WO2012147889A1 - 光通信装置及び光経路切替装置及びネットワーク - Google Patents

光通信装置及び光経路切替装置及びネットワーク Download PDF

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高良　秀彦
一茂 米永
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Definitions

  • the present invention relates to an optical communication device having a function of converting a client signal of a client communication device such as a router into an optical signal suitable for transmission over an optical network, and converting a received optical signal into a client signal, and And a network composed of these devices and client communication devices, in particular, distributes client signals according to destinations and communication capacities for each destination, and divides them into a plurality of different central optical frequencies.
  • the present invention relates to an optical communication device including means for converting to an optical signal and outputting, and an optical path switching device and a network including the optical communication device.
  • wavelength division multiplexing networks which utilizes wavelength division multiplexing transmission technology in optical fiber transmission technology to associate optical signal wavelengths with transmission and reception grounds and realize multipoint-to-multipoint optical communications.
  • Such optical wavelength division multiplexing networks connect optical path switching devices called ROADM (Reconfigurable Optical Add Drop Dropplexer) and WXC (Wavelength Cross Connection) with optical fiber.
  • ROADM Reconfigurable Optical Add Drop Dropplexer
  • WXC Widelength Cross Connection
  • a ring-shaped or mesh-shaped optical wavelength division multiplexing network is constructed.
  • a client signal of a client communication device such as a router is converted into an optical signal suitable for transmission on an optical network, and also has a function of converting a received optical signal into a client signal, via an optical communication device called an optical transponder. Connected to the optical path switching device.
  • optical communication is performed between any client communication devices connected to the optical wavelength multiplexing network through a series of processing such as wavelength separation of wavelength-multiplexed optical signals, editing for each destination, and wavelength multiplexing.
  • processing such as wavelength separation of wavelength-multiplexed optical signals, editing for each destination, and wavelength multiplexing.
  • Optical signals in optical wavelength division multiplexing networks that are currently commercially introduced are placed on a frequency grid specified by ITU-T, and the interval between the center frequencies of adjacent optical signals is constant, for example, 100 GHz. is there.
  • the center frequency interval between adjacent optical signals is set according to the requirements of individual optical signals.
  • patent documents 1 and 2 and non-patent documents 1 and 2 have been proposed.
  • WO2010 / 032844 “Variable Bandwidth Communication Device and Bandwidth Variable Communication Method”
  • WO2011 / 030897 Bandwidth variable communication method, band variable communication device, transmission band determination device, transmission band determination method, node device, communication path setting system, and communication path setting method”
  • the network side interface of the optical communication apparatus is as shown in the basic block example of the conventional optical communication apparatus in FIG.
  • the transmission processing unit includes a client reception interface, an optical layer management information processing unit, and an electro-optical conversion unit
  • the reception processing unit includes an opto-electric conversion unit, an optical layer management information processing unit, and a client transmission interface. Only a single optical signal is input / output.
  • FIG. 2 shows an example of a conventional router network.
  • the optical wavelength division multiplexing network which is the router network shown in FIG. 2, assigns one optical frequency (wavelength) between two communication points, and transfers an optical signal along a predesigned path using this optical frequency as a label.
  • the client communication device connected to the optical network accepts the client signal and the network side interface of the optical communication device that is the starting point of the optical communication transmits and receives only a single optical signal. , Meaning point-to-point point-to-point connection.
  • Non-Patent Document 1 an optical communication device capable of adaptively increasing an optical transmission capacity in response to an increase in communication demand of a client communication device has been researched and developed.
  • FIG. 3 such an optical communication apparatus is a system in which the occupied optical spectrum width increases (increases the bit rate of one wavelength or increases the number of subcarriers) as the transmission capacity increases.
  • the adjacent optical spectrum is occupied, the optical frequency needs to be changed, and the service is interrupted.
  • client communication devices such as routers are arranged at a plurality of sites and are responsible for communication between these sites.
  • client communication devices such as routers are arranged at a plurality of sites and are responsible for communication between these sites.
  • the required number of client communication device ports and optical transponders increase with the square of the number of client communication devices, resulting in capital investment costs and maintenance. Increase costs. Therefore, in the conventional router network shown in FIG. 2, the client communication device port and the optical transponder are shared by a plurality of connections between the client communication devices, and the connection between the plurality of client communication devices is routed in the relay client communication device. This problem is avoided by sorting.
  • the route distribution processing of relay client communication devices also increases, and there is concern that future data communication demands cannot be accommodated with realistic device size, power consumption, and device cost. Is spreading.
  • the present invention has been made in view of the above points, and realizes a smooth change in the transmission capacity of an optical communication device, and does not increase the load on the relay client communication device via one port of the client communication device.
  • An object of the present invention is to provide an optical communication device, an optical path switching device, and a network that realize communication with a plurality of client communication devices.
  • An optical communication apparatus converts a client signal input from a client communication apparatus into an optical signal suitable for transmission over an optical network, and converts the received optical signal into a client signal.
  • a communication device A distribution unit that distributes the input client signal into a plurality according to a destination and a communication capacity for each destination;
  • Electro-optical conversion means for converting the distributed client signal into a plurality of optical signals having different central optical frequencies; Wavelength multiplexing means for wavelength-multiplexing and outputting the plurality of optical signals; Means for separating a plurality of wavelength multiplexed optical signals for each wavelength; Photoelectric conversion means for converting the separated optical signal into an electrical signal; Multiple output means for multiplexing a plurality of electrical signals converted by the photoelectric conversion means and outputting the multiplexed electrical signals as electrical signals or converted into optical signals as client signals. It is configured as a characteristic optical communication device.
  • An optical path switching apparatus is an optical path switching apparatus having a function of multiplexing, demultiplexing, inserting, branching, and distributing a wavelength multiplexed signal, and an inserting / branching port includes the optical communication
  • An optical input / output port to the apparatus is provided, and an optical frequency bandwidth for multiplexing, demultiplexing, inserting, branching, and route allocation is configured to be variable according to the optical spectrum width of the optical signal.
  • a network includes an optical wavelength division multiplexing network in which a plurality of the optical path switching devices are connected by a plurality of optical fibers, and a plurality of client communication devices, and the client communication devices are the optical communication devices. It is a network that is connected via an optical communication device provided in an insertion / branching port of a route switching device, and that communicates between arbitrary client communication devices via a wavelength path, The input / output port of the client communication device has means for giving information identifying the destination to the client signal, One input / output port of an arbitrary client communication device is configured to be connected to the input / output ports of an arbitrary plurality of client communication devices via the optical communication device.
  • the client signal is converted into a plurality of optical signals having different central optical frequencies according to the communication capacity of each destination and the destination, which could not be realized by the prior art, and wavelength multiplexing is performed.
  • the arrangement of the center optical frequency of the optical signal carrying the increased traffic can be freely set. It becomes possible to reduce blocking due to spectrum collision with other optical signals.
  • optical communication device for example, even when there is no free optical spectrum on the same route, the optical signal carrying the increased traffic is distributed to another route with free spectrum. This effect can be further enhanced.
  • the client communication device side can be connected to an optical wavelength division multiplexing network using only one input / output port and connected to a plurality of other client communication devices.
  • Multipoint connection can be realized.
  • the number of connection destinations and the transmission capacity between them can be adjusted as needed on the client communication device side.
  • a client communication device such as a router is connected to the optical wavelength division multiplexing network via the minimum number of ports and the optical communication device, and the necessary client communication via the minimum necessary number of relay client communication devices.
  • 1 is a basic functional block diagram of an optical communication device in a first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the example of optical frequency arrangement
  • FIG. 4 is a diagram illustrating basic functional blocks of the optical communication apparatus according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 5 illustrates an example of optical signal frequency arrangement.
  • FIG. 4 includes a transmission processing unit 100 and a reception processing unit 200.
  • the transmission processing unit 100 includes a client reception interface 110 that receives a client signal, a client signal distribution unit 120 that distributes the client signal into a plurality, an optical layer management information processing unit 130 that adds management information to the client signal, and transfers the communication amount It comprises an electro-optical conversion unit 140 that converts an optical signal having a central optical frequency assigned in association with a band and a path sufficient for the purpose, and an optical wavelength multiplexing output unit 150 that wavelength-multiplexes and outputs the converted optical signal.
  • the client reception interface 110 receives a client signal from the client communication device, arranges the format of the received client signal, and outputs the client signal to the client signal distribution unit 120.
  • the client signal received from the client communication device may be an electrical signal or an optical signal.
  • the client signal may be a wavelength multiplexed optical signal obtained by multiplexing a plurality of wavelengths. If the client signal to be received is an optical signal, the client reception interface 110 converts the optical signal into an electrical signal and outputs the electrical signal to the client signal distribution unit 120.
  • FIG. 4 illustrates, as an example, how the client signal input from the client reception interface 110 is distributed into four in the client signal distribution unit 120.
  • the number to be distributed may be set freely, and each communication amount does not need to be the same.
  • the client signal distribution unit 120 distributes an input client signal into a plurality according to a destination and a communication capacity for each destination.
  • Each client signal distributed by the client signal distribution unit 120 is managed by the optical layer management information processing unit 130, for example, as management information (such as OTN (Optical Transport Network) defined by ITU-T® G.709). (Including error correction information).
  • OTN Optical Transport Network
  • ITU-T® G.709 Optical Transport Network
  • the electro-optical conversion unit 140 converts the optical signal into a light signal having a center optical frequency designated by a network accommodation design device (not shown).
  • the amount of traffic and the transfer distance for each distributed client signal are different. Therefore, when converting to an optical signal, the minimum necessary occupation is required according to the communication capacity and transfer distance required to transfer each client signal.
  • the optical layer management information processing unit 130 and the electro-optical conversion unit 140 do not have to be a single device as shown in FIG. 4, and may be a plurality of devices for each distribution unit (in the case of FIG. 4). 4). It should be noted that the use of the optical layer management information processing unit 130 and the electro-optical conversion unit 140 as a single device as shown in FIG. 4 has advantages such as cost reduction and maintenance work amount reduction, for example.
  • a plurality of carriers may be used.
  • the carriers may be arranged adjacent to each other on the optical frequency axis, or may be arranged dispersedly.
  • a modulation scheme that allows spectrum overlap between adjacent carriers such as OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
  • OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing
  • the plurality of carriers are filtered together seamlessly between the carriers, the adverse effect of the filtering constriction effect between the carriers can be ignored.
  • the interval between adjacent carriers may be arranged close to the limit at which spectral overlap does not occur. In this case, since a guard band is unnecessary, the frequency utilization efficiency is increased.
  • Each optical signal output from the electro-optical converter 140 is multiplexed by the optical wavelength multiplexing output unit 150 and output from the output optical fiber 160.
  • an optical coupler, a wavelength selective switch, or the like can be used for the optical wavelength multiplexing output unit 150.
  • the occupied optical frequency width of each optical signal varies depending on the amount of client signals carried by the optical signal and the transfer distance. If a frequency grid stipulated by ITU-T is selected according to the optical signal having the maximum occupied optical frequency width, an optical spectrum is excessively allocated to the optical signal having a narrow occupied optical frequency width, resulting in poor frequency utilization efficiency. Become.
  • Non-Patent Document 1 it is possible to employ a flexible center frequency interval that narrows the center frequency interval between adjacent optical signals to the minimum necessary regardless of the frequency grid. it can.
  • the center frequency interval is designed to ensure necessary transmission quality in consideration of interference between signal spectra, waveform deterioration due to nonlinear optical effects during optical fiber transmission, and the effect of narrowing the signal spectrum by an optical filter.
  • the optical wavelength multiplexing output unit 150 in such a case can use a variable band filter or a variable band wavelength selective switch based on a spatial light modulator such as an optical coupler or LCoS (Liquid Crystal Crystal on Silicon). .
  • an optical amplifier can be arranged to ensure the necessary optical output power.
  • FIG. 5 shows an example of a spectrum in the case of arranging without depending on the frequency grid.
  • a part of the spectrum overlaps, but it is assumed that the spectrum can be separated by using optical OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).
  • the destination identification information includes the MAC address, IP address, port number, VLAN tag, VC identification number, ODU identification information, and other signal identification information included in the client signal. Or a combination of these can be used.
  • the reception processing unit 200 of the optical communication apparatus includes an optical branching unit 220 that guides a wavelength-multiplexed input optical signal to the photoelectric conversion unit 230 in the next stage, and converts the optical signal into an electrical signal.
  • the client signal transmission interface 260 transmits a client signal to the client communication device.
  • the client signal transmitted to the client communication device may be an optical signal or an electrical signal. In the case of an optical signal, the client signal transmission interface 260 converts the electrical signal received from the client signal concentrator 250 into an optical signal.
  • the optical branching unit 220 can be an optical coupler, a wavelength selective switch, or the like.
  • the photoelectric conversion unit 230 includes a single or a plurality of digital coherent receivers having a wavelength tunable local oscillation laser.
  • Digital coherent receiver is based on digital signal processing circuit, separation of wavelength multiplexed signal, demodulation of multilevel signal, demodulation of OFDM signal, separation of polarization multiplexed signal, dispersion compensation, compensation of waveform degradation due to nonlinear optical effect It has functions such as.
  • the optical layer management information processing unit 240 removes the optical layer management information from each electrical signal converted from the optical signal, and the client signal is extracted.
  • Each client signal is collected as a series of client signals in the client signal concentrator 250 and transmitted from the client signal transmission interface 260 to the client communication device.
  • the photoelectric conversion unit 230 and the optical layer management information processing unit 240 do not have to be one device as shown in FIG. 4, and may be a plurality of devices (see FIG. 4). 4 for 4).
  • the client signal is distributed according to the destination and the communication capacity for each destination, and the distributed signal is converted into an optical signal having a different center frequency (electrical-optical).
  • the optical signal is multiplexed and output.
  • the wavelength multiplexed optical signal is branched for each wavelength (for each transmission source), and the branched optical signals are multiplexed and output.
  • FIG. 6 shows a configuration of an optical path switching apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the optical path switching apparatus has N input fibers 10 1 to 10 N and N output fibers 20 1 to 20 N on the network side, and the above-mentioned on the insertion / branching side.
  • the M optical communication devices 30 1 to 30 M having the function of the multi-optical signal output optical communication device shown in the first embodiment of the present invention include M insertion fibers 31 1 to 10 M and M branch fibers 32. 1 to 32 M is connected to the band variable optical switching unit 50. That is, the inserting / branching port includes the input / output port to the optical communication apparatus shown in the first embodiment.
  • the client signals input to the optical communication devices 30 1 to 30 M are converted into a plurality of optical signals having different center optical frequencies, and then input to the band variable optical switching unit 50 to correspond to the allocated center optical frequencies. Then, it is output to a predetermined output fiber 20.
  • the wavelength multiplexed signal input from the input fiber 10 is output to the output fiber 20 or the branch fiber 32 that is determined in advance in association with the assigned center optical frequency. Since a plurality of optical signals that are input to or output from the optical communication device 30 have different optical spectrum widths, the band variable optical switching unit 50 inserts between the input and branch fibers and inserts each optical signal.
  • -It has a function to change the bandwidth of the optical frequency switching window so as to provide an optical frequency switching window having an optimum width between the output fibers.
  • FIG. 7 is a configuration example of an optical path switching apparatus having such a band variable optical switching function.
  • the band variable wavelength selective switch 12 is an optical switch having N input ports and one output port, and outputs an arbitrary optical signal among a plurality of wavelength multiplexed optical signals input from a certain input port to an output port. can do.
  • the switchable optical frequency width can be changed.
  • Such a band-tunable wavelength selective switch 12 is disclosed in, for example, a document “G.
  • the wavelength selective switch that is connected to the output fiber 20 with, among the input fiber 10 and inserting branch side optical signal input from the band tunable wavelength selective switches 13 1, only the output fibers 20 predetermined light signal Can be output.
  • variable bandwidth optical switching unit 50 is not limited to the configuration illustrated in FIG. 7.
  • the network according to the third embodiment includes an optical wavelength division multiplexing network in which a plurality of optical path switching devices are connected by a plurality of optical fibers, and a plurality of client communication devices, and the client communication device is the optical path switching device.
  • This is an example of a network that is connected via an optical communication device provided in an add / drop port and performs communication between arbitrary client communication devices via a wavelength path.
  • FIG. 8 shows the amount of communication between client communication devices assumed as an example.
  • FIG. 9 shows an example in which the band variable optical switching device 50 including the multi-optical signal output optical communication device 30 shown in the first embodiment is connected in a ring shape by an optical fiber 60. Yes.
  • the client communication devices A, B, C, and D can communicate with each other by connecting the input / output port and the optical communication device 30.
  • the bandwidth variable optical switching unit 50 is connected in a ring shape, but the network connection configuration of the present invention is not limited to the ring network, and the bandwidth variable optical switching device is a straight line. May be connected in a mesh, connected in a mesh, or a combination of straight lines, rings, and meshes, and can be applied to a network of any topology.
  • one optical fiber 60 is drawn between the optical path switching devices, but this is shown by omitting a pair of upstream and downstream optical fibers.
  • the optical signal a pair of upstream and downstream optical signals are omitted by using double-ended arrows.
  • the input / output ports of the client communication devices A, B, C, and D are provided with means for adding information for identifying the destination to the client signal.
  • the client communication device A will be described as an example.
  • a client signal 100 Gb / s for the client communication device B From the input / output port of the client communication device A, a client signal 100 Gb / s for the client communication device B, a client signal 100 Gb / s for the client communication device C, and a client signal 200 Gb / s for the client communication device D Is output.
  • the optical communication device 30A in which the variable bandwidth optical switching unit 50A is mounted distributes client signals for each destination, assigns management information, and then has a specified center optical frequency and is necessary for transferring each client signal. Depending on the capacity and transfer distance, it is converted into an optical signal having an appropriate baud rate, multi-value number, and number of carriers, wavelength-multiplexed, and input to the band variable optical switching unit 50A.
  • Each optical signal is output to an output optical fiber corresponding to the assigned center optical frequency in the band variable optical switching unit 50A.
  • the optical signal traveling from the optical communication device A to C is not processed by the client communication device B but is switched by the band variable optical switching unit 50B and reaches the band variable optical switching unit 50C. For this reason, the processing load of the client communication apparatus B does not increase.
  • the number of client communication device interfaces and optical communication devices can be single or minimized, and low cost and low power consumption can be realized.

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Abstract

　光通信装置は、送信側で、クライアント信号を宛先と宛先毎の通信容量に応じて振り分け、振り分けた信号を中心周波数の異なる光信号に電気光変換し、光信号を多重して出力し、受信側では、波長多重光信号を波長毎（送信元毎）に分岐し、分岐した光信号を電気信号に光電気変換し、電気信号を多重して出力する。また、光経路切替装置の挿入分岐ポートが、当該光通信装置への入出力ポートを具備し、光周波数帯域幅を光信号の光スペクトル幅に応じて可変とする。また、これらの光通信装置、光経路切替装置を用いたネットワークを構築する。

Description

光通信装置及び光経路切替装置及びネットワーク
　本発明は、ルータ等のクライアント通信装置のクライアント信号を、光ネットワークで転送するのに適した光信号に変換するとともに、受信した光信号をクライアント信号に変換する機能を有する光通信装置、及びこれを具備した光経路切替装置、及びこれらの装置とクライアント通信装置から構成されるネットワークに係り、特に、クライアント信号を宛先と宛先毎の通信容量に応じて振り分け、それらを中心光周波数の異なる複数の光信号に変換して出力する手段を具備する光通信装置及びこれを具備した光経路切替装置とネットワークに関する。
　光ファイバ伝送技術における波長多重伝送技術を活用し、光信号の波長を送受信対地に対応付け、複数地点対複数地点の光通信を実現する、波長多重ネットワークの商用導入が始まっている。このような光波長多重ネットワークは、ROADM（Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer：再構成可能光挿入分岐多重装置）やWXC（Wavelength Cross-connect：波長クロスコネクト装置）と呼ばれる光経路切替装置を光ファイバで接続して、リング形状やメッシュ形状の光波長多重ネットワークを構築している。ルータ等のクライアント通信装置のクライアント信号は、光ネットワークで転送するのに適した光信号に変換するとともに、受信した光信号をクライアント信号に変換する機能を有する、光トランスポンダと呼ばれる光通信装置を介して、光経路切替装置に接続される。光経路切替装置において、波長多重された光信号を波長分離し、行き先毎に編集し、波長多重するといった一連の処理により、光波長多重ネットワークに接続された任意のクライアント通信装置間で光通信を実現している。現在商用導入されている光波長多重ネットワークにおける光信号は、ITU-Tで規定されている周波数グリッド上に配置され、隣接する光信号の中心周波数の間隔は、例えば100 GHzなどのように一定である。
　一方、異なる帯域の光信号や伝送距離の異なる光信号を、周波数利用効率の観点からより効率的に収容するために、隣接する光信号の中心周波数間隔を、個々の光信号の要求条件に応じて適切に調整する、エラスティック光パスネットワークが提案されている（例えば、特許文献１、２、非特許文献１，２参照）。
ＷＯ２０１０／０３２８４４「帯域可変通信装置及び帯域可変通信方法」 ＷＯ２０１１／０３０８９７「帯域可変通信方法、帯域可変通信装置、伝送帯域決定装置、伝送帯域決定方法、ノード装置、通信路設定システム、及び通信路設定方法」
神野正彦、高良秀彦、バルトロメルコシッツキ「ダイナミックで帯域スケーラブルな光ネットワークとその実現技術」電子情報通信学会　和文論文誌 Vol. J93-B No.3, pp.403-411, 2010. M. Jinno, H. Takara, B. Kozicki, Y. Tsukishima, Y. Sone, and S. Matsuoka, "Spectrum-Efficient and Scalable Elastic Optical Path Network: Architecture, Benefits, and Enabling Technologies," IEEE Commun. Mag., Vol. 47, Issue 11, pp. 66-73, 2009.
　隣接光信号の周波数間隔が一定、可変に関わらず、従来提案されている光波長多重ネットワークにおいては、光通信装置のネットワーク側インタフェースは、図１の従来の光通信装置の基本ブロック例に示すように、送信処理部は、クライアント受信インタフェース、光レイヤ管理情報処理部、電気光変換部から構成され、また、受信処理部は、光電気変換部、光レイヤ管理情報処理部、クライアント送信インタフェースから構成され、単一の光信号のみを入出力する。図２は、従来のルータ網の例を示す。図２に示すルータ網である光波長多重ネットワークは、通信を行う２地点間に一つの光周波数（波長）を割り当て、この光周波数をラベルとして予め設計された経路に沿って光信号を転送する仕組みを採用しているので、クライアント信号を収容し、その光通信の起点となる光通信装置のネットワーク側インタフェースが単一光信号のみを送受することは、光ネットワークに接続されたクライアント通信装置が、ポイント・ツー・ポイントの２地点間接続であることを意味する。
　まず、従来の光通信装置が単一の光信号のみを入出力することに起因する課題を説明する。非特許文献１で述べられているように、クライアント通信装置の通信需要の増加に応じて適応的に光伝送容量を増加できる光通信装置が研究開発されている。このような光通信装置は、伝送容量の増加に応じて、占有する光スペクトル幅が増加する（１波長のビットレートを増やす、または、サブキャリア数を増やす）システムにおいて、図３に示すように、隣接光スペクトルが占有されている場合、その光周波数を変更する必要が生じ、その際にサービス断が生じる。クライアント通信装置の通信需要の増加した際に、光信号に隣接する光スペクトルに空きがあればよいが、他の光信号により、隣接する光スペクトルが占有されている場合は、他の光信号の光周波数を変更しなければ、伝送容量増加ができない。一般的に光信号の光周波数を変更するには、サービス断が伴い、サービス品質の劣化が免れない。
　次にクライアント通信装置間の接続がポイント・ツー・ポイント接続であることに起因するネットワーク的な課題を説明する。
　一般に、ルータ等のクライアント通信装置は複数拠点に配置され、それら拠点間の通信を担う。クライアント通信装置間をポイント・ツー・ポイントの光信号でフルメッシュ接続する場合、必要なクライアント通信装置ポートの数と光トランスポンダの数は、クライアント通信装置数の自乗で増加し、設備投資コストと保守コストを押し上げる。このため、図２に示す従来のルータ網等では、クライアント通信装置ポートと光トランスポンダをクライアント通信装置間の複数のコネクションで共有し、複数のクライアント通信装置間コネクションは、中継クライアント通信装置において経路を振り分けることで、この問題を回避している。しかし、データ通信量の増大により、中継クライアント通信装置の経路振り分け処理も増大し、将来のデータ通信需要を現実的な装置サイズ、消費電力、装置コストで収容できなくなるのではないか、との懸念が広がっている。
　本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、光通信装置の伝送容量の円滑な変更を実現すると共に、中継クライアント通信装置の負荷の増大を生じることなくクライアント通信装置の一つのポートを介して複数のクライアント通信装置との通信を実現する光通信装置及び光経路切替装置及びネットワークを提供することを目的とする。
　本発明の実施形態に係る光通信装置は、クライアント通信装置から入力されたクライアント信号を、光ネットワークで転送するのに適した光信号に変換するとともに、受信した光信号をクライアント信号に変換する光通信装置であって、
　前記入力されたクライアント信号を、宛先と宛先毎の通信容量に応じて複数に振り分ける振り分け手段と、
　振り分けられたクライアント信号を中心光周波数が異なる複数の光信号に変換する電気光変換手段と、
　前記複数の光信号を波長多重して出力する波長多重手段と、
　波長多重された複数の波長多重光信号を波長毎に分離する手段と、
　前記分離された光信号を電気信号に変換する光電気変換手段と、
　前記光電気変換手段で変換された複数の電気信号を多重し、当該多重した電気信号を、電気信号のまま、もしくは光信号に変換してクライアント信号として出力する多重出力手段と、を有することを特徴とする光通信装置として構成される。
　また、本発明の実施形態に係る光経路切替装置は、波長多重信号を、多重、分離、挿入、分岐、方路振り分けする機能を有する光経路切替装置であり、挿入分岐ポートが、前記光通信装置への入出力ポートを具備し、多重、分離、挿入、分岐、方路振り分けする光周波数帯域幅は光信号の光スペクトル幅に応じて可変であるように構成される。
　さらに、本発明の実施形態に係るネットワークは、複数の前記光経路切替装置が複数の光ファイバで接続された光波長多重ネットワークと、複数のクライアント通信装置を有し、該クライアント通信装置が該光経路切替装置の挿入分岐ポートに備えられた光通信装置を介して接続され、任意のクライアント通信装置間が波長パスにより通信を行うネットワークであり、
　前記クライアント通信装置の入出力ポートは、宛先を識別する情報をクライアント信号に付与する手段を有し、
　任意のクライアント通信装置の一つの入出力ポートは、前記光通信装置を介して、任意の複数のクライアント通信装置の前記入出力ポートに接続されるように構成される。
　本発明の実施形態に係る光通信装置によれば、従来技術では実現できなかった、宛先と宛先毎の通信容量に応じてクライアント信号を中心光周波数の異なる複数の光信号に変換し、波長多重して出力する機能を持たせることにより、同一対地向けのクライアント信号の通信量が増加した際には、増加したトラフィックを運ぶ光信号の中心光周波数の配置を自由に設定でき、これにより、既存の他の光信号とのスペクトル衝突によるブロッキングを低減することが可能になる。
　また、上記の光通信装置と光経路切替装置と組み合わせることにより、例え、同一経路に光スペクトルの空きがない場合でも、増加したトラフィックを運ぶ光信号をスペクトルに空きのある別の経路に振り分けることで、一層、この効果を高めることができる。
　さらに、クライアント信号の宛先に応じて異なる中心光周波数に設定すれば、クライアント通信装置側は一つの入出力ポートを用いて、光波長多重ネットワークに接続するだけで、他の複数のクライアント通信装置との多地点接続が実現できる。接続先の数とその間の伝送容量は、クライアント通信装置側の必要に応じて調整可能である。これにより、ルータ等のクライアント通信装置は、必要最小限の数のポートと光通信装置を介して光波長多重ネットワークに接続され、必要最小限の中継クライアント通信装置を経由して、必要なクライアント通信装置間の接続を実現することになり、ネットワーク全体の装置コストと運用コスト、消費電力を大幅に削減することが可能になる。
従来の光通信装置の基本機能ブロック図である。 従来のルータ網の例を示す図である。 従来の問題点を示す図である。 本発明の第1の実施の形態における光通信装置の基本機能ブロック図である。 光通信装置における光周波数配置例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態における光経路切替装置の基本機能ブロック図である。 本発明の第２の実施の形態における光経路切替装置の構成例である。 本発明の第３の実施の形態において例として用いるクライアント通信装置間の通信量を示す図である。 本発明の第３の実施の形態におけるネットワークの構成図である。
　以下図面と共に、本発明の実施の形態を説明する。
　［第１の実施の形態］
　図４は、本発明の第１の実施の形態における光通信装置の基本機能ブロックを説明した図であり、図５は光信号周波数配置例を示す。
　図４に示す本発明の第１の実施の形態における光通信装置は、送信処理部１００と受信処理部２００からなる。
　送信処理部１００は、クライアント信号を受信するクライアント受信インタフェース１１０と、クライアント信号を複数に振り分けるクライアント信号振り分け部１２０、クライアント信号に管理情報を付加する光レイヤ管理情報処理部１３０、その通信量を転送するに十分な帯域と経路に対応づけて割り当てた中心光周波数を持つ光信号に変換する電気光変換部１４０、変換された光信号を波長多重して出力する光波長多重出力部１５０からなる。
　クライアント受信インタフェース１１０は、クライアント通信装置からクライアント信号を受信し、受信したクライアント信号の形式等を整えて、クライアント信号振り分け部１２０に出力する。クライアント通信装置から受信するクライアント信号は電気信号でも光信号でも、いずれでもよい。また、クライアント信号が複数の波長を多重した波長多重光信号であってもよい。なお、受信するクライアント信号が光信号である場合、クライアント受信インタフェース１１０は、光信号を電気信号に変換して、クライアント信号振り分け部１２０に出力する。
　図４では、例として、クライアント受信インタフェース１１０から入力されたクライアント信号がクライアント信号振り分け部１２０において４つに振り分けられている様子を説明している。振り分けられる数は自由に設定してよく、また各通信量も同一である必要はない。クライアント信号振り分け部１２０は、宛先と宛先毎の通信容量に応じて、入力されたクライアント信号を複数に振り分ける。
　クライアント信号振り分け部１２０で振り分けられた各クライアント信号は、光レイヤ管理情報処理部１３０において、例えば、ITU-T G.709で規定されているOTN(Optical Transport Network)で用いられるような管理情報（誤り訂正情報を含む）を付与される。その後、電気光変換部１４０において、ネットワーク収容設計装置（図示せず）により指定された中心光周波数を持つ光信号に変換される。一般に、振り分けられたクライアント信号毎の通信量と転送距離は異なるので、光信号への変換においては、各クライアント信号を転送するのに必要な通信容量と転送距離に応じて、必要最小限の占有スペクトル幅となるように、適切なボーレート、多値数、キャリア数、変調方式、偏波多重方式が選択される。光レイヤ管理情報処理部１３０ならびに、電気光変換部１４０は、図４のように１台の装置である必要はなく、振り分け単位毎に複数台の装置であってもよい（図４の場合は４台）。なお、光レイヤ管理情報処理部１３０ならびに、電気光変換部１４０を、図４のようにそれぞれ１台の装置とすることにより、例えば、コスト低減、保守作業量の低減といった利点がある。
　必要な光信号の伝送容量を確保するためには、複数のキャリアを用いてもよい。その場合、各キャリアは光周波数軸上に隣接して配置してもよいし、分散させて配置しても良い。複数のキャリアを隣接して配置する場合には、OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）のように隣接キャリア間のスペクトル重なりを許容する変調方式を利用することもできる。また、Nyquist WDM方式のように、複数キャリア間のスペクトル重なりを許容しない場合であっても、光信号が経由する光ノード装置が、非特許文献１で説明されているような帯域可変ROADM/WXCである場合には、これら複数のキャリアは、キャリア間を継ぎ目なく一括してフィルタリングされるので、キャリア間のフィルタリング狭窄効果の悪影響は無視できる。その結果、隣接キャリア間の間隔はスペクトル重なりが生じない限界まで近づけて配置してもよく、この場合ガードバンドが不要なので周波数利用効率が高くなる。
　同じ通信容量であっても、転送距離が異なる場合には、転送距離が短いクライアント信号に対応する光信号への変換には、16-QAMや64-QAMのような多値度が高く周波数利用効率が高い変調方式を採用し、転送距離が長いクライアント信号に対応する光信号への変換には、BPSK(Binary Phase Shift Keying)やQPSK(Quadrature Phase Shift keying)などのように多値度が低くＳＮＲ耐力に優れた変調方式を採用することもできる。同じ伝送容量であれば、周波数利用効率が高い変調方式を採用すれば、生成された光信号の占有スペクトル幅は狭くなる。
　電気光変換部１４０から出力された各光信号は、光波長多重出力部１５０で多重化されて、出力光ファイバ１６０から出力される。光波長多重出力部１５０には、光カップラ、波長選択スイッチなどを用いることができる。一般に、各光信号の占有光周波数幅は、光信号が運ぶクライアント信号の量と転送距離により異なる。最大の占有光周波数幅を持つ光信号に合わせてITU－T規定の周波数グリッドを選定すると、狭い占有光周波数幅をもつ光信号には過度に光スペクトルを割り当てることになり、周波数利用効率が悪くなる。このような場合には、非特許文献１で説明されているように、周波数グリッドに関係なく隣接光信号間の中心周波数間隔を必要最小限まで狭くする、柔軟な中心周波数間隔を採用することができる。中心周波数間隔は、信号スペクトル間の干渉、光ファイバ伝送中の非線形光学効果による波形劣化、光フィルタによる信号スペクトルの狭窄化の効果を勘案して、必要な伝送品質を確保できるように設計する。また、このような場合の光波長多重出力部１５０には、光カップラやLCoS（Liquid Crystal on Silicon）などのような空間光変調素子に基づく帯域可変フィルタや帯域可変波長選択スイッチを用いることができる。また、必要に応じて、光増幅器を配置して、必要な光出力パワーを確保することができる。図５は、周波数グリッドに依存せず配置する場合のスペクトルの例を示している。図５の（ｅ）では、スペクトルの一部がオーバラップしているが、光OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）の利用により分離できることを想定している。
　クライアント信号を宛先毎に振り分けることが必要な場合は、宛先識別情報としては、クライアント信号に含まれるＭＡＣアドレス、ＩＰアドレス、ポート番号、ＶＬＡＮタグ、ＶＣ識別番号、ＯＤＵ識別情報、その他の信号識別情報、あるいはこれらの組み合わせを用いることができる。
　本発明の第１の実施の形態における光通信装置の受信処理部２００は、波長多重された入力光信号を次段の光電気変換部２３０へ導く光分岐部２２０と、光信号を電気信号に変換する光電気変換部２３０、変換された信号からクライアント信号を抽出する光レイヤ管理情報処理部２４０、変換された複数系列のクライアント信号をひとつの電気信号にまとめるクライアント信号集線部２５０、まとめられたクライアント信号をクライアント通信装置に送信するクライアント信号送信インタフェース２６０、からなる。なお、クライアント通信装置に送信するクライアント信号は、光信号でもよいし、電気信号でもよい。光信号の場合、クライアント信号送信インタフェース２６０が、クライアント信号集線部２５０から受信する電気信号を光信号に変換する。
　光分岐部２２０には、光カップラ、波長選択スイッチなどを用いることができる。光電気変換部２３０には、波長可変局部発振レーザーを有する、単一あるいは複数のディジタルコヒーレント受信器から構成される。ディジタルコヒーレント受信器は、ディジタル信号処理回路をベースとした、波長多重信号の分離、多値信号の復調、OFDM信号の復調、偏波多重信号の分離、分散補償、非線形光学効果による波形劣化の補償などの機能を有する。光信号から変換された各電気信号は、光レイヤ管理情報処理部２４０において、光レイヤの管理情報を取り除かれ、クライアント信号が抽出される。各クライアント信号は、クライアント信号集線部２５０において一系列のクライアント信号としてまとめられ、クライアント信号送信インタフェース２６０からクライアント通信装置に向けて送信される。送信処理部１００と同様に、光電気変換部２３０ならびに光レイヤ管理情報処理部２４０は、図４のようにそれぞれ１台の装置である必要はなく、複数台の装置であってもよい（図４の場合は４台）。
　上記のように、本実施の形態では、送信処理部１００側で、クライアント信号を宛先と宛先毎の通信容量に応じて振り分け、振り分けた信号を中心周波数の異なる光信号に変換（電気－光）し、光信号を多重して出力する。そして、受信処理部２００側で、波長多重光信号を波長毎（送信元毎）に分岐し、分岐した光信号を多重して出力する。これにより、同一対地向けクライアント信号の通信量が増加しても、中心光周波数を自由に設定できるため、既存の他の光信号とのスペクトル衝突によるブロッキングを低減した上で収容することができる。また、クライアント信号の宛先に応じて異なる中心周波数を設定することで、クライアント通信装置は一つの入出力ポートで多地点接続が可能となる。
　[第２の実施の形態]
　次に本発明の第２の実施の形態による光経路切替装置の構成を図６に示す。
　本発明の第２の実施の形態による光経路切替装置は、ネットワーク側においては、Ｎ本の入力ファイバ１０１～１０NとＮ本の出力ファイバ２０１～２０N、挿入分岐側においては、前述の第１の実施の形態で示した多光信号出力光通信装置の機能を有するＭ台の光通信装置３０１～３０MがＭ本の挿入ファイバ３１１～１０MとＭ本の分岐ファイバ３２１～３２Mを介して、帯域可変光切り替え部５０に接続される。すなわち、挿入分岐ポートが、第１の実施の形態で示した光通信装置への入出力ポートを具備する。
　光通信装置３０１～３０Mに入力されたクライアント信号は、異なる中心光周波数を持つ複数の光信号に変換された後、帯域可変光切り替え部５０に入力され、割り当てられた中心光周波数に対応づけて予め決められた出力ファイバ２０に出力される。入力ファイバ１０から入力した波長多重信号は、割り当てられた中心光周波数に対応づけて予め決められた出力ファイバ２０、あるいは分岐ファイバ３２に出力される。光通信装置３０に対して入力、あるいは出力する複数の光信号においては、その光スペクトル幅がそれぞれ異なるので、帯域可変光切り替え部５０は、各光信号に対して、入力・分岐ファイバ間ならびに挿入・出力ファイバ間に最適な幅の光周波数スイッチング窓を提供できるように、光周波数スイッチング窓の帯域を変更できる機能を持つ。
　図７はこのような帯域可変光切り替え機能を具備する光経路切替装置の一構成例である。複数の光通信装置３０の挿入ファイバ３１は帯域可変波長選択スイッチ１３１にて波長多重された後、光カップラ１１を介して、出力側に配置された帯域可変波長選択スイッチ１２に分配される。帯域可変波長選択スイッチ１２は、Ｎ本の入力ポートと１本の出力ポートを有する光スイッチであり、ある入力ポートから入力した複数の波長多重光信号のうち、任意の光信号を出力ポートに出力することができる。また、スイッチできる光周波数幅を変更することができる。このような帯域可変波長選択スイッチ１２は、例えば、文献「G. Baxter et al., "Highly Programmable Wavelength Selective Switch Based on Liquid Crystal on Silicon Switching Elements," Proc. OFC/NFOEC 2006, OTuF2, 2006.」に示すような光空間変調素子と回折格子を組み合わせることで実現できる。
　従って、ある出力ファイバ２０に接続された波長選択スイッチは、入力ファイバ１０ならびに挿入分岐側の帯域可変波長選択スイッチ１３１から入力した光信号のうち、予め設定された光信号のみを出力ファイバ２０に出力することができる。
　このような機能により、ある光通信装置３０１から挿入された波長多重光信号は、割り当てられた中心光周波数に応じて、予め設定された出力ファイバ２０に出力されることが可能になる。帯域可変光切り替え部５０の構成は、図７に例示した構成に限られることはなく、例えば、文献「S. Gringeri, et al., "Flexible Architectures for Optical Transport Nodes and Networks," IEEE Commun. Mag., Vol. 48, Issue. 7, pp. 40-50, 2010.」に説明されているノード装置構成中のスイッチ素子に帯域可変機能を付与した構成でも、本発明の実施の形態における帯域可変光切り替え機能として用いることができる。
　[第３の実施の形態]
　次に本発明の第３の実施形態によるネットワークの構成を説明する。第３の実施形態によるネットワークは、複数の光経路切替装置が複数の光ファイバで接続された光波長多重ネットワークと、複数のクライアント通信装置から構成され、該クライアント通信装置が該光経路切替装置の挿入分岐ポートに備えられた光通信装置を介して接続され、任意のクライアント通信装置間が波長パスにより通信を行うネットワークの例である。
　図８に、例として想定するクライアント通信装置間の通信量を示す。図９には、第１の実施の形態で示した多光信号出力光通信装置３０を具備した帯域可変光切替装置５０が、光ファイバ６０によって、リング状に接続されている例が示されている。
　各クライアント通信装置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、入出力ポートと光通信装置３０を接続することで、相互に通信可能である。図９のネットワークでは、帯域可変光切り替え部５０がリング状に接続されているが、本発明のネットワークの接続構成は、リング状のネットワークに限定されるものではなく、帯域可変光切替装置が直線状に接続されても、メッシュ状に接続されても、直線、リング、メッシュの組み合わせでもよく、任意のトポロジのネットワークに適用できる。
　また、図では簡単のため、光ファイバ６０は光経路切替装置間に１本描かれているが、これは上り下りの１対の光ファイバを省略して記載してある。また、光信号についても、上り下りの１対の光信号が両端矢印を用いて省略して記載してある。
　クライアント通信装置Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの入出力ポートは宛先を識別する情報をクライアント信号に付与する手段を具備している。
　以下に、クライアント通信装置Ａを例に説明する。
　クライアント通信装置Ａの入出力ポートからは、クライアント通信装置Ｂ向けのクライアント信号100 Gb/sと、クライアント通信装置Ｃ向けのクライアント信号100 Gb/s、クライアント通信装置Ｄ向けのクライアント信号200 Gb/sが出力される。帯域可変光切り替え部５０Ａの実装された光通信装置３０Ａは、宛先毎にクライアント信号を振り分け、管理情報を付与した後、指定された中心光周波数を持ち、各クライアント信号を転送するに必要な通信容量と転送距離に応じて、適切なボーレート、多値数、キャリア数を有する光信号に変換され、波長多重されて、帯域可変光切り替え部５０Ａに入力される。各光信号は、帯域可変光切り替え部５０Ａにおいて、付与された中心光周波数に応じた出力光ファイバへ出力される。光通信装置ＡからＣへ向かう光信号は、クライアント通信装置Ｂで処理されるのではなく、帯域可変光切り替え部５０Ｂで切り替えられて、帯域可変光切り替え部５０Ｃに到達する。このため、クライアント通信装置Ｂの処理負荷が増えることはない。
　また、本発明により、クライアント通信装置インタフェースと光通信装置の数を単一または最小化することができ、低コスト、低消費電力を可能にする。
　なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。
　本国際出願は２０１１年４月２７日に出願した日本国特許出願２０１１－０９９８３０号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０１１－０９９８３０号の全内容を本国際出願に援用する。
１０　入力光ファイバ
２０　出力光ファイバ
３０　光通信装置
３１　挿入光ファイバ
３２　分岐光ファイバ
５０　帯域可変光切り替え部
６０　光ファイバ
１００　送信処理部
１１０　クライアント受信インタフェース
１２０　クライアント信号振り分け部
１３０　光レイヤ管理情報処理部
１４０　電気光変換部
１５０　光波長多重出力部
１６０　光ファイバ
２００　受信処理部
２１０　光ファイバ
２２０　光分岐部
２３０　光電気変換部
２４０　光レイヤ管理情報処理部
２５０　クライアント信号集線部
２６０　クライアント送信インタフェース

Claims (4)

  1. 　クライアント通信装置から入力されたクライアント信号を、光ネットワークで転送するのに適した光信号に変換するとともに、受信した光信号をクライアント信号に変換する光通信装置であって、
    　前記入力されたクライアント信号を、宛先と宛先毎の通信容量に応じて複数に振り分ける振り分け手段と、
    　振り分けられたクライアント信号を中心光周波数が異なる複数の光信号に変換する電気光変換手段と、
    　前記複数の光信号を波長多重して出力する波長多重手段と、
    　波長多重された複数の波長多重光信号を波長毎に分離する手段と、
    　前記分離された光信号を電気信号に変換する光電気変換手段と、
    　前記光電気変換手段で変換された複数の電気信号を多重し、当該多重した電気信号を、電気信号のまま、もしくは光信号に変換してクライアント信号として出力する多重出力手段と、
    を有することを特徴とする光通信装置。
  2. 　前記電気光変換手段は、
    　前記光信号の伝送すべき距離と通信容量に応じて、必要最小限の占有スペクトル幅となるように変調方式を選択する手段を含む
    請求項１記載の光通信装置。
  3. 　波長多重信号を、多重、分離、挿入、分岐、方路振り分けする機能を有する光経路切替装置であって、
    　挿入分岐ポートが、請求項１又は２に記載の光通信装置への入出力ポートを具備し、多重、分離、挿入、分岐、方路振り分けする光周波数帯域幅は光信号の光スペクトル幅に応じて可変である
    ことを特徴とする光経路切替装置。
  4. 　複数の光経路切替装置が複数の光ファイバで接続された光波長多重ネットワークと、複数のクライアント通信装置から構成され、該クライアント通信装置が該光経路切替装置の挿入分岐ポートに備えられた光通信装置を介して接続され、任意のクライアント通信装置間が波長パスにより通信を行うネットワークであって、
    　前記クライアント通信装置の入出力ポートは、
    　宛先を識別する情報をクライアント信号に付与する手段を有し、
    　前記光経路切替装置は、
    　請求項３に記載の装置であり、
    　任意のクライアント通信装置の一つの入出力ポートは、請求項１又は２に記載の光通信装置を介して、任意の複数のクライアント通信装置の前記入出力ポートに接続される、
    ことを特徴とするネットワーク。
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