JP6533449B2 - 光伝送システム、光伝送方法、被制御ノード、および、光伝送プログラム - Google Patents

Description

本発明は、光伝送システム、光伝送方法、被制御ノード、および、光伝送プログラムの技術に関する。

従来、光ＴＤＭ技術を用いたネットワークとして、例えばＰＯＮ（Passive Optical Network）がブロードバンドアクセス網を構成する一手段として検討又は導入されている。ＰＯＮは、光ファイバ網の途中に分岐装置（光カプラ）が挿入された、１本の光ファイバが複数の加入者で共有可能な光ネットワークである。

ブロードバンドアクセス網におけるＰＯＮでは、局舎に配置されるＯＬＴ（Optical Line Terminal）と、ユーザ宅に配置されるＯＮＵ（Optical Network Unit）とが光ファイバおよび光カプラを介して接続される。通常、１台のＯＬＴに対して複数台のＯＮＵが接続され、このＯＬＴ−ＯＮＵ間において、ＴＤＭ（Time Division Multiplexing）又はＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）を適用して光の領域でデータの多重分離を行いつつデータを伝送することにより、光ファイバ心線やＯＬＴ等のリソースが複数ユーザで共用可能となっている。なお、ＯＬＴは局舎側の光回線終端装置であり、ＯＮＵは、ユーザ宅側の光回線終端装置としての加入者装置である。

ＰＯＮの物理トポロジとしては、ツリー構成が多く採用されているが、リングトポロジも検討されている。このリングトポロジは、ツリーと異なり、ＰＯＮとして物理的に独立な２経路（内回り、外回り）を設定することができる。よって、片方の経路に障害が発生しても、もう片方の経路のデータが遮断されないので、高信頼化に適している。

なお、非特許文献１に記載のように、同じあて先へと向かう２本の伝送路を予め用意しておく冗長構成のうち、障害が発生する前であっても２本の伝送路で同じデータを流しておく方式を「１＋１プロテクション」と呼ぶ（後記図９で説明）。
一方、非特許文献２に記載のように、障害が発生する前には１本の伝送路でデータを流し、障害が発生してからもう１本の伝送路に切り替えて予備のデータを流す方式を「１：１プロテクション」と呼ぶ（後記図１０で説明）。

図９は、１＋１プロテクションの光集線ネットワークシステム１０Ｐを示す。この光集線ネットワークシステム１０Ｐは、リングトポロジのＰＯＮにおけるＯＬＴ２１−ＯＮＵ３２間が２本の経路として冗長化（耐障害化）されている。

光集線ネットワークシステム１０Ｐは、光伝送装置１１Ｐ（代表ノード１１Ｐ）と、光伝送装置１２Ｐ〜１４Ｐ（ノード１２Ｐ〜１４Ｐ）とが、物理的に独立した２本の信号伝送路としての第１光ファイバ１６および第２光ファイバ１７によってリング状に接続されている。
この２本のリング状の光ファイバ（第１光ファイバ１６および第２光ファイバ１７）の伝送路によって、矢印で示す互いに異なる方向の右回り方向と左回り方向にデータを伝送でき、何れか一方の伝送路に障害が発生して伝送不能となった場合に、他方の伝送路で伝送が可能となっている。

例えばノード１３ＰのＩＯ（Input／Output）部３４ａに接続されたホスト４３ａから送信されるクライアント信号を、代表ノード１１ＰのＩＯ部２０ａに接続されたホスト４１ａへ伝送する場合を考える。
ＩＯ部３４ａは、第１光ファイバ１６を介して矢印Ｙ１で示す右回り、第２光ファイバ１７を介して矢印Ｙ２で示す左回りそれぞれの経路にデータを流すため、同じデータをコピーして伝送する。そして、ＩＯ部２０ａは、右回り、左回りそれぞれから同じデータを受信すると、それらを１つのデータとして（例えばどちらか片方のデータを破棄して）ホストコンピュータ４１ａに転送する。

なお、矢印Ｙ１、Ｙ２は、ともにノード１３Ｐ（ＯＮＵ３２ａ、３２ｂ）→代表ノード１１Ｐ（ＯＳＵ（Optical Subscriber Unit）２６ａ、２６ｂ）へのデータの流れであり、この流れ方向を以下では「上り」とする。一方、代表ノード１１Ｐ→ノード１３Ｐへのデータの流れ方向を「下り」とする。
つまり、同じ上り方向として、２つのリング状の経路を利用して右回りと左回りとにデータ伝送が可能となっている。このため、何れか一方の経路に障害が発生して伝送不能となった場合に、他方の経路でデータ伝送を行うことができる。例えば、第１光ファイバ１６に障害が発生して伝送不能となった場合に、第２光ファイバ１７でデータ伝送を行うことができる。従って、一方の経路に障害が発生した場合でも、データ伝送の遮断を抑制できる。
なお、図には示していないが、下り方向も同様に２つのリング状の経路を利用して右回りと左回りとにデータ伝送が可能となっているため、何れか一方の経路に障害が発生した場合でもデータ伝送の遮断を抑制できる。

以下、図９の各構成要素の詳細を説明する。代表ノード１１Ｐは、複数のＩＯ（入出力処理）部２０ａ〜２０ｎと、ＯＬＴ２１と、光カプラなどの光多重分離部２３ａ、２３ｂとを備えて構成されている。ＯＬＴ２１は、ＳＷ（スイッチ）部２５と、ＯＳＵ２６ａ、２６ｂと、ＤＷＢＡ（Dynamic Wavelength and Bandwidth Assignment）機能部２７とを備えて構成されている。

各ノード１２Ｐ〜１４Ｐは何れも同構成であり、ノード１３Ｐに代表して示すように、光多重分離部３１ａ、３１ｂと、ＯＮＵ（Optical Network Unit）３２ａ、３２ｂと、ＳＷ部３３と、複数のＩＯ部３４ａ〜３４ｎとを備えて構成されている。

代表ノード１１Ｐにおいて、複数のＩＯ部２０ａ〜２０ｎは、代表ノード１１Ｐの外部の複数のホストコンピュータ（ホストともいう）４１ａ〜４１ｎと１対１で接続され、ホスト４１ａ〜４１ｎと信号送受信を行うＳＮＩ−ＬＴ（application Server−Network Interface−Line Terminal）である。ノード１３Ｐにおいても、前記と同じ複数のＩＯ部３４ａ〜３４ｎに、ノード１３Ｐの外部の複数のホスト４３ａ〜４３ｎが、１対１で接続されている。他のノード１２Ｐ、１４Ｐにおいても、同様に図示せぬＩＯ部にホスト４２ａ〜４２ｎ、４４ａ〜４４ｎ（図示は１つのみ）が１対１で接続されている。

代表ノード１１ＰのＩＯ部２０ａ〜２０ｎは、ホスト４１ａ〜４１ｎから送信されて来たクライアント信号を終端してＳＷ部２５へ送信し、また、ＳＷ部２５からの信号をクライアント信号としてホスト４１ａ〜４１ｎへ送信する。

ＳＷ部２５は、通常の電気パケットスイッチであり、Ｌ２−ＳＷ（レイヤ２スイッチ）と同等なスイッチである。このＳＷ部２５は、事前に設定されたＭＡＣアドレス（Media Access Control address）とポートとの対応テーブルに従い、ＭＡＣアドレスによる宛先のホスト（例えば４１ａ）へ、ＯＳＵ２６ａからのパケットデータをＳＷ部２５およびＩＯ部２０ａを介して転送する。

ＯＳＵ２６ａ、２６ｂは、ＰＤＳ（Passive Double Star）方式の光回線終端装置である。このＯＳＵ２６ａ、２６ｂは、ノード１２Ｐ〜１４ＰのＯＮＵ３２ａ、３２ｂからの光バーストデータを受信してＳＷ部２５へ出力し、また、ＳＷ部２５からのパケットデータを受け取り、ＯＮＵ３２ａ、３２ｂへ光データ送信する。この構成では、ＯＳＵ２６ａ、２６ｂとＯＮＵ３２ａ、３２ｂ間がＰＯＮ区間となっている。

ＤＷＢＡ機能部２７は、動的波長帯域割当の機能を有する。動的波長帯域割当とは、ノード１２Ｐ〜１４ＰのＯＮＵ３２ａ、３２ｂに対して複数波長を総合した総帯域を効率良く分配すべく、動的な波長切替も考慮しながらトラヒック量に応じて動的に帯域を割り当てることである。

光多重分離部２３ａ、２３ｂは、第１光ファイバ１６および第２光ファイバ１７を介して伝送される光信号としてのデータに対して、多重化、分離、スルー（通過）の何れかの処理を行う。例えば、光多重分離部２３ａは、ＯＳＵ２６ａからのパケットデータを多重化して第１光ファイバ１６を介してノード１４Ｐへ伝送し、ノード１２Ｐからの光バーストデータを分離してＯＳＵ２６ａへ出力する処理を行う。

ノード１２Ｐ〜１４Ｐにおける光多重分離部３１ａ、３１ｂも、前記同様に多重化、分離、スルーの何れかの処理を行う。例えば、光多重分離部３１ａは、ＯＮＵ３２ａからのパケットデータを多重化して第１光ファイバ１６を介してノード１２Ｐへ伝送し、ノード１４Ｐからの光バーストデータを分離してＯＮＵ３２ａへ出力し、又は、ノード１４Ｐからの光バーストデータをスルーしてノード１２Ｐへ伝送する処理を行う。

ＯＮＵ３２ａ、３２ｂは、ＰＯＮに係るデータの送受信を行う。このＯＮＵ３２ａ、３２ｂは、代表ノード１１ＰのＯＳＵ２６ａ、２６ｂからの光データを受信してＳＷ部３３へ出力し、また、ＳＷ部３３からのパケットデータを受信して、ＯＳＵ２６ａ、２６ｂへ光バースト送信する。ＩＯ部３４ａ〜３４ｎは、ホスト４３ａ〜４３ｎから送信されて来たクライアント信号を終端してＳＷ部３３へ送信し、また、ＳＷ部３３からの信号をクライアント信号としてホスト４３ａ〜４３ｎへ送信する。

図１０は、１：１プロテクションの光集線ネットワークシステム１０Ｑを示す。この光集線ネットワークシステム１０Ｑも図９の光集線ネットワークシステム１０Ｐと同様に、光伝送装置１１Ｑ（代表ノード１１Ｑ）と、光伝送装置１２Ｑ〜１４Ｑ（ノード１２Ｑ〜１４Ｑ）とが、物理的に独立した２本の信号伝送路としての第１光ファイバ１６および第２光ファイバ１７によってリング状に接続されている。
図９と図１０とを比較すると、代表ノード１１Ｐの光多重分離部２３ａ，２３ｂが、代表ノード１１Ｑの光ＳＷ２９に置き換わり、各ノード１２Ｐ〜１４Ｐの光多重分離部３１が、各ノード１２Ｑ〜１４Ｑのカプラ群（１ｘ２カプラ３１ａ１、１ｘ２カプラ３１ａ２、２ｘ１カプラ３１ａ３）に置き換わっている。つまり、「１：１プロテクション」では、同時に複数本の光ファイバからデータを受信する必要がないので、各ノード１２Ｐ〜１４Ｐの受信インタフェースをカプラ群として簡素化できる。

そして、光ＳＷ２９は、２本の光ファイバを収容する。そして、光ＳＷ２９は、動作中である１本の光ファイバの心線断などの障害を検知すると、動作していなかったもう１本の光ファイバを新たに動作させるとともに方路切替を行う。これにより、障害復旧を実現する。

K.-D. Langer et al., "Promising Evolution Paths for Passive Optical Access Networks," Proc. ICTON 2004, Tu.B.1.1． C.-H. Yehet al., "A Protection Method for Ring-Type TDM-PONs against Fiber Fault" Proc. OFC/NFOEC, Mar. 2007.

ネットワークサービスを提供するときには、サービスの品質を向上させることと、サービスを提供するためのコストを削減することの両方をバランスよく実現する必要がある。
非特許文献１などの１＋１プロテクションを実現した光集線ネットワークシステム１０Ｐでは、各リングノードのＯＮＵ３２がそれぞれ２台必要となるなどの設備量が増加してしまう。
非特許文献２などの１：１プロテクションを実現した光集線ネットワークシステム１０Ｑでは、各リングノードのＯＮＵ３２は１台で済むので設備量が削減できる。しかし、１：１プロテクションでは、障害発生後に障害検知、切替処理を実行するため、障害発生時の予備系への切替時間が１＋１プロテクションに比べて大きく発生し、そのデータ遮断時間によりネットワークの信頼性が低下してしまう。

そこで、本発明は、耐障害性が高く、かつ、設備量を削減したバランスのよい、ＰＯＮに代表される光ＴＤＭ技術を用いたネットワークサービスを提供することを、主な課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、制御主体となる代表ノードと、前記代表ノードに制御される複数の被制御ノードとは、複数本の光伝送路でリング状に接続されるＰＯＮ上で伝送される信号の通信制御を行う光伝送システムであって、
前記被制御ノードが、前記光伝送路ごとに同じデータ信号を送信または受信する場合に、各前記光伝送路に流れるデータ信号の波長を互いに異なる波長として切り替えるＯＮＵを有し、
前記代表ノードが、前記代表ノードからの前記光伝送路上の距離が長い前記被制御ノードであるほど、その被制御ノードあてのデータ信号の送信順序を早くするように、データ信号のリオーダリング処理を行うことを特徴とする。

これにより、被制御ノードは、１つのＯＮＵで複数の光伝送路とのデータ通信が可能になる。よって、同じデータ信号を複数の光伝送路に流すことで、耐障害性が高いＰＯＮサービスを提供できるとともに、被制御ノードが複数のＯＮＵを備える必要がなくなることで、設備量を削減することができる。
また、被制御ノードへの送信にかかる総時間を短縮できるので、スループットが向上する。

本発明は、制御主体となる代表ノードと、前記代表ノードに制御される複数の被制御ノードとが、複数本の光伝送路でリング状に接続されるＰＯＮ上で伝送される信号の通信制御を行う光伝送システムであって、
前記被制御ノードが、前記光伝送路ごとに同じデータ信号を送信または受信する場合に、各前記光伝送路に流れるデータ信号の波長を互いに異なる波長として切り替えるＯＮＵを有し、
前記代表ノードが、前記被制御ノードの前記ＯＮＵがデータ信号を受信する波長を切り替える動作を行っている期間において、データ内容が意味をもたず破棄されても良いアイドル信号を前記被制御ノードに送信することを特徴とする。

これにより、被制御ノードは、１つのＯＮＵで複数の光伝送路とのデータ通信が可能になる。よって、同じデータ信号を複数の光伝送路に流すことで、耐障害性が高いＰＯＮサービスを提供できるとともに、被制御ノードが複数のＯＮＵを備える必要がなくなることで、設備量を削減することができる。
また、ＯＮＵの受信波長切替処理をしている間に（受信準備中に）アイドル信号を流すことで、誤ってデータ信号が到着しないようにできる。

本発明は、前記被制御ノードの前記ＯＮＵが、自装置のデータ信号を送受信するときの波長を切り替える動作を、他装置の前記ＯＮＵの波長を切り替える動作とは独立して実行することを特徴とする。

これにより、全ノードが波長切替を完了させ通信可能となるまでの待ち時間を削減できるので、スループットが向上する。

本発明は、制御主体となる代表ノードと、前記代表ノードに制御される複数の被制御ノードとは、少なくとも２本の光伝送路でリング状に接続されるＰＯＮ上で伝送される信号の通信制御を行う光伝送システムであって、
前記被制御ノードが、
固定の波長でデータ信号を送信し、所定の波長でデータ信号を受信するＯＮＵと、
前記ＯＮＵから出力された複数の同じデータ信号を別々の前記光伝送路へと送信するときに、少なくとも１つのデータ信号に対して波長変換を行うことで、各前記光伝送路へと送信するデータ信号の波長を互いに異なるものとする波長変換器と、
他ノードから受信したデータ信号を前記ＯＮＵに入力するときに、複数の前記所定の波長からいずれか１つの波長に切り替えて通過させるバンドパスフィルタと、を有することを特徴とする。

これにより、ＯＮＵの内部に波長切替機能が存在しなくても、耐障害性が高く、かつ、設備量を削減したバランスのよい、ＰＯＮに代表される光ＴＤＭ技術を用いたネットワークサービスを提供することができる。

本発明によれば、耐障害性が高く、かつ、設備量を削減したバランスのよい、ＰＯＮに代表される光ＴＤＭ技術を用いたネットワークサービスを提供することができる。

本実施形態に係わる１＋１冗長構成の光集線ネットワークシステムを示す。 本実施形態に係わる図１の光集線ネットワークシステムに使用される光多重分離部の詳細を示す。 本実施形態に係わる図１のノードの代わりに用いられるノードを示す。 本実施形態に係わる図１のノードの代わりに用いられるノードを示す。 本実施形態に係わるリオーダリングなし、かつノード間で波長切替を同期させたときの下り信号の送信処理を示すシーケンス図である。 本実施形態に係わるリオーダリングあり、かつノード間で波長切替を独立して行ったときの下り信号の送信処理を示すシーケンス図である。 本実施形態に係わるノード間で波長切替を同期させたときの、上り信号の送信処理を示すシーケンス図である。 本実施形態に係わるノード間で波長切替を独立して行い、かつ送信タイミングを伝送距離の短い通信から順に割り当てたときの、上り信号の送信処理を示すシーケンス図である。 本実施形態に係わる１＋１プロテクションの光集線ネットワークシステムを示す。 本実施形態に係わる１：１プロテクションの光集線ネットワークシステムを示す。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、１＋１冗長構成の光集線ネットワークシステム１０Ａを示す。光集線ネットワークシステム１０Ａも、図９の光集線ネットワークシステム１０Ｐや図１０の光集線ネットワークシステム１０Ｑと同様に、光伝送装置１１Ａ（代表ノード１１Ａ）と、光伝送装置１２Ａ〜１４Ａ（代表ノード１１Ａに制御される被制御ノードとしてのノード１２Ａ〜１４Ａ）とが、物理的に独立した２本の信号伝送路としての第１光ファイバ１６および第２光ファイバ１７によってリング状に接続されている。そのリングトポロジのＰＯＮにおけるＯＬＴ２１−ＯＮＵ３２間が２本の経路として冗長化（耐障害化）されている。
ここで、光伝送路の数について本実施形態では、２本（１＋１や１：１）を例示するが、複数本であれば２本以上でもよい。

なお、各光伝送装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、ハードディスクなどの記憶手段（記憶部）と、ネットワークインタフェースとを有するコンピュータとして構成される。
このコンピュータは、ＣＰＵが、メモリ上に読み込んだプログラム（アプリケーションや、その略のアプリとも呼ばれる）を実行することにより、後記する各処理部により構成される制御部（制御手段）を動作させる。

以下、光集線ネットワークシステム１０Ａの各構成要素について、光集線ネットワークシステム１０Ｐとの違いに着目して説明する。なお、同じ符号が付いた構成要素は、光集線ネットワークシステム１０Ａと光集線ネットワークシステム１０Ｐとで基本的には同じものである。

代表ノード１１Ａは、接続先のホストコンピュータ４１ａ〜４１ｎごとのＩＯ部２０ａ〜２０ｎと、ＳＷ部２５と、ＯＬＴ２１と、冗長化された２系統の光多重分離部２３ａ，２３ｂとを含めて構成される。
ＯＬＴ２１は、２系統のＯＳＵ２６と、ＤＷＢＡ機能部２７とを有する。
ノード１３Ａなどの代表ノード１１Ａではない各ノードは、２系統の光多重分離部３１ａ，３１ｂと、ＡＷＧ３５ａ，３５ｂと、ＯＮＵ３２と、ＳＷ部３３と、接続先のホストコンピュータ４３ａ〜４３ｎごとのＩＯ部３４ａ〜３４ｎとを含めて構成される。

ＩＯ部２０，３４は、ホストコンピュータ４１〜４４と接続するためのネットワークインタフェースである。ＩＯ部２０は、ＳＮＩ−ＬＴ（application Server-Network Interface - Line Terminal）であり、ホストコンピュータ４１とＳＷ部２５との間の通信を中継する。ＩＯ部３４は、ＵＮＩ−ＬＴ（User-Network Interface - Line Terminal）であり、ホストコンピュータ４３とＳＷ部３３との間の通信を中継する。

２系統のＯＳＵ２６〜１つのＯＮＵ３２間はＰＯＮデータの送受信を行う区間となる。下り信号はＳＷ部２５→ＯＳＵ２６→ＯＮＵ３２→ＳＷ部３３の順に転送され、上り信号はＳＷ部３３→ＯＮＵ３２→ＯＳＵ２６→ＳＷ部２５の順に転送される。
ＳＷ部２５、３３は、通常の電気パケットを転送するレイヤ２スイッチ装置と同様に、事前設定または学習された転送テーブルに従い、パケットデータを転送する。
ＯＳＵ２６は、送受信器であるＴＲＸ２６ｘと、データ転送処理用のプロトコル処理部２６ｙ（ＯＳＩ（Open Systems Interconnection）第１層を処理する「Ｌ１」機能部と、第２層を処理する「Ｌ２」機能部）とを有する。

なお、ノード１３ＰではＯＮＵ３２が２系統分必要であったが、ノード１３Ａでは後記する波長切替制御により、２系統分を兼用するＯＮＵ３２が１つで済み、装置の小型化、省電力化が実現できる。一方、ノード１３Ｐと比較すると、ノード１３ＡではＡＷＧ３５ａ，３５ｂが追加されている。しかし、ＡＷＧ３５ａ，３５ｂはパッシブな光デバイスなため、単体では電力を消費せず、故障率が低いなどノード１３Ａへの追加負担が少ない部品である。ＡＷＧ３５ａ，３５ｂの故障率が低いので、故障交換による保守コストは少なくて済む。
よって、１台のＯＮＵ３２を２系統で物理的に共用することで、ＯＮＵ３２の台数を削減する効果が、ＡＷＧ３５ａ，３５ｂの追加コストよりも大きい効果なので、ノード１３Ａはノード１３Ｐよりも低コストで実現できる。

ノード１３ＡのＯＮＵ３２は、ノード１３ＰのＯＮＵ３２と同様に、データ転送処理用のプロトコル処理部３２ｙ（プロトコル処理部２６ｙと同様のＬ１／Ｌ２）を有する。一方、ノード１３ＡのＯＮＵ３２は、Tunable-TRX３２ｘを有する。このTunable-TRX３２ｘは、通常の送受信機（ＴＲＸ）の機能に加え、送受信する光信号の波長を時間に応じて変える（Tunable）ことができる。
なお、ＩＴＵ（International Telecommunication Union）によって標準化されているアクセス系の標準規格ＮＧ−ＰＯＮ２（Next-Generation Passive Optical Network 2）では、ＯＮＵ３２側のトランシーバ（TRX）に波長可変性を持たせることが示唆されている。

ＡＷＧ３５ａは、Tunable-TRX３２ｘが決定した送信波長に応じて、光多重分離部３１ａ，３１ｂのうちのいずれかの系統へとデータを転送する信号分岐器である。
ＡＷＧ３５ｂは、光多重分離部３１ａ，３１ｂから受信したデータをTunable-TRX３２ｘへと転送する信号転送器である。Tunable-TRX３２ｘは、受信波長（Tunable Filter）の設定を変えることで、２系統のデータを受信できる。

光多重分離部２３、３１は、ＰＯＮ内を伝送される光信号のAdd/Drop/Throughを行う。なお、代表ノード１１Ｐでは、光多重分離部２３の内部の図示を省略したが、図１の代表ノード１１Ａでは、光多重分離部２３の内部として、２系統×送受信２通り＝４台の光通信部（２３ａ１、２３ａ２、２３ｂ１、２３ｂ２）も図示している。これらの光通信部は、例えば、光合波や光分波を行う機能部（例えばＡＷＧ、光カプラ、光スプリッタなど）として実装される。

ＤＷＢＡ機能部２７は、ＰＯＮ内の波長やＴＤＭの割当状態を管理する。そして、ＤＷＢＡ機能部２７は、以下に例示するように代表ノード１１Ａやノード１２Ａ〜１４Ａの各制御処理を行う。
・ＤＢＡ（Dynamic Bandwidth Allocation）演算やＤＷＢＡ演算を行い、その演算結果をＯＳＵ２６、ＳＷ部２５に通知することで、ＰＯＮの帯域や波長リソースをＯＮＵに動的に割り当てる。
・Tunable-TRX３２ｘが送受信に使用する波長を、所定にタイミングで切り替えるように制御する。
・ＩＯ部２０、３４に対して、受信波長切替用のアイドル信号の挿入を指示したり、送信対象のデータ信号のリオーダリング（送信順序の入れ替え）を指示したりする。

下り信号の転送処理として、ＩＯ部２０は、ホストコンピュータ４３をあて先とする信号をホストコンピュータ４１から受信すると、その下り信号をコピーして、そのコピー結果を右回り（第１光ファイバ１６）と左回り（第２光ファイバ１７）とで別々のＯＳＵ２６ａ，２６ｂを経由して順次転送する。
Tunable-TRX３２ｘは、受信波長設定を切り替えることで、その２波長の下り信号を順次受信する。ＩＯ部３４は、受信した２系統の下り信号から１つの信号をセレクタで選択してから、その１つの信号をホストコンピュータ４３に転送する。

上り信号の転送処理として、ＩＯ部３４は、ホストコンピュータ４１をあて先とする信号をホストコンピュータ４３から受信すると、その上り信号をコピーして、そのコピー結果を右回り（第１光ファイバ１６）と左回り（第２光ファイバ１７）とで別々の波長に切り替えてから順次転送する。そのため、Tunable-TRX３２ｘは、送信波長設定を切り替えることで、その２波長の上り信号を順次送信する。
ＩＯ部２０は、異なる２つのＯＳＵ２６がそれぞれ受信した２系統の上り信号から１つの信号をセレクタで選択してから、その１つの信号をホストコンピュータ４１に転送する。

これにより、光集線ネットワークシステム１０Ｐと同様に、光集線ネットワークシステム１０Ａでも１＋１プロテクションを提供できる。つまり、第１光ファイバ１６または第２光ファイバ１７のいずれかがファイバ断になっても、断線されていない残りの光ファイバからデータ信号が転送されるので、データ信号の遮断時間を発生させずに済む。

図２は、図１の光多重分離部３１ｂの詳細を示す。
光多重分離部３１ｂは、上り信号を処理するための構成要素（ＭＵＸ１０１、カプラ／ＡＷＧ１０２ａ、アンプ１０３ａ、Filter１０４）と、下り信号を処理するための構成要素（ＭＵＸ１０１、カプラ／ＡＷＧ１０２ｂ、アンプ１０３ｂ、Filter１０４）とを有する。
カプラ／ＡＷＧ１０２ａ，１０２ｂともに、Throughする信号をFilter１０４の側から入力し、ＭＵＸ１０１の側に出力する。
カプラ／ＡＷＧ１０２ａには、Addする上り信号がＡＷＧ３５ａから入力される。
カプラ／ＡＷＧ１０２ｂは、Dropする信号をＡＷＧ３５ｂに出力する。
アンプ１０３ａ、１０３ｂは信号を増幅するだけなので、適宜省略してもよい。

図３は、図１の光集線ネットワークシステム１０Ａにおいて、ノード１３Ａの代わりに用いられるノード１３Ｂを示す。ノード１３ＡのTunable-TRX３２ｘの代わりに、ノード１３Ｂでは波長切替機能を持たないＴＲＸ３２ｚが用いられる。
そこで、ノード１３Ａとノード１３Ｂとで同じ機能を持たせるために、ノード１３Ｂでは波長切替機能をＴＲＸ３２ｚの外側に備える。

具体的には、ＯＮＵ３２の出力側に波長変換器であるＴＷＣ（Tunable Wavelength Converter）１１２を設ける。さらに、そのＴＷＣ１１２を経由する伝送路と、ＴＷＣ１１２を経由しない伝送路とにスプリッタ１１１で分け、それらの伝送路を統合してＡＷＧ３５ａに出力するためのカプラ１１３も備える。ＡＷＧ３５ａは、ＴＷＣ１１２を通過した信号と、ＴＷＣ１１２を通過しない信号とが別々の波長であるから、別々の光ファイバへと振り分けることができる。

また、ＡＷＧ３５ｂは、第１光ファイバ１６からの信号と、第２光ファイバ１７からの信号を合波する。よって、所望の波長の信号のみを通過させてＯＮＵ３２に入力するフィルタであり、その所望の波長を切り替え可能なTunable-BPF１１４を用いる。
なお、Tunable-BPF１１４が通過させない信号は、受信器Ｒｘ１１５とバッファ１１６へと出力される。この出力された信号は、予備系の情報として活用可能である。

図４は、図１の光集線ネットワークシステム１０Ａにおいて、ノード１３Ａの代わりに用いられるノード１３Ｃを示す。ノード１３Ａと比較すると、ノード１３Ｃは、ＯＮＵ３２ａが２台配備されている。さらに、ノード１３Ｃでは、２台のＯＮＵ３２ａとＡＷＧ３５３５ａ，３５ｂとの間で信号を送受するための光信号処理部１２１，１２２を追加する。
これにより、設備量は増加してしまうが、片方のＯＮＵ３２ａが故障しても、もう片方のＯＮＵ３２ａが動作することで、信頼性を担保することができる。

ノード１３Ｃは、Tunable-TRX３２ｘが互いに異なる２波長の信号を第１光ファイバ１６および第２光ファイバ１７にそれぞれ送受信する１＋１プロテクションを、回線側では実現する。一方、ノード１３Ｃ内の２台のＯＮＵ３２ａは、以下のいずれかの運用が可能である。

（運用１）１台のＯＮＵ３２ａを動作させ、そのＯＮＵ３２ａが故障したときにもう１台のＯＮＵ３２ａの動作を開始する（ＯＮＵ装置の１：１プロテクションのような冗長構成）。つまり、２台のＯＮＵ３２ａのうちの１台のＯＮＵ３２ａが動作するように切り替える。これにより、故障発生前には１台のＯＮＵ３２ａは休眠状態なので、省電力化が実現できる。

（運用２）２台のＯＮＵ３２ａを併用して動作させ、１台のＯＮＵ３２ａが故障したときにもう１台のＯＮＵ３２ａの動作を継続する（ＯＮＵ装置の１＋１プロテクションのような冗長構成）。つまり、故障発生により、２台のＯＮＵ３２ａから１台のＯＮＵ３２ａへと縮退される。これにより、故障発生時でもデータ通信断を発生させずに済む。さらに、２台のＯＮＵ３２ａを動作させることにより、そのうちの１台のＯＮＵ３２ａについての部品交換などの保守作業を行っても、もう１台のＯＮＵ３２ａが動作しているので、データ通信断を発生させずに済む。

以上、図４で説明したノード１３Ｃは、ノード１３ＡのＯＮＵ３２ａ（Tunable-TRX３２ｘを含む）を２台に増やした構成である。同様に、ノード１３ＢのＯＮＵ３２（Tunable機能を含まないＴＲＸ３２ｚ）とTunable機能（図３のＴＷＣ１１２やTunable-BPF１１４など）との組み合わせを２組に増やした構成としてもよい。

以下、図５〜図８の各シーケンス図を参照して、光集線ネットワークシステム１０Ａを流れる信号（データ信号、波長切替などの制御信号）の流れを説明する。なお、図１の光集線ネットワークシステム１０Ａは、代表ノード１１Ａではないノードを３台（ノード１２Ａ〜１４Ａ）として説明したが、各シーケンス図では、ノードを４台（ノード１２Ａ〜１５Ａ）として説明する。さらに、各ノードについて、図３，図４で説明した変形例のノード１３Ｂ，１３Ｃに置き換えてもよい。

図５は、リオーダリングなしの下り信号の送信処理を示すシーケンス図である。リオーダリングとは、複数の信号の送信順序を入れ替える処理である。この図５の処理は、比較的単純な処理なので、実装や運用が簡易というメリットがある。
図５の左から右へと流れる信号（代表ノード１１Ａ→ノード１２Ａ→ノード１３Ａ→…）は、第２光ファイバ１７を流れる信号であり、右から左へと流れる信号（代表ノード１１Ａ→ノード１５Ａ→ノード１４Ａ→…）は、第１光ファイバ１６を流れる信号である。なお、図示した「受」とは該当するノードが信号を受信（Drop）することを示し、「受」が記載されていない箇所ではノードが信号を転送（Through）することを示す。

代表ノード１１Ａから各ノードへ第２光ファイバ１７経由で第１系統の信号を一通り流した後に、各ノードが受信波長を切り替えることで、第１光ファイバ１６経由で第２系統の信号を一通り受信することができる。
なお、アイドル信号とは、データ信号が流れない空白期間を埋めるだけのデータ内容が意味をもたず破棄されても良い信号であり、ホストコンピュータ４１〜４４には伝送されない。下り信号は間が空かない連続信号として送信するため、データ信号が発生していない期間ではアイドル信号が必要となる。また、各ＯＮＵ３２で波長切替処理をしている間に（受信準備中に）アイドル信号を流すことで、誤ってデータ信号が到着しないようにできる。

ここで、波長切替処理を起動するための命令は、例えばＤＷＢＡ機能部２７が発行し、通常のデータ信号と多重されて同一の経路を経由して伝達される。以下、波長切替の命令に含まれる情報を例示する。
・ＯＮＵ３２への波長切替指示（ＯＮＵ３２／Tunable-TRX３２ｘのＩＤ、切替対称:送信/受信/送受信両方、切替後の波長、切替タイミング）
・ＯＳＵ２６へのアイドル信号送信指示（ＯＳＵ２６／ＴＲＸ２６ｘのＩＤ、アイドル信号の開始タイミング、終了タイミング）

図６は、リオーダリングありの下り信号の送信処理を示すシーケンス図である。
まず、図５と図６との共通点は、第１系統の信号送信→受信波長切替→第２系統の信号送信→受信波長切替→第１系統の信号送信→…という大まかな制御である。

一方、図５と図６との相違点として、図６では、各系統の送信処理において、送信先であるノードが送信元の代表ノード１１Ａからの送信距離（ノードのホップ数）が長い信号ほど、順序を先に入れ替えてから送信するリオーダリング処理がなされている点である。例えば、図５では、初回のノード１５Ａへの送信順序は、他ノードよりも後であったが、代表ノード１１Ａからノード１５Ａへの送信距離は一番長いので、図６では、送信順序が先頭に入れ替わる。代表ノード１１Ａ以外のノードは１台のＴＲＸで２系統に対応する必要があり、本処理を行うことで２系統の通信に必要な総時間を抑制できる。

このリオーダリング処理を実現するため、ＤＷＢＡ機能部２７は、図５で前記した波長切替の命令に加えて、さらに、ＩＯ部２０へのリオーダリング指示（リオーダリング対象の信号情報、リオーダリングOn/Off、オーダリング情報）を行う。
加えて、代表ノード１１Ａ以外のノードにおける受信波長切替タイミングを同期させずに独立して行っている。これらにより、下り信号のスループットを向上させることができる。

図７は、ノード間で波長切替を同期させたときの、上り信号の送信処理を示すシーケンス図である。代表ノード１１Ａ以外の各ノードから送信された上り信号を、代表ノード１１Ａが受信する。図７の上り処理も図５の下り処理と同じように、各ノードから第２光ファイバ１７経由で第１系統の信号を一通り流した後に、各ノードが送信波長を同期して切り替えることで、第１光ファイバ１６経由で第２系統の信号を一通り送信することができる。
ＤＷＢＡ機能部２７は、図５で説明したように、上り信号でも切替タイミングなどを含めた波長切替の命令を各ノードに送信する。なお、図７の上り信号は、バースト信号（時間的な間欠信号）なので、データ送信タイミング以外は光を出力しない無信号期間となる。よって、図５とは異なり、アイドル信号は不要である。

図８は、ノード間で波長切替を独立して行ったときの、上り信号の送信処理を示すシーケンス図である。図７と異なり、各ノードは、他のノードと同期せずに独立して、自身の送信処理後に送信波長を切り替える。
これらにより、全ノードが波長切替を完了させ通信可能となるまでの待ち時間を削減できるので、スループットが向上する。加えて、恣意的に代表ノード１１Ａからの伝送距離が小さいノードから順にデータ送信を行うようＤＷＢＡ機能部２７が送信タイミングを割り当てることで、データ通信を完了させるまでに必要な総時間を抑制できる。

以上説明した本実施形態では、ＰＯＮのデバイスや装置を活用した光集線ネットワークシステム１０Ａの制御方法を示した。
リングトポロジのＰＯＮで１＋１プロテクションを実現した光集線ネットワークシステム１０Ｐでは、各リングノードのＯＮＵ３２がそれぞれ２台必要となるなどの設備量が増加してしまう。
一方、１：１プロテクションを実現した光集線ネットワークシステム１０Ｑでは、各リングノードのＯＮＵ３２は１台で済むので設備量が削減できる。しかし、１：１プロテクションでは、障害発生時の予備系への切替時間が発生してしまうため、そのデータ遮断時間によりネットワークの信頼性が低下してしまう。
そこで、光集線ネットワークシステム１０Ａでは、Tunable-TRX３２ｘを有するＯＮＵ３２を１つのノードごとに１台ずつ用意する。これにより、波長切替で１＋１プロテクションを実現しつつ、設備量を削減したバランスのよい、ＰＯＮに代表される光ＴＤＭ技術を用いたネットワークサービスを提供できる。

１０Ａ 光集線ネットワークシステム
１１Ａ 代表ノード
１２Ａ〜１５Ａ ノード（被制御ノード）
１６ 第１光ファイバ
１７ 第２光ファイバ
２０ ＩＯ部
２１ ＯＬＴ
２３ 光多重分離部
２５ ＳＷ部
２６ ＯＳＵ
２７ ＤＷＢＡ機能部（波長切替制御部）
３１ 光多重分離部
３２ ＯＮＵ
３２ｘ Tunable-TRX
３２ｚ ＴＲＸ
３３ ＳＷ部
３４ ＩＯ部
３５ ＡＷＧ
４１ａ〜４１ｎ ホストコンピュータ

Claims (7)

1. 制御主体となる代表ノードと、前記代表ノードに制御される複数の被制御ノードとが、複数本の光伝送路でリング状に接続されるＰＯＮ（Passive Optical Network）上で伝送される信号の通信制御を行う光伝送システムであって、
   前記被制御ノードは、前記光伝送路ごとに同じデータ信号を送信または受信する場合に、各前記光伝送路に流れるデータ信号の波長を互いに異なる波長として切り替えるＯＮＵ（Optical Subscriber Unit）を有し、
   前記代表ノードは、前記代表ノードからの前記光伝送路上の距離が長い前記被制御ノードであるほど、その被制御ノードあてのデータ信号の送信順序を早くするように、データ信号のリオーダリング処理を行うことを特徴とする
   光伝送システム。
2. 制御主体となる代表ノードと、前記代表ノードに制御される複数の被制御ノードとが、複数本の光伝送路でリング状に接続されるＰＯＮ（Passive Optical Network）上で伝送される信号の通信制御を行う光伝送システムであって、
   前記被制御ノードは、前記光伝送路ごとに同じデータ信号を送信または受信する場合に、各前記光伝送路に流れるデータ信号の波長を互いに異なる波長として切り替えるＯＮＵ（Optical Subscriber Unit）を有し、
   前記代表ノードは、前記被制御ノードの前記ＯＮＵがデータ信号を受信するときの波長を切り替える動作を行っている期間において、データ内容が破棄されるアイドル信号を前記被制御ノードに送信することを特徴とする
   光伝送システム。
3. 前記被制御ノードの前記ＯＮＵは、自装置のデータ信号を送受信するときの波長を切り替える動作を、他装置の前記ＯＮＵの波長を切り替える動作とは独立して実行することを特徴とする
   請求項１または請求項２に記載の光伝送システム。
4. 制御主体となる代表ノードと、前記代表ノードに制御される複数の被制御ノードとが、少なくとも２本の光伝送路でリング状に接続されるＰＯＮ（Passive Optical Network）上で伝送される信号の通信制御を行う光伝送システムであって、
   前記被制御ノードは、
   固定の波長でデータ信号を送信し、所定の波長でデータ信号を受信するＯＮＵ（Optical Subscriber Unit）と、
   前記ＯＮＵから出力された複数の同じデータ信号を別々の前記光伝送路へと送信するときに、少なくとも１つのデータ信号に対して波長変換を行うことで、各前記光伝送路へと送信するデータ信号の波長を互いに異なるものとする波長変換器と、
   他ノードから受信したデータ信号を前記ＯＮＵに入力するときに、複数の前記所定の波長からいずれか１つの波長に切り替えて通過させるバンドパスフィルタと、を有することを特徴とする
   光伝送システム。
5. 制御主体となる代表ノードと、前記代表ノードに制御される複数の被制御ノードとが、複数本の光伝送路でリング状に接続されるＰＯＮ（Passive Optical Network）上で伝送される信号の通信制御を行う光伝送システムが実行する光伝送方法であって、
   前記被制御ノードのＯＮＵ（Optical Subscriber Unit）は、前記光伝送路ごとに同じデータ信号を送信または受信する場合に、各前記光伝送路に流れるデータ信号の波長を互いに異なる波長として切り替え、
   前記代表ノードは、前記代表ノードからの前記光伝送路上の距離が長い前記被制御ノードであるほど、その被制御ノードあてのデータ信号の送信順序を早くするように、データ信号のリオーダリング処理を行うことを特徴とする
   光伝送方法。
6. 制御主体となる代表ノードと、前記代表ノードに制御される複数の被制御ノードとが、複数本の光伝送路でリング状に接続されるＰＯＮ（Passive Optical Network）上で伝送される信号の通信制御を行う光伝送システムに用いられる被制御ノードであって、
   前記被制御ノードは、前記光伝送路ごとに同じデータ信号を送信または受信する場合に、各前記光伝送路に流れるデータ信号の波長を互いに異なる波長として切り替え、前記代表ノードからのリオーダリング指示のタイミングでデータ信号を送受信するＯＮＵ（Optical Subscriber Unit）を有し、
   前記リオーダリング指示は、前記代表ノードからの前記光伝送路上の距離が長い前記被制御ノードであるほど、その被制御ノードあてのデータ信号の送信順序を早くする指示であることを特徴とする
   被制御ノード。
7. 制御主体となる代表ノードと、前記代表ノードに制御される複数の被制御ノードとが、複数本の光伝送路でリング状に接続されるＰＯＮ（Passive Optical Network）上で伝送される信号の通信制御を行う光伝送システムで実行される光伝送プログラムであって、
   前記被制御ノードのＯＮＵ（Optical Subscriber Unit）に、前記光伝送路ごとに同じデータ信号を送信または受信する場合に、各前記光伝送路に流れるデータ信号の波長を互いに異なる波長として切り替えさせ、
   前記代表ノードに、前記代表ノードからの前記光伝送路上の距離が長い前記被制御ノードであるほど、その被制御ノードあてのデータ信号の送信順序を早くするように、データ信号のリオーダリング処理を行わせることを特徴とする
   光伝送プログラム。

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