JP2009095021A - 直交周波数分割多重アクセスに基づく光リングネットワーク - Google Patents
直交周波数分割多重アクセスに基づく光リングネットワーク Download PDFInfo
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Abstract
【課題】光ファイバーネットワークで、ユーザシステム間のデータ送信を行う。
【解決手段】光ファイバーネットワークにおいて、特定の波長に対応する光搬送波は、波長分割多重化光搬送波上でハブノードから特定のローカルノードへ下りデータストリームを搬送する。そして、下りデータストリームは、光搬送波上へ直交周波数分割多重化される。各ローカルノード内の単一のパラレル信号検出器は下り光搬送波すべてを検出する。信号処理モジュールは、ローカルノードに対応する特定の波長を有する光搬送波からデータストリームを逆多重化する。上りデータストリームは、同じ特定の波長を有する上り光搬送波上で直交周波数分割多重化されてローカルノードからハブノードへ送信される。送信待ちの上りデータは、特定の副搬送波および時間スロットへ割振られる。
【選択図】図1a
【解決手段】光ファイバーネットワークにおいて、特定の波長に対応する光搬送波は、波長分割多重化光搬送波上でハブノードから特定のローカルノードへ下りデータストリームを搬送する。そして、下りデータストリームは、光搬送波上へ直交周波数分割多重化される。各ローカルノード内の単一のパラレル信号検出器は下り光搬送波すべてを検出する。信号処理モジュールは、ローカルノードに対応する特定の波長を有する光搬送波からデータストリームを逆多重化する。上りデータストリームは、同じ特定の波長を有する上り光搬送波上で直交周波数分割多重化されてローカルノードからハブノードへ送信される。送信待ちの上りデータは、特定の副搬送波および時間スロットへ割振られる。
【選択図】図1a
Description
本発明は、一般には光伝送(転送)ネットワークに関し、より詳細には、直交周波数分割多重アクセスに基づく光リングネットワークに関する。
本出願は、2007年10月8日出願の米国特許仮出願第60/978,291号の利益を主張し、これを参照により本明細書に組み込む。
ファイバーによる光伝送は、コア(バックボーン)ネットワークの高速音声/データ転送の主要な伝送モードになっている。マルチメディアサービス(音声、データ、映像)に対する顧客の需要が増加していることに伴い、光伝送ネットワークは、ローカルアクセスネットワークおよび宅内ネットワークにも展開されている。コアネットワークは、一般的に、大手の通信接続業者によって制御されており、明確に定義されたアーキテクチャとネットワーク構成を有している。コストも多数の顧客全体にわたって償却される。しかし、ローカルアクセスネットワークおよび宅内ネットワークでの高速転送の場合、アーキテクチャは、同じようには明確に定義されていない。コストが償却される顧客の数も少ない。
柔軟で、適応性があり、かつ堅牢なアーキテクチャ、ならびに低コストの構成要素を備えた光伝送システムが必要とされている。
一実施形態では、光ファイバーネットワークは、少なくとも1つの単方向ファイバーリングによって接続されたハブノードと複数のローカルノードとの間でデータを送信する。下りデータストリームは、波長分割多重化下り光搬送波上をハブノードからローカルノードへ搬送される。特定の波長に対応する光搬送波は、下りデータストリームを特定のローカルノードへ搬送する。下りデータストリームは、直交周波数分割多重化によって、光搬送波上に多重化される。各ローカルノード内の単一のパラレル信号検出器が、すべての下り光搬送波を検出する。信号処理モジュールは、特定のローカルノードに対応する特定の波長を有する光搬送波からの下りデータストリームを逆多重化する。上りデータストリームは、直交周波数分割多重化によって特定の波長を有する上り光搬送波上で多重化されて、特定のノードから少なくとも1つの単方向ファイバーリング内へ送信される。すべての上りデータストリームは、ハブノードによって受信されて処理される。ローカルノード内で送信待ちとなっている上りデータは、制御モジュールならびに副搬送波および時間スロット割振モジュールによって、特定の副搬送波および時間スロットへ割振られる。
本発明のこれらおよび他の利点は、以下の詳細な説明および添付図面を参照することにより、当業者には明白になるであろう。
図1aは、光伝送(転送)ネットワークOTN100の上位レベルの概略を示す図である。一実施形態では、OTN100は単リングアーキテクチャを有してもよい。図1aに示した実施形態では、OTN100は、ネットワークの信頼性を向上する二重リングアーキテクチャを有する。OTN100を適用することが可能な応用例としては、メトロポリタンアクセスネットワークおよび敷地内光ファイバー化ネットワーク(fiber-to-the-premises networks)が挙げられる。図1aに示した実施形態では、OTN100は、単一のハブノードHN102と、3つのローカルノードLN1 104〜LN3 108とを含んでおり、これらはファイバーリングFR110およびFR112によって接続されている。一般に、複数のローカルノードが存在していてもよい。本明細書においては、ローカルノードを、アクセスノードおよびローカルアクセスノードともいう。
2つのファイバーリングは、単方向パス交換リング(UPSR)ネットワークを形成する。FR110およびFR112は、逆回転リングとして構成されている。動作トラフィックは、動作リングと呼ばれるFR110内で時計方向に流れる。動作トラフィックとは、正常なネットワーク動作条件下で転送されるデータストリームを指す。FR110が中断された場合またはローカルノードが故障した場合、トラフィックは、保護リングと呼ばれるFR112に切替えられてもよい。保護トラフィックとは、ネットワーク障害の条件下で転送されるデータストリームを指す。保護トラフィックは、FR112内を反時計方向に流れる。図1aに示した実施形態においては、HN102は、コアネットワーク132と接続されている。本明細書においては、コアネットワークを、バックボーンネットワークともいう。HN102は、例えば、中央局の光線路端末装置と接続されていてもよい。一実施形態では、OTN100は、スタンドアロン型ネットワークであってもよい。すなわち、HN102とコアネットワークとの間が接続されておらず、データは、HN102とLN1 104〜LN3 108との中でのみ転送される。
LN1 104〜LN3 108は、ユーザシステムUS1 134〜US3 138へそれぞれ接続されている。ユーザシステムの例としては、サーバ、ワークステーションおよびパーソナルコンピュータなどの、ローカルエリアネットワークおよびエンドユーザ機器が挙げられる。図1aに示した実施形態においては、LN1 104は、ユーザインタフェース1148を介してUS1 134と接続されている。この例では、ユーザインタフェース1148は電気的インタフェースである。光学または無線などの他のユーザインタフェースを適用してもよい。
トラフィックは、ソース除去(source-stripping)メカニズムを使用して、同報通信選択的アーキテクチャの形態のOTN100内で転送され、その中で、ハブノードHN102および各ローカルノードLN1 104〜LN3 108は、受動的に、ファイバーリングFR110およびFR112へトラフィックを付加したり、それらのリングからトラフィックを取去ったりすることができる。HN102は、様々なタイプのトラフィックフローをローカルノードから集約して、それらを指定の宛先に転送する役割を果たす。本明細書においては、下りトラフィックとは、コアネットワークからローカルノードへ、また、ローカルノードからユーザシステムへ転送されるデータストリームのことを指す。上りトラフィックとは、ユーザシステムからローカルノードへ、また、ローカルノードからコアネットワークへ転送されるデータストリームのことを指す。
図1aにおいては、コアネットワーク132からOTN100への下りトラフィックはすべて、波長(1〜(3を有する3つの波長分割多重(WDM)光搬送波を搬送する多重波長光ビームOB117を介して搬送される。ハブノードHN102と特定のローカルノードとの間で転送(搬送)されるデータストリームは、その特定のローカルノードに割当てられた対応する特定の波長を有する光搬送波に乗せて転送される。本明細書においては、特定の光搬送波に乗せて搬送されるデータストリームを、特定の光搬送波に対応するデータストリームという。本明細書においては、特定のデータストリームを搬送する光搬送波を、特定のデータストリームに対応する光搬送波という。HN102と特定のローカルノードとの間の下りおよび上りのデータストリームは、両方とも、同じ特定の波長で転送される。図示される例では、HN102とLN1 104の間のデータストリームは(1光搬送波に乗せて転送され、HN102とLN2 106の間のデータストリームは(2光搬送波に乗せて転送され、HN102とLN3 108の間のデータストリームは(3光搬送波に乗せて転送される。多重波長((1、(2、(3)光ビームOB 101は、HN102によって処理された後のOB117に相当する。LN1 104は、OB101からの下り(1光搬送波を逆多重化する。LN1 104は、下り(1光搬送波を電気信号に変換し、その電気信号を処理し、下り電気信号ES121を、ユーザインタフェース1148を通してUS1 134へ送信する。OB101からの下り(1光搬送波は、FR110内での再循環を防ぐためにLN1 104で停止される。下り((2、(3)光搬送波は、LN1 104を通して送信される。本明細書においては、光信号は、光搬送波上の信号の組を指してもよく、電気信号は、電気搬送波上の信号の組を指してもよい。
US1 134からの上りトラフィックは、上り電気信号ES123を介して、ユーザインタフェース1148を通してLN1 104へ送信される。LN1 104はES123を処理し、その処理された電気信号を単一波長((1)光搬送波に変換し、その上り(1光搬送波をOB101からの下り((2、(3)光搬送波を用いて多重化する。結果として得られる多重波長((1、(2、(3)光ビームOB103は、LN1 104からLN2 106へ送信される。LN2 106は、OB103からの下り(2光搬送波を分解し、それを処理し、電気信号(図示せず)に変換し、下り電気信号をUS2 136へ送信する。下り(2光搬送波は、FR110内での再循環を防ぐためにLN2 106で停止される。US2 136からの上りトラフィックは、上り電気信号(図示せず)を介してLN2 106へ送信され、LN2 106は、その電気信号を処理し、それを上り(2光搬送波に変換し、その上り(2光搬送波を、LN1 104からの上り(1光搬送波とOB101からの残りの下り(3光搬送波とを用いて多重化する。
結果として得られる多重波長((1、(2、(3)光ビームOB105は、LN2 106からLN3 108へ送信され、LN3 108は同様に(3光搬送波を処理する。LN1 104〜LN3 108からの上りトラフィックを搬送する多重波長((1、(2、(3)光ビームOB107は、HN102へ送信される。データストリームの宛先アドレスがOTN100の外部にある場合、HN102は、多重波長((1、(2、(3)光ビームOB119を介してデータストリームをコアネットワーク132へ送信する。データストリームの宛先アドレスがOTN100内にある場合(すなわち、宛先がLN1 104〜LN3 108の1つである場合)、HN102は、データストリームをOB101上に戻す。ファイバーリングFR112上の保護トラフィックは、同様に処理され、光ビームOB109〜OB115に乗せて転送される。
一実施形態では、光搬送波上のトラフィックは、直交周波数分割多重アクセスと時分割多重アクセスの組合せ(OFDMA/TDMA)によって転送される。より詳細に後述するように、トラフィックフローはすべて、同じ電気的ベースバンド内の異なる波長で、多数の直交周波数分割多重化(OFDM)副搬送波に乗せて並列に送信される。異なる副搬送波および異なる時間スロットの組合せは、媒体アクセス制御(MAC)プロトコルにより異なるタイプのトラフィックフローまたは異なるローカルノードへ動的に割振られてもよい。副搬送波はすべて、ハブノードおよびすべてのローカルノードによってアクセスされてもよい。個別の副搬送波は、リングのまわりで制御フレームを搬送する制御チャネル用に予約されている。制御フレームは、ハイブリッド型のOFDMA/TDMAベースのMACプロトコルを実現する。
リング内では、下り帯域幅はハブノードからの送信専用であるが、上り帯域幅はすべてのローカルノードの間で共有される。ハブノードは、上り帯域幅の集中制御を行う。ハブノードおよびすべてのローカルノードは、時分割多重(TDM)スキームの専用共通制御チャネルを用いて通信する。各ローカルノードは上り帯域幅の一部分を要求してもよい。一実施形態では、より詳細に後述するように、予約ベースのMACプロトコルはポーリング/要求/許諾メカニズムを帯域幅資源予約に使用する。ハブノード内のスケジューラにより算出された送信機会は、制御チャネルを介して許諾される。ローカルノードは、割振を要求し、送信を待っているデータのキュー長さを報告する(後述の詳細を参照)。ハブノードは、ローカルノードからの要求およびキュー長さをすべて受信し、そして、特定の割振を各ローカルノードへ返送する。その後、ローカルノードは、指定の時間スロットおよび副搬送波上にてデータの送信を開始する。帯域幅をより効率的に利用するため、複数のパケットが1つのデータバーストにまとめられる。ハブノード内の集中型スケジューラは、それ自体と、ローカルノードに対する適切なスロットおよび副搬送波とに下り帯域幅を割当て、衝突が生じないことを確保する。それは、リングの帯域幅利用を最大限にし、各ノードについて最低速度(すなわち、公平)を確保するためである。スケジューリングおよび帯域幅の割振は、サービス品質(QoS)、遅延時間、優先度、キュー長さおよび入力データ速度などのユーザ定義パラメータの機能である。当業者であれば、特定のネットワーク構成および用途に対して、スケジューリングおよび帯域幅割振アルゴリズムの実施形態を構築することができる。
ローカルノードの詳細を以下に記載する。一実施形態では、HN102などのハブノードの本質的特徴は、LN1 104などのローカルノードの特徴と類似している。ただし、ハブノードは、追加の物理的および機能的な特徴を有する。物理レベルでは、ハブノードは多重波長光送信器を有しているが、ローカルノードは単一波長光送信器を有している。(多重波長光送信器は、異なる波長をそれぞれ放出する一連の単一波長光送信器を指してもよいことに留意されたい。)機能レベルでは、ハブノードは、リングネットワークに対して集中制御機能を行う。また、ハブノードは、リングネットワークとコアネットワークとの間のゲートウェイの役割を果たしてもよい。当業者であれば、後述するローカルノードの詳細からハブノードの実施形態を構築することができる。
図1bは、代表的なローカルノード、すなわち図1aのLN1 104の詳細な概略を示す図である。インタフェース1140は、LN1 104に対するFR110の入口点である。インタフェース1142は、FR110に対するLN1 104の出口点である。インタフェース1144は、LN1 104に対するFR112の入口点である。インタフェース1146は、FR112に対するLN1 104の出口点である。インタフェース1148は、LN1 104とUS1 134の間の電気的インタフェースである。一般的に、インタフェース1148は、双方向インタフェースである。
図1bに示した実施形態では、LN104は、光リングインタフェースモジュール104−Aと、信号処理モジュール104−Bと、媒体アクセス制御モジュール104−Cとの3つの主要モジュールを含んでいる。各モジュールの詳細は後述する。
光リングインタフェースモジュール104−Aは、光学処理、光−電子変換、および電子−光変換を行う。FR110上でHN102からの下り動作トラフィックを搬送する多重波長((1、(2、(3)光ビームOB101は、インタフェース1140でLN1 104に入り、例えばエルビウム添加ファイバー増幅器(EFDA)であってもよい可変利得光増幅器OA148によって増幅される。増幅された光ビーム143は、本実施例では50/50の分割比を有する光スプリッタ150によって、2つの光ビームOB147とOB145とに分割される。OB147は、下り(1光搬送波の停止と下り((2、(3)光搬送波の送信とを行う波長フィルタ152を通じて送信される。波長フィルタ152は、例えば、波長選択的スイッチまたは薄膜フィルタであってもよい。その後、フィルタ処理された光ビームOB149は光カプラー154へ送信され、該光カプラーは、後述するように、光ビームOB151からの上りλ1光搬送波を用いて下り((2、(3)光搬送波を多重化する。光スプリッタ150を再び参照すると、OB145は、光スイッチ166へ送信される。OB145のさらなる処理は後述する。
同様に、保護トラフィックは、インタフェース1144でLN1 104へ入る多重波長((1、(2、(3)光ビームOB113を介して、FR112上をLN2 106からLN1 104へ送信される。OB113は、光増幅器OA156によって増幅され、その増幅された光ビームOB153は、光スプリッタ158により2つの光ビームOB155とOB157とに分割される。OB155は、光スイッチ166へ送信される。OB157は、(1光搬送波の停止と((2、(3)光搬送波の送信とを行う波長フィルタ160へ送信される。そして、フィルタ処理された光ビームOB159は、後述するように、光ビームOB161からの上り(1光搬送波を用いてOB159の多重化を行う光カプラー162へ送信される。インタフェース1146にてLN1 104を出る、結果として得られる多重波長((1、(2、(3)光ビームOB115は、その後、HN102へ送信される。光スイッチ166は、FR110とFR112との間でトラフィックを切替える。光スイッチ166と、光カプラー150と、光カプラー154と、光カプラー158と、光カプラー162と、光カプラー164とは、単方向パス交換リング保護機能を提供する。
考察を簡単にするため、以下の実施例は動作トラフィックのみを含む。当業者であれば、保護トラフィックの実施形態を構築することができる。光リングインタフェースモジュール104−A内の光電子処理は、以下のように行われる。まず、下りデータストリームについて考察する。上述したように、OB145は、下り((1、(2、(3)光搬送波を転送する。OB145は、光スイッチ166を介して経路を定められる。OB145−Oとして示した切り替えられた光ビームは、(ベースバンド周波数ミラー化(baseband frequency mirroring)および帯域通過フィルタ処理によって)異なる波長で複数の光信号を同時に受信することができるパラレル信号検出器PSD172へ送信される。PSD172は、(OB145−Oに乗せて搬送された)光信号を、ES145−Eとして示したアナログ電気信号へ変換して、該ES145−Eは、その後、アナログ/デジタル変換器ADC174によってデジタル化される。結果として得られるES163として示すデジタル電気信号は、次に、信号処理モジュール104−Bへ送信される。信号処理のさらなる詳細は後述する。
光リングインタフェースモジュール104−A内での上りデータストリームの処理は、以下のように行われる。信号処理モジュール104−B(さらに後述する)からの上りデータは、デジタル電気信号ES181を介して光リングインタフェースモジュール104−Aへ送信されて、その後、デジタル/アナログ変換器170によってアナログ電気駆動信号ES183−Eに変換される。ES183−Eは、例えば単一波長((1)レーザーダイオードを含むものでもよい光送信器168を駆動する。光送信器168によって放出された、結果として得られる光ビームOB183−Oは、次に光スプリッタ164へ送信され、該光スプリッタは、OB183−Oを、OB151およびOB161として示した2つの光ビームに分割する。動作上り(1光搬送波を搬送するOB151は、動作下り((2、(3)光搬送波を搬送するOB149を用いてOB151を多重化する光カプラー154へ送信されて、多重波長((1、(2、(3)光ビームOB103が生成され、それがインタフェース1142を介してFR110内へ送信される。同様に、保護上り(1光搬送波を搬送するOB161は、光カプラー162へ送信され、OB159を用いて多重化されて光ビームOB115が生成され、それがインタフェース1146を介してFR112内へ送信される。
信号処理モジュール104−B内の信号処理は、以下のように行われる。一実施形態では、信号処理モジュール104−Bは、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)に基づくデジタル信号プロセッサ(DSP)によって実現される。下りパスでは、ADC174の出力側からの無線周波(RF)デジタル電気信号ES163は、ディバイダ190と、局部発振器196(周波数fc)と、ミキサ192と、ミキサ198と、π/2位相シフタ194とを有するデジタルI/Qミキサ1130により処理される。デジタルI/Qミキサ1130の出力は、直交位相(Q)信号である電気信号ES169と、同相(I)信号である電気信号ES171とである。ES169およびES171は、高速フーリエ変換(FFT)プロセッサ1100へ入力される。FFTプロセッサ100の出力は、例えば16−QAM(直交振幅変調)復調器であってもよいデジタル復調器1102へ入力される。電気信号ES173として示したデジタル復調器1102の出力は、副搬送波および時間スロット割振/割当(subcarrier and time slot allocation and assignment)(STAA)モジュール1104へ入力される。本明細書においては、デジタルI/Qミキサ1130、FFTプロセッサ1100およびデジタル復調器1102の組合せを、直交周波数分割デマルチプレクサ1160という。一実施形態では、信号処理モジュール104−Bは、時分割デマルチプレクサ(図示せず)を含むものでもよい。
上りパスの処理は類似している。電気信号ES175は、STAAモジュール1104から、例えば16−QAM変調器であってもよいデジタル変調器188へ出力される。デジタル変調器188の出力は、逆高速フーリエ変換(IFFT)プロセッサ186へ入力される。IFFTプロセッサ186の出力は、電気信号ES177(同相(I)信号)および電気信号ES179(直交位相(Q)信号)である。ES177およびES179は、デジタルI/Qミキサ1140によって処理されて、RFデジタル信号ES181を発生し、それがデジタル/アナログ変換器DAC170に入力される。デジタルI/Qミキサ1140は、ミキサ178と、ミキサ184と、局部発振器182と、π/2位相シフタ180と、コンバイナー176とを備えている。本明細書では、デジタル変調器188、IFFTプロセッサ177およびデジタルI/Qミキサ1140の組合せは、直交周波数分割マルチプレクサ1170と呼ばれる。一実施形態では、信号処理モジュール104−Bは、時分割マルチプレクサ(図示せず)を含むものでもよい。
図1bにおいては、MACモジュール104−Cにおける処理は、以下のように行われる。図1aを再び参照すると、ユーザシステム134から、LN2 106とLN3 108とHN102とへ送信されたデータパケットは、電気信号ES123に乗ってLN2 104のユーザインタフェース1148内に転送される。同様に、LN2 106とLN3 108とHN102とからLN1 104へ送信されたデータパケットは、電気信号ES121に乗ってユーザインタフェース1148から出てユーザシステム134へ転送される。一実施形態では、ユーザインタフェース1148との間での送信待ちとなっているパケットは、一連の複数の仮想キューへ格納される。仮想キューは、仮想出力キューおよび仮想入力キューを含んでいる。
図1bに示した実施形態では、VoQメモリモジュール1106は、一連の個々の仮想出力キューを保持している。VoQ[1、2]1108は、LN1 104からLN2 106への送信待ちをしているパケット用の仮想出力キューである。VoQ[1、3]1110は、LN1 104からLN3 108への送信待ちをしているパケット用の仮想出力キューである。VoQ[1、H]1112は、LN1 104からHN102への送信待ちをしているパケット用の仮想出力キューである。上述したように、宛先がOTN100の外部にあるパケットは、やはり最初にHN102へ経路を定められる。VoQ[CC]1116は、専用制御チャネル(後述)に沿ってLN1 104からHN102へ送信されるメッセージ用の特別の仮想出力キューである。簡単にするため、図1bは、LN2 106からLN1 104へ、LN3 108からLN1 104へ、ならびに、HN102からLN1 104へ送信されるパケット用の対応する個々の仮想入力キューは示していない。受信パケットは、ユーザインタフェース1148からユーザシステム134へ送信待ちとなっている間、個々の仮想入力キューに格納されている。当業者であれば、仮想入力キューを用いた実施形態を構築することができる。
さらに詳細に後述するように、一連の副搬送波および時間スロットを含んでいる資源ユニット(RU)がVoQに割り当てられる。RUのサイズ(副搬送波の数および時間スロットの数)は、サービス品質(QoS)、遅延時間、優先度、キュー長さおよび入力データ速度などのユーザ定義パラメータに応じて動的に変化してもよい。制御モジュール1118と副搬送波および時間スロット割振/割当(STAA)モジュール1104とは、帯域幅の共有と、VoQ1106に対する副搬送波と時間スロットの組のマッピングとを行う役割を果たす。さらに詳細に後述するように、複数のパケットは、より効率的に送信を行うために、データバーストに集約される。衝突を回避しつつOFDMAベースの光リング帯域幅を動的に共有するために、後述するようにMACプロトコルが使用される。専用制御チャネル(追加の送受信器を何も必要としない)を用いて、QoSを保証することが可能な予約情報を含む制御メッセージの交換が行われる。
予約ベースのMACプロトコルメッセージフローの実施形態を図2に示す。それは、(a)ローカルノード登録フェーズ202、(b)帯域幅(BW)資源予約フェーズ204、(c)バースト送信フェーズ206、および(d)ローカルノード登録解除フェーズ208の4つのフェーズを含んでいる。帯域幅資源予約とは、時間スロットおよび副搬送波の割振りのことを指す。リングは単方向リングであるため、リング帯域幅は下り帯域幅と上り帯域幅との2つの部分に分割される。下り帯域幅はハブノードからの送信専用であるが、上り帯域幅はすべてのローカルノードの間で共有される。
図2に示した実施例では、専用制御チャネル上で、ローカルノードLN1 104とハブノードHN102(図1aを参照)との間で制御メッセージの交換が行われる。通信を開始するため、LN1 104は最初にHN102に登録する。ローカルノード予約フェーズ202の間、LN1 104は最初に登録要求230をHN102へ送信し、HN102は登録ACK/NAK232によって応答する。ACK(肯定応答)は登録が処理されたことを示す。NAK(否定応答)は登録が処理されていないことを示す。ACKを受信すると、LN1 104はHN102に対して登録確認234を送信する。すると、LN1 104がHN102に登録される。
次に、帯域幅資源予約フェーズ204へ移る。HN102は、帯域幅要求に関してLN1 104をポーリングする。HN102は、BWポーリング236をLN1 104に対して送信し、LN1 104は、BW要求238によって応答する。一実施形態では、BW要求238は、さらにキュー長さ(例えば、VoQ1106の中のキュー長さ)をHN102へ報告してもよい。BW要求238を受信すると、次に、HN102は、BW許諾240をLN1 104に対して送信する。LN1 104がBW許諾240を受信すると、バースト送信フェーズ206へ移る。LN1 104は、データバースト242をHN102へ送信する。データバースト242は、例えば、VoQ1106からのパケットを含んでいる。BWポーリングとBW要求とBW許諾とデータバーストとのシーケンスは、バースト送信フェーズ206の間、複数回繰り返して行われてもよい。LN1 104がそれ以上HN102との通信を要求しない場合、ローカルノード登録解除フェーズ208へ移る。LN1 104は、登録解除290をHN102に対して送信し、HN102は、LN1 104を登録解除して登録解除ACK292によって応答する。登録解除ACK292を受信すると、LN1 104は登録解除確認294をHN102へ返す。すると、LN1 104の登録が解除される。
図3に示す実施形態では、データは、一連のフレーム(シーケンス)(スケジューリングサイクルとも呼ばれる)において送信される。連続フレームは、フレーム間ギャップ330によって分離される。フレーム302は、1つの下りサブフレーム304と1つの上りサブフレーム306とを含んでいる。下りサブフレーム304および上りサブフレーム306も、ギャップによって分離される。下りサブフレーム304は、ハブノード(図1aのHN102と同様)による送信用にのみ使用される。下りサブフレーム304の長さは、ハブノード内にて変化するトラフィック量に適応するように調整可能である。本明細書においては、下りサブフレームの長さを、下りサブフレーム時限という。上りサブフレーム306は、複数の時間スロットに分割される。代表的な時間スロットは、時間スロット332として示したものである。一実施形態では、時間スロット332の長さは、125(sである。一般的には、時間スロットの長さは、ユーザによって指定される。一般的に、フレームの長さはフレームごとに変化してもよい。一般的に、下りサブフレームの長さはフレームごとに変化してもよい。一般的に、上りサブフレームの長さはフレームごとに変化してもよい。
図3においては、副搬送波は垂直軸326に沿ってマッピングされ、時間スロットは水平軸324に沿ってマッピングされる。代表的な副搬送波は、副搬送波334である。本明細書においては、資源ユニット(RU)とは、副搬送波と時間スロットとのブロックのことを指す。一般的に、資源ユニット内の副搬送波の数と時間スロットの数とはユーザによって指定される。一般的に、資源ユニット内の副搬送波の数と時間スロットの数とは、資源ごと(例えば、RU1 370〜RU3 374を比較)に変化してもよい。一連の資源ユニットは、制御チャネル338用に排他的に予約されている。
ハブノードは、各ローカルノード(図1aのLN1 104〜LN3 108など)に資源ユニットを割振ってもよく、その資源ユニットを用いて、ローカルノードは、各フレーム送信の間に情報を書込んでもよい。上述したように、割振は、図2において上述したポーリング/要求/許諾メカニズムを利用して、予約ベースのMACプロトコルによって行われる。制御メッセージは、制御チャネル338を介してハブノードとローカルノードとの間で交換される。HN102は、資源のスケジューリングの制御を行い、また、各フレームの間に各ローカルノードに対してRUを保証するようにしてもよい。公平性およびアクセス遅延は、帯域幅割振りアルゴリズムと、スケジューリングサイクルの長さなどのパラメータ値とに応じて変化する。
図3においては、例えば、ハブノードHN102は、BW許諾メッセージ350〜BW許諾メッセージ354を、LN1 104〜LN3 108それぞれに対して送信する。BW許諾メッセージは、ローカルノードに対してRUを割振る。例えば、BW許諾メッセージ350〜BW許諾メッセージ354は、RU1 370〜RU3 374をLN1 104〜LN3 108にそれぞれ割振る。BW許諾メッセージ350〜BW許諾メッセージ354は、前のフレームでLN1 102〜LN3 108が送信したBW要求メッセージに応答して、HN102により送信される。BW要求メッセージ360〜BW要求メッセージ364は、次のフレームにおいてRUを要求するために、LN1 104〜LN3 108から(制御チャネル338を介して)HN102に対して送信される。上述したように、BW要求メッセージ360〜BW要求メッセージ364は、LN1 104〜LN3 108それぞれのキュー長さをHN102へ報告するものでもよい。
ローカルノードは、上りデータを送信するとき、上り帯域幅をより効率的に利用するため、最初に複数のデータパケットを単一のデータバーストに集約する。一般的に、単一のデータバーストのなかのデータパケットの数はユーザによって指定される。一般的に、データバーストの長さは変化してもよい。図3に示した実施形態では、以下の、(a)同期/区切フィールド310と、(b)送信元アドレス/宛先アドレス(SA/DA)312と、(c)トラフィックタイプ314と、(d)バースト長316と、(e)ペイロード318のフィールドとをRU3 374が有している間、データバースト308の送信が行われる。さらに、フレーム検査シーケンスFCS320もある。一般的に、異なるタイプのトラフィックは、単一データバースト内で送信されてもよい。トラフィックのタイプとしては、例えば、イーサネット、高精細度テレビジョン(HDTV)および時分割多重化(TDM)が挙げられる。当業者であれば、他の構造およびフィールドを用いて資源ユニットの実施形態を構築してもよい。
上述の「発明を実施するための最良の形態」は、あらゆる点で、実例および例示のためのものであって限定目的ではないことを理解すべきであり、本明細書にて開示される本発明の範囲は、「発明を実施するための最良な形態」によってではなく、特許法によって認められる最大限の範囲に従って解釈される請求項によって決められるべきものである。本明細書に示し記載した実施形態は、単に本発明の原理を説明するものであり、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、当業者によって様々な変形が実現されてもよいことを理解されたい。当業者であれば、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、他の様々な特徴の組み合わせを実現することができる。
100 ネットワーク
102 ハブノード
104、106、108 ローカルノード
110、112 ファイバーリング
132 コアネットワーク
134、136、138 ユーザシステム
102 ハブノード
104、106、108 ローカルノード
110、112 ファイバーリング
132 コアネットワーク
134、136、138 ユーザシステム
Claims (30)
- 複数のユーザシステム間でデータを送信する光ファイバーネットワークにおいて、
複数の波長から選択された対応する特定の下り波長をそれぞれ有する複数の下り光搬送波を、少なくとも1つの単方向ファイバーリングへ送信するように構成された多重波長光送信器と、
前記複数の下り光搬送波上のそれぞれの対応する特定の下りデータストリームを、直交周波数分割多重化するように構成された第1のマルチプレクサと、
前記複数の波長から選択された対応する特定の上り波長をそれぞれ有し、かつ、直交周波数分割多重化によって多重化された対応する特定の上りデータストリームをそれぞれ搬送する複数の上り光搬送波を、前記少なくとも1つの単方向ファイバーリングから受信するように構成された第1のパラレル信号検出器と、
前記対応する特定の上りデータストリームそれぞれを直交周波数分割逆多重化するように構成された第1のデマルチプレクサと、を備えるハブノードと、
前記複数のユーザシステムから選択された第1のユーザシステムと通信するように構成され、
前記複数の波長から選択された対応する第1の上り波長を有する第1の上り光搬送波を、前記少なくとも1つの単方向ファイバーリングへ送信するように構成された第1の単波長光送信器と、
前記第1の上り光搬送波上に対応する第1の上りデータストリームを直交周波数分割多重化するように構成された第2のマルチプレクサと、
前記複数の下り光搬送波を受信するように構成された第2のパラレル信号検出器と、
対応する特定の下り波長が前記対応する第1の上り波長と等しい前記特定の下り光搬送波上の、対応する特定の下りデータストリームを直交周波数分割逆多重化するように構成された第2のデマルチプレクサと、を備える第1のローカルノードと、
前記複数のユーザシステムから選択された第2のユーザシステムと通信するように構成され、
前記複数の波長から選択された対応する第2の上り波長を有する第2の上り光搬送波を、前記少なくとも1つの単方向ファイバーリングへ送信するように構成された第2の単波長光送信器と、
前記第2の上り光搬送波上に対応する第2の上りデータストリームを直交周波数分割多重化するように構成された第3のマルチプレクサと、
前記複数の下り光搬送波を受信するように構成された第3のパラレル信号検出器と、
対応する特定の下り波長が前記対応する第2の上り波長と等しい前記特定の下り光搬送波上の、対応する特定の下りデータストリームを直交周波数分割逆多重化するように構成された第3のデマルチプレクサと、を備える第2のローカルノードとを有する光ファイバーネットワーク。 - 請求項1に記載の光ファイバーネットワークにおいて、
前記少なくとも1つの単方向ファイバーリングが、単方向パス交換リングとして構成された動作リングおよび保護リングを備えている光ファイバーネットワーク。 - 請求項2に記載の光ファイバーネットワークにおいて、
前記ハブノードが、前記動作リングと前記保護リングとの間で上りと下りのトラフィックを切替えるように構成された第1の光スイッチをさらに備えている光ファイバーネットワーク。 - 請求項2に記載の光ファイバーネットワークにおいて、
前記第1のローカルノードが、前記動作リングと前記保護リングとの間で上りと下りのトラフィックを切替えるように構成された第2の光スイッチをさらに備えている光ファイバーネットワーク。 - 請求項2に記載の光ファイバーネットワークにおいて、
前記第2のローカルノードが、前記動作リングと前記保護リングとの間で上りと下りのトラフィックを切替えるように構成された第3の光スイッチをさらに備えている光ファイバーネットワーク。 - 請求項1に記載の光ファイバーネットワークにおいて、
前記第1のマルチプレクサが、前記複数の下り光搬送波上のそれぞれに、対応する特定の下りデータストリームを直交周波数分割多重化および時分割多重化するようにさらに構成されている光ファイバーネットワーク。 - 請求項1に記載の光ファイバーネットワークにおいて、
前記第1のデマルチプレクサが、前記対応する特定の上りデータストリームそれぞれを、直交周波数分割逆多重化および時分割逆多重化するようにさらに構成されている光ファイバーネットワーク。 - 請求項1に記載の光ファイバーネットワークにおいて、
前記ハブノードが、
第1の複数の仮想出力キュー内に、前記少なくとも1つの単方向ファイバーリングへ送信されるのを待っている第1の複数のデータパケットを格納するように構成された第1の仮想出力キューモジュールと、
前記第1の複数の仮想出力キューから選択された第1の組のデータパケットの送信を制御するように構成された第1のコントローラと、
前記第1の組のデータパケットを第1の組の副搬送波および第1の組の時間スロットへマッピングするように構成された第1の副搬送波および時間スロット割振/割当モジュールとをさらに備えている光ファイバーネットワーク。 - 請求項8に記載の光ファイバーネットワークにおいて、
前記第1のコントローラが、前記第1のローカルノードからの第1の上りトラフィックの送信と、前記第2のローカルノードからの第2の上りトラフィックの送信とを制御するようにさらに構成されている光ファイバーネットワーク。 - 請求項1に記載の光ファイバーネットワークにおいて、
前記第1のローカルノードは、
対応する特定の下り波長が前記対応する第1の上り光学波長に等しい、前記特定の下り光搬送波を停止し、
前記複数の下り光搬送波中の他の下り光搬送波を送信するように構成された第1の波長選択性フィルタをさらに備えている光ファイバーネットワーク。 - 請求項1に記載の光ファイバーネットワークにおいて、
前記第2のマルチプレクサが、前記第1の上り光搬送波上に、対応する第1の上りデータストリームを直交周波数分割多重化および時分割多重化するようにさらに構成されている光ファイバーネットワーク。 - 請求項1に記載の光ファイバーネットワークにおいて、
前記第2のデマルチプレクサが、前記対応する特定の下りデータストリームそれぞれを、直交周波数分割逆多重化および時分割逆多重化するようにさらに構成されている光ファイバーネットワーク。 - 請求項1に記載の光ファイバーネットワークにおいて、
前記第1のローカルノードが、
第2の複数の仮想出力キュー内に、前記少なくとも1つの単方向ファイバーリングへ送信されるのを待っている第2の複数のデータパケットを格納するように構成された第2の仮想出力キューモジュールと、
前記第2の複数の仮想出力キューから選択された第2の組のデータパケットの送信を制御するように構成された第2のコントローラと、
第2の組の副搬送波および第2の組の時間スロットへ前記第2の組のデータパケットをマッピングするように構成された第2の副搬送波および時間スロット割振/割当モジュールとをさらに備えている光ファイバーネットワーク。 - 請求項1に記載の光ファイバーネットワークにおいて、
前記第2のローカルノードは、
対応する特定の下り波長が前記対応する第2の上り光学波長と等しい、前記特定の下り光搬送波を停止し、
前記複数の下り光搬送波中の他の下り光搬送波を送信するように構成された第2の波長選択性フィルタをさらに備えている光ファイバーネットワーク。 - 請求項1に記載の光ファイバーネットワークにおいて、
前記第3のマルチプレクサが、前記第2の上り光搬送波上に、対応する第2の上りデータストリームを直交周波数分割多重化および時分割多重化するようにさらに構成されている光ファイバーネットワーク。 - 請求項1に記載の光ファイバーネットワークにおいて、
前記第3のデマルチプレクサが、前記対応する特定の下りデータストリームのそれぞれを、直交周波数分割逆多重化および時分割逆多重化するようにさらに構成されている光ファイバーネットワーク。 - 請求項1に記載の光ファイバーネットワークにおいて、
前記第2のローカルノードが、
第3の複数の仮想出力キュー内に、前記少なくとも1つの単方向ファイバーリングへ送信されるのを待っている第3の複数のデータパケットを格納するように構成された第3の仮想出力キューモジュールと、
前記第3の複数の仮想出力キューから選択された第3の組のデータパケットの送信を制御するように構成された第3のコントローラと、
第3の組の副搬送波および第3の組の時間スロットへ前記第3の組のデータパケットをマッピングするように構成された第3の副搬送波および時間スロット割振/割当モジュールとをさらに備えている光ファイバーネットワーク。 - 請求項1に記載の光ファイバーネットワークにおいて、
前記少なくとも1つの単方向ファイバーリングと接続された、M個(Mは1以上の整数)の追加のローカルノードをさらに備えている光ファイバーネットワーク。 - 少なくとも1つの単方向ファイバーリングによって接続されたハブノードと複数のローカルノードとの間でデータを送信する方法において、
前記ハブノードから前記少なくとも1つの単方向ファイバーリングへ、第1の波長を有する第1の下り光搬送波と第2の波長を有する第2の下り光搬送波とを送信する処理であって、前記第1の下り光搬送波が第1の直交分割多重化された下りデータストリームを搬送し、前記第2の下り光搬送波が第2の直交分割多重化されたデータストリームを搬送する処理と、
前記複数のローカルノードから選択された第1のローカルノードにおいて、前記少なくとも1つの単方向ファイバーリングから前記第1の下り光搬送波と前記第2の下り光搬送波とを受信する処理と、
前記第1のローカルノードにおいて、前記第1の直交分割多重化された下りデータストリームを直交周波数分割逆多重化する処理と、
前記第1のローカルノードにおいて前記第1の下り光搬送波を停止する処理と、
前記第1のローカルノードから前記少なくとも1つの単方向ファイバーリング内へ、第1の直交分割多重化された上りデータストリームを搬送する前記第1の波長を有する第1の上り光搬送波を送信する第1送信処理と、
前記複数のローカルノードから選択された第2のローカルノードにおいて、前記少なくとも1つの単方向ファイバーリングから前記第2の下り光搬送波と前記第1の上り光搬送波とを受信する処理と、
前記第2のローカルノードにおいて、前記第2の直交分割多重化された下りデータストリームを直交周波数逆多重化する処理と、
前記第2のローカルノードにおいて前記第2の下り光搬送波を停止する処理と、
前記第2のローカルノードから前記少なくとも1つの単方向ファイバーリング内へ、第2の直交分割多重化された上りデータストリームを搬送する前記第2の波長を有する第2の上り光搬送波を送信する第2送信処理と、
前記ハブノードにおいて、前記少なくとも1つの単方向ファイバーリングから前記第1の上り光搬送波と前記第2の上り光搬送波とを受信する処理と、
前記ハブノードにおいて、前記第1の直交分割多重化された上りデータストリームと前記第2の直交分割多重化された上りデータストリームとを直交周波数分割逆多重化する処理とを含む方法。 - 請求項19に記載の方法において、
前記少なくとも1つの単方向ファイバーリングが、単方向パス交換リングとして構成された動作リングおよび保護リングを備えている方法。 - 請求項19に記載の方法において、
前記第1の直交分割多重化された下りデータストリームと、前記第2の直交分割多重化された下りデータストリームと、前記第1の直交分割多重化された上りデータストリームと、前記第2の直交分割多重化された上りデータストリームとが一連のフレーム上で転送され、
前記一連のフレームそれぞれが、第1の複数の副搬送波および下りサブフレーム時限を含んでいる下りサブフレームと、第2の複数の副搬送波および複数の時間スロットを含んでいる上りサブフレームとを備えている方法。 - 請求項21に記載の方法において、
前記上りサブフレームが、前記第2の複数の副搬送波から選択された特定の組の副搬送波と、前記複数の時間スロットから選択された特定の組の時間スロットとをそれぞれ有する複数の特定の資源ユニットをさらに備えている方法。 - 請求項22に記載の方法において、
専用制御チャネルを介して前記ハブノードと前記第1のローカルノードとの間で第1の組の制御メッセージを交換することにより、前記第1のローカルノードから送信する第1送信処理を制御する制御メッセージ交換処理と、
前記専用制御チャネルを介して前記ハブノードと前記第2のローカルノードとの間で第2の組の制御メッセージを交換することにより、前記第2のローカルノードから送信する第2送信処理を制御する処理とをさらに含む方法。 - 請求項23に記載の方法において、
前記第1の組の制御メッセージを交換する制御メッセージ交換処理は、
前記ハブノードから前記第1のローカルノードへ第1の帯域幅ポーリングメッセージを送信する処理と、
前記第1の帯域幅ポーリングメッセージに応答して、前記第1のローカルノードから前記ハブノードへ第1の帯域幅要求メッセージを送信する処理と、
前記第1の帯域幅要求メッセージに応答して、前記ハブノードから前記第1のローカルノードへ第1の帯域幅許諾メッセージを送信する処理とを含む方法。 - 請求項24に記載の方法において、
前記第1の帯域幅要求メッセージが前記第1のローカルノード内の仮想キューの長さを報告する方法。 - 請求項24に記載の方法において、
前記第1の帯域幅許諾メッセージに応答して、前記第1のローカルノードから前記ハブノードへ第1のデータバーストを送信する処理をさらに含む方法。 - 請求項26に記載の方法において、
前記第1のデータバーストが、前記第1の帯域幅許諾メッセージを介して前記ハブノードによって割振られた第1の組の特定の資源ユニット内へ送信される方法。 - 請求項27に記載の方法において、
前記第1の組の特定の資源ユニットが、少なくとも部分的に、
前記データバーストの優先度と、
前記データバーストのサービス品質と、
前記第1のローカルノード内の仮想キュー長さと、
利用可能な特定の資源ユニットとの少なくとも1つに基づいて割り振られる方法。 - 請求項26に記載の方法において、
前記第1のデータバーストは、
同期フィールドと、
区切フィールドと、
送信元アドレス/宛先アドレスフィールドと、
トラフィックタイプフィールドと、
バースト長フィールドと、
ペイロードとの少なくとも1つを含む方法。 - 請求項29に記載の方法において、
前記ペイロードは、
インターネットプロトコル(IP)データパケットと、
イーサネットフレームと、
高精細度テレビジョンフレームと、
時分割多重フレームとを含む方法。
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