JPH06509655A - 光通信システムとその方法 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、導波光信号の形態でメツセージを伝送する通信システムおよび方法に 関するものである。

変換電気通信システムでは、導波光は、例えばディジタルコード化された声、文 書、図形を、情報キャリヤとして使えるようになっている１通信ノード間の通信 リンクとして光ファイバを利用してシステムをネットワークとして運用したり、 あるいは、小型のシステムまたはサブシステムで、いわゆる集積光学におけるよ うな、基板でサポートされる導波管を利用することもできる。

光波ネットワークの設計は、光子成分、例えばネットワーク局およびノードの光 源１、検出器、カブラ、スイッチ、マルチブレク乞デマルチプレクサ、波長フィ ルタ、光増幅器、および他の機能素子、の利用可能性によるところが大きい。

かかる構成素子の発展に伴い、新しいネットワーク設計または「構造」が可能と なる。ネットワーク設計に関する開示のうち代表的なものは次の通りである二例 えば中央処理装置、プリンタ、テープドライブ、コンツルという、通信ターミナ ルへの能動タンプ付きバス構造を開示あいた、Ｌ、オーリア他による１９８３年 １月２３日付は欧州特許第ＥＰ−９４−８６６号；多モード光ファイバの複数の 角度モード利用に基づいた多重化のためのループ構造を開示した、Ｇ、Ｊ、ヘル スコウィッツによる１９８２年１２月２８日付は合衆国特許第４，３６６．５６ ５号； 交換機能が電気的に実施される光通信ネットワークを開示した、Ｔ、矢野による １９８４年９月４日付は合衆国特許第４，４７０，１５４号；波長選定のための 同調可能共振空洞をファイバタップに備えた、波長多重化光通信システムを開示 した、Ｇ、Ｆ、　ウィリアムスによる１９８６年５月２７日付は合衆国特許第４ ，５９２，０４３号；フェーズドアレーアンテナの固定マルチポイント光ネット ワークを開示した、Ｊ、Ｄ、シャベラによる１９８８年４月５日付は合衆国特許 第４，７３６．４６３号；光通信ループ間の周波数選択接続を開示した、Ｊ、Ｗ 、ヒ７クスＪｒ、による１９８８年７月１９日付は合衆国特許第４，７５９．０ １１号；電気−光および光−電気信号変換を備えたパケット交換ネットワークノ ードを開示した、Ｆ、メリンドによる１９８９年７月４日付は合衆国特許第８． ８４５，７０２号； ネットワークノードで電気的交換を含むパケット交換光波システムも開示した、 Ａ、アカンボラ他による１９９０年４月３日付合衆国特許第４，９１４，６４８ 号；周波数同調可能電気タップを備えた局所分配光通信システムを開示した、Ｊ 。

Ｗ、ヒノクスによる１９９０年５月１日付合衆国特許第４．９２２，４８１号。

ネント・ワーク設計の動機となる要因として特に重要なのは、光導波通信に、潜 在的にきわめて大きい利用帯域幅を使いたいという欲求であるが、現行の最新装 ！では、このような可能性は実現から程遠い、また、寞際の現行システムは、ネ ７・トワークノードで実施される電子的交換機能による「電子的欠点」によって 、あるいは、（受動的）星状およびバス同報通信設計の無駄なパワー損失により 、限界がある。

以下に説明する本発明は、これらの短所に影響を及ぼされることなく、請求に応 し、選定されたネットワークユーザ間に純粋な光路を確立するネットワーク構造 を提供するものである。

兄肌の概！ 光通信ネットワークで、ネットワークノードに制御可能な光相互接続手段を備え る。好適相互接続手段では、光入力ボートから光出力ボートへ、線形パワー分割 および再結合を行う。相互接続手段が、光周波数帯別に出力を分割および再結合 するのであれば、なお好ましい。

凹面少簡単奏説朋 図１は、本発明の好適実施例の通信ネットワークのネットワーク図である。

図２は、図１の通信ネットワークの典型的な信号サブネットワークのネットワー ク図である。

図３は、図１の通信ネットワークのノードの好適周波数帯マルチプレクサ−デマ ルチプレクサ組立体の概略図である。

図４は、図１の通信ネットワークのノードでの通信接続のための好適光ディバイ ダーコンバイナ組立体の概略図である。

図５は、図２の信号ネットワークのノードでの信号接続のための好適光ディバイ ダーコンバイナ組立体の概略図である。

図６は、図４および図５の組立体の好適光ディバイダの概略図である。

図７は、図４および図５の組立体の好適光コンバイナの概略図である。

図８と図９は、他の好適光ディバイダーコンバイナ組立体の概略図である。

゛　の−　な− 檀遣上立勤 本発明により好適とされる光通信システムは、代表的には、所定の周波数帯に分 類される通信路の多重度に応じて設計される０例えば、波長１．５５マイクロメ ータ付近の光フアイバ通信の場合、波長１．５〜１．６マイクロメータに割りふ られた範囲を、１６周波数帯、２ナノメータ輻に細分し、１．５０５．１．５１ １．１．５１７というように、１．５９５マイクロメータまで、等間隔ごとの波 長でセンタリングすることもできる。この例の場合、６ナノメータという周波数 帯間隔は、例えば、フィルタリング、多重化、分割を容易にする、４ナノメータ という「保護周波数帯」を提供するために考えられたものである。これら各周波 数帯は、約２５０ギガヘルツという周波数範囲を包含するので、各周波数帯域内 で、公称チャネル周波数を１０ギガヘルツ間隔にして特定周波数に２４本のチャ ネルを指定できる。（毎秒１０９ビツトというチャネルビット伝送速度では、組 合わせ結果である３８４本のチャネルにより、各ファイバに毎秒的０．４・１ｏ Ｉ！ビツトの情報搬送容量が提供される。ネットワーク構成要素の能力およびコ ストに応じて、周波数帯およびチャネル間隔を小さくすることによって、ファイ バの情報搬送容量を増大できる。）この方式の場合、数多の光通信発信元は互い に干渉することなく同一ファイバにアクセスできるが、各々に独自の周波数帯の 独自のチャネルが指定される。この手順は、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）と して知られている。また、別の既知の技術、例えば時分割多元接続（ＴＤＭＡ） 　、副搬送波変調、ランダムアクセス、ポーリング等を利用して「チャネル化」 することもできる。

典型的なネットワークは、一種類から数百種類の周波数帯のいずれについても作 動でき、各周波数帯は、任意の場所に一本から数百本チャネルを入れることがで きる。

本発明の代表的な好適実施例の概略図である図１は、５個の通信ノードＡ−Ｅと 、６箇所の通信局Ａ＋　、Ａｘ　、Ｂ＋〜Ｅ１と、両方向に光通信を搬送する何 対かの光ファイバから成る接続光通信リンクと、から構成される通信ネットワー クである。この通信リンクには、長いファイバ径間に関わる減衰を補正するため に、集中または分散式の、半導体またはファイバアンプの形態の光増幅器を統合 することもできる。光信号をファイバに投入する場合、ファイバの線形に作用を 制限する適度なバワーレヘル、または、非分散解モードの伝播を達成するように 非線形で作用する高パワーレベルが可能である９局は、例えば別の通信施設と相 互接続するために、エンドユーザまたは仲介者に所属させてもよい。ファイバは 、両組かのプライム記号を付けない文字と付けた文字（例えば、ａとａ’）とで 表されている。また、ノードは大文字（例えば、Ａ）で、対応する下付添字（例 えば、Ａ、　、Ａ、　）で表される局と共に表示される０本例における何対かの ファイバでもある、局アクセスリンクには、その局と同じ下付添字（例えば、ａ ＋５ａｚ）が付いている。

各通信局は、アナログまたはディジタル情報信号をネットワークの伝送に適した 光信号に変換するのに必要な電子および電気光学機器（例えばレーザ）から成る 光送信器を少なくとも１台、備える。各局は、到来光信号を電子的形態に変換す るのに必要な電子および電気光学機器（例えばホトダイオード）から成り、目。

つ信号からの情報内容を抽出する受信器も少なくとも１台、備える。好ましくは 、送信器と受信器は、あらゆる周波数帯およびチャネルの、理想的にはそれらす べての、適度なサイズの部分集合に「同調」できることとする、各局は、下記に 説明する制御および信号出力動作を実行するのに必要な機器も備える。

各ネットワークノードは、制御可能な「線形ディバイダーコンバイナＪ　（ＬＤ Ｃ）組立体を備える。その機能は、所定の割合で各々の入通信リンクに到来する 光パワーを分割し、次に、それらを所定の割合で出リンクに結合する。つまり、 ノードＸにｎ個の光入力リンク Ｘｌ　、Ｘｚ’、、、、、Ｘｎ“ があり、光パワー Ｐ、’、Ｐ、“、、、、、Ｐｎ” を搬送し、 および、 ｍ個の光出力リンク ｘｌ、ｘｘ、、、、、ｘ、’ があれば、 理想的には、ｉ番目の出力リンクＸ、は、入力パワーを線形結合したもの、Ｐ＝ 　−ｒｒ、＋　Ｐ　１’　＋γｔ、ｚｐｚ“　＋、、、、＋７．、１ｌｐＨ。

を搬送する。但し、パラメータγｌ＋ｊは、０と１の間で調整できる。

パワーの分割および結合は、例えば、図３と４を参照して下記に説明されるよう に、各周波数帯ごとに別個に行われることが好ましい、数多の種々なる接続に関 わるこれらの分割および結合動作信号は、ノードを介してその受信先に送られる 。

パワー結合動作の制御性は、例えば数多の独立チャネルが全光ファイバ容量を制 御可能な態様で共用できるようにするため、また、ファイバを共用する数多のチ ャネルを所望の受信先に向けて制御可能に送信できるようにするために、必要不 可欠である。また、パワー分割の制御性も、例えば選択的にグループ内同報通信 接続ができるようにするために、必要不可欠である。これらの動作を各周波数帯 ごとに別々に制御すること、即ち、周波数帯選択式分割および結合は、ネットワ ークの性能向上に重要である０例えば、周波数帯選択式ＬＤＣは、所定の周波数 帯に関わる信号を大ネットワークの制限領域に限定することによって、このネッ トワークの他の部分でこの光スペクトルの同一箇所を再使用可能とする。このよ うに、ある光スペクトルを何回も使用するので、ネットワーク能力は何倍にも増 大する。

図２は、図１のネットワークのサブ７ノトワークである。このサブ７ノトワーク は、信号サブネットワーク（ＳＳ）−一本図では、信号トリー（ＳＴ）−一とし て働き、図１のネットワークの、ノードＣから発生するトリー構造を形成する選 択通信リンクだけを除く、すべてのノードと付属局とが含まれる。この実施例で は、ノードＣは、通信経路指定機能に加え、ネットワーク管理センタ（ＮＣＣ） としての役割が割り当てられている。ＳＳの目的は、制御ならびに制御関係の情 報をネットワーク中に配布することである。

好適ネットワーク動作では、発信光間の要求に応して希望通りに、例えば発信光 間Ｅ１から受信光間Ａ２へ、接続し、接続終了の指示が局がら出た後に切り離す ０通信局のいずれかから出された要求に応して、ネットワーク管理センタは最適 な終端間経路、周波数帯、およびチャネルを指定する。グループ内同報通信接続 （例えば、Ａ、から、Ｂｌ、Ｃ，、Ｄ、を含むセットへ）をすることも可能であ る。更に、各発信元は、明確に区分されたチャネルまたは周波数帯で伝送し、あ る局が複数の異なるチャネルを同時に受信できるように構成されていれば、その 単−局を、複数の異なる発信元が起こす接続の受信先とすることもできる。

局が終結を要求するまで光学的接続が維持される、前述のタイプの操作は、「回 線交換」操作と呼ばれるものである。これらの接続の制御は、以下に説明する信 号サブネットワークを使用することによって効果が生じるように構成することも できる。基本的には「パケット交換」タイプのような、他の操作形態も可能であ る０例えば、数多の異なる受信先に順次、短い情報バースト（パケット）を通信 したい局は、各受信光間が自分宛のパケットを「聞く」グループ内同報通信接続 により、これらの局に接続することもできる。（パケット交換構成の場合、各パ ケットは受信先のアドレスを有する。）発信光間に決められたチャネルと周波数 帯が指定されるのであれば、この局からのパケットを受信すると思われる全ての 受信光間が、このチャネルおよび周波数帯に合うように同調を図らなくてはなら ない、この技術を利用して、複数の発信元からパケットを受信したいと考えてい る局は、複数の発信元の各々に割り当てられた（明確に区分された）チャネルを 同時に受信できなくてはならない。あるいは、当該局宛のパケットの予想到着時 間にこれらのチャネル各々に（迅速に）交互に同調できなくてはならない。

（これは、ネットワークを動く種々のパケットの転送時間を最適にスケジューリ ングする手段が、いくつか存在するということを意味する。）同タイプのパケッ ト交換計画は、基本的には、固定のチャネルと周波数帯を各受信光間に関連付け 、局宛のパケットを転送するとき所与の受信先に関連する特定チャネルに合わせ るように各送信器に要求することによって、実施できる。

信号サブネットワークを介して、回線交換方式の操作で要求される情報と、パケ ット交換スケジューリング情報を要求することによって、パケット交換操作での ネットワークの制御ができるように図ることもできる。パケノトスケンユーリン グの方法は、Ｍ、チュン他が［パケット交換方式周波数分割多元接続メトロポリ タンエリア１ノドワークもためのメディアアクセス規約（Ａ　Ｍｅｄｉａ−ａｃ ｃｅｓｓＰｒｏｔｏｃｏｌ　ｆｏｒ　Ｐａｃｋｅｔ　−ｓｉ＋１ｔｃｈｅｄ　Ｗ ａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ　ＭｕｌｒｉａｅｃｅｓｓＭｅｔｒｏｐ ｏｌｉｔａｎ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ　）　Ｊ通信選定エリアに関するＩＥＥＥジャ ーナル（Ｉ　ＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｎ　５ｅｌｅｃｔｅｄ　Ａｒｅａｓ　 ｌｎ　Ｃｏｍ＠ｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）、　Ｖｏｌ、　８゜ｐｐ、１０４８−１ ０５７　（１９９０）で開示している。

図３は、単純化のために周波数帯を（前記の１６種類でなく）Ｗｌ、Ｗ２．Ｗ３ の３種類とし、光マルチプレクサ−デマルチプレクサ組立体を図１の通信ノード Ａに備えた周波数帯選択式Ｌ　Ｄ　Ｃ組立体の好適実施例である。到来通信リン ンクａｔ、ａｘ、ａ゛およびｂは、周波数帯Ｗ１の分離された信号を線形ディバ イダーコンバイナＬＤＣ１のボート１０１〜１０４に送出し、周波数帯Ｗ２の信 号をＬＤＣ２のボート２０１〜２０４に送出し、周波数帯Ｗ３の信号をＬＤＣ３ のボート２０１〜２０４に送出するように構成された周波数帯デマルチプレクサ ３１〜３４に、接続される。ＬＤＣの出力側では、ボート１０１’　、２０１″ 、３０１′は、出力リンクａ１に多重化するために周波数帯マルチプレクサ３５ に接続されており、同様に、ＬＤＣの他の出力ポートは、マルチプレクサ３６〜 ３８各々によって出力リンクａｌ　、ａ、ｂ’に多重化するために接続されてい る。

ＬＤＣＩの入出力ボート１０５と１０５°へは、更に、処理装置（例えば、関連 メモリを備えたマイクロプロセッサ）と、ＬＤＣに制御信号を発するための手段 と、ノードに付属する局ならびに他ノードのノードコントローラと通信できるよ うにするための光送受信器と、を備えたノードコントローラ（ＮＣ）３９が接続 されている。

図４は、図３の通りに入力ポート２０１〜２０４と出力ポート２０１°〜２０４ ′とを備えた、通信ノードＡのＬＤＣ２である６図のように光学的に相互接続さ れる、可制御光パワーディバイダ４０１〜４０８とパワーコンバイナ４１１〜４ １８を備えている。同一組立体を、ＬＤＣ３として使用することもできる。

図５は、図３の通りに入力ポート１０１〜１０４と出力ポート１０１’　〜１０ ４°を備えた、通信ノードＡのＬＤＣＩである０図のように光学的に相互接続さ れる、パワーディバイダ５０１〜５０３とパワーコンバイナ５１１〜５１３を備 えている。また、図３に対応して、ノードコントローラ３９が図示されている。

図６は、図４のディバイダ４０１〜４０８、図５のディバイダ５０１として使用 できるであろう可制御光パワーディバイダ構造体６０である。かかるディハイダ 装！または要素は、光入力ポートロ１と光出力ポートロ２．６３を有し、入力パ ワーＰの（１−ａ）部がボート６２に、相補部ａがボート６３に出るように調整 できれば理想的である。パラメータａは、例えば電気光学または音響光学効果、 あるいは、全ファイバ装置の物理的形状の機械的変更により、電気的に等、制御 可能である０本明細書で問題となっているパワーディバ・イダは、一般に、可制 御カプラまたはフィルタと呼ばれ、ニオブ酸リチウム、半導体、およびシリカを 含む種々の材料により存在する。理想的な装置では、ａを０から１まで調整でき る。

かかる装置は、０または１状態でのみ操作されるとき、光スィッチとして作用す る。この理想にきわめて近い装置を物理的に実現できる。

図７は、図６の光ディバイダが反対方向に作動するのと同じ、可制御光コンバイ ナ７０である。各入力ポードア１と７２のパワーＰ１とＰ２は、出力ポードア３ で出力パワー（１−β）Ｐ１＋β・Ｐ２に線形結合される０図６と７に示される タイプの装置は、代表的には、可制御方向性カプラとして知られている０図６で は入力ポートの１個だけ、図７では出力ポートの１個だけが利用されている。

図４の分割および結合パラメータを調整することによって、広範囲な所望組合せ の人力パワーを数多の出力ポートに送ることができる０本実施例では、例えばｂ とｂ”という「ループバック」接続は通常は不必要であるので行っていない。

しかしながら、他のディバイダとコンバイナを追加すれば、含まれることも有り 得る。

本実施例では、周波数帯Ｗ１はネットワーク管理のためにのみ使用されている。

ノードコントローラは、Ｗｌに関して転送し、その信号は周波数帯マルチプレク サによって出力リンクに多重化される。同様に、数多の入力ファイバから出で（ るＷｌに関する入力パワーは、周波数帯デマルチプレクサで分離され、ＬＤＣ１ のコンバイナを通って所定の割合で結合され、ノードコントローラの受信器に送 られる。ノードコントローラはＬＤＣｌ、ＬＤＣ２、ＬＤＣ３に合わせて、パラ メータαとβに必要な調整を施す。この実施例では、ＬＤＣ２やＬＤＣ３よりも ＬＤＣｌの方が構造が単純で、隣接ノードコントローラと付属局だけの光結合が 期待できる。ＬＤＣ２およびＬＤＣ３と同様形態である、ＬＤＣＩの他の実施例 では、更に総合的な結合が可能となる。

既に説明した通り、可制御線形ディバイダーコンバイナ構造体では、コンバイナ と同様にディバイダも制御可能である。かかる構造体は、前記以外に、可制御デ ィバイダと固定コンバイナ、固定ディバイダと可制御コンバイナ、または、他の 可制御および固定ディバイダ／コンバイナ要素の適切な組合せを備えることもで きる。また、図４に示した以外の数多の構成により、可制御線形分割および結合 を行うこともできる。このような他の二側を、図８と図９に示すが、これらは、 各々、（８ｘ８）バンヤン構造および（４Ｘ４）ベネス構造として知られており 、両構造体とも、相互接続される可制御カプラカブラ（ＣＤＣ）またはフィルタ ８１の配列を使用する０図４のように組み立てられた対応構造体と比較したとき 、かかる構成の方が（パワー損失が少なく）必要とするカプラーも少ないか、前 範囲の入出力接続は実現できない。線形ディバイダーコンバイナ構造帯でも、Ｌ ＤＣにおける損失と接続ファイバにおける減衰を補正するように、半導体または ファイバアンプの形で光増幅を取り入れることができる。

図１のネットワークの各ノードは、ノードＡと同様に作られている。別の数の入 出力ボートおよび別の数の周波数帯を扱えるようにノードを設計できることは明 白である。更に１、周波数帯選択式で、且つ各周波数帯を別々に制御できるパラ メータαまたはβを各々ディバイダおよびコンバイナが備えている、ＬＤＣ構成 要素１個だけを使用することによって、周波数帯マルチプレクサおよびデマルチ プレクサなしで周波数帯を選択的にノードに組み込むことができる。かかる最適 構造体は、モード変換手段を備えた可制御スインアンプ素子に関わる、Ｋ、チェ ングによる１９９０年３月６日付の合衆国第４．９０６，０６４号に開示されて いる。最終的には、上述の個別装置の代わりに使用できる、集積ディバイダおよ びコンバイナを構成できる。

経路指定 好適ネットワーク処理では、接続要求に応じ、ネットワークを通る最適な経路が 決定され、周波数体とチャネルが割り当てられ、それにより選択経路に沿ってノ ードのＬ　Ｄ　Ｃパラメータが調節される０例えば、Ａ２〜Ｅ、への接続がノー ドＢ経由で（即ち、最短経路に使用して）指定され、周波数帯Ｗ２のチャネルｌ を利用する場合、ノードＡのＬＤＣ２のパラメータは次のように調整される：α ２＝β、−１．β、−〇、図４を参照すれば、これにより、ファイバａ２°から ｂ゛への直通経路が確立されることが分かる。Ａｔの送信器からＥｌの受信器へ 全パワーを向け、ノードＢとＥで同様な調整をすることによって終端間接続は完 成する。

この例に対して更に、チャネル２を使う、周波数帯Ｗ２に関する、リンクｂ゛。

ａ、ｄ’　を含む最短経路トリーを介する経路指定によって、ＡＩからＢ、　、 Ｃ，、Ｄｌへのグループ内同報通信接続を追加できる。この場合、ノードＡのＬ ＤＣ２のパラメータは次のように調整される：　α＋−１／２、α！＝αｓ−１ 、β３−８４−β、−〇、βｌ”１／２．図４を参照すると、これらの設定は、 ファイバｂ゛への、ＡＩからのパワーの１／４と、Ａｔからのパワーの１／２と を組み合わせたものであることが確認される０次いで、これはノードＢで等分割 され、Ａ、からのパワーの１／８と、Ａ３からのパワーの１／４とが、各々、局 Ｂ１とＥｌに送られる。Ａ、とＡ８に別々のチャネルが割り当てられているので 、Ｂ。

およびＥｌの受信器は、割当てられたチャネルに合わせて同調することによって 所望の信号を選択し、所望しないものを拒否することができる。結局、Ａ１から のパワーの１／２がファイバａでノードＣに向けて送られ、そこで等分割されて Ａ１からのパワーの１／４を、各々、局Ｃ３とＤｌに送り、こうしてグループ内 同報通信接続を完成するようである。（これらの関係は、上記に導入されている 遺り、パラメータγｉ、ｊで容易に表される０例えば、ノードＡについて、ｍ− ｎ＝２で、Ｘ＋’　＝ａ＋’、Ｘ！’　＝ａｔ’、Ｌ　＝ｂ’、Ｘ５−ａという 対応がある場合、γ、、、＝１／４、Ｔ＋、工＝ｒｔ、ｌ＝ｔ／２、Ｔｚ、ｚ＝ Ｏ）。

上記の経路指定、周波数帯／チャネルの割当て、およびＬＤＣパラメータ選定は 、説明のために行われたものであって、多くの選択力呵能である０例えば、グル ープ内同報通信接続が、トリーａ、ｃ、ｄ’経由で経路指定された場合は、いず れの接続に対しても同−周波数帯の同一チャネルが指定されるｍ−というのは、 二接続が同一ファイバを共用することなく、その場合、同一チャネルが割り当て られてもＡ１とＡ８からの二種類の転送は互いに干渉しあわないがらである。

主ヱ上ユニえ！理 上述の通り、回路根幹接続は下記のステップによって確立される：（１）ネット ワーク管理センタへの接続要求の転送、（２）要求された受信先局が活動状態で あり、受信可能状態であることの確認、（３）（ＬＤＣパラメータ設定を含む） 最適経路との決定、周波数帯／チャネルの割当て、 （４）接続に関わる局およびネットワークノードへの、前記情報の転送、（５） 送信器および受信器の同調とパラメータの調整、これは、例えば上述の通りノー ドＣで、信号ネットワーク管理センタを備えた集中化制御構造体で実施できる。

もちろん、分散制御も可能である。

パケット交換動作では、パケットスケジューリングに関わる付加的な制御機能は 、出来れば、送信器および受信器の同調と、これらのステップとが要求される。

必要な制御プログラムが各ネットワークノードに常駐である仮定すれば、任意の 一ノードコントローラをネットワーク管理センタとして指定することができる。

これには、現行のＮＣＣに障害が出た場合に、別のノードがネットワーク管理セ ンタの機能を引き継げるという利点がある。上記ステップ（１）、（２）、（４ ）は、ネットワークからの信号情報の伝送が必要である。これは、例えばＮＣＣ とネットワーク中の他の装置の間の制御メツセージ交換をサポートする、図２に 示した信号サブネットワーク（３３）の使用に関係する。

信号サブネットワークに関して、下記のように接続を確立することもできる。

（１）接続要求を開始する発信光間は、所望の受信先局と、出来れば、例えば発 信元のビット伝送速度や転送容量といった、付加的情報を指定し、ＳＳを介して メツセージをＮＣＣに送る。

（２）ＮＣＣは、各要求受信先にメツセージを送り、受信先局が活動状態であり 、利用可能周波数体およびチャネルの接続を受けられるかどうか［認する。活動 状態にある要求先の各受信先は、肯定的または否定的に応答を行う。

（３）ステップ（２）の応答と、ネットワークで進行中の接続の内容に基づいて 、ＮＣＣは、最適な経路と、この経路の沿った所要ＮＤＣ設定と、接続に関わる 局の同調能力に矛盾しない周波数帯／チャネル割当てと、を決定する。最適な経 路または周波数帯／チャネル割当てが利用できない場合、接続は拒絶される。

（４）接続が拒絶された場合は、ＳＳを介して拒絶の旨のメツセージが関係各局 に送られる。そうでない場合は、ＳＳを介して、要求されるＬＤＣパラメータと 周波数帯／チャネル割当てを示しながら、接続確立の旨のメツセージが接続に関 わる全ノードと局に送られる。

（５）発信元および受信先局は割当て周波数帯／チャネルに合わせて同調を行い 、ノードはＬＤＣパラメータを調整し、転送が開始される。

接続の終了は、メソセージの類似交換によって実行できる０選択される規約によ って、終了を発信元が開始するか、受信先局が開始するかが決まる。適当な通信 量処理能力のあるネットワークでは、接続の拒絶または「阻止」が発生する確立 は低い０代表的な回線交換ネットワーク（例えば電話回線網）でそうであるよう に、接続が阻止されると、接続しようとしている発信元は、後で再試行を試みる 。上記説明は、単信（即ち、単方向転送）について焦点をあてたが、大部分の接 続は、通常、全二重（即ち、両方向）伝送として確立される。−一即ち、各局と も、発信元および受信先の両方として作用する。

信号１１主ヱ亙ユニ２ 信号ザブネットワークは、種々の方法で実現できる。上述の実施例では、周波数 帯Ｗ１は信号発信用に確保され、ＳＳは、すべての局およびノードに行き来する 信号経路を提供する、信号トリー（ＳＴ）の形を取る。簡便にするために、各局 およびノードは、信号信用の、Ｗｌの共通チャネルに同調された送信器と受信器 を有し、ＳＳはランダムアクセス規約に基づいて作動すると仮定する。更に、各 ノードのＬＤＣは、各ＮＣがＳＴに隣接する全ノードおよび局からの信号を受信 し、同セットのノードおよび局へ回報通信するように構成されているものとする ０本例の場合、ノードＡ（図５）のＬＤＣｌのパラメータは、次のようなセット である：α＋−１／３、α＋−１／２、α、＝０；　β、＝１／３、β２−１／ ２、β３＝Ｏ１これにより、ノードＡのＮＣの送信器からのパワーを、局ＡＩ、 Ａｘ　、ノードＣに等分割し、それによってノードＡのＮＣの受信器はに同ロケ ーンヨンからの転送の重畳を聞くことができる。他のノードにも同様の配列が存 在する０本明細書で説明している実施例でＳＳを介する転送には、信号メンセー ジ（ＳＭ）と肯定応答（ＡＣＫ）の２種類がある。上記ステップ（１）、（２） 、（４）に関わる信号メソセージは、局またはＮＣＣに指定されたＮＣのいずれ かによって開始される。これらは通常の発信元／受信先のアドレス指定、制御お よびエラー検出情報が入ったデータパケットの形で伝送される。ＳＭを受信した 各ＮＣは、ＳＭが当該ＮＣ宛の場合にＡＣＫを伝送するか、指定受信先への信号 トリーの経路の途中の場合はそのＳＭを再転送するか、あるいは、何もしないか 、のいずれかである０例えば、図２を参照すると、ノードＤのＮＣはノードＣか ら到来したＳＭを再転送し、ノードＤ自身宛のＳＭの場合はＡＣＫを伝送し、ノ ードＢ宛のＮＣＣからのＳＭを受信した場合には何もしない、すべての転送はＳ Ｔに隣接する全ノードへの同報通信であるので、再転送のＳＭも、前にそれを転 送した局にも到着し、それによって、適切に受信・転送されたという肯定応答と しての役目をする。この形態の順次再転送により、すべてのＳＭは結局は各受信 先に到達するが、転送中に失われるメツセージはない、但し、ビットエラーの他 に、衝突やすべてのランダム−アクセス規約の特性によりメツセージが失われる 可能性はある。（衝突は、複数の送信器からの同一受信器に同時にメツセージが 到着したときに発生する０例えば、ノードＢとＤのＮＣからのメツセージがノー ドＣで同時受信された場合がこれに当たる、）所定の「タイムアウトまでに肯定 応答がない場合は衝突を意味し、そのような場合、発信光間は任意時間間隔だけ 待機した後に、そのメツセージを再転送する。（肯定応答が得られるまで各ＳＭ を蓄積することが必要である。）ＳＳで利用できる帯域は大きくて信号通信量は 比較的低いので、メツセージが失われる確率は、通常、きわめて低い。

上述の手順によれば、（通常は数十ミリ秒の）終端間ネットワーク伝播時間の命 令の時間遅延がある７ツトワーク管理に必要な全ての信号メツセージを確寞に移 送できる８例えば、ＴＤＭＡおよびポーリングといった、他のｓｓ実施例も可能 である。

説明のように実施される線形関数の他に、例えば、信号再生、周波数帯変更（“ 波長変換”）、信号蓄積といった、非線形関数は、電気的、光電子的、または光 学的アドオンまたはオーバレイによって実施される。（電気的および光電子的オ ーバレイの場合、光信号から電気信号へ、またはその逆への変換、および、ネッ トワークのいくつか、またはすべてのノードでの、電子的または光電子的信号処 理に関わる。）例えば、電子信号再生は、（恐らく光増幅も含み）信号が長いフ ァイバ径間を光学的に伝送された後に、累積された雑音および歪みを除くために 望ましいものとなる。波長変換は、メンセージ経路指定の柔軟性を向上したり、 送信器および受信器を限定波長で操作できるようにするために望ましい、信号蓄 積は、例えばパケットに交換動作でキューイングのために望ましい、冒頭に参照 した、最適な、いわゆる多重反射ネットワーク構造における電子的交換に関する 合衆国特許第４．９１４．６４８号を参照されたい、上記１！様は、いずれも、 二つの光ネットワークがリンクされる箇所−一例えば、国際的ゲートウニイー− で発生しうるちのである。

非線形処理は、更に、複数の比較的遅い信号を転送のために合併して、それらを 多重化される「中継線」として使用される光リンクを介し、高速ストリームのイ ンターリーブ部分として転送し、その部分を各受信先に同けて分離するためのも のである。その他の機能で、電子的に便利に実施されるのは、障害検出、スケジ ューリング、周波数制御である。更に詳しく述べると、障害検出の場合、ネット ワークノードのマイクロプロセッサがネットワークを介して転送する試験メンセ ージを発信し、受信ノードが肯定応答を発信することもできる。スケジューリン グは、パケット交換モードで操作するときに必要である０周波数制御は、（例え ば、通常は波長１５５０ナノメータで）１＆準信号をネットワークの送信器と受 信器に提供することによって、基準周波数に対して周波数帯とチャネルを定めら れるように構成することもできる。

本発明の好適実施例は、例えばデータ通信システム、分散データベースシステム 、テレビ信号分散システム、構内交換のネットワーク、および、これらのサービ スのいずれかの組合せを提供するネットワークに含むことができる。搬送メツセ ージは、例えば、声、データ、図形、ビデオ信号、あるいはこれらのいずれかの 組合せであってもよい。

ＦＩＧ、　４ ＦＩＧ、５ ＦＩＧ、　６　ＦＩＧ、　７ 平成５年ｌＯ月２２日

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. １．第一複数の光通信リンクと、第二複数の光通信ノードと、第三複数の光通信 局とから成る光通信システムであって、各光通信局は、少なくとも一個の光受信 器と少なくとも一個の光送信器から成り、且つ光通信リンクによって光通信ノー ドに接続され、各光通信ノードは、光通信リンクによって少なくとも一個の他の 光通信ノード接続され、且つ光通信リンクを接続する、光入力ポートと光出力ポ ートを備えた光パワーデイバイダーコンバイナから成り、前記ディバイダーコン パイナ手段は、本質的に線形に前記入力ポートに到着する光を前記出力ポートに 分散するように構成され、前記システムは、通信局間に所望の光経路を確立する ために前記ディバイダーコンパイナ手段を制御するための制御手段を備えている ことを特徴とする、光通信システム。
2. ２．ネットワークを形成する前記通信リンクは、信頼性ならびに負荷平衡のため に通信局間の経路を変更できることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のシ ステム。
3. ３．前記通信ノードは、周波数帯選択装置を備え、且つディバイダーコンパイナ 手段を、異なる周波数帯について、互いに別個に動作させることができることを 特徴とする、請求の範囲第１項に記載のシステム。
4. ４．前記制御手段は、要求に応じて光チャネルを介して通信局を接続できるよう に、接続経路、ディバイダーコンパイナ設定、チャネル、および周波数帯を指定 するための信号手段を備えたことを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のシス テム。
5. ５．前記制御手段は、二点間接続を指定するために応用されることを特徴とする 、請求の範囲第４項に記載のシステム。
6. ６．前記制御手段は、グループ内同報通信接続を指定するために応用されること を特徴とする、請求の範囲第４項に記載のシステム。
7. ７．前記制御手段は、バケット転送をスケジューリングするために応用されるこ とを特徴とする、請求の範囲第４項に記載のシステム。
8. ８．ランダムアクセスバケット転送規則に基づいて作動するために応用されるこ とを特徴とする、請求の範囲第４項に記載のシステム。
9. ９．通信リンクとしての光ファイバを備えたことを特徴とする、請求の範囲第１ 項に記載のシステム。
10. １０．前記ディバイダーコンパイナ手段は、音響光学装置から成ることを特徴と する、請求の範囲第１項に記載のシステム。
11. １１．前記ディバイダーコンパイナ手段は、電気光学装置から成ることを特徴と する、請求の範囲第１項に記載のシステム。
12. １２．前記ディバイダーコンパイナ手段は、光経路の形状を変更するための機械 装置から成ることを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のシステム。
13. １３．前記光通信ノードの少なくとも一個は、非線形関数を実施するための手段 を更に備えたことを特徴とする、請求の範囲第１項に記載のシステム。
14. １４．前記手段は、信号再生のために応用されることを特徴とする、請求の範囲 第１３項に記載のシステム。
15. １５．前記手段は、周波数帯の変更を達成するために応用されることを特徴とす る、請求の範囲第１３項に記載のシステム。
16. １６．前記手段は、信号蓄積のために応用されることを特徴とする、請求の範囲 第１３項に記載のシステム。
17. １７．前記手段は、障害検出のために応用されることを特徴とする、請求の範囲 第１３項に記載のシステム。
18. １８．前記手段は、スケジューリングのために応用されることを特徴とする、請 求の範囲第１３項に記載のシステム。
19. １９．前記手段は、周波数制御のために応用されることを特徴とする、請求の範 囲第１３項に記載のシステム。
20. ２０．前記手段は、電子装置から成ることを特徴とする、請求の範囲第１３項に 記載のシステム。
21. ２１．前記手段は、光電子装置から成ることを特徴とする、請求の範囲第１３項 に記載のシステム。
22. ２２．前記手段は、光学装置から成ることを特徴とする、請求の範囲第１３項に 記載のシステム。
23. ２３．第一複数の光通信リンクと第二複数の光通信ノードから成る光通信ネット ワークに光学的に接続される第一および第二光通信局を通信するための光通信方 法であって、 前記ノードの少なくとも一個の光ディバイダーコンパイナ手段の調整時に、前記 ディバイダーコンパイナ手段の各入力ポートに到着する光パワーが前記ディバイ ダーコンパイナ手段の光出力ポートに本質的に線形に分散されるように、前記ネ ットワークの光信号を経路指定するステップを備えたことを特徴とする、光通信 方法。
24. ２４．声、データ、図形、およびビデオ信号を光信号として表現するステップを 備えたことを特徴とする、請求の範囲第２３項に記載の方法。
25. ２５．声、データ、図形、およびビデオから成るセットのサブセットを、光信号 として表現するステップを備えたことを特徴とする、請求の範囲第２３項に記載 の方法。