JP3112070B2 - 光ネットワークおよびそのスイッチ制御方法 - Google Patents
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Description
れぞれを複数の光受信器の一つに光スイッチを介して交
差接続する光ネットワークおよび前記光スイッチを制御
するスイッチ制御方法に関し、特に、並列コンピュータ
の相互結合網を光ネットワークにより構成した際、規模
またはスループットの拡大が可能な光ネットワークおよ
びそのスイッチ制御方法に関する。
では、電気によるスイッチを用いた場合と比較して大容
量で小型のネットワークを実現することができる。
スイッチ制御方法では、図9に示されるような光ネット
ワークにおいて、光送信器10および光受信器20の一
組を一つのノードとしてn個のノードが光スイッチ30
に収容され、スイッチ制御部40が光スイッチ30を制
御してn個のノード間で光送信器10と光受信器20と
の交差接続を実現する。
クについての技術が、例えば、特開平3−207189
号公報に記載されている。
換機」において説明されている交換機では、光送信器と
してのE/O(電気・光)変換器の出力光信号を光スイ
ッチによって切替え、光スイッチの出力を受ける光受信
器としては、O/E(光・電気)変換器により電気信号
に変換した後、増幅器で増幅する構成が記載されてい
る。
トワークおよびそのスイッチ制御方法では、次のような
問題点がある。
ーの低下による規模の制限、またはスイッチのポート当
たりのスループットの制限があるということである。
ットワークでは、光分岐・光合波の手段によって、光受
信器へ入力する光パワーが低下するからであり、また、
スループットを拡大するために、光波長多重(WDM:W
avelength Division Multiplex)技術を用いてスイッチ
のポート当たりのスループットを向上させた場合は、ス
イッチの規模だけでなく多重する波長数が制限されるか
らである。
の解決のため光スイッチの後段にエルビウム(Er)を用
いたエルビウムドープファイバアンプ(EDFA)を接
続して光パワーを増幅することが可能であるが、この場
合、フォトダイオード等の受光素子の破壊または後段回
路の動作不安定等が生じることである。
受信器で光信号が数ms以上切断状態にあった後に入力
する場合、光受信器内の光プリアンプから光サージと呼
ばれる大振幅の光が出力されるからである。切断状態の
時間が図6に示されるように10ns程度と、ミリセコ
ンドオーダーに達しない十分に短い時間の場合には上記
光サージを発生することがない。
規模の制限、またはスループットの制限を解消すると共
に光受信器内の光プリアンプから光サージの発生を回避
できる光ネットワークおよびそのスイッチ制御方法を提
供することである。
ークおよびそのスイッチ制御方法は、次のような構成お
よび方法を有している。
スイッチ制御方法は、光送信器と光アンプを光プリアン
プとして有する光受信器とにより構成される複数のノー
ドと、これら複数のノード間を光信号により交差接続す
る光スイッチと、この光スイッチの交差接続を制御する
スイッチ制御部とを備えて構成される光ネットワークに
おいて、前記スイッチ制御部が、前記光スイッチを制御
して光信号を出力中の前記光送信器の一つと前記光受信
器それぞれを所定の時間以内の切替えにより常に接続し
ている。
スイッチ制御方法は、複数のノード間を光信号により交
差接続する光スイッチと、それぞれが異なる波長の光信
号を出力する複数の光送信器、これら異なる波長の光信
号を多重化して前記光スイッチへ出力する波長多重化装
置、前記光スイッチから入力する光信号から異なる波長
の光信号を分離して出力する波長多重分離装置、および
この波長多重分離装置から出力されるそれぞれが異なる
波長の光信号を入力し光アンプを光プリアンプとして有
する複数の光受信器により構成される複数の前記ノード
と、前記光スイッチの交差接続を制御するスイッチ制御
部とを備えて構成される光ネットワークにおいて、前記
スイッチ制御部が、前記光スイッチを制御して光信号を
出力中の前記光送信器の一つに前記光受信器それぞれを
所定の時間以内の切替えにより常に接続している。
スイッチ制御方法は、複数のノード間を光信号により交
差接続する光スイッチと、それぞれが異なる波長の光信
号を出力する複数の光送信器、これら異なる波長の光信
号を多重化して前記光スイッチへ出力する波長多重化装
置、前記光スイッチから入力する光信号を増幅する光プ
リアンプ、この光プリアンプから出力される光信号から
異なる波長の光信号を分離して出力する波長多重分離装
置、およびこの波長多重分離装置から出力されるそれぞ
れが異なる波長の光信号を入力する複数の光受信器によ
り構成される複数の前記ノードと、前記光スイッチの交
差接続を制御するスイッチ制御部とを備えて構成される
光ネットワークにおいて、前記スイッチ制御部が、前記
光スイッチを制御して光信号を出力中の前記光送信器の
一つに前記光受信器それぞれを所定の時間以内の切替え
により常に接続している。
スイッチ制御方法は、上記第1、第2、または第3の発
明に記載の光プリアンプが、エルビウムドープファイバ
増幅器(EDFA)であることを特徴としている。
は、光送信器と光アンプを光プリアンプとして有する光
受信器とにより構成される複数のノードと、光信号を常
に出力する常時稼働光送信器と、これら複数のノード間
および複数のノードと常時稼働光送信器との間を光信号
により交差接続する光スイッチと、この光スイッチを制
御して前記光受信器それぞれを、光信号を出力中の前記
光送信器および前記常時稼働光送信器の一つと交差接続
するスイッチ制御部とを備えている。
は、複数のノード間を光信号により交差接続する光スイ
ッチと、それぞれが異なる波長の光信号を出力する複数
の光送信器、これら異なる波長の光信号を多重化して前
記光スイッチへ出力する波長多重化装置、前記光スイッ
チから入力する光信号から異なる波長の光信号を分離し
て出力する波長多重分離装置、およびこの波長多重分離
装置から出力されるそれぞれが異なる波長の光信号を入
力し光アンプを光プリアンプとして有する複数の光受信
器により構成される複数の前記ノードと、それぞれが異
なる波長の光信号を常に出力する複数の常時稼働光送信
器およびこれら異なる波長の光信号を多重化して前記光
スイッチへ出力する波長多重化装置により構成される常
時稼働ノードと、前記光スイッチを制御して前記光受信
器それぞれを、光信号を出力中の前記光送信器および前
記常時稼働光送信器のうちの一つと交差接続するスイッ
チ制御部とを備えている。
は、複数のノード間を光信号により交差接続する光スイ
ッチと、それぞれが異なる波長の光信号を出力する複数
の光送信器、これら異なる波長の光信号を多重化して前
記光スイッチへ出力する波長多重化装置、前記光スイッ
チから入力する光信号を増幅する光プリアンプ、この光
プリアンプから入力する光信号から異なる波長の光信号
を分離して出力する波長多重分離装置、およびこの波長
多重分離装置から出力されるそれぞれが異なる波長の光
信号を入力する複数の光受信器により構成される複数の
前記ノードと、それぞれが異なる波長の光信号を常に出
力する複数の常時稼働光送信器およびこれら異なる波長
の光信号を多重化して前記光スイッチへ出力する波長多
重化装置により構成される常時稼働ノードと、前記光ス
イッチを制御して前記光受信器それぞれを、光信号を出
力中の前記光送信器および前記常時稼働光送信器の一つ
と交差接続するスイッチ制御部とを備えている。
は、上記第5、第6、または上記第7の発明において、
常時稼働光送信器が連続出力する光信号として、前記光
受信器で光信号の断状態が所定時間内となる特定なパタ
ーンを送出することを特徴としている。
は、上記第5、第6、第7、または第8の発明に記載の
光プリアンプがエルビウムドープファイバ増幅器(ED
FA)であることを特徴としている。
のスイッチ制御方法は、上記第5、第6、第7、第8、
または上記第9の発明に記載の光ネットワークにおい
て、スイッチ制御部は、前記光受信器に接続する光信号
を出力中の前記光送信器がない場合、この光受信器に光
信号を出力中の前記常時稼働光送信器の一つを、前記光
スイッチを制御して所定の時間以内の切替え接続してい
る。
て図面を参照して説明する。
ロック図である。図1に示された光ネットワークでは、
n個のノードそれぞれは、光送信器11および光受信器
12を備え、光スイッチ13に収容されているものとす
る。光スイッチ13は、スイッチ制御部14により制御
されている。また、光受信器12は、光プリアンプ15
およびO/E(光・電気)変換器16により構成されて
いるものとする。
した特性の発光素子を有するE/O(電気・光)変換器
であり、光受信器12は、光スイッチを介して光送信器
11から受ける光信号を光プリアンプ15により増幅し
た後、O/E変換器16により受けた光信号を電気信号
に変換して出力するものとする。
ットワークのスイッチ制御方法を実行するものであり、
光スイッチ13を制御する際、n個のノードに対応する
全ての稼働可能な光受信器12それぞれに、光送信器1
1から送出される光信号を光スイッチを介して常に供給
するものとする。
イッチ13を切替える際には、図6に示されるように、
光受信器12において数ms以上の光の入力断が生じな
い5nsまたは10nsの光入力断となるように制御す
るものとする。この結果、光受信器12では、エルビウ
ムドープファイバ増幅器(EDFA)のような光プリア
ンプ15を用いても光サージが発生することがなく、安
定した光信号を光ネットワークから出力することができ
る。
実施例について説明する。この第1の実施例は上記第1
の発明に第4の発明を適用したものである。
スイッチ13に適用される4×4光スイッチの一例を示
す構成図である。
はノード数4であるものとする。
のDFB−EA(Distributed Feedback Laser Diode-E
lectric Field Absorption Modulator:分布帰還形半導
体レーザ・電界吸収型外部変調器)集積光源によって1
0Gbpsの光信号を出力しており、平均光出力は−5
dBmである。一方、光受信器12は、1.48μm励
起による利得15dBおよび飽和光出力10dBmの光
プリアンプ15と、pin型フォトダイオード(PIN
−PD)とシリコンプリアンプとによる帯域8GHzの
O/E変換器16とを使用して10Gbpsでの受信感
度は−30dBmとなっている。
に、四つの光入力および四つの光出力を有する4×4構
成を有し、4:16分波器21、SOAG(Semiconduc
tor Optical Amplifier Gate: 半導体光アンプゲート)
スイッチ22および16:4合波器23により構成され
ているものとする。
器、SOAGスイッチ22は16個の1.55μm帯の
スイッチ、また、16:4合波器23は4個の4対1合
波器、それぞれにより構成されているものとする。この
光スイッチ13の構成は、ブロードキャストまたはマル
チキャストに対応する接続も可能である。
合波器23の光損失の合計は13dBである。一方、S
OAGスイッチ22の利得が5dBであり、光スイッチ
13における全体の光損失は8dBとなっている。
は、図6に示されるように、光受信器12において光信
号断状態が10ns以下となるように光スイッチ13を
制御しており、数ms以上の光信号断状態は続かないの
で、安定したスイッチングを有するネットワークを実現
することができる。この際、スイッチ制御部14は、受
けたデータの有効/無効を光受信器12へ通知して不必
要なデータを受けても問題がないように対策が講じられ
ている。
て説明する。この第2の実施例は上記第2の発明に第4
の発明を適用したものである。
のノードそれぞれは、四つの光送信器31、一つの波長
MUX(Multiplexer:多重化装置)32、一つの波長D
MUX(Demultiplexer:多重分離装置)33、および四
つの光受信器34を備え、光スイッチ35に収容されて
いる。光スイッチ35は、スイッチ制御部36により制
御されている。
実施例で使用したものと同一のスイッチであり、その説
明は省略する。
545μm、1.547μm、1.549μm、および
波長1.551μmそれぞれの波長を、DFB−EA集
積光源によって10Gbpsの光信号を波長MUX32
へ出力する。それぞれの平均光出力は−5dBmであ
る。
号を6dBの損失を有する4:1合波器により合波し波
長多重信号として光スイッチ35へ出力している。
出力される波長多重信号を受け、5dBの損失を有する
アレイ回折格子導波路により四つの波長に分波して四つ
の光受信器34それぞれへ供給している。
実施例で使用した光受信器12と同一の構成を有し、光
プリアンプおよびO/E変換器により構成されている。
波長DMUX33を通過した際の各波長毎の光損失は合
計19dBである。したがって、光受信器34への入力
パワーは−24dBmとなるが、光受信器34の受信感
度が−30dBmであり、問題はない。
制御して、上記第1の実施例同様、光受信器34におい
て光信号断状態が数ms以上続かないように稼働中の光
送信器31から光受信器34へ光信号を接続している。
したがって、安定した動作をするポート当たりのスルー
プットが40Gbpsの大容量スイッチによる光ネット
ワークを実現することができる。またその際、スイッチ
制御部36から光受信器34へ、受けたデータが有効か
無効かを通知して不必要なデータを受けても問題がない
ように図られている。
て説明する。この第3の実施例は上記第5の発明に第
8、第9および第10の発明を適用したものである。
第1の実施例に対して常時稼働光送信器47が加えられ
ている。したがって、図示されるように、四つのノード
それぞれは、実施例1と同一の光送信器41および光受
信器42を備え、光スイッチ45に収容されている。光
スイッチ45の入力側には、各ノードの光送信器41に
加えて、常時稼働光送信器47が収容されており、光ス
イッチ45は、5×4構成で、スイッチ制御部46によ
り制御されている。
mのDFB−EA集積光源である。また、スイッチ制御
部46は、光受信器42に接続する光送信器41がない
場合には、光スイッチ45を制御し、光受信器42にお
いて光信号断状態が数ms以上続かないようにこの光受
信器42に対して特定パターンの出力信号を送出する常
時稼働光送信器47を接続する。常時稼働光送信器47
は、符号“0”の連続とはならない特定なパターン信号
を送出して、光受信器42において他の光送信器41か
らのデータと区別を付けることにより、問題の発生を防
止している。
ず、安定した光信号が出力され、安定したスイッチイン
グを備える光ネットワークを実現することができる。
て説明する。この第4の実施例は上記第6の発明に第
8、第9および第10の発明を適用したものである。
第2の実施例に対して四つの常時稼働光送信器57およ
び一つの波長MUX58が加えられている。したがっ
て、図示されるように、4個のノードそれぞれは、四つ
の光送信器51、一つの波長MUX52、一つの波長D
MUX53、および四つの光受信器54を備え、光スイ
ッチ55に収容されている。光スイッチ55の入力側に
は、各ノードの光送信側の構成に加えて、波長MUX5
8の出力が収容されており、光スイッチ55は、上記第
3の実施例同様、5×4構成で、スイッチ制御部56に
より制御されている。
2の実施例と相違する点以外は、上記第2の実施例と同
様である。
ぞれは、各ノードにおける四つの光送信器51と同様
に、波長1.545μm、1.547μm、1.549
μm、および波長1.551μmそれぞれの波長を有す
る10Gbpsの光信号を、DFB−EA集積光源によ
って波長MUX58へ出力している。
4に接続する光送信器51がない場合には光スイッチ5
5を制御し、光受信器54において光信号断状態が数m
s以上続かないようにこの光受信器54に対して特定パ
ターンの出力信号を送出する常時稼働光送信器57を接
続する。常時稼働光送信器57は、符号“0”の連続と
はならない特定なパターン信号を送出して、光受信器5
4において他の光送信器51からのデータと区別を付け
ることにより、問題の発生を防止している。
て説明する。この第5の実施例は上記第3の発明に第4
の発明を適用したものである。
明した第2の実施例における光受信側の光プリアンプの
配備位置を光スイッチ側に移動し光スイッチから出力さ
れる波長多重信号を一括増幅するものである。
の4個のノードそれぞれで、図3と相違する点は、四つ
の光受信器64それぞれが光プリアンプを持たずO/E
変換器だけで構成されており、一つの光プリアンプ67
が波長DMUX63と光スイッチ65との間に備えられ
ていることであり、その他の点では図3に示されるもの
と相違はない。
信号は波長MUX62で多重化されて4×4構成の光ス
イッチ65へ入力し、光スイッチ65から出力された光
信号は、光プリアンプ67を介して入力する波長DMU
X63により波長分離され四つの光受信器64へ入力し
ている。
について説明する。この第6の実施例は上記第7の発明
に第8、第9および第10の発明を適用したものであ
る。
同様、図5を参照して説明した第4の実施例における光
受信側の光プリアンプの配備位置を光スイッチ側に移動
し光スイッチから出力される波長多重信号を一括増幅す
るものである。
の4個のノードそれぞれで、図5と相違する点は、四つ
の光受信器74それぞれが光プリアンプを持たずO/E
変換器だけで構成されており、一つの光プリアンプ79
が波長DMUX73と光スイッチ75との間に備えられ
ていることであり、その他の点では図5に示されるもの
と相違はない。
が波長MUX72で多重化されて5×4構成の光スイッ
チ75へ入力すると共に、常時稼働光送信器77から出
力する光信号は波長MUX78で多重化され光スイッチ
75へ入力する。一方、光スイッチ75から出力された
光信号は、光プリアンプ79を介して入力する波長DM
UX73により波長分離され四つの光受信器74へ入力
している。
第2または第4の実施例と比較し、光プリアンプの数を
低減することができる。
ず、安定した光信号が出力され、安定したスイッチイン
グを提供できる光ネットワークを実現することができ
る。
55μmとしたが、他の任意の波長を出力するレーザを
用いてよい。また、半導体レーザをDFBレーザとして
説明したが、他のレーザ、例えばDBR(Distributed
Bragg Reflector:分布ブラッグ反射型)レーザでもよ
い。
限らず、例えば、EAゲートスイッチ、LiNbO3 (ニオ
ブ酸リチウム)等でもよく、またスイッチの規模も、4
×4構成および5×4構成で説明したが、他の任意の大
きさとすることができる。同様に、多重する波長数も任
意とすることができ、波長DMUXもアレイ回折格子導
波路と説明したが、フィルタを用いたものでもよい。
子の材質等は、上記機能を満たす限り自由であり、上記
説明が本発明を限定するものではない。
模の制限、またはスループットの制限を解消でき、この
ために光受信器に光プリアンプを用いても、光プリアン
プから発生する光サージを回避できるという効果を得る
ことができる。
チを制御して光信号を出力中の光送信器の一つと光受信
器それぞれを所定の時間以内の切替えにより常に接続し
ているからである。従って、規模の制限、またはスルー
プットの制限を解消するために光受信器に光プリアンプ
を用いてもよい。
ある。
続図である。
ある。
ある。
ある。
る。
ある。
ある。
光サージが発生した一例を示すタイムチャートである。
部 15、67、79 光プリアンプ 16 O/E(光・電気)変換器 21 4:16分波器 22 SOAG(半導体光アンプゲート) スイッチ 23 16:4合波器 32、52、58、62、72、78 波長MUX
(多重化装置) 33、53、63、73 波長DMUX(多重分離装
置) 47、57、77 常時稼働光送信器
Claims (10)
- 【請求項1】 光送信器と光アンプを光プリアンプとし
て有する光受信器とにより構成される複数のノードと、
これら複数のノード間を光信号により交差接続する光ス
イッチと、この光スイッチの交差接続を制御するスイッ
チ制御部とを備えて構成される光ネットワークにおい
て、前記スイッチ制御部が、前記光スイッチを制御して
光信号を出力中の前記光送信器の一つと前記光受信器そ
れぞれを所定の時間以内の切替えにより常に接続するこ
とを特徴とする光ネットワークのスイッチ制御方法。 - 【請求項2】 複数のノード間を光信号により交差接続
する光スイッチと、それぞれが異なる波長の光信号を出
力する複数の光送信器、これら異なる波長の光信号を多
重化して前記光スイッチへ出力する波長多重化装置、前
記光スイッチから入力する光信号から異なる波長の光信
号を分離して出力する波長多重分離装置、およびこの波
長多重分離装置から出力されるそれぞれが異なる波長の
光信号を入力し光アンプを光プリアンプとして有する複
数の光受信器により構成される複数の前記ノードと、前
記光スイッチの交差接続を制御するスイッチ制御部とを
備えて構成される光ネットワークにおいて、前記スイッ
チ制御部が、前記光スイッチを制御して光信号を出力中
の前記光送信器の一つに前記光受信器それぞれを所定の
時間以内の切替えにより常に接続することを特徴とする
光ネットワークのスイッチ制御方法。 - 【請求項3】 複数のノード間を光信号により交差接続
する光スイッチと、それぞれが異なる波長の光信号を出
力する複数の光送信器、これら異なる波長の光信号を多
重化して前記光スイッチへ出力する波長多重化装置、前
記光スイッチから入力する光信号を増幅する光プリアン
プ、この光プリアンプから出力される光信号から異なる
波長の光信号を分離して出力する波長多重分離装置、お
よびこの波長多重分離装置から出力されるそれぞれが異
なる波長の光信号を入力する複数の光受信器により構成
される複数の前記ノードと、前記光スイッチの交差接続
を制御するスイッチ制御部とを備えて構成される光ネッ
トワークにおいて、前記スイッチ制御部が、前記光スイ
ッチを制御して光信号を出力中の前記光送信器の一つに
前記光受信器それぞれを所定の時間以内の切替えにより
常に接続することを特徴とする光ネットワークのスイッ
チ制御方法。 - 【請求項4】 請求項1、2または請求項3に記載の光
プリアンプが、エルビウムドープファイバ増幅器(ED
FA)であることを特徴とする光ネットワークのスイッ
チ制御方法。 - 【請求項5】 光送信器と光アンプを光プリアンプとし
て有する光受信器とにより構成される複数のノードと、
光信号を常に出力する常時稼働光送信器と、これら複数
のノード間および複数のノードと常時稼働光送信器との
間を光信号により交差接続する光スイッチと、この光ス
イッチを制御して前記光受信器それぞれを、光信号を出
力中の前記光送信器および前記常時稼働光送信器の一つ
と交差接続するスイッチ制御部とを備えることを特徴と
する光ネットワーク。 - 【請求項6】 複数のノード間を光信号により交差接続
する光スイッチと、それぞれが異なる波長の光信号を出
力する複数の光送信器、これら異なる波長の光信号を多
重化して前記光スイッチへ出力する波長多重化装置、前
記光スイッチから入力する光信号から異なる波長の光信
号を分離して出力する波長多重分離装置、およびこの波
長多重分離装置から出力されるそれぞれが異なる波長の
光信号を入力し光アンプを光プリアンプとして有する複
数の光受信器により構成される複数の前記ノードと、そ
れぞれが異なる波長の光信号を常に出力する複数の常時
稼働光送信器およびこれら異なる波長の光信号を多重化
して前記光スイッチへ出力する波長多重化装置により構
成される常時稼働ノードと、前記光スイッチを制御して
前記光受信器それぞれを、光信号を出力中の前記光送信
器および前記常時稼働光送信器のうちの一つと交差接続
するスイッチ制御部とを備えることを特徴とする光ネッ
トワーク。 - 【請求項7】 複数のノード間を光信号により交差接続
する光スイッチと、それぞれが異なる波長の光信号を出
力する複数の光送信器、これら異なる波長の光信号を多
重化して前記光スイッチへ出力する波長多重化装置、前
記光スイッチから入力する光信号を増幅する光プリアン
プ、この光プリアンプから入力する光信号から異なる波
長の光信号を分離して出力する波長多重分離装置、およ
びこの波長多重分離装置から出力されるそれぞれが異な
る波長の光信号を入力する複数の光受信器により構成さ
れる複数の前記ノードと、それぞれが異なる波長の光信
号を常に出力する複数の常時稼働光送信器およびこれら
異なる波長の光信号を多重化して前記光スイッチへ出力
する波長多重化装置により構成される常時稼働ノード
と、前記光スイッチを制御して前記光受信器それぞれ
を、光信号を出力中の前記光送信器および前記常時稼働
光送信器の一つと交差接続するスイッチ制御部とを備え
ることを特徴とする光ネットワーク。 - 【請求項8】 請求項5、6、または請求項7におい
て、常時稼働光送信器は、連続出力する光信号として、
前記光受信器で光信号の断状態が所定時間内となる特定
なパターンを送出することを特徴とする光ネットワー
ク。 - 【請求項9】 請求項5、6、7、または請求項8に記
載の光プリアンプがエルビウムドープファイバ増幅器
(EDFA)であることを特徴とする光ネットワーク。 - 【請求項10】 請求項5、6、7、8、または請求項
9に記載の光ネットワークにおいて、スイッチ制御部
は、前記光受信器に接続する光信号を出力中の前記光送
信器がない場合、この光受信器に光信号を出力中の前記
常時稼働光送信器の一つを、前記光スイッチを制御して
所定の時間以内の切替え接続することを特徴とする光ネ
ットワークのスイッチ制御方法。
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