JP4160907B2 - 周波数ヘッダを使用する光パケットスイッチングのための装置、システムと方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光パケットスイッチング(交換)のための装置、システムと方法に関し、特にサブキャリアのヘッダを使用した光パケットスイッチングに関する。
将来、端点近くで光-電気変換を実行する全ての光ネットワークが優勢になると考えられている。このようなネットワークはIPパケット経路決定の原理と類似点を持つ"コネクションレス"方法を使用する。効率的な光パケットと光パケットスイッチングの需要が次第に近づきつつある。WDMネットワークは、既に、点間のオプティカルリンクに利用可能な帯域幅を増大されるという重要な利点を持つ。しかし、電子スイッチとルータの処理性能は将来の光ネットワークに重大な隘路を課すと考えられている。改良された光スイッチング技術は、光パケットスイッチング網を実装する可能性を増加する重要な要素である。データが基本的に発信源から宛先への光ドメイン内に残るため、光パケットスイッチングはネットワークにより大きな柔軟性を与え、より簡単に管理できる。故に、光-電気変換と電子処理による遅延が、スイッチノードにおいて無くなるだけでなく、データと形式の完全な透明性が達成される。光スイッチングは、データコンテンツの光-電気変換を実行するだけでなく、プロトコルとデータ形式の認識を棄却する。こうして、Tb/sec以上の互換処理能力のあるより大きな効果的帯域幅とより高い交換速度を結合する。更なる研究及び発展が行われている問題点には、パケット経路決定(ルーティング)、流れ制御と競合分解能が含まれる。
Communic. Mag.、pp,84-94、Feb.2000、および"光パケットスイッチ:アーキテクチュアと実験的実装"D.J.Blumenthal、P.R.PrucnalとJ.R.Sauer著、プロシーディングスIEEE82(11)、1650(1994)で参照できる。
E.ParkとA.Willner著、IEEEPhoton.Tech.Lett.8(7)、938(1996)、および"HORNET-パケット交換WDMネットワーク:光パケット送信と回復"byD.Wonglumson、I.M、White、S.M.GemelosとL.G.Kazovsky著、IEEEPhoton.Tech.Lett.11(12)、1692(1999)に見出される。これらの解決手段は、主に、ヘッダの選択が時間、周波数、符号もしくは波長ドメインにより行われるのか、又はこの可能な組合せにより行われるのか、という点において異なる。
この発明の一般的な目的は、改良された方法と装置を光パケットスイッチングに供給することである。更に、この発明の目的は、あらゆる速度と規模のデジタルパケットを処理可能なシステムを供給することである。他の目的は、今日利用可能なものより低廉な複雑性のより少ない方法と装置を光パケットスイッチングに供給することである。更に、他の目的は、例えば、WDMネットワークで構成する大都市アクセス光ネットワークに簡単に適用可能な方法と装置を供給することである。
上記の目的は記載の請求項に基づく方法、システムと装置により達成される。一般的に言うと、単独周波数トーンが各光パケットのアドレス指定ヘッダとして使用される。単独周波数トーンの周波数は、デジタルペイロード信号の基底帯域内にあり、望ましくは無線周波数トーンである。単独周波数トーンはデジタルペイロード内で多重化され、光キャリアのエンベロープに変調される。周波数は予定されたアロケーション関係に従って光パケットのアドレスを標示し、これは異なるネットワーク内の宛先には異なる周波数が対応することを意味する。この光パケットを切替えると、周波数トーンのパワーが測定される。トーンが存在すると、そのアロケーションに対応する光経路が開かれ、トーンが消えると経路が閉じる。周波数トーンの狭帯域により、デジタルペイロードの任意の障害は基本的に無視してよい。
本発明の一つの明らかな利点は、相対低周波数を使用して、ヘッダ処理装置が単純技術により実現でき、これは全体的な複雑性と費用を減少する。更に、この発明は、データ転送速度やフォーマットが将来改善されても影響を受けない。また、あらゆる規模の光パケットは、この発明に従って動作するシステムにより自動的に処理される。
本発明及びその更なる目的と利点は、付随の図と共に次の記述を参照して最も良く理解できる。
t5は光スイッチユニットを通るパケットの移動時間と実スイッチ稼働時間の合計より長く選択される。
f3, f5が出力極No.1に向かい、f2, f4, f6が出力極No.2に行く。これら周波数が類似の方法によりノードで加えられるか、削除されるのは明らかである。更に、かなり狭い周波数トーンが使用されると、一つ以上の周波数トーンの追加は受容可能なビット誤り率を与える。一つ以上の周波数トーンを加えることで、最終点だけでなくネットワークを通して経路が確立できる。これによりネットワーク保護機構を実装できる。
S.Yao and B.Mukherjee、"光パケットスイッチングの進展:概観"、IEEECommunic.Mag.、pp.84-94、Feb.2000。
D.J.Blumenthal、P.R.Prucnal and J.R.Sauer、"光パケットスイッチング:アーキテクチュアと実験的実装"会報.IEEE82(11)、1650(1994)。
E.Park and A.Willner、"全ての-光波長シフターとQPSKサブキャリア経路制御ヘッダを使用する波長パケットの自己経路決定"IEEEPhoton.Tech.Lett.8(7)、938(1996)。
D.Wonglumson、I.M.White、S.M.Gemelos and L.G.Kazovsky、"HORNET-パケット交換WDMネットワーク:光パケット送信と回復"IEEEPhoton.Tech.Lett.11(12)、1692(1999)。
国際公開第00/04668号。
米国特許第5,253,250号。
米国特許第5,612,806号。
Claims (44)
- エンベロープ(2)を光キャリアに供給し、周波数基底帯域にわたるデジタルペイロード信号(1)を供給することを含んだ、光パケット(26)を生成する方法であって、
更に、前記周波数基底帯域範囲内にある規定の非変調周波数トーン(3)を生成し、
該周波数トーン(3)を該デジタルペイロード信号(1)と多重化して多重化信号を生成し、
該多重化信号をエンベロープ(2)に変調する、
ことを特徴とする方法。 - エンベロープが時間フレーム(2)であることを特徴とする請求項1に記載の光パケット生成方法。
- 規定の周波数トーン(3)が光パケット(26)のヘッダ情報を表示することを特徴とする、請求項1または2に記載の光パケット生成方法。
- 前記ヘッダ情報が前記光パケット(26)のアドレス及び/又は経路決定(ルーティング)情報であることを特徴とする、請求項3に記載の光パケット生成方法。
- 前記規定の周波数トーン(3)の周波数が予定されたアロケーションテーブルに従って選択されることを特徴とする、請求項4に記載の光パケット生成方法。
- 前記規定の周波数は無線周波数トーンであることを特徴とする、請求項1から5の何れかに記載の光パケット生成方法。
- 前記規定の周波数トーン(3)は、複合周波数線幅と10kHz以下の不確実性を有することを特徴とする、請求項1から6の何れかに記載された光パケット生成方法。
- 周波数基底帯域内のデジタルペイロード信号(1)とヘッダ情報とを光キャリアに載せた光パケット(26)をスイッチ素子(30)の入力端子(31,32)で受信し、該ヘッダ情報に従って該スイッチ素子(30)の出力端子(34 , 36)に該光パケット(26)をスイッチングする、光パケットスイッチング方法であって、更に、
該光パケット(26)の該デジタルペイロード信号(1)と多重化された、この周波数基底帯域内にある第一規定の周波数トーン(3)のパワーを検出し、
このパワーを規定のしきい値と比較し、
このパワーがこの規定のしきい値を超える場合に予定のアロケーションテーブルに従ってスイッチ制御信号を生成し、
これによってスイッチ制御信号に従ってスイッチングを実行することを特徴とする、光パケットスイッチング方法。 - 前記規定の周波数トーン(3)がこの光パケット(26)のヘッダ情報を表示することを特徴とする、請求項8に記載の光パケットスイッチング方法。
- 前記ヘッダ情報がこの光パケット(26)のアドレス及び/又は経路情報であることを特徴とする、請求項9に記載の光パケットスイッチング方法。
- 前記検出ステップが、
前記光パケット(26)の一部をタップし、
タップされた前記光パケットの一部を電気信号に変換し、
該電気信号を帯域通過フィルタに通し、
前記パワーは、前記帯域通過フィルタを通った信号のパワーによって決定することを特徴とする、請求項8ないし10の何れかに記載の光パケットスイッチング方法。 - 帯域通過フィルタは100kHzより狭い帯域幅を持つことを特徴とする、請求項11に記載の光パケットスイッチング方法。
- 帯域通過フィルタは10kHzより狭い帯域幅を持つことを特徴とする、請求項12に記載の光パケットスイッチング方法。
- 前記スイッチ素子はスイッチ及び/又は経路決定装置であることを特徴とする、請求項8から13の何れかに記載の光パケットスイッチング方法。
- 前記スイッチ素子が、スイッチ及び/又は経路決定装置で構成される光ネットワークの一部であることを特徴とする、請求項8から13の何れかに記載の光パケットスイッチング方法。
- 前記スイッチ段階が:
前記入力端子(31,32)とこの出力端子(34,36)間の光経路は、前記スイッチ制御信号の存在の応答により開き、前記光経路は前記スイッチ制御信号の消滅応答により閉じ、前記光経路に入る前に前記光パケット(26)を遅延させる、請求項8から15の何れかに記載の光パケットスイッチング方法。 - 前記遅延が決定、比較、供給およびスイッチ段階の処理時間に対して適用され、これにより前記光パケット(26)が前記光経路に入る前に、開く段階は開始ガード時間を終了することを特徴とする、請求項16に記載の光パケットスイッチング方法。
- 前記閉鎖が、開始ガード時間と終了ガード時間だけ遅延され、前記光パケットが前記光経路を出た後に、この閉塞段階が終了ガード時間を開始することを特徴とする請求項17に記載の光パケットスイッチング方法。
- 更に、前記光パケット(26)の多数の別の規定の周波数トーンのパワーを検出し、ここで別の規定の周波数トーンがこの周波数基底帯域内にあり、このパワーを各規定のしきい値と比較し、任意の前記パワーが各前記規定のしきい値を超えると、予定されたアロケーション関係に従ってスイッチ制御信号を供給する、請求項8から18の何れかに記載の光パケットスイッチング方法。
- 受信段階が、多数の光波長を使用して多重化される光信号を受信し、この光信号を一つの光キャリアの光信号(26)に逆多重化し、これにより各一つのキャリアを持つ光信号は光パケットとして個別に受信され、各出力端子に異なる光キャリアの光パケット(53,55)を多重化する、請求項8から19の何れかに記載の光パケットスイッチング方法。
- 周波数基底帯域にわたるデジタルペイロード信号(1)とヘッダ情報とを光キャリアに載せた光パケット(26)用の入力端子(31,32)及び該ヘッダ情報に従って出力端子(34−36)に該光パケット(26)をスイッチングするスイッチ装置(51)で構成された光スイッチング装置であり、
該入力端子(31,32)に接続された光タップ装置(38)と、
該光タップ装置(38)に接続された光−電気変換器(40)と、
該光電気変換器(40)に接続され、該ペイロード信号(1)に動作するようにされた周波数トーンパワー検出器(42、44)であって、該ペイロード信号(1)の周波数基底帯域内の第一規定の周波数に同調され、狭帯域通過フィルタと該帯域通過フィルタに接続されたパワー検出器で構成され、該帯域通過フィルタを通過した信号の主要パワーを測定する、周波数トーンパワー検出器と、
該周波数トーンパワー検出器(42、44)に接続され、該検出されたパワーを規定のしきい値と比較する比較器(43、35)と、
該比較器(43,45)と該スイッチ装置(51)とに接続され、このパワーがこの規定のしきい値を超えると、予定されたアロケーションテーブルに従ってスイッチ制御信号を供給する、スイッチ制御(46)とをさらに有する、ことを特徴とする光スイッチング装置。 - 帯域通過フィルタが100kHzより狭い帯域幅を持つことを特徴とする請求項21に記載の光スイッチング装置。
- 前記帯域通過フィルタが10kHzより狭い帯域幅を持つことを特徴とする請求項22に記載の光スイッチング装置。
- 前増幅器が光-電気変換器(40)と帯域フィルタの間に接続されていることを特徴とする請求項21から23の何れかに記載の光スイッチング装置。
- 更に、前記入力端子(31,32)と前記スイッチ装置(51)の間に接続した遅延装置(48)を有することを特徴とする請求項21から24の何れかに記載の光スイッチング装置。
- 規定の周波数トーン(3)が前記光パケット(26)のヘッダ情報を表示することを特徴とする、請求項21から25の何れかに記載の光スイッチング装置。
- 前記ヘッダ情報が前記光パケット(26)のアドレス及び/又は経路情報であることを特徴とする請求項26に記載の光スイッチング装置。
- 前記光スイッチング装置が光スイッチング手段のネットワークであることを特徴とする請求項21から27の何れかに記載の光スイッチング装置。
- 前記スイッチ装置(51)が多数の出力分枝を持つビームスプリッタ(50)と、各出力分枝に接続された光ゲート回路(52,54)で構成し、該光ゲート(52,54)が前記スイッチ制御(46)からのスイッチ制御信号で制御されることを特徴とする請求項21から28に記載の光スイッチング装置。
- 前記光-電気変換器(40)に接続した一つ以上の周波数トーンパワー検出器(42,44)がこの周波数基底帯域内の異なる規定の周波数に同調され、該周波数トーンパワー検出器(42,44)の一つに接続された一つ以上の比較器(43,35)が検出したパワーを各規定のしきい値と比較し、全ての比較器(43,45)に接続した前記スイッチ制御(46)が前記パワーが任意の各前期規定のしきい値を超えると予定のアロケーションテーブルに従ってスイッチ制御信号を供給することを特徴とする、請求項21から29の何れかに記載の光スイッチング装置。
- 多重化光信号を受信する装置(72)が多数の光波長を使用し、この受信装置(72)に接続した逆多重化装置(80)が多数の出力端子と、請求項21から30の何れかに記載された光スイッチング装置を備え:
これにより各逆多重化装置の出力端子が請求項21から30の何れかに記載の光スイッチング装置の一つに接続され、多数の多重化装置(82)が請求項21から30の何れかに記載の光スイッチング装置の出力端子(34-36)および多重化光パケットの送信装置(74,76,78)に接続された光スイッチング装置。 - 光スイッチング装置を備えた光ネットワークであって、該光スイッチング装置が、周波数基底帯域にわたるデジタルペイロード信号(1)とヘッダ情報とを光キャリアに載せた光パケット(26)用の入力端子(31 , 32)及び該ヘッダ情報に従って出力端子(34 - 36)に該光パケット(26)をスイッチングするスイッチ装置(51)で構成され、
該スイッチ装置が、さらに、
該入力端子(31,32)に接続された光タップ装置(38)と、
該光タップ装置(38)に接続され光−電気変換器(40)と、
該光-電気変換器(40)に接続され、該ペイロード信号(1)に動作するようにされた周波数トーンパワー検出器(42,44)であって、
該ペイロード信号(1)の周波数基底帯域内の第一規定の周波数に同調され、
狭帯域通過フィルタと該帯域通過フィルタに接続されたパワー検出器で構成され、該周波数トーンパワー検出器が該帯域通過フィルタを通過した信号の主要パワーを測定する、該周波数トーンパワー検出器(42、44)と
該周波数トーンパワー検出器(42,44)に接続され、この検出パワーを規定のしきい値と比較する比較器(43,45)と
該比較器(43,45)と該スイッチング装置(51)とに接続され、このパワーがこの規定のしきい値を超えると予定されたアロケーションテーブルに従ってスイッチ制御信号を供給するスイッチ制御(46)とを有することを特徴とする光ネットワーク。 - 光スイッチング装置が、更に、前記光-電気変換器(40)と前記帯域通過フィルタの間に接続した前増幅器を有することを特徴とする、請求項32に記載の光ネットワーク。
- 前記光スイッチング装置が、更に、この入力端子(31,32)とこのスイッチ装置(51)の間に接続された遅延装置(48)で構成されることを特徴とする請求項32もしくは33の何れかに記載の光ネットワーク。
- 前記規定の周波数トーン(3)がこの光パケット(26)のヘッダ情報を表示することを特徴とする請求項32から34の何れかに記載の光ネットワーク。
- 前記ヘッダ情報が前記光パケット(26)のアドレス及び/又は経路情報であることを特徴とする請求項35に記載の光ネットワーク。
- エンベロープ(2)を光キャリアに供給する装置(11,12)及び周波数基底帯域にわたるデジタルペイロード信号(1)を供給する装置(22;22A,22B)を有する光パケット生成器であって;
さらに、周波数基底帯域内にある第一規定の周波数トーン(3)に同調される、周波数トーン生成器(24;24A,24B)と、
該周波数トーン生成器(24;24A,24B)と該デジタルペイロード信号を供給する装置(22;22A,22B)とに接続された多重化装置(20;20A,20B)であって、該周波数トーン(3)を該デジタルペイロード信号(1)と多重化して多重化信号を生成するようにされた多重化装置(20;20 A ,20B)と、
該エンベロープを供給する装置(11,12)と該多重化装置(20;20A,20B)とに接続された変調器(18;18A,18B)であって、該多重化信号をこのエンベロープ(2)に変調するようにされた変調器(18;18A,18B)とを有することを特徴とする光パケット生成器。 - 前記規定の周波数トーン(3)が前記光パケット(26)のヘッダ情報を標示することを特徴とする請求項37に記載の光パケット生成器。
- 前記ヘッダ情報がこの光パケット(26)のアドレス及び/又は経路情報であることを特徴とする請求項38に記載のパケット生成器。
- 前記周波数トーン生成器(24;24A,24B)が無線周波数トーン生成器であることを特徴とする、請求項37から39の何れかに記載の光パケット生成器。
- 前記周波数トーン生成器(24;24A,24B)が、線幅と不確実性の結合が10kHz以下である周波数出力を与えることを特徴とする請求項37から40の何れかに記載の光パケット生成器。
- 分岐装置(15)が多数の支線出力端子を持ち、多重化装置(27)がこの支線出力端子に接続され、光遅延装置(19)が一以外の少なくとも全ての分枝でこの分岐装置(15)とこの多重化装置(27)間に供給され、
これにより装置(22;22A,22B)がデジタルペイロード信号を供給し、周波数トーン生成器(24;24A,24B)と多重化装置(20;20A,20B)が分岐装置(15)と多重化装置(27)間の各支線に供給されることを特徴とする請求項37から41の何れかに記載の光パケット生成器。 - 前記周波数トーン生成器(24;24A,24B)が異なる周波数に同調されることを特徴とする請求項42に記載の光パケット生成器。
- 前記光遅延装置(19)が異なる時間遅延値を持つことを特徴とする、請求項42又は43に記載の光パケット生成器。
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