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技術 波長分離多重装置及び光通信システム並びに波長分離多重方法

出願人 学校法人慶應義塾株式会社オプトクエスト
発明者 久保亮吾須藤誠
出願日 2015年3月17日 (5年1ヶ月経過) 出願番号 2015-053833
公開日 2016年9月29日 (3年7ヶ月経過) 公開番号 2016-174298
状態 特許登録済
技術分野 小規模ネットワーク(3)ループ,バス以外 光通信システム
主要キーワード 波長分離回路 光受信パワー 開始波長 保護帯域 最小受光感度 マルチキャスト通信用 各受信ノード 光ネットワーク終端装置
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (13)

課題

マルチキャスト通信が可能な波長ルーティングステムにおいて、処理遅延を増加させず、かつ通信帯域圧迫させることなく、各受信ノードにおける光受信パワーを維持できる波長分離多重装置を提供する。

解決手段

波長分離多重装置93は、波長多重光信号を受信するONU(光ネットワーク終端装置)数に応じて定められた波長グループごとに、OLT光加入者線終端装置)から送信された波長多重光信号を分離する波長分離部31と、各グループ光信号を、波長グループごとに定められた増幅率増幅する光増幅部34−1〜34−nと、各波長グループの光信号を、ONUに応じて定められた通信波長に分離する波長分離部35と、各通信波長の光信号を、波長グループに応じたONU数に分岐する光合分波部32と、各通信波長の光信号を、ONUごとに多重化する波長多重部33と、を備える。

概要

背景

経済的な光アクセスシステムの形態として、受動光ネットワークPON:Passive Optical Network)がある。図1に示すように、PONは1つの光加入者線終端装置(OLT:Optical Line Terminal)92が複数の光ネットワーク終端装置(ONU:Optical Network Unit)91と光ファイバ伝送路および1対nの光合分波器(nは自然数)94を介してポイントツーマルチポイント通信を行うネットワークである。PONシステムの例として、時分割多重TDM:Time Division Multiplexing)技術を利用したTDM−PONや波長分割多重WDM:Wavelength Division Multiplexing)技術を利用したWDM−PON、TDM技術およびWDM技術を組み合わせたTWDM−PONなどが挙げられる。

TDM−PONの代表的な規格として、IEEE802.3にて標準化されたギガビットクラスの1G−EPON(Ethernet(登録商標)PON)および10ギガビットクラスの10G−EPONがある。これらを総称してEPONと呼ぶこととする。

図2に、EPONにおけるONU91の機能ブロック図を示す。上り主信号は、UNI−IF(User Network Interface)11のポート、PON信号処理部12、PON−IF(PON Interface)13のポートを通過してOLT92へと送信される。一方、下り主信号は、PON−IF13のポート、PON信号処理部12、UNI−IF11のポートを通過してONU91配下のホームゲートウェイユーザ端末などへ送信される。

PON信号処理部12には、OLT92に対して上りキュー内のデータ量をREPORTメッセージにより報告し、OLT92から上り帯域割当結果をGATEメッセージにより受け取るMPCP(Multi−Point Control Protocol)部122が具備されている。上り信号処理部121は上りキュー内のデータ量を監視し、MPCP部122にキュー長情報を渡す。また、上り信号処理部121は、GATEメッセージにより受け取った帯域割当情報、例えば、送信開始時刻送信終了時刻の情報に基づいてキュー内フレームをOLT92へ送信する。

図3にEPONにおけるOLT92の機能ブロック図を示す。下り主信号は、SNI(Service Node Interface)ポート、PON信号処理部22、PON−IF21のポートを通過してONU91へと送信される。一方、上り主信号は、PON−IF21のポート、PON信号処理部22、SNI—IF22のポートを通過して上位ネットワークのスイッチやルータなどへ送信される。PON信号処理部22には、ONU91に対して上りキュー内のデータ量をREPORTメッセージにより報告させ、上り帯域の割当結果をGATEメッセージによりONU91に通知するMPCP部222と、ONU91から受信したREPORTメッセージをもとにONU91内のキューのデータ量を監視し、動的帯域割当(DBA:Dynamic Bandwidth Allocation)アルゴリズムにより各ONUへ送信順番および送信可能なデータ量の割当を行う帯域割当部224が具備されている。

近年、ブロードバンドサービスの普及に伴い、PONシステムの広帯域化が求められている。例えば、図4のようにWDM技術を用いることによりONU91毎に1つの通信波長割り当て、広帯域化を図ったWDM−PONや、TDM技術とWDM技術を組み合わせることにより柔軟で効率的なユーザ多重を実現したTWDM−PONなどがある。

非特許文献1に示されているように、WDM−PONにおいては、トラヒック量に応じて起動させる送受信機の数を変更する帯域アグリゲーション技術によりOLT92の省電力化を図ることができる。

例えば、1台のOLT92にn台のONU91が波長分離多重装置93を介して接続されているとし、OLT92は(n+1)個の波長で下り信号を送信可能であるとする。波長λd,u1からλd,unを各ONU91に割り当て、波長λd,bを全ONU91が受信可能なブロードキャスト波長とする。下り信号の送信レートに対してしきい値を設け、送信レートがしきい値以上となった場合には波長λd,u1からλd,unを用いて下り信号を送信し、送信レートがしきい値以下となった場合には波長λd,bのみを用いて下り信号を送信する。

波長λd,u1からλd,unを用いる場合はWDM−PONに相当し、波長λd,bを用いる場合はTDM−PONに相当する。つまり、トラヒックが少ない状態ではTDM−PONの構成で運用することで、使用しない送信機低消費電力スリープ状態移行させ、OLT92の消費電力を低減する。

このような帯域アグリゲーション方式は、例えば以下のような物理構成で実現できる。例えば、周回性を有するアレイ導波路回折格子AWG:Arrayed Waveguide Grating)を利用したWDM−PONの場合には、図5のように、波長分離多重装置93において波長分離部31および光合分波部32を利用し、さらにブロードキャスト波長λd,bを追加することで下り波長をn台のONUで共用できる。波長分離部31は、例えば(n+1)×(n+1)のAWGである。光合分波部32は、例えば1×nのパワースプリッタである。

図5の例では、使用する波長数がnのWDM−PONの構成と使用する波長数が1のTDM−PONの構成を切り替える場合について説明したが、非特許文献2に示されているように、任意数のONU91宛のマルチキャスト波長を用意することで、より効率的にOLT92の省電力化を図ることができる。

例えば、マルチキャスト通信可能なWDM−PONは図6のように構成することができる。波長λd,m1からλd,mkがマルチキャスト通信に用いる波長である。例えば、λd,m1をONU#1およびONU#2の2ノードへのマルチキャスト通信に用いることができる。

下り信号に対する波長分離多重装置の構成例を図7に示す。OLT92から送信された下り信号は、波長分離部31によりユニキャスト波長、マルチキャスト波長に分離される。ユニキャスト波長はそれぞれ宛先ONU91に対応した出力ポート波長多重部33を介して接続される。マルチキャスト波長は、宛先ONU数に応じて光合分波部32により分波され、宛先ONU91に対応した出力ポートに接続される。例えば、ONU#1およびONU#2の2ノードへのマルチキャスト波長の場合、2分岐パワースプリッタにより分波し、光合分波回路32の1つの出力をONU#1宛の出力ポートへ、もう1つの出力をONU#2宛の出力ポートへ接続する。

ユニキャスト通信、マルチキャスト通信、ブロードキャスト通信が混在した光ネットワークにおいては、宛先ONU数によってパワー分岐数が異なるため光損失が変動してしまい、ONU側にダイナミックレンジの大きな受信機配備しなければならない。そこで、特許文献1では、TDM型の光アクセスシステムにおいて光スイッチと光増幅器を組み合わせた光パワー損失補償回路が提案されている。

概要

マルチキャスト通信が可能な波長ルーティングステムにおいて、処理遅延を増加させず、かつ通信帯域圧迫させることなく、各受信ノードにおける光受信パワーを維持できる波長分離多重装置を提供する。波長分離多重装置93は、波長多重光信号を受信するONU(光ネットワーク終端装置)数に応じて定められた波長グループごとに、OLT(光加入者線終端装置)から送信された波長多重光信号を分離する波長分離部31と、各グループ光信号を、波長グループごとに定められた増幅率増幅する光増幅部34−1〜34−nと、各波長グループの光信号を、ONUに応じて定められた通信波長に分離する波長分離部35と、各通信波長の光信号を、波長グループに応じたONU数に分岐する光合分波部32と、各通信波長の光信号を、ONUごとに多重化する波長多重部33と、を備える。

目的

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、マルチキャスト通信が可能な波長ルーティングシステムにおいて、処理遅延を増加させず、かつ通信帯域を圧迫させることなく、各受信ノードにおける光受信パワーを維持することにある

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

1つの送信ノードと複数の受信ノードの間に接続され、前記送信ノードから送信された波長多重光信号を前記複数の受信ノードの少なくともいずれかへ転送する波長分離多重装置であって、前記波長多重光信号の送信先ノード数に応じて定められた波長帯域ごとに、前記送信ノードから送信された前記波長多重光信号を分離する第1の波長分離部と、前記第1の波長分離部で分離された各波長帯域光信号を、前記波長帯域ごとに定められた増幅率増幅する光増幅部と、前記光増幅部で増幅された各波長帯域の光信号を、前記受信ノードに応じて定められた通信波長に分離する第2の波長分離部と、前記第2の波長分離回路で分離された各波長帯域における各通信波長の光信号を、前記ノード数に分岐する光合分波部と、前記光合分波部で分岐された各波長帯域における各通信波長の光信号を、前記受信ノードごとに多重化する波長多重部と、を備える波長分離多重装置。

請求項2

前記ノード数が等しくかつ前記受信ノードが異なる通信波長は、前記波長帯域内において互いに隣接し、前記光増幅部は、前記ノード数が等しくかつ前記受信ノードが異なる通信波長の光信号を一括して増幅する、請求項1に記載の波長分離多重装置。

請求項3

前記受信ノードに到達したときの光信号の強度が当該受信ノードにおける最小受光感度以上になるように前記光増幅部の増幅率を調整する増幅率調整部をさらに備える、請求項1又は2に記載の波長分離多重装置。

請求項4

前記増幅率調整部は、前記ノード数が等しい前記受信ノードのうち、自装置からの距離が最大となる前記受信ノードに到達したときの光信号の強度が当該受信ノードにおける最小受光感度以上となるように、前記光増幅部の増幅率を調整する、請求項3に記載の波長分離多重装置。

請求項5

光信号を送信する送信ノードと、前記光信号を受信する受信ノードと、前記送信ノード及び前記受信ノードを接続する光ファイバ伝送路に接続された請求項1から4のいずれかに記載の波長分離多重装置と、を備える光通信システム

請求項6

1つの送信ノードと複数の受信ノードの間に接続され、前記送信ノードから送信された波長多重光信号を前記複数の受信ノードの少なくともいずれかへ転送する波長分離多重方法であって、第1の波長分離部が、前記波長多重光信号の送信先のノード数に応じて定められた波長帯域ごとに、前記送信ノードから送信された前記波長多重光信号を分離し、光増幅部が、前記第1の波長分離部で分離された各波長帯域の光信号を、前記波長帯域ごとに定められた増幅率で増幅し、第2の波長分離部が、前記光増幅部で増幅された各波長帯域の光信号を、前記受信ノードに応じて定められた通信波長に分離し、光合分波部が、前記第2の波長分離回路で分離された各波長帯域における各通信波長の光信号を、前記波長帯域に応じた前記ノード数に分岐し、波長多重部が、前記光合分波部で分岐された各波長帯域における各通信波長の光信号を、前記受信ノードごとに多重化する、波長分離多重方法。

技術分野

0001

本発明は、光ファイバ伝送路を介してユニキャスト通信およびマルチキャスト通信を行う光通信システムに関するものである。

背景技術

0002

経済的な光アクセスシステムの形態として、受動光ネットワークPON:Passive Optical Network)がある。図1に示すように、PONは1つの光加入者線終端装置(OLT:Optical Line Terminal)92が複数の光ネットワーク終端装置(ONU:Optical Network Unit)91と光ファイバ伝送路および1対nの光合分波器(nは自然数)94を介してポイントツーマルチポイント通信を行うネットワークである。PONシステムの例として、時分割多重TDM:Time Division Multiplexing)技術を利用したTDM−PONや波長分割多重WDM:Wavelength Division Multiplexing)技術を利用したWDM−PON、TDM技術およびWDM技術を組み合わせたTWDM−PONなどが挙げられる。

0003

TDM−PONの代表的な規格として、IEEE802.3にて標準化されたギガビットクラスの1G−EPON(Ethernet(登録商標)PON)および10ギガビットクラスの10G−EPONがある。これらを総称してEPONと呼ぶこととする。

0004

図2に、EPONにおけるONU91の機能ブロック図を示す。上り主信号は、UNI−IF(User Network Interface)11のポート、PON信号処理部12、PON−IF(PON Interface)13のポートを通過してOLT92へと送信される。一方、下り主信号は、PON−IF13のポート、PON信号処理部12、UNI−IF11のポートを通過してONU91配下のホームゲートウェイユーザ端末などへ送信される。

0005

PON信号処理部12には、OLT92に対して上りキュー内のデータ量をREPORTメッセージにより報告し、OLT92から上り帯域割当結果をGATEメッセージにより受け取るMPCP(Multi−Point Control Protocol)部122が具備されている。上り信号処理部121は上りキュー内のデータ量を監視し、MPCP部122にキュー長情報を渡す。また、上り信号処理部121は、GATEメッセージにより受け取った帯域割当情報、例えば、送信開始時刻送信終了時刻の情報に基づいてキュー内フレームをOLT92へ送信する。

0006

図3にEPONにおけるOLT92の機能ブロック図を示す。下り主信号は、SNI(Service Node Interface)ポート、PON信号処理部22、PON−IF21のポートを通過してONU91へと送信される。一方、上り主信号は、PON−IF21のポート、PON信号処理部22、SNI—IF22のポートを通過して上位ネットワークのスイッチやルータなどへ送信される。PON信号処理部22には、ONU91に対して上りキュー内のデータ量をREPORTメッセージにより報告させ、上り帯域の割当結果をGATEメッセージによりONU91に通知するMPCP部222と、ONU91から受信したREPORTメッセージをもとにONU91内のキューのデータ量を監視し、動的帯域割当(DBA:Dynamic Bandwidth Allocation)アルゴリズムにより各ONUへ送信順番および送信可能なデータ量の割当を行う帯域割当部224が具備されている。

0007

近年、ブロードバンドサービスの普及に伴い、PONシステムの広帯域化が求められている。例えば、図4のようにWDM技術を用いることによりONU91毎に1つの通信波長割り当て、広帯域化を図ったWDM−PONや、TDM技術とWDM技術を組み合わせることにより柔軟で効率的なユーザ多重を実現したTWDM−PONなどがある。

0008

非特許文献1に示されているように、WDM−PONにおいては、トラヒック量に応じて起動させる送受信機の数を変更する帯域アグリゲーション技術によりOLT92の省電力化を図ることができる。

0009

例えば、1台のOLT92にn台のONU91が波長分離多重装置93を介して接続されているとし、OLT92は(n+1)個の波長で下り信号を送信可能であるとする。波長λd,u1からλd,unを各ONU91に割り当て、波長λd,bを全ONU91が受信可能なブロードキャスト波長とする。下り信号の送信レートに対してしきい値を設け、送信レートがしきい値以上となった場合には波長λd,u1からλd,unを用いて下り信号を送信し、送信レートがしきい値以下となった場合には波長λd,bのみを用いて下り信号を送信する。

0010

波長λd,u1からλd,unを用いる場合はWDM−PONに相当し、波長λd,bを用いる場合はTDM−PONに相当する。つまり、トラヒックが少ない状態ではTDM−PONの構成で運用することで、使用しない送信機低消費電力スリープ状態移行させ、OLT92の消費電力を低減する。

0011

このような帯域アグリゲーション方式は、例えば以下のような物理構成で実現できる。例えば、周回性を有するアレイ導波路回折格子AWG:Arrayed Waveguide Grating)を利用したWDM−PONの場合には、図5のように、波長分離多重装置93において波長分離部31および光合分波部32を利用し、さらにブロードキャスト波長λd,bを追加することで下り波長をn台のONUで共用できる。波長分離部31は、例えば(n+1)×(n+1)のAWGである。光合分波部32は、例えば1×nのパワースプリッタである。

0012

図5の例では、使用する波長数がnのWDM−PONの構成と使用する波長数が1のTDM−PONの構成を切り替える場合について説明したが、非特許文献2に示されているように、任意数のONU91宛のマルチキャスト波長を用意することで、より効率的にOLT92の省電力化を図ることができる。

0013

例えば、マルチキャスト通信可能なWDM−PONは図6のように構成することができる。波長λd,m1からλd,mkがマルチキャスト通信に用いる波長である。例えば、λd,m1をONU#1およびONU#2の2ノードへのマルチキャスト通信に用いることができる。

0014

下り信号に対する波長分離多重装置の構成例を図7に示す。OLT92から送信された下り信号は、波長分離部31によりユニキャスト波長、マルチキャスト波長に分離される。ユニキャスト波長はそれぞれ宛先ONU91に対応した出力ポート波長多重部33を介して接続される。マルチキャスト波長は、宛先ONU数に応じて光合分波部32により分波され、宛先ONU91に対応した出力ポートに接続される。例えば、ONU#1およびONU#2の2ノードへのマルチキャスト波長の場合、2分岐パワースプリッタにより分波し、光合分波回路32の1つの出力をONU#1宛の出力ポートへ、もう1つの出力をONU#2宛の出力ポートへ接続する。

0015

ユニキャスト通信、マルチキャスト通信、ブロードキャスト通信が混在した光ネットワークにおいては、宛先ONU数によってパワー分岐数が異なるため光損失が変動してしまい、ONU側にダイナミックレンジの大きな受信機配備しなければならない。そこで、特許文献1では、TDM型の光アクセスシステムにおいて光スイッチと光増幅器を組み合わせた光パワー損失補償回路が提案されている。

0016

特開2010−57108号公報

先行技術

0017

Masashi Tadokoro, Ryogo Kubo, Susumu Nishihara, Takashi Yamada and Hirotaka Nakamura,“Adaptive bandwidth aggregation mechanisms using a shared wavelength for energy−efficientWDM/TDM−PON”,Proceedings of the 10th International Conference on Optical Internet, COIN 2012,Yokohama,Japan,WF.2,pp.1−2,May 2012.
市川匠,上拓矢,久保亮吾,“アクセスネットワーク向けマルチキャストAWGルータの一構成法”,電子情報通信学会光通信システムシンポジウム講演予稿集,三島,P−15,p.34,December 2014.

発明が解決しようとする課題

0018

しかしながら、非特許文献2では、マルチキャスト波長を利用した波長ルーティングステムにおける光パワー損失補償回路の具体的な構成は明らかにされていない。また、特許文献1のようにパケットに付与された識別子に基づいて光増幅器の増幅率を決定すると、波長分離多重装置においてパケット解析を行う必要があるため、処理遅延が発生してしまうという課題があった。さらに、光スイッチ制御のための制御メッセージのやり取りが必要となり、通信帯域圧迫してしまうという課題があった。

0019

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、マルチキャスト通信が可能な波長ルーティングシステムにおいて、処理遅延を増加させず、かつ通信帯域を圧迫させることなく、各受信ノードにおける光受信パワーを維持することにある。

課題を解決するための手段

0020

本発明に係る波長分離多重装置は、
1つの送信ノードと複数の受信ノードの間に接続され、前記送信ノードから送信された波長多重光信号を前記複数の受信ノードの少なくともいずれかへ転送する波長分離多重装置であって、
前記波長多重光信号の送信先ノード数に応じて定められた波長帯域ごとに、前記送信ノードから送信された前記波長多重光信号を分離する第1の波長分離部と、
前記第1の波長分離部で分離された各波長帯域光信号を、前記波長帯域ごとに定められた増幅率で増幅する光増幅部と、
前記光増幅部で増幅された各波長帯域の光信号を、前記受信ノードに応じて定められた通信波長に分離する第2の波長分離部と、
前記第2の波長分離回路で分離された各波長帯域における各通信波長の光信号を、前記ノード数に分岐する光合分波部と、
前記光合分波部で分岐された各波長帯域における各通信波長の光信号を、前記受信ノードごとに多重化する波長多重部と、
を備える。

0021

本発明に係る波長分離多重装置では、前記ノード数が等しくかつ前記受信ノードが異なる通信波長は、前記波長帯域内において互いに隣接し、前記光増幅部は、前記ノード数が等しくかつ前記受信ノードが異なる通信波長の光信号を一括して増幅してもよい。

0022

本発明に係る波長分離多重装置では、前記受信ノードに到達したときの光信号の強度が当該受信ノードにおける最小受光感度以上になるように前記光増幅部の増幅率を調整する増幅率調整部をさらに備えていてもよい。

0023

本発明に係る波長分離多重装置では、前記増幅率調整部は、前記ノード数が等しい前記受信ノードのうち、自装置からの距離が最大となる前記受信ノードに到達したときの光信号の強度が当該受信ノードにおける最小受光感度以上となるように、前記光増幅部の増幅率を調整してもよい。

0024

本発明に係る光通信システムは、
光信号を送信する送信ノードと、
前記光信号を受信する受信ノードと、
前記送信ノード及び前記受信ノードを接続する光ファイバ伝送路に接続された本発明に係る波長分離多重装置と、
を備える。

0025

本発明に係る波長分離多重方法は、
1つの送信ノードと複数の受信ノードの間に接続され、前記送信ノードから送信された波長多重光信号を前記複数の受信ノードの少なくともいずれかへ転送する波長分離多重方法であって、
第1の波長分離部が、前記波長多重光信号の送信先のノード数に応じて定められた波長帯域ごとに、前記送信ノードから送信された前記波長多重光信号を分離し、
光増幅部が、前記第1の波長分離部で分離された各波長帯域の光信号を、前記波長帯域ごとに定められた増幅率で増幅し、
第2の波長分離部が、前記光増幅部で増幅された各波長帯域の光信号を、前記受信ノードに応じて定められた通信波長に分離し、
光合分波部が、前記第2の波長分離回路で分離された各波長帯域における各通信波長の光信号を、前記波長帯域に応じた前記ノード数に分岐し、
波長多重部が、前記光合分波部で分岐された各波長帯域における各通信波長の光信号を、前記受信ノードごとに多重化する。

0026

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

発明の効果

0027

本発明は、受信ノード数の異なる通信に対して異なる波長を配置することにより、波長分離多重装置におけるパケット解析および外部装置との制御プロトコルを必要とせずに、波長情報に基づいて光パワー損失推定できるようになるため、処理遅延の増加および通信帯域の圧迫を回避できる。

図面の簡単な説明

0028

PONシステムの構成の一例である。
EPONにおけるONUの構成の一例である。
EPONにおけるOLTの構成の一例である。
WDM−PONシステムの構成の一例である。
WDM−PONにおけるブロードキャスト波長の追加例を示す。
WDM−PONにおけるマルチキャスト通信の一例を示す。
関連する波長分離多重装置の構成の一例である。
本発明の実施形態に係る波長配置例である。
実施形態1に係る波長分離多重装置の構成の一例である。
波長グループと増幅率の変換テーブルの一例である。
実施形態2に係る光通信システムの一例である。
実施形態2に係る波長分離多重装置の構成の一例である。

実施例

0029

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

0030

(実施形態1)
本実施形態に係る光通信システムは、光信号を送信する送信装置と、光信号を受信する受信装置と、送信装置及び受信装置を接続する光伝送路に接続された波長分離多重装置と、を備える。本実施形態に係る光通信システムは、1つの送信ノードと複数の受信ノードがポイントツーマルチポイントの形態で接続される光ネットワークである。本実施形態に係る波長分離多重装置は、入力側のポートに1つの送信ノードが接続され、出力側のポートに複数の受信ノードが接続されている。

0031

本実施形態に係る光通信システムは、例えば、図6に示すような、1つのOLT92と複数のONU91が光伝送路で接続されたPONシステムである。この場合、波長分離多重装置93の入力側のポートが送信装置として機能するOLT92に接続され、波長分離多重装置93の出力側のポートが受信装置として機能するONU91に接続される。

0032

送信ノードとして機能するOLT92は波長多重光信号を送信し、受信ノードとして機能するONU91は波長多重光信号を受信する。以下、本実施形態に係る光通信システムが、図6に示すようなPONシステムにおいて、OLT92からONU91へ下り信号を送信する場合について説明する。

0033

本実施形態における下り信号の送信波長配置例を図8に示す。波長帯域は、送信先のノード数である受信ノード数に応じて定められている。例えば、受信ノード数が1であるユニキャスト通信用の波長帯域を波長グループW1に定め、受信ノード数が2のマルチキャスト通信用の波長帯域を波長グループW2に定め、・・・受信ノード数がnのブロードキャスト通信用の波長帯域を波長グループWnに定める。受信ノード数が2以上の波長帯域は、例えばTバンドやOバンドが含まれる1.0〜1.3μmを用いる。

0034

また、ONU91ごとに各波長帯域内の波長が通信波長として割り当てられている。例えば、波長グループW1において、ONU#1へのユニキャスト波長をλd,u1、ONU#2へのユニキャスト波長を波長λd,u2、・・・、ONU#nへのユニキャスト波長をλd,unとする。また、波長グループW2において、2ノードへのマルチキャスト波長として、λd,m1、λd,m2、・・・、λd,mk1を用意する。2ノードへのマルチキャスト波長はnノードから2ノードを選択する組合せ数存在し、最大でn×(n−1)/2個となる。例えば、マルチキャスト波長λd,m1をONU#1およびONU#2へのマルチキャスト通信に用いる。

0035

波長グループW3において、3ノードへのマルチキャスト波長として、λd,m(k1+1)、λd,m(k1+2)、・・・、λd,mk2を用意する。3ノードへのマルチキャスト波長はnノードから3ノードを選択する組合せ数存在し、最大でn×(n−1)×(n−2)/6個となる。例えば、マルチキャスト波長λd,m(k1+1)をONU#1およびONU#2およびONU#3へのマルチキャスト通信に用いる。

0036

さらに、n個のノードへのブロードキャスト通信用にブロードキャスト波長λd,mkを用意する。ブロードキャスト波長λd,mkは全てのONU91において受信可能な波長である。

0037

波長分離多重装置93において、受信ノード数が同一のユニキャスト波長およびマルチキャスト波長の波長分離および光増幅を容易にするため、受信ノード数が同一のユニキャスト通信又はマルチキャスト通信には、各ONU#1〜#nに割り当てる通信波長として、隣接した波長を利用することが望ましい。例えば、図8に示すように、波長グループW2内でONU#1〜#nに割り当てられる波長λd,m1、λd,m2、・・・、λd,mk1は、隣接していることが好ましい。ただし、波長分離多重装置93において各波長の合分波を適切に行うことができれば、これらの波長を必ずしも隣接させる必要はない。

0038

任意の1ノードへの送信に利用するユニキャスト波長を波長グループW1、任意の2ノードへのマルチキャスト波長を波長グループW2、・・・Wnノードへのブロードキャスト波長を波長グループWnとする。各波長グループ間には波長分離部31による分離を容易にするため保護帯域(GB:Guard Band)を設けることが望ましい。また、各波長グループの開始波長λd,u1、λd,m1、λd,m(k1+1)、・・・、λd,mkの間隔Cを、一定周波数間隔又は一定波長間隔とすることが望ましい。

0039

本実施形態における下り信号に対する波長分離多重装置93の構成例を図9に示す。OLT92から送信された下り信号は波長分離多重装置93を介してONU#1からONU#nのいずれかのノードへ伝送される。

0040

波長分離多重装置93は、波長分離部31、光増幅部34−1〜34−n、波長分離部35、光合分波部32、波長多重部33、増幅率調整部36を備える。波長分離部31は、波長多重された下り信号を、各波長グループに分離する。波長グループは、送信先のノード数に応じて定められた波長帯域になっている。

0041

光増幅部34−1〜34−nは、波長グループごとに定められた増幅率で、下り信号を増幅する。同一波長グループ内の信号は受信ノード数が同一であるため、後段の光増幅部34−1〜34−nによって一括して増幅を行う。例えば波長グループW1に対しては増幅率G1の光増幅部34−1により増幅を行い、波長グループW2に対しては増幅率G2の光増幅部34−2により増幅を行う。ただし、光増幅部34−1〜34−nは、増幅率の異なる複数の光増幅器を並べた光増幅器アレイであっても構わないし、可変増幅率の光増幅器であっても構わない。

0042

波長分離部35は、光増幅部34−1〜34−nで増幅された各波長帯域の光信号を、ONU91に応じて定められた通信波長に分離する。例えば、ONU#1およびONU#2に割り当てられている波長λd,m1を分離する。これにより、ユニキャスト波長およびマルチキャスト波長を分離する。

0043

ユニキャスト通信に用いられる波長グループW1に含まれる各波長λd,u1、λd,u2、・・・、λd,unはそれぞれONU#1、ONU#2、・・・、ONU#n宛の出力ポートに接続される。マルチキャスト通信に用いられる波長グループW1に含まれる各通信波長は、光合分波部32に出力される。

0044

光合分波部32は、マルチキャスト波長を受信ノード数に応じてパワースプリッタなどによりパワー分岐する。分岐数は、例えば、受信ノード数が2であれば2分岐とし、受信ノード数が3であれば3分岐又は4分岐とする。

0045

例えば、波長λd,m1をONU#1およびONU#2へのマルチキャスト通信に用いる場合は、受信ノード数が2である波長グループW2に含まれるため、光合分波回路内の2分岐パワースプリッタにより光パワーを分岐する。そして、1つの光合分波部32からの出力をONU#1宛の波長多重装置出力ポートである波長多重部33に接続し、もう1つの光合分波部32からの出力をONU#2宛の波長多重装置出力ポートである波長多重部33に接続する。

0046

波長多重部33−1〜33−nは、各ONU宛の波長を合波し、多重された下り信号を各ONU#1〜#nへ送信する。例えば、ONU#1に接続されている波長多重部33−1は、波長グループW1においてONU#1に割り当てられている波長λd,u1と、波長グループW2においてONU#1に割り当てられている波長λd,m1と、波長グループW3においてONU#1に割り当てられている波長λd,m(k1+1)と、を合波する。これにより、ONU#1に送信される波長多重光信号に、ユニキャスト通信用の信号やマルチキャスト通信用の信号を多重化する。

0047

増幅率調整部36は、波長情報に基づいて各光増幅部34−1〜34−nの増幅率を調整する。波長情報は、例えば、波長毎又は波長グループである。この場合、例えば、図10のように、波長毎又は波長グループ毎にあらかじめ増幅率を対応させた変換テーブルを作成しておく。増幅率は、後段の光合分波部32における光パワー分岐数、波長分離多重装置93からONU91までの光パワー損失と、ONU91における最小受光感度に応じて決定される。

0048

増幅率調整部36は、各ONU91が波長グループW2に含まれる通信波長の光信号を受信したときに、すべてのONU91において最小受光感度以上の光受信パワーとなるように、光増幅部34−2の増幅率を調整することが好ましい。これにより、推定される光パワー損失に基づいて光増幅部34−1〜34−nの増幅率を適切に設定し、受信ノードにおける光受信パワーを最小受光感度以上に維持することができる。

0049

さらに、OLT92と各ONU91との間の距離を考慮しても構わない。各波長グループにおいて最大距離となる波長に対する増幅率を採用することができる。例えば、波長グループW2において、各ONU91での最小受光感度以上の受信が可能な増幅率がG21、G22、・・・、G2k1であり、最大距離となる波長に対する増幅率がG21の場合、光増幅部34−2の増幅率G2としてG21を採用する。また、G21>G22>・・・>G2k1である場合、光増幅部34−2の増幅率G2としてG21を採用してもよい。

0050

ただし、変換テーブルは、送受信ノード間の距離の変更又は受信ノード数の変更に応じて、各波長又は各波長グループに対応した増幅率を再設定可能であることが望ましい。また、遠隔地から波長分離多重装置93にアクセスして再設定可能であることが望ましい。再設定のための波長分離多重装置93へのアクセス方法としては、制御用インタフェースを利用してもよいし、OLT92又はONU91との通信インタフェースを利用してもよい。なお、光増幅部34−1〜34−nの設置による消費電力の増大を抑えるため、各光増幅部34−1〜34−nの増幅率は、受信ノードにおいて最小受光感度以上での光パワー受信が可能でありかつできるだけ小さな値に設定することが望ましい。

0051

(実施形態2)
実施形態1では、1つの親ノードであるOLTと複数の子ノードであるONUがポイントツーマルチポイントの形態で接続されるWDM−PONの下り通信への適用について説明したが、本実施形態では、WDM技術を用いたあらゆるポイントツーマルチポイントネットワークのマルチキャスト通信に適用する。また、実施形態1のポイントツーマルチポイントネットワークを複数並列構築することで、全ノードがフルメッシュの形態で接続される光ネットワークにおける任意のノードと別の任意のノードとの間のマルチキャスト通信へ適用する。

0052

図11に、本実施形態に係る光通信システムの一例を示す。本実施形態に係る光通信システムは、ノード90がフルメッシュの形態で接続されている。各ノード90は、ネットワークと波長分離多重装置93を介して接続される。

0053

本実施形態における波長分離多重装置93の構成は、実施形態1で説明した図9に示す構成と同様である。ただし、本実施形態では、波長分離多重装置93の接続関係が異なる。例えば、ノード#1に接続される波長分離多重装置93は、図9におけるOLT92がノード#1となり、図9におけるONU91がノード#2〜#5となる。ノード#5に接続される波長分離多重装置93は、図9におけるOLT92がノード#5となり、図9におけるONU91がノード#1〜#4となる。他のノード#2,#3,#4についても同様である。

0054

したがって、実施形態1に係る発明は、全ノードがフルメッシュの形態で接続される光ネットワークにおける任意のノードと別の任意のノードとの間のマルチキャスト通信にも適用することができる。

0055

以上説明したように、本実施形態に係る発明は、波長分割多重ネットワークにおいて分岐数に応じたユニキャスト/マルチキャスト/ブロードキャスト用波長を別に用意し、中継ノードである波長分離多重装置93において波長情報に基づいて光信号の強度を増幅する。波長分離部35の分岐数に応じて連続的に波長を配置することで中継ノードにおける信号分離・増幅を容易にする。このように、本実施形態に係る発明は、送信波長により分岐数を特定することが可能になるため、送信ノードと中継ノードとの間のメッセージ交換が不要となる。また、中継ノードにおいて、識別子を認識するためのパケット解析が不要となる。したがって、本発明により、送信ノードと中継ノードとの間のメッセージ交換に要する遅延および中継ノードにおける処理遅延の増加を回避しつつ、受信ノードにおける光強度のばらつきを低減することができる。

0056

本発明は情報通信産業に適用することができる。

0057

11:UNI−IF
12:PON信号処理部
121:上り信号処理部
122:MPCP部
123:下り信号処理部
13:PON−IF
21:PON−IF
22:PON信号処理部
221:上り信号処理部
222:MPCP部
223:下り信号処理部
224:帯域割当部
23:SNI−IF
31:波長分離部
32:光合分波部
33−1、33−2、33−n:波長多重部
34−1、34−2、34−n:光増幅部
35:波長分離部
36:増幅率調整部
90:ノード
91:ONU
92:OLT
93:波長分離多重装置
94:光合分波器
95:光ファイバ伝送路

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