(57)【要約】【課題】本発明は、電力消費を低減することの可能な光伝送装置及び光伝送方法の提供を目的とする。【解決手段】本願発明の光伝送装置は、ＩＰパケットのヘッダを光電変換するＯＥ１２＿１〜１２＿Ｎと、ヘッダ情報を取得するヘッダ処理部１３＿１〜１３＿Ｎと、ヘッダ情報に含まれる宛先に応じて出力方路を決定する衝突検出宛先制御部１２３と、決定された方路にペイロードを出力する光スイッチ１１７と、ヘッダ情報を光信号に変換するヘッダ光信号生成部１５＿１〜１５＿Ｍと、ヘッダとペイロードとを結合してＩＰパケットを生成する合流部８１＿１〜８１＿Ｍと、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）パケットのヘッダを光電変換する光電変換部と、
前記光電変換部の出力信号を用いて前記ＩＰパケットのヘッダ情報を取得するヘッダ処理部と、
前記ヘッダ処理部の取得したヘッダ情報に含まれる宛先に応じて出力方路を決定する宛先制御部と、
前記ＩＰパケットのペイロードを、光信号のまま前記宛先制御部の決定する方路に出力するペイロード出力部と、
前記ヘッダ処理部の取得したヘッダ情報を光信号に変換するヘッダ光信号生成部と、
前記ヘッダ光信号生成部からのヘッダ及び前記ペイロード出力部からのペイロードを出力方路に出力するＩＰパケット出力部と、
を備える光伝送装置。
【請求項２】
前記ＩＰパケットのヘッダの光信号レベルを有する光信号を除去し、前記ＩＰパケットのヘッダの光信号レベルよりも大きくかつ前記ＩＰパケットのペイロードの光信号レベルよりも小さな光信号レベルを有する光信号を通過させるペイロード抽出部を、前記ペイロード出力部の前段又は前記ペイロード出力部と前記ＩＰパケット出力部の間にさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項３】
前記ＩＰパケットは、ペイロードのビットレートよりもヘッダのビットレートの方が低いことを特徴とする請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項４】
前記ＩＰパケットを分岐する光分岐部と、
前記光分岐部からの一方の光信号のクロック周波数を検出するクロックモニタと、
前記クロックモニタの検出したクロック周波数に応じて、前記光分岐部からの他方の光信号を、前記光電変換部又は前記ペイロード出力部に出力する入力切替部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の光伝送装置。
【請求項５】
前記ＩＰパケットを、出力ポートが非線形光ファイバの両端に接続されている３ｄＢカプラの一方の入力ポートに出力し、前記３ｄＢカプラの前記一方の入力ポートからの光信号を前記ペイロード出力部に出力する光サーキュレータと、
前記一方の入力ポートが前記光サーキュレータに接続され、他方の入力ポートが前記光電変換部に接続され、２つの出力ポートが前記非線形光ファイバの両端に接続され、前記一方の入力ポートに入力された光信号を、前記非線形光ファイバの両端に入力するとともに、前記非線形光ファイバを周回して前記２つの出力ポートに戻ってきた光信号を合波して前記一方の入力ポート及び他方の入力ポートに出力する３ｄＢカプラと、
前記３ｄＢカプラの出力ポートに両端が接続された非線形光ファイバと、
を備える請求項１に記載の光伝送装置。
【請求項６】
前記ＩＰパケットは、前記ＩＰパケットのペイロードにおけるパルスのデューティ比と光パルスピーク電力とタイムスロットの積よりも、前記ＩＰパケットのヘッダにおける光信号のパルスのデューティ比と光パルスピーク電力とタイムスロットの積の方が小さいことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光伝送装置。
【請求項７】
前記ペイロード出力部は、ペイロードが通過している間、電力消費無く接続状態を維持する自己保持型光スイッチであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光伝送装置。
【請求項８】
前記自己保持型光スイッチは、相変化材料における透過と反射とを、相変化材料の温度変化に伴う屈折率変化を用いて切り替えることでスイッチングを行うことを特徴とする請求項７に記載の光伝送装置。
【請求項９】
ＩＰパケットのヘッダを光電変換して前記ＩＰパケットのヘッダ情報を取得し、取得したヘッダ情報に含まれる宛先に応じて出力方路を決定する宛先制御ステップと、
前記ＩＰパケットのペイロードを、前記宛先制御ステップで決定した方路に出力するペイロード出力ステップと、
前記宛先制御ステップで取得したヘッダ情報を光信号に変換し、変換後のヘッダ及び前記ペイロード出力ステップで出力したペイロードを出力方路に出力するＩＰパケット出力ステップと、
を有する光伝送方法。
【請求項１０】
前記宛先制御ステップにおいて、前記ＩＰパケットのヘッダの光信号レベルを有する光信号を除去し、前記ＩＰパケットのヘッダの光信号レベルよりも大きくかつ前記ＩＰパケットのペイロードの光信号レベルよりも小さな光信号レベルを有する光信号を通過させるリミッタ増幅回路を用いることによって、ペイロードを抽出することを特徴とする請求項９に記載の光伝送方法。
【請求項１１】
前記ＩＰパケットは、ペイロードのビットレートよりもヘッダのビットレートの方が低いことを特徴とする請求項９に記載の光伝送方法。
【請求項１２】
前記宛先制御ステップにおいて、前記ＩＰパケットを分岐し、分岐した一方の光信号のクロック周波数を検出し、検出したクロック周波数に応じて、分岐した他方の光信号を、前記ＩＰパケットのヘッダとペイロードとに分離することを特徴とする請求項１１に記載の光伝送方法。
【請求項１３】
前記宛先制御ステップにおいて、非線形光ファイバの両端から前記ＩＰパケットを入力し、前記非線形光ファイバを通過後の前記ＩＰパケットを互いに合波し、合波後の光信号を分岐することで、前記ＩＰパケットのヘッダとペイロードとに分離することを特徴とする請求項９に記載の光伝送方法。
【請求項１４】
前記ＩＰパケットは、前記ＩＰパケットのペイロードにおけるパルスのデューティ比と光パルスピーク電力とタイムスロットの積よりも、前記ＩＰパケットのヘッダにおける光信号のパルスのデューティ比と光パルスピーク電力とタイムスロットの積の方が小さいことを特徴とする請求項９から１３のいずれかに記載の光伝送方法。
【請求項１５】
前記ペイロード出力ステップにおいて、ペイロードが通過している間、電力消費無く接続状態を維持する自己保持型光スイッチを用いて、前記宛先制御ステップで決定した方路に出力することを特徴とする請求項９から１４のいずれかに記載の光伝送方法。
【請求項１６】
前記自己保持型光スイッチは、相変化材料における透過と反射とを、相変化材料の温度変化に伴う屈折率変化を用いて切り替えることでスイッチングを行うことを特徴とする請求項１５に記載の光伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高速ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）ネットワークにおいて超低消費電力性を実現する光伝送装置及び光伝送方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年インターネットの普及はめざましく、ネットワークを流れる総トラフィックは増え続けている。科学技術政策研究所の小笠原は現状のペースで通信トラヒックが増大し続ければ、ルータの消費電力だけで２０１０年には２００６年の８倍、２０２０年には同６００倍の電力（４，４７８億ｋＷｈ／年）が必要となると予測している（例えば、非特許文献１参照。）。これは２００６年の国内総発電量（９，２００億ｋＷｈ／年）の４９％に達することに相当し、発電量の急速な増大が見込みにくい現状を考えると危機的状態といえる。小笠原も指摘するように、まずはＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）の低電圧化に取り組む必要があるが、たとえこれが功を奏したとしても、ＬＳＩの低電圧化だけでは問題は完全に解決されるとはいえない。
【０００３】
一方で、光信号のまま転送するネットワーク（フォトニックネットワーク）技術が実用化されつつある。これは、ＩＰネットワークとは別に各ノード間に波長パスを設定し、このパス単位で切り替えるものである。フォトニックネットワークは、光パス交換方式、光バースト交換方式、光スロット交換方式、光パケット交換方式の４つに分類できる（例えば、非特許文献２〜４参照。）。
【０００４】
ＮＴＴは波長多重リングネットワークとしてフォトニックネットワークを導入済みである。これをメッシュ形のネットワークに拡張するのが光パス交換方式に相当する。これにより中継動作を行うＩＰルータは不要になるため、その分の電力消費は削減されるものの、エッジノードには超高速のＩＰルータが必要となることから大幅な電力削減は期待できない。
【０００５】
この光パス交換方式を発展させるものが、光バースト交換方式や光スロット交換方式である。いずれもパケットをバースト信号に束ねたり、光スロットとして同期化するためのノードが必要となり、電力負荷は増大させることになる点、問題解決にはなっていないといえる。
【０００６】
さらに、光パケット交換方式でも、従来、光パケット交換ノードはヘッダとペイロードが同じビットレートで連続的にバイト多重されるという現状の電子ルータでのパケット形式を踏襲しており、本来処理すべきたかだか２０バイト（ＩＰｖ４）のヘッダを受信するために、毎秒数十ギガビットの超高速ＬＳＩが必要とされている。これによる問題はコスト上昇ばかりでなく、高速回路を動作させる膨大な電力を消費する欠点は十分には解決されていない点である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】小笠原  敦「情報通信のエネルギー問題―求められる通信インフラの省電力化―」文部科学省  科学技術政策研究所  科学技術動向研究センター科学技術動向６、２００６年６月（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｉｓｔｅｐ．ｇｏ．ｊｐ／ａｃｈｉｅｖ／ｆｔｘ／ｊｐｎ／ｓｔｆｃ／ｓｔｔ０６３ｊ／０６０６＿０３＿ｆｅａｔｕｒｅａｒｔｉｃｌｅｓ／０６０６ｆａ０１／２００６０６＿ｆａ０１．ｈｔｍｌ）
【非特許文献２】佐藤健一編著、古賀正文著、「広帯域光ネットワーキング―フォトニックネットワーク―」第７．１．１節、ｐｐ．２４１−２４２、電子情報通信学会（平成１５年）
【非特許文献３】Ｉ．Ｃｈｌａｍｔａｃ，Ａ．Ｆｕｍａｇａｌｌｉ，Ｇ．Ｗｅｄｚｉｎｇａ，“Ｓｌｏｔ  Ｒｏｕｔｉｎｇ  ａｓ  ａ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｓｃａｌａｂｌｅ  ＷＤＭ  Ｗｉｄｅ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ．”  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  １．１（Ｊｕｎｅ），ｐｐ．９−２１（１９９６）
【非特許文献４】原井洋明「光バッファ技術へ期待と制御技術の現状」２００５年１１月３０日新世代光通信へのイノベーション第１回光バッファミニ研究会（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ２．ｎｉｃｔ．ｇｏ．ｊｐ／ｗ／ｗ１１２／ｍｅｍｂｅｒ／ｏｂｕｆ−ｗｏｒｋｓｈｏｐ−０５１１−ｈａｒａｉ．ｐｄｆ  〔２０１１／０３／２８取得〕）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、電力消費を低減することの可能な光伝送装置及び光伝送方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本願発明の光伝送装置は、ＩＰパケットのヘッダを光電変換する光電変換部と、前記光電変換部の出力信号を用いて前記ＩＰパケットのヘッダ情報を取得するヘッダ処理部と、前記ヘッダ処理部の取得したヘッダ情報に含まれる宛先に応じて出力方路を決定する宛先制御部と、前記ＩＰパケットのペイロードを、光信号のまま前記宛先制御部の決定する方路に出力するペイロード出力部と、前記ヘッダ処理部の取得したヘッダ情報を光信号に変換するヘッダ光信号生成部と、前記ヘッダ光信号生成部からのヘッダ及び前記ペイロード出力部からのペイロードを出力方路に出力するＩＰパケット出力部と、を備える。
【００１０】
本願発明の光伝送装置は、光電変換部と、ヘッダ処理部と、を備えるため、ペイロードを電気信号に変換することなく、ＩＰパケットのあて先に応じた方路を検出することができる。本願発明の光伝送装置は、ペイロード出力部と、宛先制御部と、を備えるため、ペイロードを光信号のまま、あて先に応じた方路に出力することができる。本願発明の光伝送装置は、ヘッダ光信号生成部と、ＩＰパケット出力部と、を備えるため、ヘッダとペイロードを含むＩＰパケットの光信号を生成し、あて先に応じた方路にＩＰパケットを出力することができる。このように、本願発明の光伝送装置は、高速回路を動作させ続ける必要がなく、パケットをバースト信号に束ねたり、光スロットとして同期化するためのノードも必要ないため、低消費電力での超高速伝送を行うことができる。
【００１１】
本願発明の光伝送装置では、前記ＩＰパケットのヘッダの光信号レベルを有する光信号を除去し、前記ＩＰパケットのヘッダの光信号レベルよりも大きくかつ前記ＩＰパケットのペイロードの光信号レベルよりも小さな光信号レベルを有する光信号を通過させるペイロード抽出部を、前記ペイロード出力部の前段又は前記ペイロード出力部と前記ＩＰパケット出力部の間にさらに備えてもよい。
ヘッダの光信号レベルとペイロードの光信号レベルとが異なる場合、本発明により、ペイロードの光信号を抽出することができる。
【００１２】
本願発明の光伝送装置では、前記ＩＰパケットは、ペイロードのビットレートよりもヘッダのビットレートの方が低くてもよい。
ペイロードのビットレートとヘッダのビットレートとが異なることにより、光信号のクロック周波数を用いて、ヘッダの光信号とペイロードの光信号とを分離することができる。
【００１３】
本願発明の光伝送装置では、前記ＩＰパケットを分岐する光分岐部と、前記光分岐部からの一方の光信号のクロック周波数を検出するクロックモニタと、前記クロックモニタの検出したクロック周波数に応じて、前記光分岐部からの他方の光信号を、前記光電変換部又は前記ペイロード出力部に出力する入力切替部と、をさらに備えてもよい。
本願発明の光伝送装置は、光分岐部と、クロックモニタと、入力切替部と、を備えるため、光信号のクロック周波数を用いて、ヘッダの光信号とペイロードの光信号とを分離することができる。
【００１４】
本願発明の光伝送装置では、前記ＩＰパケットを、出力ポートが非線形光ファイバの両端に接続されている３ｄＢカプラの一方の入力ポートに出力し、前記３ｄＢカプラの前記一方の入力ポートからの光信号を前記ペイロード出力部に出力する光サーキュレータと、前記一方の入力ポートが前記光サーキュレータに接続され、他方の入力ポートが前記光電変換部に接続され、２つの出力ポートが前記非線形光ファイバの両端に接続され、前記一方の入力ポートに入力された光信号を、前記非線形光ファイバの両端に入力するとともに、前記非線形光ファイバを周回して前記２つの出力ポートに戻ってきた光信号を合波して前記一方の入力ポート及び他方の入力ポートに出力する３ｄＢカプラと、前記３ｄＢカプラの出力ポートに両端が接続された非線形光ファイバと、を備えていてもよい。
本願発明の光伝送装置は、光サーキュレータ、３ｄＢカプラ及び非線形光ファイバを備えるため、非線形光ファイバの非線形屈折率を用いて、ヘッダの光信号とペイロードの光信号とを分離することができる。
【００１５】
本願発明の光伝送装置では、前記ＩＰパケットは、前記ＩＰパケットのペイロードにおけるパルスのデューティ比と光パルスピーク電力とタイムスロットの積よりも、前記ＩＰパケットのヘッダにおける光信号のパルスのデューティ比と光パルスピーク電力とタイムスロットの積の方が小さくてもよい。
【００１６】
本願発明の光伝送装置では、前記ペイロード出力部は、ペイロードが通過している間、電力消費無く接続状態を維持する自己保持型光スイッチであってもよい。この場合、前記自己保持型光スイッチは、相変化材料における透過と反射とを、相変化材料の温度変化に伴う屈折率変化を用いて切り替えることでスイッチングを行ってもよい。
本発明により、ペイロード出力部の駆動タイミングをパケットの始点と終点のみに減らすことができるため、ペイロード出力部の消費電力を減少させることができる。
【００１７】
本願発明の光伝送方法は、ＩＰパケットのヘッダを光電変換して前記ＩＰパケットのヘッダ情報を取得し、取得したヘッダ情報に含まれる宛先に応じて出力方路を決定する宛先制御ステップと、前記ＩＰパケットのペイロードを、前記宛先制御ステップで決定した方路に出力するペイロード出力ステップと、前記宛先制御ステップで取得したヘッダ情報を光信号に変換し、変換後のヘッダ及び前記ペイロード出力ステップで出力したペイロードを出力方路に出力するＩＰパケット出力ステップと、を有する。
【００１８】
宛先制御ステップを有するため、ペイロードを電気信号に変換することなく、ＩＰパケットのあて先に応じた方路を検出することができる。ペイロード出力ステップを有するため、ペイロードを光信号のまま、あて先に応じた方路に出力することができる。ＩＰパケット出力ステップを有するため、ヘッダとペイロードを含むＩＰパケットの光信号を生成し、あて先に応じた方路にＩＰパケットを出力することができる。このように、本願発明の光伝送方法は、高速回路を動作させ続ける必要がなく、パケットをバースト信号に束ねたり、光スロットとして同期化するためのノードも必要ないため、低消費電力での超高速伝送を行うことができる。
【００１９】
本願発明の光伝送方法では、前記宛先制御ステップにおいて、前記ＩＰパケットのヘッダの光信号レベルを有する光信号を除去し、前記ＩＰパケットのヘッダの光信号レベルよりも大きくかつ前記ＩＰパケットのペイロードの光信号レベルよりも小さな光信号レベルを有する光信号を通過させるリミッタ増幅回路を用いることによって、ペイロードを抽出してもよい。
ヘッダの光信号レベルとペイロードの光信号レベルとが異なる場合、本発明により、ペイロードの光信号を抽出することができる。
【００２０】
本願発明の光伝送方法では、前記ＩＰパケットは、ペイロードのビットレートよりもヘッダのビットレートの方が低くてもよい。
ペイロードのビットレートとヘッダのビットレートとが異なることにより、光信号のクロック周波数を用いて、ヘッダの光信号とペイロードの光信号とを分離することができる。
【００２１】
本願発明の光伝送方法では、前記宛先制御ステップにおいて、前記ＩＰパケットを分岐し、分岐した一方の光信号のクロック周波数を検出し、検出したクロック周波数に応じて、分岐した他方の光信号を、前記ＩＰパケットのヘッダとペイロードとに分離してもよい。
本発明により、光信号のクロック周波数を用いて、ヘッダの光信号とペイロードの光信号とを分離することができる。
【００２２】
本願発明の光伝送方法では、前記宛先制御ステップにおいて、非線形光ファイバの両端から前記ＩＰパケットを入力し、前記非線形光ファイバを通過後の前記ＩＰパケットを互いに合波し、合波後の光信号を分岐することで、前記ＩＰパケットのヘッダとペイロードとに分離してもよい。
本発明により、非線形光ファイバの非線形屈折率を用いて、ヘッダの光信号とペイロードの光信号とを分離することができる。
【００２３】
本願発明の光伝送方法では、前記ＩＰパケットは、前記ＩＰパケットのペイロードにおけるパルスのデューティ比と光パルスピーク電力とタイムスロットの積よりも、前記ＩＰパケットのヘッダにおける光信号のパルスのデューティ比と光パルスピーク電力とタイムスロットの積の方が小さくてもよい。
【００２４】
本願発明の光伝送方法では、前記ペイロード出力ステップにおいて、ペイロードが通過している間、電力消費無く接続状態を維持する自己保持型光スイッチを用いて、前記宛先制御ステップで決定した方路に出力してもよい。この場合、前記自己保持型光スイッチは、相変化材料における透過と反射とを、相変化材料の温度変化に伴う屈折率変化を用いて切り替えることでスイッチングを行ってもよい。
本発明により、ペイロード出力部の駆動タイミングをパケットの始点と終点のみに減らすことができるため、ペイロード出力部の消費電力を減少させることができる。
【００２５】
なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、電力消費を低減することの可能な光伝送装置及び光伝送方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態１に係る光伝送装置の一例を示す。
【図２】従来のＩＰパケットの構成例を示す。
【図３】本実施形態に係るＩＰパケットの構成例を示す。
【図４】実施形態２に係る光伝送装置の一例を示す。
【図５】実施形態３に係る光分岐部の具体例を示す。
【図６】実施形態４に係るヘッダ・ペイロード分離回路を示す。
【図７】実施形態５に係るヘッダ・ペイロード分離回路を示す。
【図８】自己保持型光スイッチが光信号を透過時の自己保持型光スイッチの動作を示す。
【図９】自己保持型光スイッチが光信号を反射時の自己保持型光スイッチの動作を示す。
【図１０】電気によるスイッチングと光によるスイッチングとの電力消費タイミングの比較。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２９】
（実施形態１）
図１に、実施形態に係る光伝送装置の一例を示す。本実施形態に係る光伝送装置は、任意の数Ｍの出力方路＃１〜＃Ｍを有し、入力されたＩＰパケットを宛先に応じた方路に出力する。具体的には、本実施形態に係る光伝送装置は、光分岐部１１と、光電変換部１２と、ヘッダ処理部１３と、宛先制御部１４と、ヘッダ光信号生成部１５と、ペイロード抽出部１６と、ペイロード出力部１７と、ＩＰパケット出力部１８と、を備える。
【００３０】
本実施形態に係る光伝送方法は、宛先制御ステップと、ペイロード出力ステップと、ＩＰパケット出力ステップと、を順に有する。
宛先制御ステップでは、本実施形態に係る光伝送装置は、以下のように動作する。
光分岐部１１は、光信号を分岐して、一方を光電変換部１２に、他方をペイロード抽出部１６に出力する。光電変換部１２は、ＩＰパケットのヘッダを光電変換する。ヘッダ処理部１３は、光電変換部１２の出力信号を用いてＩＰパケットのヘッダ情報を取得する。宛先制御部１４は、ヘッダ処理部１３の取得したヘッダ情報に含まれる宛先に応じて出力方路を決定する。
【００３１】
ペイロード出力ステップでは、本実施形態に係る光伝送装置は、以下のように動作する。
ペイロード抽出部１６は、ＩＰパケットのなかからペイロードを光信号のまま抽出する。ペイロード出力部１７は、ＩＰパケットのペイロードを、宛先制御部１４の決定する方路に出力する。
【００３２】
ＩＰパケット出力ステップでは、本実施形態に係る光伝送装置は、以下のように動作する。
ヘッダ光信号生成部１５は、ヘッダ処理部１３の取得したヘッダ情報を光信号に変換する。ＩＰパケット出力部１８は、ヘッダ光信号生成部１５からのヘッダとペイロード出力部１７からのペイロードとを結合してＩＰパケットを生成して出力方路に出力する。これにより、宛先に応じた方路にＩＰパケットを出力することができる。
【００３３】
本実施形態に係る光伝送装置は、入力されたＩＰパケットのヘッダのみを光電変換して電子的に受信し、宛先を解釈して決定された方路に、当該ペイロードを再生されたヘッダの後に出力する。このため、本実施形態に係る光伝送装置は、高速回路を動作させ続ける必要がなく、パケットをバースト信号に束ねたり、光スロットとして同期化するためのノードも必要なく、その上伝送装置が扱うＩＰパケットの論理構成は変える必要もない。したがって、本実施形態に係る光伝送装置は、低消費電力での超高速伝送装置を実現できる。これにより、発電する際のＣＯ２発生も抑制することができる効果がある。
【００３４】
ここで、本実施形態に係る光伝送装置は、ペイロードを光信号のまま維持し、ヘッダのみを電気信号に変換するために、光信号の状態でヘッダとペイロードとを分離容易なことが好ましい。
【００３５】
従来のＩＰパケットでは、図２に示すように、ペイロードのビットレートに応じてヘッダのビットレートを変化させていた。これに対し、本実施形態に係るＩＰパケットでは、図３に示すように、情報量の限られたヘッダは、ペイロード速度とは分離し、低消費電力のＣＭＯＳ  ＬＳＩで処理可能な数ギガビット毎秒程度にとどめて一定とし、トラフィック需要に応じて高速化するペイロードのみを超高速パルス列にしてシリアル伝送することが好ましい。さらに、ＩＰパケットは、ペイロードのビットレートよりもヘッダのビットレートの方が低いことが好ましい。
【００３６】
さらに、ヘッダは一ビットの時間幅（タイムスロット：Ｔ［ｓ］）がペイロードに比べて広いため、パルスピーク値Ｐ［Ｗ］は低くてもパルスの信号対雑音比（ＳＮＲ）は保たれる。タイムスロットとパルスピークとパルスデューティ比（Ｄ［％］）が同じであれば相互のＳＮＲは同じになる。
【００３７】
さらに、ペイロードは再生中継されず伝送されるのに対し、ヘッダは各ノードで終端されることから、ヘッダのＳＮＲはペイロードのＳＮＲよりもよい必要は無い。このため、Ｔ・Ｐ・Ｄの積はヘッダにおいてはペイロードのそれより低くてもよい。すなわち、ＩＰパケットは、ＩＰパケットのペイロードにおけるパルスのデューティ比Ｄと光パルスピーク電力ＰとタイムスロットＴの積よりも、ＩＰパケットのヘッダにおける光信号のパルスのデューティ比Ｄと光パルスピーク電力ＰとタイムスロットＴの積の方が小さくてもよい。
【００３８】
この場合、ペイロード抽出部１６は、リミッタ増幅回路を用いてＩＰパケットのなかからペイロードを光信号のまま抽出することができる。例えば、ペイロード抽出部１６は、ＩＰパケットのうちのヘッダの光信号レベルを有する光信号を除去し、ＩＰパケットのうちのヘッダの光信号レベルよりも大きくかつペイロードよりも小さな光信号レベルを有する光信号を通過させる。
【００３９】
なお、本実施形態では、ペイロード抽出部１６は、光分岐部１１とペイロード出力部１７の間に接続されていてもよいし、ペイロード出力部１７とＩＰパケット出力部１８の間に接続されていてもよい。
【００４０】
（実施形態２）
図４に、実施形態２に係る光伝送装置の一例を示す。本実施形態に係る光伝送装置は、任意の数Ｎの入力方路＃１〜＃Ｍを有するとともに、任意の数Ｍの出力方路＃１〜＃Ｍを有し、ＩＰパケットを伝送する光信号を宛先に応じた方路に出力する。ここで、本実施形態に係る光伝送装置は、光メモリバッファを持たず迂回ルーティングによってパケット衝突を回避する方法を採用する。また、各ノードでは、ヘッダのみを受信し処理することで経路を選択しつつ、ペイロードは自己保持型光スイッチを用いて光パルス信号のまま切り替える。
【００４１】
具体的には、本実施形態に係る光伝送装置は、光分岐部１１＿１〜１１＿Ｎと、光電変換部１２としてのＯＥ１２＿１〜１２＿Ｎと、ヘッダ処理部１３＿１〜１３＿Ｎと、宛先制御部１４としての衝突検出宛先制御部１２３と、ヘッダ光信号生成部１５＿１〜１５＿Ｍと、ペイロード抽出部１６としてのリミッタ増幅回路１１６＿１〜１１６＿Ｎと、パケットモニタ１１９＿１〜１１９＿Ｎと、ペイロード出力部１７としての光スイッチ１１７と、光スイッチ監視制御部１２１と、遅延制御部１２０＿１〜１２０＿Ｍと、ＩＰパケット出力部１８としての合流部８１＿１〜８１＿Ｍと、を備える。ヘッダ光信号生成部１５＿１〜１５＿Ｍは、ヘッダ生成部５１＿１〜５１＿Ｍと、符号化部５２＿１〜５２＿Ｍと、ＥＯ５３＿１〜５３＿Ｍと、を備える。
【００４２】
宛先制御ステップでは、本実施形態に係る光伝送装置は、以下のように動作する。
光分岐部１１＿１〜１１＿Ｎは、光信号のままで入力パケットを２分岐する。一方はＯＥ１２＿１〜１２ＮでＯＥ変換され、ヘッダが検出される。ヘッダ処理部１３＿１〜１３＿Ｎは、パケットヘッダを認識し、衝突検出宛先制御部１２３に通知する。
【００４３】
リミッタ増幅回路１１６＿１〜１１６＿Ｎは、低いレベルのヘッダを消去し、ペイロードのみを通過させると共に、ペイロードの振幅雑音も抑圧する。パケットモニタ１１９＿１〜１１９＿Ｎは、パケットのクロックレベルをモニタすることにより、ペイロードのビットレートとパケット持続時間をモニタし、衝突検出宛先制御部１２３に通知する。
【００４４】
衝突検出宛先制御部１２３は、各入力方路＃１〜＃Ｎからのパケット入力とその長さを検知し、宛先をスケジューリングして光スイッチ監視制御部１２１に指示する。例えば、同じ出力方路にパケットが衝突する場合には、迂回ルートの出力方路を選択して出力するようスケジューリングする。すべての迂回ルートで衝突する場合は、パケット廃棄を行うようスケジューリングする。以上で宛先制御ステップを終了する。
【００４５】
ペイロード出力ステップでは、本実施形態に係る光伝送装置は、以下のように動作する。
光スイッチ監視制御部１２１は、衝突検出宛先制御部１２３からの指示により、光スイッチ１１７の動作を制御する。光スイッチ１１７は、入力された光ペイロードを、光スイッチ監視制御部１２１の制御する出力方路に出力する。例えば、光スイッチ１１７が入力方路＃１のペイロードを出力方路＃Ｍに出力する。この場合、ペイロードが遅延制御部１２０＿Ｍに入力される。以上でペイロード出力ステップを終了する。
【００４６】
ここで、光スイッチ１１７は、光ペイロードが通過している間、電力消費無く接続状態を維持する自己保持型光スイッチ７１＿１１〜７１＿ＮＭを利用することが好ましい。これにより、光スイッチ１１７の低消費電力化を高消光比性能とともに実現することができる。
【００４７】
ＩＰパケット出力ステップでは、本実施形態に係る光伝送装置は、以下のように動作する。
ヘッダ生成部５１＿１〜５１＿Ｍは、出力方路へのヘッダを生成する。符号化部５２＿１〜５２＿Ｍは、ヘッダ生成部５１＿１〜５１＿Ｍの生成したヘッダを符号化する。ＥＯ５３＿１〜５３＿Ｍは、符号化部５２＿１〜５２＿Ｍからの電気信号を光信号に変換する。
【００４８】
遅延制御部１２０＿１〜１２０＿Ｍは、パケットヘッダの処理時間に比べてペイロードのスイッチ通過時間が短く、ヘッダ先行が維持できない場合、ペイロードを遅延させてヘッダ先行を確保する。合流部８１＿１〜８１＿Ｍは、ヘッダを伝送路符号化する。ヘッダとペイロードを合流させ、伝送路に送出する。合流回路または光スイッチが使用される。以上でＩＰパケット出力ステップを終了する。
【００４９】
本実施形態に係る光伝送装置は、パケットを生成又は受信するエッジルータ機能をさらに有する。エッジルータ機能は、例えば、入力ポート１４１と、パケット多重生成回路１４２と、ペイロードを伝送路符号化する伝送路符号化部１４３と、伝送路復号化部１４４と、パケット受信分離回路１４５と、出力ポート１４６と、を備える。伝送路符号化部１４３の符号化方式は、ヘッダ部と独立に定めることが好ましく、例えばＯＴＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｕｎｉｔ）１、ＳＴＭ（Ｓｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｍｏｄｕｌｅ）−１６又はＧｂＥ（Ｇｉｇａｂｉｔ  Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））を用いる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態に係る光伝送装置は、伝送装置が扱うＩＰパケットの論理構成は変えずに、物理的な実装を根本的に見直すことで、低消費電力での超高速ＩＰルータを実現できる。これにより、発電する際のＣＯ２発生も抑制することができる。
【００５１】
（実施形態３）
実施形態３に係る光伝送装置は、非線形ファイバループミラー型光回路を用いた光分岐部１１を備える。図５に、実施形態３に係る光分岐部の具体例を示す。本実施形態に係る光分岐部１１は、光増幅器１２２と、光サーキュレータ１２４と、３ｄＢカプラ１２５と、非線形光ファイバ１２６と、を備える。光増幅器１２２は、光信号を増幅する。光サーキュレータ１２４は、光増幅器１２２からの光信号を３ｄＢカプラ１２５に出力する。３ｄＢカプラ１２５は、非線形光ファイバ１２６の両端に光信号を入力する。そして、３ｄＢカプラ１２５は、非線形光ファイバ１２６を周回した光信号２つの信号を合波して２分岐し、一方を光サーキュレータ１２４に出力し、他方をＯＥ１２へ出力する。光サーキュレータ１２４は、３ｄＢカプラ１２５からの光信号を光スイッチ１１７に出力する。
【００５２】
図５中の３ｄＢカプラ１２５の分岐比は現実には精確に５０％：５０％ではないため、非線形光ファイバ１２６における右回り左回りのパルス列が感じる非線形屈折率が若干異なる。この結果、非線形光ファイバ１２６を周回したファイバループ透過光パルスの干渉は線形の場合と異なり、ヘッダ出力ポートにペイロードパルス列が出力されない条件が存在するため、ヘッダとペイロードの分離が可能である。
【００５３】
（実施形態４）
実施形態４に係る光伝送装置は、光スイッチを備えたヘッダ・ペイロード分離回路を備える。図６に、本実施形態に係るヘッダ・ペイロード分離回路を示す。本実施形態に係るヘッダ・ペイロード分離回路は、光分岐部１１とＯＥ１２及び光スイッチ１１７との間に接続され、クロックモニタ２２と、入力切替部としての光スイッチ２４を備える。
【００５４】
本実施形態に係る光伝送装置は、宛先制御ステップにおいて、以下のように動作する。
入力されたＩＰパケットはまず光分岐部１１で分岐され、一方はクロックモニタ２２に入力される。クロックモニタ２２は、光分岐部１１からの光信号のクロック周波数を検出する。光スイッチ２４は、クロックモニタ２２の検出したクロック周波数に応じて、光分岐部１１からの光信号を、ＯＥ１２又は光スイッチ１１７に出力する。この後の動作は、実施形態２と同様である。
【００５５】
図２に示すパケット構成をとった場合、ヘッダとペイロードのクロックは異なる。そのことを利用して、低クロックレートの場合はヘッダ、高クロックの場合はペイロードと判断する。低クロックレートの場合はＯＥ１２に出力し、高クロックレートの場合は光スイッチ１１７に出力するように１対２光スイッチ２４を駆動すると、ヘッダとペイロードを分離することができる。ただし、クロックモニタ２２の検出動作にかかる時間が大きい場合は、光分岐部１１と光スイッチ２４との間に光遅延器２３を入れてもよいが、その動作時間が無視できる場合は不要である。なお、光分岐部１１は、光タップであってもよい。
【００５６】
（実施形態５）
実施形態５に係る光伝送装置は、実施形態４で説明したヘッダ・ペイロード分離回路を、実施形態２で説明した光スイッチ１１７と合流部８１＿１〜８１＿Ｍの間に備える。図７に、本実施形態に係るヘッダ・ペイロード分離回路を示す。本実施形態に係るヘッダ・ペイロード分離回路は、光分岐部３１と、クロックモニタ３２と、光スイッチ３４と、を備える。
【００５７】
光分岐部３１は、光スイッチ１１７からの光信号を分岐し、一方をクロックモニタ３２に出力し、他方を光スイッチ３４に出力する。クロックモニタ３２は、光分岐部３１からの光信号のクロック周波数を検出する。光スイッチ３４は、２つの入力ポートと、１つの出力ポートを備える。入力ポートの一方は光分岐部３１に接続され、入力ポートの他方はＥＯ５３に接続され、出力ポートは出力方路に接続されている。実施形態４と同様に、光スイッチ３４は、高クロックレートの場合に光分岐部３１からの光信号を通過させ、低クロックレートの場合はＥＯ５３からの光信号を通過させる。
【００５８】
本実施形態では、ヘッダ生成部５１はクロックモニタ３２からの駆動信号を用いてヘッダを生成し、符号化部５２はクロックモニタ３２からの駆動信号を用いて符号化してもよい。また、ヘッダ生成及び符号化にかかる時間だけ光遅延器３３を用いて光信号を遅らせ、ペイロードに先だってＥＯ５３からの光信号が出力されるように光スイッチ３４を制御する。なお、光分岐部３１は、光タップであってもよい。
【００５９】
（実施形態６）
実施形態６に係る光伝送装置は、実施形態２で説明した光スイッチ１１７の低消費電力化を高消光比性能とともに実現するため、相転移材料を利用した自己保持型全反射光スイッチを利用する。図８に、自己保持型光スイッチが光信号を透過時の自己保持型光スイッチの動作を示す。図９に、自己保持型光スイッチが光信号を反射時の自己保持型光スイッチの動作を示す。
【００６０】
相変化材料１７１の屈折率ｎ２はそれを挟む上下の媒質の屈折率（ｎ１）より大きいものを選ぶこととする。さらに光信号を透過時（オフ）には、図８に示すように、入射角α及びβをブリュースター角とすることで、反射ポートには光が出力されず、すべて出力ポートＡに出力される。一方、スイッチをオンにするためには、図９に示すように、光線が相変化材料１７１を出射する点周辺をレーザなどで局所的に加熱して屈折率を上昇させる。これによって光線を全反射させることで原理的にはすべての光信号が出力ポートＢに出力される。
【００６１】
このように、自己保持型光スイッチを用いて光スイッチ１１７を構成し動作させることにより、通過時には反射光成分がなく、全反射時には透過光成分がないという、消光比無限大の特性が原理的には達成できることになる。これは信号のクロストーク品質を良好に保つことができる利点を有する。
【００６２】
また、図１０に示すように、自己保持型とすることで、光スイッチ１１７の駆動タイミングはパケットの始点と終点のみで済むことになり、通過するパケット内のすべてのビットの変化点で電力を消費する現状のＣＭＯＳ型電子スイッチベースの電子型ルータに比べて、スイッチ駆動機会が大幅に（平均１／３２００に）減少する。これにより、低消費電力での超高速ＩＰルータを実現できるとともに、発電する際のＣＯ２発生も抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は情報通信産業に適用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１１、１１＿１〜１１＿Ｎ、３１：光分岐部
１２：光電変換部
１２＿１〜１２＿Ｎ：ＯＥ
１３、１３＿１〜１３＿Ｎ：ヘッダ処理部
１４：宛先制御部
１５、１５＿１〜１５＿Ｍ：ヘッダ光信号生成部
１６：ペイロード抽出部
１７：ペイロード出力部
１８：ＩＰパケット出力部
２２、３２：クロックモニタ
２３、３３：光遅延部
２４、３４：光スイッチ
５１、５１＿１〜５１＿Ｍ：ヘッダ生成部
５２、５２＿１〜５２＿Ｍ：符号化部
５３、５３＿１〜５３＿Ｍ：ＥＯ
７１＿１１、７１＿１Ｅ、７１＿１Ｍ、７１＿Ｎ１、７１＿ＮＥ、７１＿ＮＭ、７１＿Ｅ１、７１＿ＥＥ、７１＿ＥＭ：自己保持型光スイッチ
８１＿１〜８１＿Ｍ：合流部
１１６＿１〜１１６＿Ｎ：リミッタ増幅回路
１１７：光スイッチ
１１９＿１〜１１９＿Ｎ：パケットモニタ
１２０＿１〜１２０＿Ｍ：遅延制御部
１２１：光スイッチ監視制御部
１２２：光増幅器
１２３：衝突検出宛先制御部
１２４：光サーキュレータ
１２５：３ｄＢカプラ
１２６：非線形光ファイバ
１４１：入力ポート
１４２：パケット多重生成回路
１４３：伝送路符号化部
１４４：伝送路復号化部
１４５：パケット受信分離回路
１４６：出力ポート
１７１：相変化材料
【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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