JP2006325027A - Computer node coupling network system - Google Patents
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Abstract
Description
複数の計算機ノードと少なくとも１台の管理端末ノードで構成され、これら計算機ノードが互いに協調して相互にデータなどを処理する計算機ノード結合ネットワークシステムに関する。 The present invention relates to a computer node coupled network system that includes a plurality of computer nodes and at least one management terminal node, and these computer nodes cooperate with each other to process data and the like.
パーソナルコンピュータ（以下、計算機ノードと呼ぶ）は、ＣＰＵの高速化、メモリの大容量化が急速に進み、その性能向上は著しい。また通信ネットワークにおいても、通信の高速化・大容量化が進んでいる。このような各技術の進歩に伴って、１台の計算機ノードのみでは膨大な計算機時間を要する計算機問題に対して、複数の計算機ノードをネットワーク（結合網）を介して接続し、各計算機ノードでプロセスを分担しながら計算機問題を処理する、いわゆる並列コンピューティング技術が科学計算などの分野で活用され始めている。 Personal computers (hereinafter referred to as “computer nodes”) are rapidly increasing in CPU speed and memory capacity, and their performance is significantly improved. In communication networks, communication speeds and capacities are increasing. With the advancement of each technology, multiple computer nodes are connected via a network (connection network) to a computer problem that requires a large amount of computer time with only one computer node. So-called parallel computing technology, which handles computer problems while sharing processes, is beginning to be used in fields such as scientific computing.
光の高速・広帯域性を利用して構成した計算機ノード結合ネットワークシステムとして、図１７のように複数の計算機ノードを、入力する光信号の波長によって出力ポートが異なる波長ルーティング特性をもつ光デバイスを介して結合したシステムがある（非特許文献１参照）。図１７では図の簡略化のために、計算機ノード数が４の場合を示している。ただし、計算機ノード結合ネットワークシステムの管理を担う管理端末ノードは省略してある。また、前記光デバイスとしては、例えば石英系のアレイ導波路回折格子がある。 As a computer node coupled network system configured by utilizing high-speed and broadband optical properties, a plurality of computer nodes are connected via optical devices having wavelength routing characteristics in which output ports differ depending on the wavelength of an input optical signal as shown in FIG. (See Non-Patent Document 1). FIG. 17 shows a case where the number of computer nodes is 4 for simplification of the drawing. However, the management terminal node responsible for managing the computer node coupled network system is omitted. The optical device includes, for example, a quartz-based arrayed waveguide diffraction grating.
図１７に示す計算機ノード結合ネットワークシステムは、
送信部に波長可変光源を具備した光送受信器１００１−１〜１００１−４を有する、計算機ノード１０００−１〜１０００−４と、４つの入力ポート１００３−１〜１００３−４および４つの出力ポート１００４−１〜１００４−４を有する４×４のアレイ導波路回折格子１００２とを備え、上記光信号送受信器１００１−１〜１００１−４の光送信部と上記入力ポート１００３−１〜１００３−４とがそれぞれ光導波路１００５−１〜１００５−４で接続され、上記光信号送受信器１００１−１〜１００１−４の光受信部と上記出力ポート１００４−１〜１００４−４とがそれぞれ光導波路１００６−１〜１００６−４で接続される。
The computer node coupled network system shown in FIG.
Computer nodes 1000-1 to 1000-4, four input ports 1003-1 to 1003-4, and four output ports 1004 having optical transceivers 1001-1 to 1001-4 each having a wavelength tunable light source in the transmission unit. 4 × 4 arrayed
表１は、アレイ導波路回折格子１００２の入出力ポートと波長の関係を示した波長ルーティング特性表である。例えばλ３の光信号がそれぞれ入力ポート１００３−１、１００３−３に入力したとき、これら光信号は表１に従ってそれぞれ出力ポート１００４−３、１００４−１に出力される。 Table 1 is a wavelength routing characteristic table showing the relationship between the input and output ports of the arrayed waveguide grating 1002 and the wavelength. For example, when optical signals of λ3 are input to the input ports 1003-1 and 1003-3, these optical signals are output to the output ports 1004-3 and 1004-1, respectively, according to Table 1.
図１７に示す計算機ノード結合ネットワークシステムの動作について以下に簡単に説明する。計算機ノード結合ネットワークシステムにおいて、計算機ノード１０００−１が計算機ノード１０００−４にデータ信号を送る場合、計算機ノード１０００−１は、光信号送受信器１００１−１に具備された波長可変光源の波長をλ４に設定したのちにデータ信号を送出する。計算機ノード１０００−１から送出されたλ４のデータ信号は、アレイ導波路回折格子１００２によって表１に基づいて波長ルーティングされ、計算機ノード１０００−４の光送受信器１００１−４の光受信部に到達する。ただし計算機ノード１０００−１は、計算機ノード１０００−４に前記データ信号を送出する前に、計算機ノード１０００−４が計算機ノード１０００−１から前記データ信号を受信できる状態にあることを管理端末ノードに確認している。逆に、計算機ノード１０００−４がデータ信号を受信できない状態である場合には、計算機ノード１０００−１は計算機ノード１０００−４が受信できる状態になってからデータ信号を送信する。 The operation of the computer node coupled network system shown in FIG. 17 will be briefly described below. In the computer node coupled network system, when the computer node 1000-1 sends a data signal to the computer node 1000-4, the computer node 1000-1 sets the wavelength of the wavelength tunable light source provided in the optical signal transceiver 1001-1 to λ4. The data signal is sent after setting to. The data signal of λ4 transmitted from the computer node 1000-1 is wavelength-routed based on Table 1 by the arrayed waveguide diffraction grating 1002, and reaches the optical receiver of the optical transceiver 1001-4 of the computer node 1000-4. . However, the computer node 1000-1 informs the management terminal node that the computer node 1000-4 can receive the data signal from the computer node 1000-1 before sending the data signal to the computer node 1000-4. I have confirmed. On the contrary, when the computer node 1000-4 cannot receive the data signal, the computer node 1000-1 transmits the data signal after the computer node 1000-4 can receive the data signal.
このように、計算機ノードの光送信器に具備された波長可変光源の波長を波長ルーティング光デバイス（図１７の例では、アレイ導波路回折格子）の入出力ポートと波長の関係を示した波長ルーティング表に基づいて、計算機ノード間での通信が可能となる。 As described above, the wavelength of the wavelength tunable light source provided in the optical transmitter of the computer node is changed to the wavelength routing indicating the relationship between the input and output ports of the wavelength routing optical device (in the example of FIG. 17, the arrayed waveguide grating) and the wavelength. Communication between computer nodes is possible based on the table.
しかしながら、１つの計算機ノードがネットワークに結合された他のすべての計算機ノードに同一の情報を同時に送信する必要が発生した場合（これをブロードキャスト通信と呼ぶ）、図１７で示したネットワークシステムでは、計算機ノードは同時に他のすべての計算機ノードにデータ信号が届く波長をすべて発生し送出する必要がある。すなわち。例えば計算機ノード１０００−１が計算機ノード１０００−２、１０００−３、および１０００−４にデータ信号をブロードキャストする場合には、計算機ノード１０００−１は、λ２（計算機ノード１０００−２宛）、λ３（計算機ノード１０００−３宛）、λ４（計算機ノード１０００−４宛）の波長を同時に送出しなければならない。しかしながら、計算機ノード１０００−１の光送受信部１００１−１にある波長可変光源は同時に複数の波長を出力することはできないために、同じデータ信号を計算機ノード１０００−２、計算機ノード１０００−３、および計算機ノード１０００−４に順次送信することになる。ある計算機ノードからブロードキャスト用のデータを送信するのに要する時間をＴＢとすると、Ｎ台の計算機ノードで構成されたシステムでは、ＴＢ×（Ｎ−１）の時間を要することになる。科学計算などの計算機問題の計算時間を短縮することが主たる目的である計算機ノード結合ネットワークシステムにおいては、図１７の構成はブロードキャスト通信が必要な計算機問題に対しては十分なパフォーマンスを発揮できないことになる。 However, when it is necessary for one computer node to simultaneously transmit the same information to all other computer nodes coupled to the network (this is called broadcast communication), the network system shown in FIG. The node needs to generate and transmit all wavelengths at which the data signal reaches all other computer nodes at the same time. That is. For example, when the computer node 1000-1 broadcasts a data signal to the computer nodes 1000-2, 1000-3, and 1000-4, the computer node 1000-1 has λ2 (addressed to the computer node 1000-2), λ3 ( The wavelengths of the computer node 1000-3) and λ4 (addressed to the computer node 1000-4) must be transmitted simultaneously. However, since the variable wavelength light source in the optical transceiver 1001-1 of the computer node 1000-1 cannot output a plurality of wavelengths at the same time, the same data signal is sent to the computer node 1000-2, the computer node 1000-3, and The data is sequentially transmitted to the computer node 1000-4. Assuming that the time required for transmitting broadcast data from a certain computer node is TB, in a system composed of N computer nodes, TB × (N−1) time is required. In a computer node coupled network system whose main purpose is to shorten the calculation time of a computer problem such as scientific calculation, the configuration of FIG. 17 cannot exhibit sufficient performance for a computer problem that requires broadcast communication. Become.
本発明は上記の事情を考慮してなされたものであり、計算機ノードが波長可変光源を光信号の送出用の光源として用いる波長ルーティングをベースとした計算機ノード結合ネットワークシステムにおいて、各計算機ノードに設置する光源数を増加させることなくブロードキャストを可能にするシンプルな計算機ノード結合ネットワークシステムを実現することが目的である。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and is installed in each computer node in a computer node coupled network system based on wavelength routing in which a computer node uses a wavelength tunable light source as a light source for transmitting an optical signal. It is an object to realize a simple computer node coupled network system that enables broadcasting without increasing the number of light sources to be used.
本発明は、上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、Ｌ個の入力ポートとＬ個の出力ポートを有するＬ×Ｌユニキャスト用光部品（ＬはＬ≧Ｋ＋１を満足する整数、Ｋは２以上の整数）と、Ｍ個の入力ポートとＭ個の出力ポートを有するＭ×Ｍブロードキャスト用光部品（ＭはＭ≧Ｋ＋１を満足する整数）と、前記Ｌ×Ｌユニキャスト用光部品および前記Ｍ×Ｍブロードキャスト用光部品に接続された波長可変光源を内蔵した光送受信部を有するＫ台の計算機ノードと、前記Ｌ×Ｌユニキャスト用光部品および前記Ｍ×Ｍブロードキャスト用光部品に接続された光送受信部を有する管理端末ノードとを備えた計算機ノード結合ネットワークシステムであって、前記各計算機ノードの前記光送受信部の光送信部は、入力する光信号の波長によって出力ポートが異なる１×２波長分波器を介して、前記Ｍ×Ｍブロードキャスト用光部品の入力ポートおよび前記Ｌ×Ｌユニキャスト用光部品の入力ポートにそれぞれ接続され、前記各計算機ノードの前記光送受信部の光受信部は、２×１波長合波器を介して、前記Ｍ×Ｍブロードキャスト用光部品の出力ポートおよび前記Ｌ×Ｌユニキャスト用光部品の出力ポートにそれぞれ接続され、前記管理端末ノードの光送受信部の光送信部は、前記Ｍ×Ｍブロードキャスト用光部品の入力ポートに接続され、前記管理端末ノードの光送受信部の光受信部は、前記Ｌ×Ｌユニキャスト用光部品の出力ポートに接続されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an optical component for L × L unicast having L input ports and L output ports (L is L ≧ K + 1). Satisfactory integer, K is an integer of 2 or more), M × M broadcast optical component having M input ports and M output ports (M is an integer satisfying M ≧ K + 1), and L × L K computer nodes having an optical transmission / reception unit including a wavelength tunable light source connected to the unicast optical component and the M × M broadcast optical component, the L × L unicast optical component, and the M × M And a management node node having an optical transmission / reception unit connected to a broadcast optical component, wherein the optical transmission unit of the optical transmission / reception unit of each computer node Each computer node is connected to an input port of the M × M broadcast optical component and an input port of the L × L unicast optical component via a 1 × 2 wavelength demultiplexer whose output port differs depending on the length. The optical receiver of the optical transceiver is connected to the output port of the M × M broadcast optical component and the output port of the L × L unicast optical component via a 2 × 1 wavelength multiplexer, respectively. The optical transmission unit of the optical transmission / reception unit of the management terminal node is connected to the input port of the optical component for M × M broadcast, and the optical reception unit of the optical transmission / reception unit of the management terminal node is the L × L unicast It is connected to the output port of the optical component for use.
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の計算機ノード結合ネットワークシステムであって、前記管理端末ノードが有する前記光送受信部の光受信部は、前記Ｌ×Ｌユニキャスト用光部品の出力ポートに接続された１個の入力ポートおよびＮ個（ＮはＮ≧Ｋを満足する整数、Ｋは２以上の整数）の出力ポートを有する光分波素子と、前記光分波素子の出力ポートにそれぞれ接続されたＮ個の光受信素子とを備えることを特徴とする。
The invention according to
請求項３に記載の発明は、Ｌ個の入力ポートとＬ個の出力ポートを有するＬ×Ｌユニキャスト用光部品（ＬはＬ≧Ｋを満足する整数、Ｋは２以上の整数）と、Ｍ個の入力ポートとＭ個の出力ポートを有するＭ×Ｍブロードキャスト用光部品（ＭはＭ≧Ｋを満足する整数）と、前記Ｌ×Ｌユニキャスト用光部品および前記Ｍ×Ｍブロードキャスト用光部品に接続された波長可変光源を内蔵した光送受信部を有するＫ台の計算機ノードと、前記計算機ノードの光送受信器の各々に接続された光送受信部を有する管理端末ノードとを備えた計算機ノード結合ネットワークシステムであって、前記各計算機ノードの光送受信部の光送信部は、入力する光信号の波長によって出力ポートが異なる第１の１×２波長分波器、および前記第１の１×２波長分波器の出力ポートの一方に接続された入力する光信号の波長によって出力ポートが異なる第２の１×２波長分波器を介して、前記Ｌ×Ｌユニキャスト用光部品の入力ポートおよび前記Ｍ×Ｍブロードキャスト用光部品の入力ポートに接続され、前記第１の１×２波長分波器の出力ポートの他方を介して前記管理端末ノードの光送受信部の光受信部と接続され、前記各計算機ノードの光送受信部の光受信部は、第１の２×１波長合波器、および前記第１の２×１波長合波器の一方の入力ポートに接続された第２の２×１波長合波器を介して、前記Ｌ×Ｌユニキャスト用光部品の出力ポートおよび前記Ｍ×Ｍブロードキャスト用光部品の出力ポートに接続され、前記第１の２×１波長合波器の他方の入力ポートを介して前記管理端末ノードの光送受信部の光送信部と接続されることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is an optical component for L × L unicast having L input ports and L output ports (L is an integer satisfying L ≧ K, K is an integer of 2 or more), M × M broadcast optical component having M input ports and M output ports (M is an integer satisfying M ≧ K), the L × L unicast optical component, and the M × M broadcast light A computer node comprising K computer nodes having an optical transmission / reception unit incorporating a wavelength tunable light source connected to a component, and a management terminal node having an optical transmission / reception unit connected to each of the optical transceivers of the computer node In the coupled network system, the optical transmission unit of the optical transmission / reception unit of each computer node includes a first 1 × 2 wavelength demultiplexer whose output port is different depending on a wavelength of an input optical signal, and the first 1 × Dual wavelength demultiplexer The input port of the optical component for L × L unicast and the M × M via a second 1 × 2 wavelength demultiplexer whose output port differs depending on the wavelength of the input optical signal connected to one of the output ports Connected to the input port of the optical component for broadcasting, connected to the optical receiving unit of the optical transmitting / receiving unit of the management terminal node via the other output port of the first 1 × 2 wavelength demultiplexer, and each of the computer nodes The optical receiver of the optical transceiver includes a first 2 × 1 wavelength multiplexer and a second 2 × 1 wavelength multiplexer connected to one input port of the first 2 × 1 wavelength multiplexer. The other input port of the first 2 × 1 wavelength multiplexer is connected to the output port of the L × L unicast optical component and the output port of the M × M broadcast optical component via a duplexer Via the optical transmission / reception unit of the management terminal node It is characterized in that it is connected to a communication part.
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３記載の計算機ノード結合ネットワークシステムであって、前記管理端末ノードの光送受信部の光送信部は、前記各計算機ノードに対して、前記計算機ノード間の通信を管理および制御するための光信号が送出されることを特徴とする。 A fourth aspect of the present invention is the computer node coupled network system according to the first to third aspects, wherein an optical transmission unit of an optical transmission / reception unit of the management terminal node is connected to the computer node with respect to each of the computer nodes. An optical signal for managing and controlling communication between them is transmitted.
請求項５に記載の発明は、Ｌ個の入力ポートとＬ個の出力ポートを有するＬ×Ｌユニキャスト用光部品（ＬはＬ≧Ｋを満足する整数、Ｋは２以上の整数）と、Ｍ個の入力ポートとＭ個の出力ポートを有するＭ×Ｍブロードキャスト用光部品（ＭはＭ≧Ｋを満足する整数）と、前記Ｌ×Ｌユニキャスト用光部品および前記Ｍ×Ｍブロードキャスト用光部品に接続された波長可変光源を内蔵した光送受信部および送受信部を有するＫ台の計算機ノードと、前記計算機ノードの送受信器の各々に接続された送受信部を有する管理端末ノードとを備えた計算機ノード結合ネットワークシステムであって、前記各計算機ノードの光送受信部の光送信部は、入力する光信号の波長によって出力ポートが異なる第１の１×２波長分波器を介して、前記Ｌ×Ｌユニキャスト用光部品の入力ポートおよび前記Ｍ×Ｍブロードキャスト用光部品の入力ポートに接続され、前記各計算機ノードの光送受信部の光受信部は、第１の２×１波長合波器を介して、前記Ｌ×Ｌユニキャスト用光部品の出力ポートおよび前記Ｍ×Ｍブロードキャスト用光部品の出力ポートに接続されることを特徴とする。 The invention according to claim 5 is an optical component for L × L unicast having L input ports and L output ports (L is an integer satisfying L ≧ K, K is an integer of 2 or more), M × M broadcast optical component having M input ports and M output ports (M is an integer satisfying M ≧ K), the L × L unicast optical component, and the M × M broadcast light A computer comprising an optical transmitter / receiver having a wavelength tunable light source connected to a component and K computer nodes having a transmitter / receiver, and a management terminal node having a transmitter / receiver connected to each of the transceivers of the computer node In the node-coupled network system, the optical transmission unit of the optical transmission / reception unit of each of the computer nodes is connected to the L × via the first 1 × 2 wavelength demultiplexer whose output port is different depending on the wavelength of the input optical signal. L Uni The optical receiving unit of the optical transmitting / receiving unit of each computer node is connected to the input port of the optical component for the cast and the input port of the optical component for the M × M broadcast via the first 2 × 1 wavelength multiplexer. And an output port of the L × L unicast optical component and an output port of the M × M broadcast optical component.
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の計算機ノード結合ネットワークシステムであって、前記管理端末ノードが有する送受信部の送信部は、前記各計算機ノードに対して、前記計算機ノード間通信を管理および制御するための信号が送出されることを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is the computer node coupled network system according to the fifth aspect, wherein the transmission unit of the transmission / reception unit included in the management terminal node communicates the computer nodes with the computer nodes. It is characterized in that a signal for managing and controlling the data is transmitted.
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の計算機ノード結合ネットワークシステムであって、前記Ｍ×Ｍブロードキャスト用光部品はＭ×Ｍの光カプラで構成されていることを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is the computer node coupled network system according to any one of the first to sixth aspects, wherein the M × M broadcast optical component is composed of an M × M optical coupler. It is characterized by.
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の計算機ノード結合ネットワークシステムであって、前記Ｍ×Ｍブロードキャスト用光部品は、Ｍ×１波長合波器と、１×Ｍ光カプラと、前記Ｍ×１波長合波器の出力ポートおよび前記１×Ｍ光カプラの入力ポートに接続された光増幅器とを備えることを特徴とする。 The invention according to claim 8 is the computer node coupling network system according to any one of claims 1 to 6, wherein the M × M broadcast optical component includes an M × 1 wavelength multiplexer, and 1 × And an optical amplifier connected to an output port of the M × 1 wavelength multiplexer and an input port of the 1 × M optical coupler.
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の計算機ノード結合ネットワークシステムであって、前記Ｌ×Ｌユニキャスト用光部品はＬ×Ｌアレイ導波路回折格子で構成されていることを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the computer node coupling network system according to any one of claims 1 to 8, wherein the L × L unicast optical component is configured by an L × L array waveguide diffraction grating. It is characterized by.
本発明では、各計算機ノードを接続するために、ユニキャスト用光部品だけでなくブロードキャスト用光部品を併用しているために、通信ノードが波長可変光源を光信号の送出用の光源として用いる波長ルーティングをベースとした計算機ノード結合ネットワークシステムにおいて、各計算機ノードに設置する光源数を増加させることなくブロードキャストを可能にするシンプルな計算機ノード結合ネットワークシステムを実現することが可能である。 In the present invention, in order to connect each computer node, not only unicast optical components but also broadcast optical components are used in combination, so that the communication node uses a wavelength tunable light source as a light source for transmitting an optical signal. In a computer node coupled network system based on routing, it is possible to realize a simple computer node coupled network system that enables broadcasting without increasing the number of light sources installed in each computer node.
以下、図面に従って本発明を詳しく説明する。なお、以下の実施形態では、本発明の計算機ノード結合ネットワークシステムの計算機ノード数Ｋを４、ユニキャスト用光部品の入力ポートおよび出力ポートの数Ｌを５、ブロードキャスト用光部品の入力ポートおよび出力ポートの数を５として説明しているが、これに限定されるものではない。特に、ＬならびにＭはＫ＋１以上の整数であればよい。また、図１ならびに図８において、図の簡略化のために計算機ノード１００−３に関わる部分は一部省略している。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiment, the number K of computer nodes in the computer node coupled network system of the present invention is 4, the number L of input ports and output ports of the unicast optical component is 5, and the input port and output of the broadcast optical component. Although the number of ports is described as five, the present invention is not limited to this. In particular, L and M may be integers greater than or equal to K + 1. Further, in FIGS. 1 and 8, a part related to the computer node 100-3 is partially omitted for simplification of the drawing.
（第１の実施形態）
図１は本発明の計算機ノード結合ネットワークシステムに関して、第１の実施形態の全体構成を示している。
(First embodiment)
FIG. 1 shows the overall configuration of the first embodiment of the computer node coupled network system of the present invention.
図１に示す計算機ノード結合ネットワークシステムは、５つの入力ポート１２１−１〜１２１−５および５つの出力ポート１２２−１〜１２２−５を有する５×５アレイ導波路回折格子（ユニキャスト用光部品）１２０と、５つの入力ポート１３１−１〜１３１−５および５つの出力ポート１３２−１〜１３２−５を有する５×５光カプラ（ブロードキャスト用光部品）１３０と、上記５×５アレイ導波路回折格子および５×５光カプラに接続された波長可変光源を内蔵した光送受信器１０１−１〜１０１−４を有する計算機ノード１００−１〜１００−４と、上記５×５アレイ導波路回折格子および５×５光カプラに接続される光送受信器１１１を有する管理端末ノード１１０とを備える。
The computer node coupled network system shown in FIG. 1 has a 5 × 5 arrayed waveguide diffraction grating (unicast optical component) having five input ports 121-1 to 121-5 and five output ports 122-1 to 122-5. ) 120, 5 × 5 optical coupler (broadcast optical component) 130 having five input ports 131-1 to 131-5 and five output ports 132-1 to 132-5, and the above 5 × 5 arrayed waveguide Computer nodes 100-1 to 100-4 having optical transceivers 101-1 to 101-4 incorporating a tunable light source connected to a diffraction grating and a 5 × 5 optical coupler, and the 5 × 5 array waveguide diffraction grating And a
計算機ノード１００−１〜１００−４の光送受信器１０１−１〜１０１−４の光送信部は、光導波路１６０−１〜１６０−４と、該光導波路に接続された１×２波長分波器１４０とを介して、５×５アレイ導波路回折格子の入力ポート１２１−１〜１２１−４および５×５光カプラの入力ポート１３１−１〜１３１−４にそれぞれ接続される。また、計算機ノード１００−１〜１００−４の光送受信器１０１−１〜１０１−４の光受信部は、光導波路１７０−１〜１７０−４と、該光導波路に接続された２×１波長合波器１５０とを介して、５×５光カプラの出力ポート１３２−１〜１３２−４および５×５光カプラの出力ポート１３２−１〜１３２−４にそれぞれ接続される。
The optical transmitters of the optical transceivers 101-1 to 101-4 of the computer nodes 100-1 to 100-4 include optical waveguides 160-1 to 160-4 and 1 × 2 wavelength demultiplexing connected to the optical waveguides. Are connected to the input ports 121-1 to 121-4 of the 5 × 5 arrayed waveguide grating and the input ports 131-1 to 131-4 of the 5 × 5 optical coupler, respectively. The optical receivers of the optical transceivers 101-1 to 101-4 of the computer nodes 100-1 to 100-4 include optical waveguides 170-1 to 170-4 and 2 × 1 wavelengths connected to the optical waveguides. The 5 × 5 optical coupler output ports 132-1 to 132-4 and the 5 × 5 optical coupler output ports 132-1 to 132-4 are connected via the
管理端末ノード１１０の光送受信器１１１の光送信部は、光導波路１８０を介して５×５光カプラ１３０の入力ポート１３１−５と接続される。また、管理端末ノード１１０の光送受信器１１１の光受信部は、光導波路１９０を介して５×５アレイ導波路回折格子１２０の出力ポート１２２−５と接続される。
The optical transmission unit of the
本実施形態の５×５アレイ導波路回折格子１２０の、入出力ポートと波長の関係（波長ルーティング特性）は表２のとおりである。本実施形態では、λ１は１５５２．５２ｎｍ、λ２は１５５３．３２ｎｍ、λ３は１５５４．１２ｎｍ、λ４は１５５４．９２ｎｍ、λ５は１５５５．７２ｎｍである。本実施形態の５×５光カプラ１３０としては、石英系光導波路型のものを用いる。
Table 2 shows the relationship between input / output ports and wavelengths (wavelength routing characteristics) of the 5 × 5 arrayed
本実施形態の１×２波長分波器１４０は、１つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有する波長分波器であって、図２のような波長分波特性を有している。すなわち、入力ポートに入力した光信号において、波長λ０＋Δλ×ｎは出力ポートＡに出力し、波長（λ０＋Δλ／２）＋Δλ×ｎは出力ポートＢに出力する。ここでｎは整数であり、λ０は波長を、Δλは波長幅を示している。本実施形態では石英系光導波路で製作されたマッハツェンダー干渉計を用い、λ０は１５５２．５２ｎｍ、Δλは０．８ｎｍである。
The 1 × 2
本実施形態の２×１波長合波器１５０は、２つの入力ポートおよび１つの出力ポートを有する波長合波器であって、図３のような波長合波特性を有している。すなわち、入力ポートＡに入力する光信号の波長がλ０＋Δλ×ｎの場合に前記光信号は出力ポートに出力し、入力ポートＢに入力する光信号の波長が（λ０＋Δλ／２）＋Δλ×ｎの場合に前記光信号は出力ポートに出力する。ここでｎは整数であり、λ０は波長を、Δλは波長幅を示している。本実施形態では石英系光導波路で製作されたマッハツェンダー干渉計を用い、λ０は１５５２．５２ｎｍ、Δλは０．８ｎｍである。
The 2 × 1
本実施形態においては、１×２波長分波器１４０の出力ポートＡが５×５アレイ導波路回折格子１２０に、１×２波長分波器１４０の出力ポートＢが５×５光カプラ１３０の入力ポートに接続され、２×１波長合波器１５０の入力ポートＡは５×５アレイ導波路回折格子１２０に接続され、２×１波長合波器１５０の入力ポートＢは５×５光カプラ１３０の出力ポートに接続されている。
In this embodiment, the output port A of the 1 × 2
本実施形態における管理端末ノード１１０と光送受信器１１１の構成を図４に示す。図４に示す管理端末ノード１１０は、光導波路１８０および光導波路１９０を介して５×５光カプラ１３０の入力ポート１３１−５および５×５アレイ導波路回折格子１２０の出力ポート１２２−５とそれぞれ接続される光送信器２１０および光分波器内蔵受光器２００を有した光送受信器１１１と、該光分波器内蔵受光器２００で受信した計算機ノード１００−１〜１００−４からの信号を処理するプロセス部２２０と、情報を保存しプロセス部２２０からの読み出しおよび書き込みができるメモリ２３０とを備える。本実施形態では、光送信器２１０から送出される光信号の波長λＭは１５５０．００ｎｍである。ただし、λＭは（λ０＋Δλ×ｎ）以外の波長であればよく、λＭ＝１５５０．００ｎｍに限定されない。
The configuration of the
図５に管理端末ノードに具備されている光分波器内蔵受光器２００の内部構造を示した。図５に示す光分波器内蔵受光器２００は、光導波路１９０と接続された１つの入力ポート３２１および４つの出力ポート３２０−１〜３２０−４を有する１×４光分波器３００と、光導波路３３０を介して上記出力ポート３２０−１〜３２０−４に接続された光受光素子３１０−１〜３１０−４を備える。光受光素子３１０−１〜３１０−４から出力された電気信号は、電気信号線３４０を介して管理端末ノードのプロセス部２２０に伝達される。
FIG. 5 shows the internal structure of the optical demultiplexer built-in
本実施形態では１×４光分波器３００として石英系アレイ導波路回折格子を用いる。また、本実施形態で用いた１×４光分波器３００は、波長λ１（１５５２．５２ｎｍ）、λ２（１５５３．３２ｎｍ）、λ３（１５５４．１２ｎｍ）、λ４（１５５４．９２ｎｍ）の光信号が入力ポート３２１に入力した場合、各波長はそれぞれ出力ポート３２０−１、３２０−２、３２０−３、３２０−４に出力する分波特性を有している。
In this embodiment, a quartz-based arrayed waveguide diffraction grating is used as the 1 × 4
図６に、本実施形態における計算機ノード１００−１〜１００−４とこれら計算機ノードの波長可変光源を内蔵した光送信器４１０と光受信器４２０をもつ光送受信器１０１の内部構成を示す。図６に示す計算機ノード１００は、光導波路１６０および１７０に接続された光送受信器１０１と、該光送受信器、メモリ４０１、波長可変光源制御部４０２、および補助記憶媒体４０３に接続されたプロセス部４００とを備える。
FIG. 6 shows an internal configuration of the
光送受信器１０１の光受信部４２０は、光導波路１７０に接続された１つの入力ポート、管理端末ノードからのλＭの波長の光信号のみを出力する出力ポート４２２−１、および波長λＭ以外の波長の光信号が出力する出力ポート４２２−２を有する１×２波長分波器４２１と、該波長分波器４２１の出力ポート４２２−２に接続され計算機ノードからのデータ光信号を受信する光受光部４２３と、波長分波器４２１の出力ポート４２２−１に接続され管理端末ノードからの光信号を受信する光受光部４２４とを有し、上記光受光部４２３および４２４がそれぞれ電気信号線４３１および４３２を介してプロセス部４００と接続される。光受光部４２３が受信したデータは電気信号線４３１を介してプロセス部４００に伝達され、光受光部４２４が受信した管理端末ノードからの信号は電気信号線４３２を介してプロセス部４００に伝達される。
The
波長可変光源制御部４０２は、電気信号線４３０介して光送受信器１０１の光送信器４１０と接続され、光送信器４１０の波長可変光源に対する制御信号を送信し、光送信器４１０の波長可変光源からの応答信号を受信する。波長可変光源制御部４０２は、光送信器４１０に内蔵されている波長可変光源の波長、温度、出力パワーなどを制御する。
The wavelength tunable light
プロセス部４００は、電気信号線４３３を介して光送受信器１０１の光送信器４１０と接続され、光送信器４１０にデータまたは制御信号を送信する。
The
波長可変光源制御部４０２、メモリ４０１、および補助記録媒体４０３は、それぞれ電気信号線４３４、４３５、および４３６を介してプロセス部と接続される。
The variable wavelength light
本実施形態では、メモリ４０１として高速にデータの読み書きが可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のＤＤＲ−ＳＤＲＡＭ、補助記憶媒体４０３としては磁気ディスク型の記憶媒体を、また波長可変光源内蔵の光送信器４１０の波長可変光源としては、電流で出力する波長が制御できる超周期構造回折型分布ブラッグ反射半導体レーザ（ＳＳＧ−ＤＢＲ半導体レーザ、ＳＳＧ−ＤＢＲ：Super-Structure-Grating Distributed Bragg Reflector)を用いる。また１×２波長分波器４２１は、図７のように分波機能として誘電体多層膜フィルタを用いたものである。図７に示す１×２波長分波器は、入力側光ファイバ５０１と、該入力側光ファイバから入力された光信号を分波し、レンズ５０３を介して出力側光ファイバ５０２−１および５０２−２に出力する誘電体多層膜フィルタ５０４を備える。
In this embodiment, a random access memory (RAM) DDR-SDRAM capable of reading and writing data at high speed as the
（動作の説明）
次に本発明の計算機ノード結合ネットワークシステムの動作について説明する。本発明の計算機ノード結合ネットワークシステムにおいては、計算機ノード間の通信形態として、１対１の通信（ユニキャスト通信）ならびに１対Ｎの通信（ブロードキャスト通信）がある。ここで、Ｋはシステムを構成する計算機ノードの総数であり、本実施形態においてはＫ＝４である。
(Description of operation)
Next, the operation of the computer node coupled network system of the present invention will be described. In the computer node coupled network system of the present invention, there are one-to-one communication (unicast communication) and one-to-N communication (broadcast communication) as communication modes between computer nodes. Here, K is the total number of computer nodes constituting the system, and in this embodiment, K = 4.
本実施形態においては、管理端末ノードの受信部は５×５アレイ導波路回折格子１２０の出力ポート１２２−５に接続されているので、計算機ノード１００−１〜１００−４が管理端末ノードと通信する場合、各計算機ノードの波長可変光源内蔵光送信器から出力する管理端末ノード向け光信号の出力波長は表２から、それぞれλ１（１５５２．５２ｎｍ）、λ２（１５５３．３２ｎｍ）、λ３（１５５４．１２ｎｍ）、λ４（１５５４．９２ｎｍ）となる。 In this embodiment, since the receiving unit of the management terminal node is connected to the output port 122-5 of the 5 × 5 arrayed waveguide grating 120, the computer nodes 100-1 to 100-4 communicate with the management terminal node. In this case, the output wavelengths of the optical signals for the management terminal node output from the wavelength tunable light source built-in optical transmitter of each computer node are λ1 (1552.52 nm), λ2 (1553.32 nm), and λ3 (1554. 12 nm) and λ4 (1554.92 nm).
各計算機ノード１００−１〜１００−４から送出される管理端末ノード向け光信号は、計算機ノード１００−１〜１００−４の出力ポートに接続された１×２波長分波器１４０の出力ポートＡから出力し、５×５アレイ導波路回折格子１２０の入力ポート１２１−１〜１２１−４にそれぞれ入力し、出力ポート１２２−５から管理端末ノードの光分波器内蔵受光器２００に導かれ、光分波器３００を介して光受光素子３１０−１〜３１０−４でそれぞれ受光される。すなわち、λ１は光受光素子３１０−１によって、λ２は光受光素子３１０−２によって、λ３は光受光素子３１０−３によって、λ４は光受光素子３１０−４によって受光される。
The optical signals for the management terminal nodes sent from the computer nodes 100-1 to 100-4 are output ports A of the 1 × 2
一方、管理端末ノードからの光信号（波長λＭ＝１５５０．００ｎｍ）は、管理端末ノードの光送信器２１０から出力されると、光導波路１８０によって５×５光カプラ１３０の入力ポート１３１−５に導かれる。光カプラ１３０の入力ポート１３１−５に入力した前記光信号は、光カプラ１３０の出力ポート１３２−１〜１３２−４から出力する。出力ポート１３２−１〜１３２−４のそれぞれには計算機ノード１００−１〜１００−４の受信部４２０が接続されている。前記光信号は光導波路１７０−１〜１７０−４を通って、計算機ノード１００−１〜１００−４の光受信部４２０に入力し、光受信部４２０内にある１×２波長分波器４２１の出力ポート４２２−１に出力し、光受光部４２４に受信される。光受光部４２４に受信された管理端末ノードからの光信号は電気信号に変換後、電気信号線４３２を介してプロセス部４００に送られる。
（ユニキャスト通信の動作）
まず、ユニキャスト通信について説明する。
計算機ノード１００−１が計算機ノード１００−３に対してデータを送信する場合を考える。計算機１００−１はまず、波長可変光源内蔵光送信器４１０の出力波長をλ１（１５５２．５２ｎｍ）に設定し、計算機ノード１００−３へデータ信号を希望する情報を載せた管理端末ノード向け光信号Ｍ１を送出する。
On the other hand, when the optical signal (wavelength λM = 1550.00 nm) from the management terminal node is output from the
(Unicast communication operation)
First, unicast communication will be described.
Consider a case where the computer node 100-1 transmits data to the computer node 100-3. First, the computer 100-1 sets the output wavelength of the wavelength tunable light source built-in
前記管理端末ノード向け光信号Ｍ１は上述した手順により、管理端末ノード１１０の光受信素子３１０−１に受信され、電気信号に変換された後に光信号Ｍ１の情報（計算機ノード１００−３へデータ信号を希望する情報）が電気信号線３４０を介して、プロセス部２２０に伝達される。
The optical signal M1 for the management terminal node is received by the optical receiving element 310-1 of the
管理端末ノード１１０のメモリ２３０には、どの計算機ノード間でデータ通信が行われているか（これを「計算機ノード間のデータ通信状況」と呼ぶことにする）のデータベースが保存されている。
The
管理端末ノード１１０のプロセス部２２０は、メモリ２３０に保存されている計算機ノード間のデータ通信状況を参照し、計算機ノード１００−３の通信状況を確認する。
The
計算機ノード１００−３が他の計算機ノードからデータ信号を受信していない場合、管理端末ノード１１０は計算機ノード１００−１に対して計算機ノード１００−３への通信許可を与える情報（これを「通信許可情報」と呼ぶ）を載せた光信号（波長λＭ、λＭ＝１５５０．００ｎｍ）を光送信器２１０から送出し、メモリ２３０のデータベースに計算機ノード１００−１が計算機ノード１００−３に対してデータを送信する状態になったことをデータベースに保存する。一方、計算器ノード１００−３が他の計算機ノードからデータ信号を受信している場合、管理端末ノード１１０は計算機ノード１００−３が他の計算機ノードからのデータ信号受信が終了したのち、前記通信許可情報を載せた光信号を送出する。
When the computer node 100-3 has not received a data signal from another computer node, the
前記通信許可情報を載せた光信号は、光カプラ１３０、２×１波長合波器１５０を介して計算機ノード１００−１の光送受信器の光受光部４２０に到達する。光受信部４２０に入力した前記通信許可情報を載せた光信号は、１×２波長分波器４２１の出力ポート４２２−１に出力し、光受光部４２４で受信される。光受光部４２４において、通信許可情報を載せた光信号は電気信号に変換され、通信許可情報は電気信号線４３２を通ってプロセス部に伝達される。プロセス部４００は、計算機ノード１００−３へのデータ信号送信に関する情報（通信許可情報）を受信したことから、波長可変光源制御部４０２に対して波長可変光源内蔵光送信器４１０の波長可変光源の波長をλ４（１５５４．９２ｎｍ）に設定するように指示信号を出す。前記指示信号を受けて、波長可変光源制御部４０２は制御信号を波長可変光源内蔵光送信器４１０の波長可変光源に与え、光源波長をλ４に設定する。ただし、波長可変光源の波長がλ４に設定されるまで光送信器からは光が送出されないように制御されている。前記波長可変光源の波長がλ４に設定されると、波長可変光源内蔵光送信器４１０は波長可変光源制御部４０２に対して設定完了信号を出すと同時に、光を送出する。波長可変光源制御部４０２は前記設定完了信号を受信した後、プロセス部４００に対してデータ送出開始信号を与える。プロセス部は前記送出開始信号を受信すると、計算機ノード１００−３へ送るべきデータ信号を電気信号線４３３を介して波長可変光源内蔵光送信器４１０に流す。前記データ信号は、波長可変光源内蔵光送信器４１０から波長λ４のデータ光信号として送出される。前記λ４のデータ光信号は１×２波長分波器１４０に達すると、その波長分波特性により、アレイ導波路回折格子１２０の入力ポート１２１−１に接続されている出力ポートから出力し、前記入力ポート１２１−１に入力する。前記λ４のデータ光信号は、アレイ導波路回折格子１２０の表２に示した入出力ポートと波長の関係に基づき、出力ポート１２２−３から出力する。出力ポート１２２−３から出力した前記λ４のデータ光信号は、２×１波長合波器１５０を介して計算機ノード１００−３の光送受信部１０１−３に到達する。光送受信器１０１−３に到達した前記λ４のデータ光信号は、１×２波長分波器４２１の出力ポート４２２−２に接続されている光受光部４２３で受信され、電気信号に変換後、プロセス部に送られる。
The optical signal carrying the communication permission information reaches the
上述の一連の動作により、計算機ノード１００−１から計算機ノード１００−３へデータ信号が送られる。 Through the series of operations described above, a data signal is sent from the computer node 100-1 to the computer node 100-3.
計算機ノード１００−１は、計算機ノード１００−３へのデータ信号送出が完了すると、管理端末ノード１１０に対して、計算機ノード１００−３へのデータ信号送出完了情報を管理端末ノード１１０に送る。このとき、計算機ノード１００−１は、データ信号送出完了情報を送出する前に、波長可変光源内蔵光送信器４１０の波長可変光源の波長をλ１（１５５２．５２ｎｍ）に設定する。
When the data signal transmission to the computer node 100-3 is completed, the computer node 100-1 sends the data signal transmission completion information to the computer node 100-3 to the
管理端末ノード１１０は、計算機ノード１００−１から前記データ信号送出完了信号を受信すると、メモリ２３０に保存されている前記計算機ノード間のデータ通信状況のデータベースを更新する。すなわち、計算機ノード１００−１から計算機ノード１００−３へのデータ信号送出が終了したことをデータベースに保存する。
When the
ここでは、計算機ノード１００−１から計算機ノード１００−３へのデータ通信の例について記述したが、他の計算機ノードの組み合わせについても上に記した一連の動作によりデータ通信を行うことができる。
（ブロードキャスト通信の動作）
次に、ブロードキャスト通信について説明する。
Although an example of data communication from the computer node 100-1 to the computer node 100-3 has been described here, data communication can be performed by a series of operations described above for combinations of other computer nodes.
(Broadcast communication operation)
Next, broadcast communication will be described.
計算機ノード１００−１が計算機ノード結合ネットワークシステムを構成する他の計算機ノードのすべて（本実施形態の場合には、計算機ノード１００−２、計算機ノード１００−３、計算機ノード１００−４）に対してデータを送信する場合（ブロードキャスト通信）を考える。計算機１００−１はまず、波長可変光源内蔵光送信器の出力波長をλ１にし、ブロードキャスト通信を希望する情報を載せた管理端末ノード向け光信号Ｍ１を送出する。 The computer node 100-1 is associated with all of the other computer nodes (computer node 100-2, computer node 100-3, computer node 100-4 in this embodiment) constituting the computer node coupled network system. Consider the case of transmitting data (broadcast communication). First, the computer 100-1 sets the output wavelength of the wavelength tunable light source built-in optical transmitter to λ1, and transmits the optical signal M1 for the management terminal node carrying information desired to be broadcast communication.
前記管理端末ノード向け光信号Ｍ１は上述した手順により、管理端末ノード１１０の光受信素子３１０−１に受信され、電気信号に変換された後に光信号Ｍ１の情報（ブロードキャスト通信を希望する情報）が電気信号線３４０を介して、プロセス部２２０に伝達される。
The optical signal M1 for the management terminal node is received by the optical receiving element 310-1 of the
管理端末ノード１１０のプロセス部２２０は、メモリ２３０に保存されている計算機ノード間のデータ通信状況を参照し、計算機ノード１００−１以外の計算機ノードの通信状況を確認する。
The
計算機ノード１００−１も含めて、すべての計算機ノードがデータ信号を受信していない、あるいはデータ信号の受信を開始する予定がない場合、管理端末ノード１１０は計算機ノード１００−１に対してブロードキャスト通信の許可を与える情報（これを「ブロードキャスト通信許可情報」と呼ぶ）を載せた光信号（波長λ１Ｍ、λ１Ｍ＝１５５０．００ｎｍ）を光送信器２１０から送出する。一方、他の計算機ノードからデータ信号を受信している計算機ノード（計算機ノード１００−１も含む）が存在した場合、管理端末ノード１１０はすべての計算機ノードのデータ信号受信が終了したのちに、前記ブロードキャスト通信許可情報を載せた光信号を送出する。
When all the computer nodes including the computer node 100-1 have not received the data signal or do not plan to start receiving the data signal, the
前記ブロードキャスト通信許可情報を載せた前記光信号は、光カプラ１３０、２×１波長合波器１５０を介して計算機ノード１００−１の光送受信器の光受光部４２０に到達する。光受信部４２０に入力した前記ブロードキャスト通信許可情報を載せた光信号は、１×２波長分波器４２１の出力ポート４２２−１に出力し、光受光部４２４で受信される。光受光部４２４において、前記ブロードキャスト通信許可情報を載せた光信号は電気信号に変換され、前記ブロードキャスト通信許可情報は電気信号線４３２を通ってプロセス部に伝達される。プロセス部はブロードキャスト通信許可情報を受信したことから、波長可変光源制御部４０２に対して波長可変光源内蔵光送信器４１０の波長可変光源の波長をブロードキャストの波長λＢ＝（λ０＋Δλ／２）＋Δλ×ｎに対応する波長１５５２．９２ｎｍに設定するように指示信号を出す。前記指示信号を受けて、波長可変光源制御部４０２は制御信号を波長可変光源内蔵光送信器４１０の波長可変光源に与え、光源波長を１５５２．９２ｎｍに設定する。ただし、波長可変光源の波長が１５５２．９２ｎｍに設定されるまで光送信器からは光が送出されないように制御されている。前記波長可変光源の波長が１５５２．９２ｎｍに設定されると、波長可変光源内蔵光送信器４１０は波長可変光源制御部４０２に対して設定完了信号を出すと同時に、光を送出する。波長可変光源制御部４０２は前記設定完了信号を受信した後、プロセス部４００に対してデータ送出開始信号を与える。プロセス部４００は前記送出開始信号を受信すると、ブロードキャスト通信すべきデータ信号を電気信号線４３３を介して波長可変光源内蔵光送信器４１０に流す。前記データ信号は、波長可変光源内蔵光送信器４１０から波長１５５２．９２ｎｍのデータ光信号として送出される。前記波長１５５２．９２ｎｍのデータ光信号は１×２波長分波器１４０に達すると、その波長分波特性により、光カプラ１３０の入力ポート１３１−１に接続されている出力ポートから出力し、前記入力ポート１３１−１に入力する。前記波長１５５２．９２ｎｍのデータ光信号は、光カプラ１３０の出力ポート１３２−１〜１３２−５から出力する。特に出力ポート１３２−２〜１３２−４から出力した前記波長１５５２．９２ｎｍのデータ光信号は、２×１波長合波器１５０を介して計算機ノード１００−２〜１００−４の光送受信部１０１−２〜１００−４に到達する。光送受信器１０１−２〜１０１−４に到達した前記波長１５５２．９２ｎｍのデータ光信号は、１×２波長分波器４２１の出力ポート４２２−２に接続されている光受光部４２３で受信され、電気信号に変換後、プロセス部に送られる。
The optical signal carrying the broadcast communication permission information reaches the
上述したブロードキャスト通信用の波長λＢ＝（λ０＋Δλ／２）＋Δλ×ｎは予め各計算機ノードごとに決められている。本実施形態の場合には、計算機ノード１００−１に対しては１５５２．９２ｎｍ、計算機ノード１００−２に対しては１５５３．７２ｎｍ、計算機ノード１００−３に対しては１５５４．５２ｎｍ、計算機ノード１００−４に対しては１５５５．３２ｎｍに決められている。これら波長はすべてλＢ＝（λ０＋Δλ／２）＋Δλ×ｎを満足している。 The above-mentioned wavelength λB = (λ0 + Δλ / 2) + Δλ × n for broadcast communication is determined in advance for each computer node. In the case of this embodiment, the computer node 100-1 is 1552.92 nm, the computer node 100-2 is 1553.72 nm, the computer node 100-3 is 1554.52 nm, and the computer node 100 -4 is set to 1555.32 nm. All of these wavelengths satisfy λB = (λ0 + Δλ / 2) + Δλ × n.
上述の一連の動作により、計算機ノード１００−１から他のすべての計算機ノードに対してデータ信号がブロードキャストされる。 Through the series of operations described above, a data signal is broadcast from the computer node 100-1 to all other computer nodes.
計算機ノード１００−１は、データ信号送出が完了すると、管理端末ノード１１０に対して、ブロードキャスト通信のデータ信号送出完了情報を管理端末ノード１１０に送る。このとき、計算機ノード１００−１は、データ信号送出完了情報を送出する前に、波長可変光源内蔵光送信器４１０の波長可変光源の波長をλ１（＝１５５２．５２ｎｍ）に設定する。
When the data signal transmission is completed, the computer node 100-1 sends data signal transmission completion information of broadcast communication to the
管理端末ノード１１０は、計算機ノード１００−１から前記データ信号送出完了信号を受信すると、メモリ２３０に保存されている前記計算機ノード間のデータ通信状況のデータベースを更新する。すなわち、計算機ノード１００−１のブロードキャスト通信が終了したことをデータベースに保存する。
When the
ここでは、計算機ノード１００−１のブロードキャスト通信について説明したが、他の計算機ノードのブロードキャスト通信に関しても上に記した一連の動作によって行うことができる。 Here, the broadcast communication of the computer node 100-1 has been described. However, the broadcast communication of other computer nodes can be performed by the series of operations described above.
以上のように本発明により、計算機ノードが波長可変光源を光信号の送出用の光源として用いる波長ルーティングをベースとした計算機ノード結合ネットワークシステムにおいて、各計算機ノードに設置する光源数を増加させることなくユニキャスト通信とブロードキャスト通信を可能にするシンプルな計算機ノード結合ネットワークシステムを実現することができる。 As described above, according to the present invention, in a computer node coupled network system based on wavelength routing in which a computer node uses a wavelength tunable light source as a light source for transmitting an optical signal, the number of light sources installed in each computer node is not increased. It is possible to realize a simple computer node coupled network system that enables unicast communication and broadcast communication.
なお、本実施形態の光導波路として光ファイバを用いてもよいが、これに限定されない。 In addition, although an optical fiber may be used as the optical waveguide of this embodiment, it is not limited to this.
なお、本実施形態の１×２波長分波器４２０としては、図７のように誘電体多層膜フィルタを用いたものを用いているが、これに限定されない。
As the 1 × 2
（第２の実施形態）
図８は本発明の計算機ノード結合ネットワークシステムに関して、第２の実施形態の全体構成を示している。図８に示す計算機ノード結合ネットワークシステムは、４つの入力ポート５２１−１〜５２１−４および４つの出力ポート５２２−１〜５２２−４を有する４×４アレイ導波路回折格子（ユニキャスト用光部品）５２０と、４つの入力ポート５３１−１〜５３１−４および４つの出力ポート５３２−１〜５３２−４を有する４×４ブロードキャスト用光部品５３０と、上記４×４アレイ導波路回折格子および４×４ブロードキャスト用光部品に接続される波長可変光源を内蔵した光送受信器１０１−１〜１０１−４を有する計算機ノード１００−１〜１００−４と、上記計算機ノード１００−１〜１００−４の光送受信器１０１−１〜１０１−４の各々に接続される光送受信器１１１を有する管理端末ノード１１０とを備える。
(Second Embodiment)
FIG. 8 shows the overall configuration of the second embodiment regarding the computer node coupled network system of the present invention. The computer node coupled network system shown in FIG. 8 includes a 4 × 4 array waveguide diffraction grating (unicast optical component) having four input ports 521-1 to 521-4 and four output ports 522-1 to 522-4. 520, 4 × 4 broadcast
計算機ノード１００−１〜１００−４の光送受信器１０１−１〜１０１−４の光送信部は、光導波路１６０−１〜１６０−４と、該光導波路に接続された１×２波長分波器５４０と、該１×２波長分波器５４０の出力ポートの一方に接続された１×２波長分波器１４０とを介して、４×４アレイ導波路回折格子５２０の入力ポート５２１−１〜５２１−４および４×４ブロードキャスト用光部品５３０の入力ポート５３１−１〜５３１−４にそれぞれ接続される。また、計算機ノード１００−１〜１００−４の光送受信器１０１−１〜１０１−４の光送信部は、上記１×２波長分波器５４０の出力ポートの他方に接続された光導波路１９０を介して、管理端末ノード１１０の光送受信器１１１の光受信部と接続される。
The optical transmitters of the optical transceivers 101-1 to 101-4 of the computer nodes 100-1 to 100-4 include optical waveguides 160-1 to 160-4 and 1 × 2 wavelength demultiplexing connected to the optical waveguides. The input port 521-1 of the 4 × 4 arrayed waveguide grating 520 is connected to the output port of the 1 × 2
計算機ノード１００−１〜１００−４の光送受信器１０１−１〜１０１−４の光受信部は、光導波路１７０−１〜１７０−４と、該光導波路に接続された２×１波長合波器５５０と、該２×１波長合波器５５０の入力ポートの一方に接続された２×１波長合波器１５０とを介して、４×４アレイ導波路回折格子５２０の出力ポート５２２−１〜５２２−４および４×４ブロードキャスト用光部品５３０の入力ポート５３２−１〜５３２−４にそれぞれ接続される。また、計算機ノード１００−１〜１００−４の光送受信器１０１−１〜１０１−４の光受信部は、上記２×１波長合波器５５０の入力ポートの他方に接続された光導波路１９０を介して、管理端末ノード１１０の光送受信器１１１の光送信部と接続される。
The optical receivers of the optical transceivers 101-1 to 101-4 of the computer nodes 100-1 to 100-4 include optical waveguides 170-1 to 170-4 and 2 × 1 wavelength multiplexing coupled to the optical waveguides. The output port 522-1 of the 4 × 4 array
１×２波長分波器１４０および５４０は、１つの入力ポートおよび２つの出力ポートを有する波長分波器である。２×１波長合波器１５０および５５０は、２つの入力ポートおよび１つの出力ポートを有する波長合波器である。
The 1 × 2
本実施形態の４×４アレイ導波路回折格子５２０の、入出力ポートと波長の関係（波長ルーティング特性）は表３のとおりである。本実施形態では、λ１は１５５２．５２ｎｍ、λ２は１５５３．３２ｎｍ、λ３は１５５４．１２ｎｍ、λ４は１５５４．９２ｎｍである。 Table 3 shows the relationship between input / output ports and wavelengths (wavelength routing characteristics) of the 4 × 4 arrayed waveguide grating 520 of this embodiment. In the present embodiment, λ1 is 1552.52 nm, λ2 is 1553.32 nm, λ3 is 1554.12 nm, and λ4 is 1554.92 nm.
（ブロードキャスト用光部品５３０の説明）
図１３に、本実施形態のブロードキャスト光部品５３０の内部構成を示す。図１３に示すブロードキャスト光部品５３０は、４つの入力ポート８１１−１〜８１１−４および１つの出力ポート８１２を有する波長合波器８１０と、１つの入力ポート８２１および４つの出力ポート８２２−１〜８２２−４を有する光カプラ８２０と、上記波長合波器８１０の出力ポート８１２および上記光カプラ８２０の入力ポート８２１とそれぞれ光導波路８４０および８５０で接続された光増幅器８３０とを備える。
(Description of Broadcast Optical Component 530)
FIG. 13 shows an internal configuration of the broadcast
ブロードキャスト光部品５３０の入力ポート５３１−１、５３１−２、５３１−３、および５３１−４は、それぞれ波長合波器８１０の入力ポート８１１−１、８１１−２、８１１−３、および８１１−４に接続されている。また、ブロードキャスト光部品５３０の出力ポート５３２−１、５３２−２、５３２−３、および５３２−４は、それぞれ光カプラ８２０の出力ポート８２２−１、８２２−２、８２２−３、および８２２−４に接続されている。
The input ports 531-1, 531-2, 531-3, and 531-4 of the broadcast
本実施形態で用いる前記４×１波長合波器８１０は、入力ポート８１１−１に波長１５５１．７２ｎｍ（λＢ１）、入力ポート８１１−２に波長１５５０．９２ｎｍ（λＢ２）、入力ポート８１１−３に波長１５５０．１２ｎｍ（λＢ３）、入力ポート８１１−４に波長１５４９．３２ｎｍ（λＢ４）が入力すると、λＢ１〜λＢ４は出力ポート８１２から出力する。本実施形態では、波長合波器８１０として石英型アレイ導波路回折格子を用いるが、ここで述べた波長合波特性を有するものであればこれに限定されない。
The 4 × 1
本実施形態で用いる光カプラ８２０は石英光導波路型のものを用いるが、これに限定されない。また、本実施形態で用いる光増幅器８３０としては半導体光増幅器を用いるが、これに限定されない。
The
本実施形態の１×２波長分波器１４０は、図９のような波長分波特性を有している。すなわち、入力ポートに入力した光信号において、その波長λが、λ＞λ０の場合には出力ポートＡから出力し、λ＜λ０の場合には出力ポートＢから出力する。ここで、λ０は波長を示している。本実施形態では誘電体多層膜フィルタを用いた波長分波器を用い、λ０は１５５２．１２ｎｍである。
The 1 × 2
本実施形態の２×１波長合波器１５０は、図１０のような波長合波特性を有している。すなわち、入力ポートＡに入力する光信号において、その波長λが、λ＞λ０の場合には前記光信号は出力ポートに出力し、入力ポートＢに入力する光信号において、その波長が、λ＜λ０の場合に前記光信号は出力ポートに出力する。ここでλ０は波長を示している。本実施形態では誘電体多層膜フィルタを用いた波長合波器を用い、λ０は１５５２．１２ｎｍである。
The 2 × 1
本実施形態の１×２波長分波器５４０は、１．３１μｍ帯の光信号と１．５５μｍ帯の光信号を分波する波長分波器である。図８において、波長分波器５４０の１．３１μｍ帯の光信号が出力する出力ポートは光導波路１９０に接続されており、また、１．５５μｍ帯の光信号が出力する出力ポートは１×２波長分波器１４０の入力ポートに接続されている。本実施形態では、波長分波器５４０に関して光ファイバ型の１×２波長分波器を用いる。
The 1 × 2
本実施形態の２×１波長合波器５５０は、１．３１μｍ帯の光信号と１．５５μｍ帯の光信号を合波する波長合波器である。図８において、波長合波器５５０の１．３１μｍ帯の光信号が合波される入力ポートは光導波路１８０に接続されており、また、１．５５μｍ帯の光信号が合波される入力ポートは２×１波長合波器１５０の出力ポートに接続されている。本実施形態では、波長合波器５５０に関して光ファイバ型の２×１波長合波器を用いる。
The 2 × 1
本実施形態においては、１×２波長分波器１４０の出力ポートＡが４×４アレイ導波路回折格子５２０に、１×２波長分波器１４０の出力ポートＢが４×４ブロードキャスト用光部品５３０の入力ポートに接続され、２×１波長合波器１５０の入力ポートＡは４×４アレイ導波路回折格子５２０に接続され、２×１波長合波器１５０の入力ポートＢは４×４ブロードキャスト用光部品５３０の出力ポートに接続されている。
In this embodiment, the output port A of the 1 × 2
本実施形態における管理端末ノード１１０の構成を図１１に示す。図１１に示す管理端末ノード１１０は、光導波路１９０を介して計算機ノードから光信号を受信する光受信器６００および計算機ノードへの光信号を１×４光カプラ６４０を介して光導波路１８０へ出力する光送信器６１０を有する光送受信器１１１と、該光送受信器１１１と電気信号線６５０を介して接続されるプロセス部６２０と、情報を保存し該プロセス部６２０からの読み出しおよび書き込みができるメモリ６３０とを備える。
The configuration of the
１×４光カプラ６４０は、１つの入力ポートおよび４つの出力ポートを有する。本実施形態では、光送信器６１０から送出される光信号の波長λＭは１３１０ｎｍである。ただし、λＭは２×１波長合波器５５０によって合波される１．３１μｍ帯の波長であればよく、λＭ＝１３１０ｎｍに限定されてはいない。また、１×４光カプラ６４０としては石英系光導波路型光カプラを用いるが、これに限定されない。
The 1 × 4
本実施形態における計算機ノード１００−１〜１００−４とこれら計算機ノードの波長可変光源を内蔵した光送信器と光受信器をもつ光送受信器１０１の内部構成を図１２に示す。図１２に示す計算機ノード１００は、光導波路１６０および光導波路１７０に接続された光送受信器１０１と、該光送受信器、メモリ７０１、波長可変光源制御部７０２、および補助記憶媒体７０３に接続されたプロセス部７００とを備える。光送受信器１０１は、光受信部７２０と、長可変光源内蔵の光送信器７１０と、管理端末ノード向けの信号を送出する１．３１μｍ帯の光送信器７１１とを備える。
FIG. 12 shows the internal configuration of the
光送受信器１０１の光受信部７２０は、光導波路１７０に接続された１つの入力ポート、管理端末ノードからのλＭ（１．３１μｍ帯の波長）の波長の光信号のみを出力する出力ポート７２２−１、および１．５５μｍ帯の波長の光信号を出力する出力ポート７２２−２を有する１×２波長分波器７２１と、該波長分波器７２１の出力ポート７２２−１に接続され管理端末ノードからの光信号（波長λＭ：１．３１μｍ帯の波長）を受信する光受光部７２４と、上記波長分波器７２１の出力ポート７２２−２に接続され計算機ノードからのデータ光信号を受信する光受光部７２３とを有し、上記光受光部７２３および７２４がそれぞれ電気信号線７３１および７３２を介してプロセス部７００と接続される。光受光部７２３および７２４がそれぞれ受信した他の計算機ノードからのデータおよび管理ノードからの信号は電気信号線７３１および７３２を介してプロセス部７００に伝達される。
The
波長可変光源制御部７０２は、電気信号線７３０を介して光送信器７１０と接続され、光送信器７１０の波長可変光源に対する制御信号を送信し、光送信器７１０の波長可変光源からの応答信号を受信する。波長可変光源制御部７０２は、光送信器７１０に内蔵されている波長可変光源の波長、温度、出力パワーなどを制御する。
The wavelength tunable light
プロセス部７００は、電気信号線７３３を介して波長可変光源内蔵の光送信器７１０と接続され、光送信器７１０にデータ信号および制御信号を伝達する。また、プロセス部７００は、電気信号線７３４を介して光送信器７１１に接続され、管理端末ノードに送出する信号を伝達する。
The
波長可変光源制御部７０２、メモリ７０１、および補助記録媒体７０３は、それぞれ電気信号線７３５、７３６、および７３７を介してプロセス部と接続される。
The variable wavelength light
本実施形態では、メモリ７０１として高速にデータの読み書きが可能なランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のＤＤＲ−ＳＤＲＡＭ、補助記憶媒体７０３としては磁気ディスク型の記憶媒体を、また波長可変光源内蔵の光送信器７１０の波長可変光源としては、電流で出力する波長が制御できる超周期構造回折型分布ブラッグ反射半導体レーザ（ＳＳＧ−ＤＢＲ半導体レーザ、ＳＳＧ−ＤＢＲ：Super-Structure-Grating Distributed Bragg Reflector)を用いる。また１×２波長分波器７２１は、光ファイバ型の波長分波器である。
In this embodiment, a random access memory (RAM) DDR-SDRAM capable of reading and writing data at high speed as the
（動作の説明）
次に本発明の計算機ノード結合ネットワークシステムの動作について説明する。本発明の計算機ノード結合ネットワークシステムにおいては、計算機ノード間の通信形態として、１対１の通信（ユニキャスト通信）ならびに１対Ｎの通信（ブロードキャスト通信）がある。ここで、Ｎはシステムを構成する計算機ノードの総数であり、本実施形態においてはＮ＝４である。
(Description of operation)
Next, the operation of the computer node coupled network system of the present invention will be described. In the computer node coupled network system of the present invention, there are one-to-one communication (unicast communication) and one-to-N communication (broadcast communication) as communication modes between computer nodes. Here, N is the total number of computer nodes constituting the system, and N = 4 in this embodiment.
各計算機ノード１００−１〜１００−４から送出される管理端末ノード向け光信号（波長は１．３１μｍ帯）は、計算機ノード１００−１〜１００−４の出力ポートに接続された１×２波長分波器５４０の光導波路１９０に接続されている出力ポートから出力し、管理端末ノードの光受信器６００において受信される。
Optical signals (wavelength is 1.31 μm band) for management terminal nodes transmitted from the computer nodes 100-1 to 100-4 are 1 × 2 wavelengths connected to the output ports of the computer nodes 100-1 to 100-4. The signal is output from the output port connected to the
一方、管理端末ノードからの光信号（波長λＭ＝１３１０ｎｍ）は、管理端末ノードの光送信器から出力されると、光導波路１８０によって２×１波長合波器５５０の入力ポートに導かれ、波長合波器５５０の出力ポートから出力後、計算機ノードの光受信部７２０に入力し、光受信部７２０内にある１×２波長分波器７２１の出力ポート７２２−１に出力し、光受光部７２４に受信される。光受光部７２４に受信された管理端末ノードからの光信号は電気信号に変換後、電気信号線７３２を介してプロセス部７００に送られる。
On the other hand, when the optical signal (wavelength λM = 1310 nm) from the management terminal node is output from the optical transmitter of the management terminal node, it is guided to the input port of the 2 × 1
（ユニキャスト通信の動作）
次に、ユニキャスト通信について説明する。
計算機ノード１００−１が計算機ノード１００−３に対してデータを送信する場合を考える。計算機１００−１はまず、管理端末ノード向けの信号を送出する出力波長１．３１μｍ帯の光送信器７１１から、計算機ノード１００−３へデータ信号を希望する情報を載せた管理端末ノード向け光信号Ｍ１（本実施形態ではＭ１の波長は１３１０ｎｍ）を送出する。
(Unicast communication operation)
Next, unicast communication will be described.
Consider a case where the computer node 100-1 transmits data to the computer node 100-3. First, the computer 100-1 sends an optical signal for the management terminal node on which information desired to be a data signal is loaded to the computer node 100-3 from the
前記管理端末ノード向け光信号Ｍ１は、上述した手順により、管理端末ノード１１０の光受信器６００に受信され、電気信号に変換された後に光信号Ｍ１の情報（計算機ノード１００−３へデータ信号を希望する情報）を電気信号線６５０を介して、プロセス部６２０に伝達される。
The optical signal M1 for the management terminal node is received by the
管理端末ノード１１０のメモリ６３０には、どの計算機ノード間でデータ通信が行われているか（これを「計算機ノード間のデータ通信状況」と呼ぶことにする）のデータベースが保存されている。
The
管理端末ノード１１０のプロセス部６２０は、メモリ６３０に保存されている計算機ノード間のデータ通信状況を参照し、計算機ノード１００−３の通信状況を確認する。
The
計算機ノード１００−３が他の計算機ノードからデータ信号を受信していない場合、管理端末ノード１１０は計算機ノード１００−１に対して計算機ノード１００−３への通信許可を与える情報（これを「通信許可情報」と呼ぶ）を載せた光信号（波長λＭ＝１３１０ｎｍ）を光送信器６１０から送出し、メモリ６３０のデータベースに計算機ノード１００−１が計算機ノード１００−３に対してデータを送信する状態になったことをデータベースに保存する。一方、計算器ノード１００−３が他の計算機ノードからデータ信号を受信している場合、管理端末ノード１１０は計算機ノード１００−３が他の計算機ノードからのデータ信号受信が終了したのちに、前記通信許可情報を載せた光信号を送出する。
When the computer node 100-3 has not received a data signal from another computer node, the
前記通信許可情報を載せた光信号は、光カプラ６４０、２×１波長合波器５５０を介して計算機ノード１００−１の光送受信器の光受光部７２０に到達する。光受信部７２０に入力した前記通信許可情報を載せた光信号は、１×２波長分波器７２１の出力ポート７２２−１に出力し、光受光部７２４で受信される。光受光部７２４において、通信許可情報を載せた光信号は電気信号に変換され、通信許可情報は電気信号線７３２を通ってプロセス部７００に伝達される。プロセス部７００は、計算機ノード１００−３へのデータ信号送信に関する情報（通信許可情報）を受信したことから、波長可変光源制御部７０２に対して波長可変光源内蔵光送信器７１０の波長可変光源の波長をλ３（１５５４．１２ｎｍ）に設定するように指示信号を出す。前記指示信号を受けて、波長可変光源制御部７０２は制御信号を波長可変光源内蔵光送信器７１０の波長可変光源に与え、光源波長をλ３に設定する。ただし、波長可変光源の波長がλ３に設定されるまで光送信器からは光が送出されないように制御されている。前記波長可変光源の波長がλ３に設定されると、波長可変光源内蔵光送信器７１０は波長可変光源制御部７０２に対して設定完了信号を出すと同時に、光を送出する。波長可変光源制御部７０２は前記設定完了信号を受信した後、プロセス部７００に対してデータ送出開始信号を与える。プロセス部は前記送出開始信号を受信すると、計算機ノード１００−３へ送るべきデータ信号を電気信号線７３３を介して波長可変光源内蔵光送信器７１０に流す。前記データ信号は、波長可変光源内蔵光送信器７１０から波長λ３のデータ光信号として送出される。前記λ３のデータ光信号は１×２波長分波器５４０の入力ポートに入力し、１×２波長分波器１４０の入力ポート側に出力する。前記データ信号は１×２波長分波器１４０に入力すると、１×２波長分波器１４０の波長分波特性により、アレイ導波路回折格子５２０の入力ポート５２１−１に接続されている出力ポートから出力し、前記入力ポート５２１−１に入力する。前記λ３のデータ光信号は、アレイ導波路回折格子５２０の表３に示した入出力ポートと波長の関係に基づき出力ポート５２２−３から出力する。出力ポート５２２−３から出力した前記λ３のデータ光信号は、２×１波長合波器１５０と５５０を介して計算機ノード１００−３の光送受信器１０１−３に到達する。光送受信器１０１−３に到達した前記λ３のデータ光信号は、１×２波長分波器７２１の出力ポート７２２−２に接続されている光受光部７２３で受信され、電気信号に変換後、プロセス部７００に送られる。
The optical signal carrying the communication permission information reaches the
上述の一連の動作により、計算機ノード１００−１から計算機ノード１００−３へデータ信号が送られる。 Through the series of operations described above, a data signal is sent from the computer node 100-1 to the computer node 100-3.
計算機ノード１００−１は、計算機ノード１００−３へのデータ信号送出が完了すると、管理端末ノード１１０に対して、計算機ノード１００−３へのデータ信号送出完了情報を管理端末ノード向けの信号を送出する光送信器７１１から管理端末ノード１１０に送る。
When the data signal transmission to the computer node 100-3 is completed, the computer node 100-1 transmits data signal transmission completion information to the computer node 100-3 to the
管理端末ノード１１０は、計算機ノード１００−１から前記データ信号送出完了信号を受信すると、メモリ６３０に保存されている前記計算機ノード間のデータ通信状況のデータベースを更新する。すなわち、計算機ノード１００−１から計算機ノード１００−３へのデータ信号送出が終了したことをデータベースに保存する。
When the
ここでは、計算機ノード１００−１から計算機ノード１００−３へのデータ通信の例について記述したが、他の計算機ノードの組み合わせについても上に記した一連の動作によりデータ通信を行うことができる。 Although an example of data communication from the computer node 100-1 to the computer node 100-3 has been described here, data communication can be performed by a series of operations described above for combinations of other computer nodes.
（ブロードキャスト通信の動作）
次に、ブロードキャスト通信について説明する。
計算機ノード１００−１が計算機ノード結合ネットワークシステムを構成する他の計算機ノードすべて（本実施形態の場合には、計算機ノード１００−２、計算機ノード１００−３、計算機ノード１００−４）に対してデータを送信する場合（ブロードキャスト通信）を考える。計算機１００−１はまず、管理端末ノード向けの信号を送出する出力波長１．３１μｍ帯の光送信器７１１から、ブロードキャスト通信を希望する情報を載せた管理端末ノード向け光信号Ｍ１（本実施形態ではＭ１の波長は１３１０ｎｍ）を送出する。
(Broadcast communication operation)
Next, broadcast communication will be described.
Data for all the other computer nodes (computer node 100-2, computer node 100-3, computer node 100-4 in this embodiment) that the computer node 100-1 constitutes the computer node coupled network system. Is considered (broadcast communication). First, the computer 100-1 sends an optical signal M1 for the management terminal node carrying information desired for broadcast communication from the
前記管理端末ノード向け光信号Ｍ１は、上述した手順により、管理端末ノード１１０の光受信器６００に受信され、電気信号に変換された後に光信号Ｍ１の情報（ブロードキャストを希望する情報）を電気信号線６５０を介して、プロセス部６２０に伝達される。
The optical signal M1 for the management terminal node is received by the
管理端末ノード１１０のメモリ６３０には、どの計算機ノード間でデータ通信が行われているか（「計算機ノード間のデータ通信状況」）のデータベースが保存されている。
The
管理端末ノード１１０のプロセス部６２０は、メモリ６３０に保存されている計算機ノード間のデータ通信状況を参照し、計算機ノード１００−１以外の計算機ノードの通信状況を確認する。
The
計算機ノード１００−１も含めて、すべての計算機ノードがデータ信号を受信していない、あるいはデータ信号の受信を開始する予定がない場合、管理端末ノード１１０は計算機ノード１００−１に対してブロードキャスト通信の許可を与える情報（これを「ブロードキャスト通信許可情報」と呼ぶ）を載せた光信号（波長λＭ＝１３１０ｎｍ）を光送信器６１０から送出する。一方、他の計算機ノードからデータ信号を受信している計算機ノード（計算機ノード１００−１も含む）が存在した場合、管理端末ノード１１０はすべての計算機ノードのデータ信号受信が終了したのちに、前記ブロードキャスト通信許可情報を載せた光信号を送出する。
When all the computer nodes including the computer node 100-1 have not received the data signal or do not plan to start receiving the data signal, the
前記ブロードキャスト通信許可情報を載せた光信号は、２×１波長合波器５５０を介して計算機ノード１００−１の光送受信器の光受光部７２０に到達する。光受信部７２０に入力した前記ブロードキャスト通信許可情報を載せた光信号は、１×２波長分波器７２１の出力ポート７２２−１に出力し、光受光部７２４で受信される。光受光部７２４において、前記ブロードキャスト通信許可情報を載せた光信号は電気信号に変換され、前記ブロードキャスト通信許可情報は電気信号線７３２を通ってプロセス部に伝達される。プロセス部はブロードキャスト通信許可情報を受信したことから、波長可変光源制御部７０２に対して波長可変光源内蔵光送信器７１０の波長可変光源の波長をブロードキャストの波長λＢ＝（λ０＋Δλ／２）＋Δλ×ｎに対応する波長λＢ１＝１５５１．７２ｎｍに設定するように指示信号を出す。前記指示信号を受けて、波長可変光源制御部７０２は制御信号を波長可変光源内蔵光送信器７１０の波長可変光源に与え、光源波長を１５５１．７２ｎｍに設定する。ただし、波長可変光源の波長が１５５１．７２ｎｍに設定されるまで光送信器からは光が送出されないように制御されている。前記波長可変光源の波長が１５５１．７２ｎｍに設定されると、波長可変光源内蔵光送信器７１０は波長可変光源制御部７０２に対して設定完了信号を出すと同時に、光を送出する。波長可変光源制御部７０２は前記設定完了信号を受信した後、プロセス部７００に対してデータ送出開始信号を与える。プロセス部７００は前記送出開始信号を受信すると、ブロードキャストすべきデータ信号を電気信号線７３３を介して波長可変光源内蔵光送信器７１０に流す。前記データ信号は、波長可変光源内蔵光送信器７１０から波長１５５１．７２ｎｍのデータ光信号として送出される。前記波長１５５１．７２ｎｍのデータ光信号は１×２波長分波器５４０の入力ポートに入力し、１×２波長分波器１４０の入力ポート側に出力する。前記データ信号は１×２波長分波器１４０に入力すると、１×２波長分波器１４０の波長分波特性により、ブロードキャスト用光部品５３０の入力ポート５３１−１に接続されている出力ポートから出力し、前記入力ポート５３１−１に入力する。前記波長１５５１．７２ｎｍのデータ光信号は、ブロードキャスト用光部品５３０の４×１波長合波器８１０、光増幅器８３０、１×４光カプラ８２０と通って出力ポート５３２−１〜５３２−４から出力する。特に出力ポート５３２−２〜５３２−４から出力した前記波長１５５１．７２ｎｍのデータ光信号は、２×１波長合波器１５０および５５０を介して計算機ノード１００−２〜１００−４の光送受信部１０１−２〜１００−４に到達する。光送受信器１０１−２〜１０１−４に到達した前記波長１５５１．７２ｎｍのデータ光信号は、１×２波長分波器７２１の出力ポート７２２−２に接続されている光受光部７２３で受信され、電気信号に変換後、プロセス部７００に送られる。
The optical signal carrying the broadcast communication permission information reaches the
上述したブロードキャスト通信用の波長λＢは、ブロードキャスト光部品５３０内にある４×１波長合波器の合波特性に基づき、予め各計算機ノードごとに決められている。本実施形態の場合には、計算機ノード１００−１に対しては１５５１．７２ｎｍ、計算機ノード１００−２に対しては１５５０．９２ｎｍ、計算機ノード１００−３に対しては１５５０．１２ｎｍ、計算機ノード１００−４に対しては１５４９．３２ｎｍに決められている。
The wavelength λB for broadcast communication described above is determined in advance for each computer node based on the multiplexing characteristics of the 4 × 1 wavelength multiplexer in the broadcast
上述の一連の動作により、計算機ノード１００−１から他のすべての計算機ノードに対してデータ信号がブロードキャストされる。 Through the series of operations described above, a data signal is broadcast from the computer node 100-1 to all other computer nodes.
計算機ノード１００−１は、データ信号送出が完了すると、管理端末ノード１１０に対して、ブロードキャスト通信のデータ信号送出完了情報を管理端末ノード向けの信号を送出する光送信器７１１から管理端末ノード１１０に送る。
When the transmission of the data signal is completed, the computer node 100-1 transmits the data signal transmission completion information of the broadcast communication to the
管理端末ノード１１０は、計算機ノード１００−１からブロードキャスト完了信号を受信すると、メモリ６３０に保存されている前記計算機ノード間のデータ通信状況のデータベースを更新する。すなわち、計算機ノード１００−１のブロードキャスト通信が終了したことをデータベースに保存する。
When receiving the broadcast completion signal from the computer node 100-1, the
ここでは、計算機ノード１００−１のブロードキャスト通信について説明したが、他の計算機ノードのブロードキャスト通信に関しても上に記した一連の動作によって行うことができる。 Here, the broadcast communication of the computer node 100-1 has been described. However, the broadcast communication of other computer nodes can be performed by the series of operations described above.
以上のように本発明により、計算機ノードが波長可変光源を光信号の送出用の光源として用いる波長ルーティングをベースとした計算機ノード結合ネットワークシステムにおいて、各計算機ノードに設置する光源数を増加させることなくユニキャスト通信とブロードキャスト通信を可能にするシンプルな計算機ノード結合ネットワークシステムを実現することができる。 As described above, according to the present invention, in a computer node coupled network system based on wavelength routing in which a computer node uses a wavelength tunable light source as a light source for transmitting an optical signal, the number of light sources installed in each computer node is not increased. It is possible to realize a simple computer node coupled network system that enables unicast communication and broadcast communication.
なお、本実施形態の光導波路として光ファイバを用いてもよいが、これに限定されない。 In addition, although an optical fiber may be used as the optical waveguide of this embodiment, it is not limited to this.
（第３の実施形態）
図１４は本発明の計算機ノード結合ネットワークシステムに関して、第３の実施形態の全体構成を示している。
(Third embodiment)
FIG. 14 shows the overall configuration of the third embodiment regarding the computer node coupled network system of the present invention.
図１４に示す計算機ノード結合ネットワークシステムは、計算機ノード１００と管理端末ノード１１０とが直接通信回線９００で接続される点で、図８に示す計算機ノード結合ネットワークシステムを異なる。
The computer node coupling network system shown in FIG. 14 differs from the computer node coupling network system shown in FIG. 8 in that the
本実施形態の計算機ノード１００−１〜１００−４の光送受信器１０１−１〜１０１−４の光送信部は、光導波路１６０−１〜１６０−４と、該光導波路に接続された１×２波長分波器１４０とを介して、４×４アレイ導波路回折格子５２０の入力ポート５２１−１〜５２１−４および４×４ブロードキャスト用光部品５３０の入力ポート５３１−１〜５３１−４にそれぞれ接続される。また、計算機ノード１００−１〜１００−４の光送受信器１０１−１〜１０１−４の光送信部は、通信回線９００を介して、管理端末ノード１１０の送受信器６００と接続される。
The optical transmitters of the optical transceivers 101-1 to 101-4 of the computer nodes 100-1 to 100-4 of the present embodiment are the optical waveguides 160-1 to 160-4 and 1 × connected to the optical waveguides. Via the two-
計算機ノード１００−１〜１００−４の光送受信器１０１−１〜１０１−４の光受信部は、光導波路１７０−１〜１７０−４と、該光導波路に接続された２×１波長合波器１５０とを介して、４×４アレイ導波路回折格子５２０の出力ポート５２２−１〜５２２−４および４×４ブロードキャスト用光部品５３０の入力ポート５３２−１〜５３２−４にそれぞれ接続される。また、計算機ノード１００−１〜１００−４の光送受信器１０１−１〜１０１−４の光受信部は、通信回線９００を介して、管理端末ノード１１０の送受信器６００と接続される。
The optical receivers of the optical transceivers 101-1 to 101-4 of the computer nodes 100-1 to 100-4 include optical waveguides 170-1 to 170-4 and 2 × 1 wavelength multiplexing coupled to the optical waveguides. Are connected to the output ports 522-1 to 522-4 of the 4 × 4 arrayed waveguide grating 520 and the input ports 532-1 to 532-4 of the optical component for 4 × 4
図１５に、本発明の第３の実施形態の計算機ノードの構成を示す。本実施形態の計算機ノード１００は、光導波路１６０、光導波路１７０および通信回線９００に接続された光送受信器１０１と、該光送受信器、メモリ７０１、波長可変光源制御部７０２、および補助記憶媒体７０３に接続されたプロセス部７００とを備える。光送受信器１０１は、光受信部７２０と、長可変光源内蔵の光送信器７１０と、管理端末ノード向けの信号を通信回線９００に送出する１．３１μｍ帯の光送信器７１２とを備える。
FIG. 15 shows the configuration of a computer node according to the third embodiment of this invention. The
光送受信器１０１の光受信部７２０は、通信回線９００に接続された、管理端末ノードからの光信号（波長λＭ：１．３１μｍ帯の波長）を受信する光受光部７２４と、光導波路１７０に接続された、計算機ノードからの１．５５μｍ帯の波長のデータ光信号を受信する光受光部７２３とを有し、上記光受光部７２３および７２４がそれぞれ電気信号線７３１および７３２を介してプロセス部７００と接続される。
The
波長可変光源制御部７０２は、電気信号線７３０を介して光送信器７１０と接続され、光送信器７１０の波長可変光源に対する制御信号を送信し、光送信器７１０の波長可変光源からの応答信号を受信する。波長可変光源制御部７０２は、光送信器７１０に内蔵されている波長可変光源の波長、温度、出力パワーなどを制御する。
The wavelength tunable light
プロセス部７００は、電気信号線７３３を介して波長可変光源内蔵の光送信器７１０と接続され、光送信器７１０にデータ信号および制御信号を伝達する。また、プロセス部７００は、電気信号線７３８を介して光送信器７１２に接続され、管理端末ノードに送出する信号を伝達する。
The
波長可変光源制御部７０２、メモリ７０１、および補助記録媒体７０３は、それぞれ電気信号線７３５、７３６、および７３７を介してプロセス部と接続される。
The variable wavelength light
図１６に、本発明の第３の実施形態の管理端末ノードの構成を示す。
本実施形態の管理端末ノード１１０は、通信回線９００を介して計算機ノードから光信号を受信する送受信器６６０、該送受信器６６０と電気信号線６７０および６８０を介して接続されるプロセス部６２０と、情報を保存し該プロセス部６２０からの読み出しおよび書き込みができるメモリ６３０とを備える。
FIG. 16 shows a configuration of a management terminal node according to the third exemplary embodiment of the present invention.
The
本実施形態は、本発明の第２の実施形態において、各計算機ノードと管理端末ノードとの通信に関わる箇所のみが異なるだけであり、ユニキャスト通信、ブロードキャスト通信のどちらの場合に関しても、その動作は本発明の第２の実施形態と同じである。 This embodiment is different from the second embodiment of the present invention only in the part related to the communication between each computer node and the management terminal node, and the operation is performed in both cases of unicast communication and broadcast communication. Is the same as in the second embodiment of the present invention.
なお、本実施形態では通信回線９００を光導波路として、計算機ノード１００の光受信部７２０および光送信器７１２を説明したが、これに限定されない。すなわち通信回線９００として電気信号を伝送する回線を用いることもできる。
In this embodiment, the
また、計算機ノード１００の光受信部７２０および光送信器７１２と管理端末ノード１１０の送受信器６６０との間で送受信する光信号の波長λＭを１．３１μｍ帯の波長として説明したが、これに限定されるものではない。
In addition, the wavelength λM of the optical signal transmitted / received between the
１００ 計算機ノード
１１０ 管理端末ノード
１２０ ５×５アレイ導波路回折格子（ユニキャスト用光部品）
１３０ ５×５光カプラ（ブロードキャスト用光部品）
１４０、４２１、５４０ １×２波長分波器
１５０、５５０ ２×１波長合波器
５２０ ４×４アレイ導波路回折格子
５３０ ４×４ブロードキャスト用光部品
100
130 5 × 5 optical coupler (optical component for broadcast)
140, 421, 540 1 × 2
Claims (9)
前記各計算機ノードの前記光送受信部の光送信部は、入力する光信号の波長によって出力ポートが異なる１×２波長分波器を介して、前記Ｍ×Ｍブロードキャスト用光部品の入力ポートおよび前記Ｌ×Ｌユニキャスト用光部品の入力ポートにそれぞれ接続され、
前記各計算機ノードの前記光送受信部の光受信部は、２×１波長合波器を介して、前記Ｍ×Ｍブロードキャスト用光部品の出力ポートおよび前記Ｌ×Ｌユニキャスト用光部品の出力ポートにそれぞれ接続され、
前記管理端末ノードの光送受信部の光送信部は、前記Ｍ×Ｍブロードキャスト用光部品の入力ポートに接続され、
前記管理端末ノードの光送受信部の光受信部は、前記Ｌ×Ｌユニキャスト用光部品の出力ポートに接続されることを特徴とする計算機ノード結合ネットワークシステム。 L × L unicast optical component having L input ports and L output ports (L is an integer satisfying L ≧ K + 1, K is an integer of 2 or more), M input ports and M An M × M broadcast optical component having an output port (M is an integer satisfying M ≧ K + 1), an L × L unicast optical component, and a wavelength tunable light source connected to the M × M broadcast optical component A computer node comprising K computer nodes having a built-in optical transceiver, and a management terminal node having an optical transceiver connected to the L × L unicast optical component and the M × M broadcast optical component A combined network system,
The optical transmission unit of the optical transmission / reception unit of each computer node has an input port of the optical component for M × M broadcasting and the input port via a 1 × 2 wavelength demultiplexer whose output port differs depending on the wavelength of the input optical signal. It is connected to the input port of each L × L unicast optical component,
The optical receiving unit of the optical transmitting / receiving unit of each computer node is connected to an output port of the M × M broadcast optical component and an output port of the L × L unicast optical component via a 2 × 1 wavelength multiplexer. Each connected to
The optical transmission unit of the optical transmission / reception unit of the management terminal node is connected to an input port of the M × M broadcast optical component,
An optical receiving unit of an optical transmitting / receiving unit of the management terminal node is connected to an output port of the L × L unicast optical component.
前記各計算機ノードの光送受信部の光送信部は、入力する光信号の波長によって出力ポートが異なる第１の１×２波長分波器、および前記第１の１×２波長分波器の出力ポートの一方に接続された入力する光信号の波長によって出力ポートが異なる第２の１×２波長分波器を介して、前記Ｌ×Ｌユニキャスト用光部品の入力ポートおよび前記Ｍ×Ｍブロードキャスト用光部品の入力ポートに接続され、前記第１の１×２波長分波器の出力ポートの他方を介して前記管理端末ノードの光送受信部の光受信部と接続され、
前記各計算機ノードの光送受信部の光受信部は、第１の２×１波長合波器、および前記第１の２×１波長合波器の一方の入力ポートに接続された第２の２×１波長合波器を介して、前記Ｌ×Ｌユニキャスト用光部品の出力ポートおよび前記Ｍ×Ｍブロードキャスト用光部品の出力ポートに接続され、前記第１の２×１波長合波器の他方の入力ポートを介して前記管理端末ノードの光送受信部の光送信部と接続されることを特徴とする計算機ノード結合ネットワークシステム。 L × L unicast optical component having L input ports and L output ports (L is an integer satisfying L ≧ K, K is an integer of 2 or more), M input ports and M An M × M broadcast optical component having an output port (M is an integer satisfying M ≧ K), an L × L unicast optical component, and a wavelength tunable light source connected to the M × M broadcast optical component A computer node coupled network system comprising K computer nodes having a built-in optical transceiver, and a management terminal node having an optical transceiver connected to each of the optical transceivers of the computer node,
The optical transmission unit of the optical transmission / reception unit of each of the computer nodes has a first 1 × 2 wavelength demultiplexer whose output port is different depending on the wavelength of the input optical signal, and an output of the first 1 × 2 wavelength demultiplexer An input port of the optical component for L × L unicast and the M × M broadcast via a second 1 × 2 wavelength demultiplexer whose output port is different depending on the wavelength of the input optical signal connected to one of the ports Connected to the input port of the optical component for use, connected to the optical receiver of the optical transceiver of the management terminal node via the other output port of the first 1 × 2 wavelength demultiplexer,
The optical reception unit of the optical transmission / reception unit of each computer node includes a first 2 × 1 wavelength multiplexer and a second 2 connected to one input port of the first 2 × 1 wavelength multiplexer. The first 2 × 1 wavelength multiplexer is connected to the output port of the L × L unicast optical component and the output port of the M × M broadcast optical component via a × 1 wavelength multiplexer. A computer node coupling network system, characterized in that it is connected to the optical transmission unit of the optical transmission / reception unit of the management terminal node via the other input port.
前記各計算機ノードの光送受信部の光送信部は、入力する光信号の波長によって出力ポートが異なる第１の１×２波長分波器を介して、前記Ｌ×Ｌユニキャスト用光部品の入力ポートおよび前記Ｍ×Ｍブロードキャスト用光部品の入力ポートに接続され、
前記各計算機ノードの光送受信部の光受信部は、第１の２×１波長合波器を介して、前記Ｌ×Ｌユニキャスト用光部品の出力ポートおよび前記Ｍ×Ｍブロードキャスト用光部品の出力ポートに接続されることを特徴とする計算機ノード結合ネットワークシステム。 L × L unicast optical component having L input ports and L output ports (L is an integer satisfying L ≧ K, K is an integer of 2 or more), M input ports and M An M × M broadcast optical component having an output port (M is an integer satisfying M ≧ K), an L × L unicast optical component, and a wavelength tunable light source connected to the M × M broadcast optical component A computer node coupled network system comprising: K computer nodes having a built-in optical transceiver unit and transceiver unit; and a management terminal node having a transceiver unit connected to each of the transceivers of the computer node,
The optical transmission unit of the optical transmission / reception unit of each computer node inputs the optical component for L × L unicast via a first 1 × 2 wavelength demultiplexer whose output port differs depending on the wavelength of the input optical signal. Connected to the port and the input port of the optical component for M × M broadcasting,
The optical receiving unit of the optical transmitting / receiving unit of each computer node receives the output port of the L × L unicast optical component and the optical component for M × M broadcast via the first 2 × 1 wavelength multiplexer. A computer node coupled network system characterized by being connected to an output port.
9. The computer node coupled network system according to claim 1, wherein the L × L unicast optical component is configured by an L × L arrayed waveguide diffraction grating.
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