいはスレーブ側からの要求により変更することができ、下り方向と上り方向の伝送容量を変更することができる。
【００２９】
図５(b) は可変長パケット方法であり、マスタ側からパケットを送信し、パケットを受信したスレーブ側から保護時間をおいてパケットを送信する。この場合は、伝送容量は動的に変化する。可変長パケット方法では、パケットの最大長を規定し、事前に設定パケットによりマスタからスレーブに通知することで、長大なパケット伝送によるデータの滞留を避けることができる。また、パケット受信完了後に送信するデータがない場合でも、応答用のパケット（空パケット）を送信することにより、データ伝送を円滑に行うことができる。
【００３０】
図６は、データパケットの送受信処理方法を示す。図６(a) は送信パケット処理回路１２０における送信パケット処理、図６(b) は受信パケット処理回路１３０における受信パケット処理の一例を示す。
【００３１】
図６(a) において、送信パケット処理回路１２０は、外部インタフェース１４０から入力されたデータパケットＡ，Ｂに対して、パケット識別用のヘッダＨとトレイラＴを付加する。次に、制御回路１５０から通知されるパケット長情報に従ってパケットを分割あるいは結合する。ここでは、データパケットＡをＡ１とＡ２に分割し、Ａ２とデータパケットＢを結合することにより、データパケットＡ１とデータパケット（Ａ２＋Ｂ）のパケット長をほぼ揃える。さらに、パケット長を揃えるために必要に応じてパディングデータＰを付加する。次に、伝送用のプリアンブルｐ、伝送ヘッダｈ、伝送トレイラｔを付加して符号化を行い、物理インタフェース１１０に転送する。
【００３２】
図６(b) において、受信パケット処理回路１３０は、物理インタフェース１１０から入力された受信パケットを復号化し、伝送用のプリアンブルｐ、伝送ヘッダｈ、伝送トレイラｔを除去し、さらにパケット識別用のヘッダＨとトレイラＴを抽出して元のデータパケットＡ，Ｂを復元し、外部インタフェース１４０に転送する。
【００３３】
ところで、一方の光トランシーバに送信するデータがない場合に、図５(b) に示す可変長パケット方法では双方向通信を維持するために空パケットを送信する必要がある。しかし、可変長パケット方法に限らず、双方にネットワークとして送信するデータがない場合に、空パケットを送受信することは電力の無駄である。したがって、通信状態を一旦解除することになるが、次の通信再開のときに再度接続用パケットの送信から始める必要がある。
【００３４】
そこで、双方にネットワークとして送信するデータがない場合、例えば外部インタフェースが接続されていないことを検出したときに、空パケットを送受信する代わりに、図７に示すようにマスタの光トランシーバから低速の接続確認用パケットを間欠的に送信する。この接続確認用パケットを受信したスレーブの光トランシーバは、その応答パケットを送信する。この間欠動作周期で繰り返される送受信の期間だけ光トランシーバの送受信関係部に給電することにより、消費電力の低減を図ることができる。
【００３５】
次に、伝送効率向上のためにデータパケットのプリアンブルの短縮を可能にするための構成について、図８および図９を参照して説明する。
【００３６】
受信されるパケット間のクロック情報は基本的には同一であるので、設定パケットによりクロック同期が確立した後には、パケット非受信時に前パケットのクロック情報（周波数、位相）をデータとして保持する。次のパケットのクロック同期を行うときには、図８に示すように、そのデータを初期条件として設定することにより高速な引き込み動作が可能になり、クロック同期用のプリアンブルを短縮することができる。
【００３７】
また、パケット間で基本的には信号レベルに変化がないので、自動利得制御における利得についても同様の扱いができる。すなわち、図９に示すように、接続用パケット受信時に利得の設定を行い、パケット非受信時に前パケットの利得情報をデータとして保持することにより、短いプリアンブルで安定した自動利得制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の光トランシーバの実施形態を示す図。
【図２】物理インタフェース１１０の構成例を示す図。
【図３】接続用パケットの構成例を示す図。
【図４】設定パケットの構成例を示す図。
【図５】帯域制御方法の例を説明する図。
【図６】データパケットの送受信処理方法を説明する図。
【図７】間欠動作を説明する図。
【図８】クロック同期を説明する図。
【図９】自動利得制御を説明する図。
【図１０】従来のクロック同期を説明する図。
【図１１】従来の自動利得制御を説明する図。
【符号の説明】
【００３９】
１００  光トランシーバ
１１０  物理インタフェース
１１１  レーザドライバ
１１２  光源
１１３  受光器
１１４  データ再生回路
１１４ａ  自動利得制御回路
１１４ｂ  多重サンプル回路
１１４ｃ  クロックデータ再生回路
１１５  光合分波器
１２０  送信パケット処理回路
１３０  受信パケット処理回路
１４０  外部インタフェース
１５０  制御回路
２００  光ファイバ伝送路
【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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