JP3432251B2 - 格子型ネットワークシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、伝送方式として、光波
長分割多重方式と時分割多重方式（ＴＤＭＡ：時分割多
重アクセス方式）を組み合わせた伝送方式を採用する格
子型ネットワークシステムに関する。 【０００２】 【従来の技術】伝送方式として、光波長分割多重方式と
時分割多重方式を組み合わせた伝送方式を採用する格子
型ネットワークシステムとしては、下記の文献１，２に
記載されるものがある。 【０００３】 文献１：「格子型交換網への光技術適用に関する検討」 小林・山内・井上 電子情報通信学会技術研究報告 ＳＳＥ９２−１１０ 文献２：「Virtual Topologies for WDM Star LANs The
Regular Structures Approach」 Bo Li,Aura Ganz;IEEE INFOCOM '92 pp.2134-2143 図２は、文献１に記載される格子型ネットワークシステ
ムの構成を示す図である。 【０００４】図示のごとく、このシステムは、同一行に
属するノードのグループ（行グループ）と同一列に属す
るノードのグループ（列グループ）により構成されてい
る。 【０００５】また、このシステムは、同一グループに属
する任意の２つのノード間では、１ホップでパケットを
転送することができ、異なるグループに属する任意の２
つのグループ間では、宛先ノードが属するグループと発
信ノードが属するグループの交点に位置するノード（両
グループに属するノード）を介して２ホップでパケット
を転送することができるように構成されている。 【０００６】図３は、図２のシステムにおけるノードの
物理的な接続構成を示す図である。 【０００７】図示のごとく、このシステムにおいては、
同一グループに属する任意のノード間での１ホップ伝送
を保証するために、これらを共通の光伝送バスに接続す
るようになっている。 【０００８】図４は、図２のシステムにおける光波長の
割り付け方法を示すものである。 【０００９】図示のごとく、このシステムにおいては、
同一グループ内のノード間で、なんらかの情報を伝送す
るとき、宛先ノードが自ノードから数えて右（下）へｎ
番目であれば、周波数ｆ（ｎ）の光信号を用いるように
なっている。したがって、１グループ内のノード数がＮ
個の場合、各ノードは、光周波数ｆ（１）〜ｆ（Ｎ−
１）を用い、情報を並列的に送出することができる。 【００１０】この場合、同一グループ内のノードは、図
３で説明したごとく、共通の光伝送バスに接続されてい
る。したがって、情報送信の際には、各ノードから送出
されたパケット同志の衝突を回避する必要がある。この
ため、時間軸を分割して、各ノードに送信時間を割り振
ることにより、パケットの衝突を回避するようになって
いる。 【００１１】図５は文献２に記載される格子型ネットワ
ークシステムの構成を示す図であるある。 【００１２】伝送方式及びノードの配置は文献１のもの
と同じであり、２ホップで全てのノードに転送できる構
成である。各ノードはスターカプラを用いて１つの伝送
路にスター型に接続される。グループの通信は、宛先ノ
ードに対して波長を割り当てた波長多重伝送である。 【００１３】このネットワークは１つの伝送路で全ての
ノードが接続されているので、各ノードの送受信波長を
変更することにより、グループの変更（ネットワークの
再構成）を簡単に行うことができる。 【００１４】 【発明が解決しようとする課題】文献１の光ネットワー
クシステムにおいては、ノードを増設する場合、時間軸
上を分割したタイムスロットを変更しなければならない
（例えば、１つのグループ内のノードを３個から４個に
増設した場合、タイムスロットを３分割から４分割に変
更しなければならない）ので、増設性が良くない。ま
た、ノードの故障等で伝送効率が低下した場合、故障ノ
ードは中継ができなくなるので、ネットワークから外す
必要があるが、このような変更ができない。したがっ
て、ネットワークに柔軟性がない。 【００１５】文献２の光ネットワークシステムにおいて
は、Ｎ×Ｎの構成を考えると、各ノードの送信器はＮ
個、受信器はＮ個必要になり、波長多重度は（Ｎ＋１）
×Ｎ²になる。大規模化を考えた場合、現状の波長多重
度は数十波程度であり、ノード当たりの光部品の個数も
かなり多くなるので、大規模なネットワークに適してい
ない。すなわち、ネットワークに柔軟性を持たせると、
装置のハード量が多くなる。 【００１６】そこで、本発明は、高速かつ大規模なネッ
トワークを構成することができ、再構成のための柔軟性
を有し、装置のハード量も削減することができるネット
ワークシステムを提供することを目的とする。 【００１７】 【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
めに、本発明の格子型ネットワークシステムは、複数の
ノードを格子状に配列するとともに、各行および各列ご
とにグループ化し、同じグループに属する任意の２つの
ノード間では、１ホップでパケットを転送することがで
き、異なるグループに属する任意の２つのノード間で
は、これら２つのノードが属する２つのグループの交点
に位置するノードを介して２ホップでパケットを転送す
ることができるように構成された格子型ネットワークシ
ステムにおいて、複数のノードで共用されるパケット伝
送路と、ノードの外部に設けられ、各グループに割り当
てられた波長を持つ信号をすべて出力可能な信号源と、
各ノードに設けられ、信号源の出力信号から任意の波長
の信号を択一的に選択可能な信号選択手段と、各ノード
に設けられ、信号選択手段の選択信号を使ってパケット
を送信するパケット送信手段と、各ノードに設けられ、
自ノードが属するグループ内の他ノードから送られてき
たパケットを受信するとともに、その受信波長を変更可
能なパケット受信手段と、各ノードに設けられ、トーク
ンパッシング方式に基づいて、パケット受信手段が変更
可能な受信波長を、自ノードが属するグループ内の送信
権を持つノードの送信波長に調整するアクセス制御手段
とを具備したことを特徴とする。 【００１８】 【作用】上記構成においては、信号源から出力される複
数の信号の中から、信号選択手段により、自ノードが属
するグループに割り当てられた波長を持つ信号が選択さ
れる。そして、この選択信号を用いてパケットの送信が
なされる。この選択信号は変更可能であり、この変更に
より、パケットの送信波長が変更されるため、ノードの
物理的な接続を変更することなく、グループの再構成が
可能となる。 【００１９】 【実施例】以下、図面を参照しながら、この発明の一実
施例を詳細に説明する。 【００２０】（１）ノードの物理的な接続構成 まず、一実施例のシステムにおけるノードの物理的な接
続構成を説明する。図１は、この接続構成を示すブロッ
ク図である。 【００２１】図示のごとく、このシステムにおいては、
すべてのノード１０は、横方向のスターカプラ（ＳＣ）
２０と縦方向のスターカプラ３０により、スター状に接
続されている。 【００２２】すなわち、各ノード１０の送信側から出力
された光信号は、スターカプラ２０，３０によって多重
された後、各ノード１０に分配される。各ノード１０に
分配された光信号は、このノード１０の受信側で受信さ
れる。 【００２３】図１の４０は、ネットワーク内で使われる
共通の光源を備えた光源部である。この光源部４０は、
互いに波長が異なるｎ個のレーザダイオード（ＬＤ）４
０１と、スターカプラ４０２により構成されている。各
レーザダイオード４０１の波長は固定波長とされてい
る。 【００２４】このような構成において、ｎ個のレーザダ
イオード４０１の発光出力は、スターカプラ４０２によ
り多重された後、各ノード１０に分配される。各ノード
１０は、スターカプラ４０２により分配された光のう
ち、必要な波長の光を選択し、この光に信号を載せて出
力する。 【００２５】（２）ノードの内部構成 次に、一実施例のシステムにおけるノード１０の内部構
成を説明する。図６は、この内部構成を示すブロック図
である。 【００２６】ノード１０は、光アンプ１０１と、カプラ
１０２と、可変波長フィルタ１０３〜１０６と、光／電
気変換回路１０７，１０８と、パケット処理部１０９
と、外部変調器１１０，１１１と、入力ポート１１２，
１１３，１１４と、出力ポート１１５，１１６とからな
る。 【００２７】光源部４０のスターカプラ４０１により分
配された光は、入力ポート１１３に供給される。この光
は、光アンプ１０１により増幅された後、カプラ１０２
を介して可変波長フィルタ１０３，１０６に供給され
る。 【００２８】可変波長フィルタ１０３，１０６は、それ
ぞれ入力光から必要な波長の光だけを選択し、外部変調
器１１０，１１１に供給する。外部変調器１１０，１１
１に供給された光は、パケット処理部１０９から与えら
れる送信信号により、強度変調された後、出力ポート１
１５，１１６から出力される。 【００２９】他ノードから送られてきたパケットは、入
力ポート１１２，１１４から入力され、可変波長フィル
タ１０４，１０５により、自ノードが属するグループの
他ノードから送られてきたものだけが抽出される。 【００３０】抽出されたパケットは、光／電気変換回路
１０７，１０８により、電気信号に変換された後、パケ
ット処理部１０９に供給される。このパケット処理部１
０９は、送信パケットの生成、受信パケットの取込みや
中継等を行う。 【００３１】なお、外部変調器１１０，１１１は光スイ
ッチであり、現在、マッハツェンダ型などのスイッチが
開発されている。 【００３２】（３）波長の割当て 次に、一実施例のシステムにおける波長の割当てについ
て説明する。図７は、縦方向、横方向の各グループに波
長ｆ１〜ｆｎを割り当てた例であり、波長によってグル
ープを分ける。 【００３３】各グループでは、割り当てられた１波長で
信号伝送が行われる。グループ内のノード１０は、図８
に示すように、自グループに割り当てられた波長のレー
ザダイオードとフィルタを持つことにより、自グループ
に割り当てられた波長の信号の送信や受信のみ行い、他
グループに割り当てれた波長の信号の送信や受信は行わ
ない。 【００３４】しかし、この実施例では、（１）で説明し
たように、実際には、光源（ＬＤ）はノード１０の外部
に設けられ、この光源から出力される光のうち、必要な
波長の光だけを可変波長フィルタ１０４，１０５で選択
するようになっている。 【００３５】この実施例では、（１）で述べたように、
横方向と縦方向で異なる伝送路（スターカプラ）が設け
られるので、Ｎ×Ｎのネットワークの場合、使用波長数
はＮになる。 【００３６】（４）グループ内の通信 次に、グループ内の通信動作を説明する。 【００３７】この実施例のネットワークシステムでは、
すべてのノードが共通の伝送路で接続されていて、その
伝送路から光信号を分配するので、グループ内では放送
通信ができ、通信相手以外のノードにも通信ができる。
したがって、図９に示すパケットを使うことで、通信相
手との通信と同時に通信相手以外にトークン（送信権の
メッセージ）を送ることができる。 【００３８】図９のパケットは、ヘッダ部にドークン情
報を持つ。トークンの順番による次のノードは、そのパ
ケットを受信し、トークンを見ることにより、自分の順
番であることを認識する。これにより、トークンの順番
による次のノードに送信権が移る。この時、同時に、通
信相手には通信する情報が送られる。この方法により、
送信権はグループ内の各ノードに順番に移り、グループ
内のアクセスが時間的に多重されることになる。 【００３９】図１０は、送信権が移る例を示す。図１０
の点線は放送的に通信ができることを示す。図１０の実
線は送信権が移ることを示す。 【００４０】パケットは各ノード１０に放送的に転送さ
れる。したがって、送信権は、データ転送に関係なく、
Ｔ１においては、ノード１からノード２に、Ｔ２におい
ては、ノード２からノード３に、…というように移る。
Ｔ１〜Ｔｎは、この方法で構成される分割された時間で
ある。送信権は時間的に分割されたＴ１〜Ｔｎへ順番に
移り、Ｔｎまで移ると、Ｔ１に戻る。 【００４１】すなわち、Ｔ１において、ノード１がノー
ド３にデータパケットを転送すると、ノード３はそのパ
ケットを受信し、ノード２も同時に同じパケットを受信
することで、送信権がノード２に移る。 【００４２】上記のアクセス方法について、さらに詳し
く述べる。 【００４３】図１１は、ノードがスター状に接続された
場合のアクセス方法の動作例を示す。アクセスに使うパ
ケットは、図９のパケット１とパケット２である。パケ
ット１はデータ転送用である。パケット２はＡＣＫ（肯
定応答）転送用である。パケット１とパケット２の区別
はＡＣＫビットが”０”か”１”かで行う。 【００４４】動作１は、データ転送がある場合である。
ノード１が送信権を持ち、ノード３にデータをパケット
１（図９）で転送する。ノード３はデータを受信した
ら、ＡＣＫビットを書き換え、パケット２（図９）でノ
ード１に返す。ノード２は、このパケット２を受信する
ことができるので、パケット２のトークン情報により、
送信権がノード２に移る。 【００４５】動作２は、データ転送がない場合である。
ノード１が送信権を持ち、ノード１はデータ転送がなか
ったら、パケット２を使い、ノード２に送信する。ノー
ド２はパケット２を受信して、トークン情報により送信
権がノード２に移る。 【００４６】動作３は送信権を渡すノードが故障してい
る（アクセスできない）場合である。ノード１が送信権
を持ち、ノード２に送信権を渡す場合、ノード２がアク
セスできないとする。 【００４７】ノード２が正常に動作している場合、ノー
ド１はノード２が出す信号を受信できる。そこで、ノー
ド１はパケット２を送信した後、ノード２が送信するパ
ケットを監視する。この監視の結果、ノード２がパケッ
トを送信しなかったら、ノード１はトークン情報を次の
順番になるノード３に書き換え、ノード３にパケット２
を送信する。ノード３はパケット２を受信し、トークン
情報により送信権が移る。 【００４８】図１２は、ノード１０のアドレスを示す。
このアドレスによってトークンの順番が決まる。 【００４９】トークンの開始アドレスは、図１３に示す
ように、（１、Ｘ）、（Ｘ、１）とする。また、横方向
のグループにおいては、（Ｘ，１），（Ｘ，２），
（Ｘ，３），…（Ｘ，ｎ）の順番で送信権が回される。
縦方向のグループにおいては、（１，Ｘ），（２，
Ｘ），（３，Ｘ），…，（Ｎ，Ｘ）の順番で送信権が回
される。 【００５０】（５）ネットワークの再構成（グループの変更） ノードの物理的な接続を変えずに、グループを変更する
場合は、縦方向、横方向のグループに割り当てられた波
長を変更する。送信波長の変更は、図６の光源受信用の
可変波長フィルタ１０３，１０６の選択波長を変更す
る。受信波長の変更は、図６の信号受信用の可変波長フ
ィルタ１０４，１０５の選択波長を変更する。トークン
の順番はノードのアドレスによって決まるので、アドレ
スの変更時に変更される。 【００５１】グループの変更について、詳細に説明す
る。 【００５２】まず、変更対照ノードは、自分が属するグ
ループ（縦方向、横方向の両グループ）に放送的にメッ
セージを送る。メッセージを受信したノード１０は通信
を中断する。次に、変更対照ノードのアドレスが変更相
手ノードのアドレスに変更される。また、送受信波長
も、変更相手ノードの波長に変更される。 【００５３】この後、変更対照ノードは自グループのノ
ードに変更終了メッセージを送る。このとき同時に、変
更がうまくできたかの確認を行い、正常だったらトーク
ン開始ノードにメッセージを送る。トークン開始ノード
はメッセージを受信したら、通信を再開する。 【００５４】（６）実施例の効果 以上詳述したこの実施例によれば、次のような効果が得
られる。 【００５５】（ａ）各ノード１０の光源（ＬＤ）を共有
化するようにしたので、Ｎ×Ｎのネットワーク構成にお
いては、光源（ＬＤ）をＮ個に減らすことができる。こ
れにより、装置のハードウェア量を削減することができ
る。 【００５６】（ｂ）時分割多重方式として、トークンパ
ッシング方式を用いるようにしたので、タイムスロット
がなくなり、アクセスの順番を自由に変更することがで
きる。 【００５７】（ｃ）可変波長フィルタ１０３〜１０４を
用いることにより、送受信波長を自由に変更することが
できるようにしたので、ノードの物理的な接続構成を変
更することなく、グループを自由に変更することができ
る。 【００５８】以上この発明の一実施例を説明したが、こ
の発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、
ほかにも、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々様々変形
実施可能なことは勿論である。 【００５９】 【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
高速かつ大規模なネットワークを構成することができ、
再構成のための柔軟性を有し、装置のハード量も削減す
ることができるネットワークシステムを提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】 一実施例におけるノードの接続構成を示すブ
ロック図である。 【図２】 従来の格子型ネットワークシステムの一例に
おけるノードの配列を示す図である。 【図３】 図１のシステムにおけるノードの接続構成を
示す図である。 【図４】 図１のシステムにおける波長の割当てを示す
図である。 【図５】 従来の格子型ネットワークシステムの他の例
の構成を示す図である。 【図６】 一実施例におけるノードの内部構成を示すブ
ロック図である。 【図７】 一実施例における波長の割当てを示す図であ
る。 【図８】 一般的なノードの内部構成を示すブロック図
である。 【図９】 一実施例におけるパケットの構成を示す図で
ある。 【図１０】 一実施例におけるアクセス方法の説明図で
ある。 【図１１】 一実施例におけるアクセス方法の詳細な説
明図である。 【図１２】 ノードのアドレスを示す図である。 【図１３】 一実施例における送信権の移行順序を示す
図である。 【符号の説明】 １０…ノード、２０，３０，４０２…スターカプラ、４
０…光源部、１０１…光アンプ、１０２…カプラ、１０
３，１０４，１０５，１０６…可変波長フィルタ、１０
７，１０８…電気／光変換回路、１０９…パケット処理
部、１１０，１１１…外部変調器、１１２，１１３，１
１４…入力ポート、１１５，１１６…出力ポート、４０
１…レーザダイオード。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古沢 聡 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電 気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−306938（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−261232（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−99496（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−99492（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−99491（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−46894（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−237793（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−350563（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−318947（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−76497（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−149593（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−97941（ＪＰ，Ａ) 渡辺竜一・山内雅喜・小沼良平・井上 洋・白石吉勝，再配置可能な格子型網 （Ｒｏｏｋ Ｎｅｔ）についての一考 察，信学技報，日本，社団法人電子情報 通信学会，1993年 ５月14日，Ｖｏｌ. 93 Ｎｏ．23，ｐ．35−42 Ｌａｂｏｕｒｄｅｔｔｅ，Ｊ．−Ｆ. Ｐ．，Ａｃａｍｐｏｒａ，Ａ．Ｓ．，Ｌ ｏｇｉｃａｌｌｙ ｒｅａｒｒａｎｇｅ ａｂｌｅ ｍｕｌｔｉｈｏｐ ｌｉｇｈ ｔｗａｖｅ ｎｅｔｗｏｒｋｓ，Ｃｏｍ ｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，ＩＥＥＥ Ｔ ｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ，米国, ＩＥＥＥ，1991年 ８月，Ｖｏｌｕｍ ｅ：39 Ｉｓｓｕｅ：８，1223−1230 Ｌｉ，Ｂ．；Ｇａｎｚ，Ａ．，Ｖｉｒ ｔｕａｌ ｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏ ｒ ＷＤＭ ｓｔａｒ ＬＡＮｓ−ｔｈ ｅ ｒｅｇｕｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒ ｅｓ ａｐｐｒｏａｃｈ，ＩＮＦＯＣＯ Ｍ’92．Ｅｌｅｖｅｎｔｈ Ａｎｎｕａ ｌ Ｊｏｉｎｔ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ Ｃｏｍｐｕ ｔｅｒ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔ ｉｏｎｓ Ｓｏｃｉｅｔｉｅｓ，米国, ＩＥＥＥ，1992年 ５月 ８日，ｖｏ ｌ．３，Ｐａｇｅ（ｓ）：2134−2143 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04L 12/28 200

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 複数のノードを格子状に配列するととも
   に、各行および各列ごとにグループ化し、同じグループ
   に属する任意の２つのノード間では、１ホップでパケッ
   トを転送することができ、異なるグループに属する任意
   の２つのノード間では、これら２つのノードが属する２
   つのグループの交点に位置するノードを介して２ホップ
   でパケットを転送することができるように構成された格
   子型ネットワークシステムにおいて、 前記複数のノードで共用されるパケット伝送路と、前記ノードの外部に設けられ、 各グループに割り当てら
   れた波長を持つ信号をすべて出力可能な信号源と、 各ノードに設けられ、前記信号源の出力信号から任意の
   波長の信号を択一的に選択可能な信号選択手段と、 各ノードに設けられ、前記信号選択手段の選択信号を使
   ってパケットを送信するパケット送信手段と、 各ノードに設けられ、自ノードが属するグループ内の他
   ノードから送られてきたパケットを受信するとともに、
   その受信波長を変更可能なパケット受信手段と、 各ノードに設けられ、トークンパッシング方式に基づい
   て、前記パケット受信手段が変更可能な受信波長を、自
   ノードが属するグループ内の送信権を持つノードの送信
   波長に調整するアクセス制御手段とを具備したことを特
   徴とする格子型ネットワークシステム。