JP4033380B2

JP4033380B2 - Wavelength label type optical router

Info

Publication number: JP4033380B2
Application number: JP2002047067A
Authority: JP
Inventors: 裕行植之原
Original assignee: 財団法人理工学振興会
Priority date: 2002-02-22
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2022-02-22
Also published as: JP2003249902A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インターネット等のネットワークに使用されるルータを光波長に基づく光処理形式とした超高速動作型の波長ラベル付加型光ルータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネット等のコンピュータネットワークでは通信相手先を特定するためのルータが使用されており、従来は電子回路をベースにした信号処理で実現している。しかし、現状のルータは、ラインレートが１０Gbpsを超えると電気回路及びソフト処理によりパケットのルーティングを行っているため、信号処理の速度遅延がパケット転送のボトルネックになっていることが指摘されている。インターネットの急激な成長と通信トラフィックに占める重要度の増加に伴い、ギガビット(Gbps)を超える速度の光パケットを可能な限り遅延の少ない手段で、ルーティングする光ルータの要求が高まっている。
【０００３】
図１３は従来のルータの一例を示しており、行先（相手ポート）を示すヘッダ（α）を付されたシリアル形式の光パケットデータＰＰ１は光／電変換部１００に入力されて電気信号に変換され、Ｓ／Ｐ変換部１０１でパラレル信号に変換される。パラレル信号のヘッダ付きデータは分離部１０２でヘッダ（α）とデータに分離され、ヘッダ（α）はヘッダ解析部１１０に入力され、データは出力同期機能を有する待機部１０３に送られる。ヘッダ解析部１１０はテーブル１１１と協働してヘッダ（α）の解析を行うが、ヘッダ解析部１１０に入力されるヘッダ毎に、テーブル１１１に予め登録されているヘッダとそれに対応する行先（宛先）とを順次チェックして行う。かかるチェックによって行先を示すヘッダ（β）が解析されて決定されると、ヘッダ付加部１０４で、待機部１０３からのデータに決定された新しいヘッダ（行先＝β）を同期させて付加し、その後Ｐ／Ｓ変換部１０５でシリアル信号に変換し、更に電／光変換部１０６で電気信号を光信号に変換し、シリアル形式の光パケット信号ＰＰ２として出力する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように従来はヘッダ解析部１１０が、ヘッダと行先の対応関係を格納しているテーブル１１１と協働して経時的な手法でヘッダを解析しており、その後に待機させておいたデータに付加する処理を同期的に行うため、ルータとしての処理速度が遅くなってしまう問題があった。
【０００５】
本発明は上述のような事情よりなされたものであり、本発明の目的は、光レベルでの高速処理の利点を損なわず、構成素子数の削減と消費電力の低減を可能とした超高速型の波長ラベル付加型光ルータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のノード間を結ぶ通信回線で構成されるネットワークにおいて、光パケット信号を前記通信回線で目的ノードに転送することを目的とする光ルータに関し、本発明の上記目的は、前記光パケット信号がヘッダ部とデータ部で構成され、前記ヘッダ部は前記ノード間の光パスに固有に割り当てられた波長情報を有するように構成され、前記光ルータは、前記光パケット信号から前記ヘッダ部の波長情報を識別するヘッダ識別回路と、前記ヘッダ識別回路の出力信号を用いて波長可変光源の波長を変化させるための電気信号を生成する波長選択信号発生器と、入力光パケット信号の波長を前記ヘッダ部の波長情報に基づき、前記各ノード間の光パス固有に割り当てられた波長に変換するための波長変換部と、波長変換された光パケット信号を前記目的ノードにルーティングする波長ルーティング素子とを設け、前記ヘッダ識別回路として、前記ヘッダ部のビット数分の分岐光導波路を有し、互いに隣接する前記各分岐光導波路の長さが１ビットの時間相当分だけ長さが異なると共に、前記各分岐光導波路を導波する光の強度を２ ^Ｎ（ただし、Ｎは自然数）倍する光増幅器が接続されており、１本の光導波路に再び合波する光カプラと、前記分岐光導波路を伝搬した光信号の全てが前記光カプラの出力部において重畳される時間の光パルスのみを抽出するための光ゲートとを有していることにより、或いは前記ヘッダ識別回路として、前記ヘッダ部のビット数分の分岐光導波路を有し、互いに隣接する前記各分岐光導波路の長さが１ビットの時間相当分だけ長さが異なると共に、前記各分岐光導波路を導波する光の強度を 2 ^−Ｎ（ただし、Ｎは自然数）倍する光減衰器が接続されており、１本の光導波路に再び合波する光カプラと、前記分岐光導波路を伝搬した光信号の全てが前記光カプラの出力部において重畳される時間の光パルスのみを抽出するための光ゲートとを有していることによって達成される。
【０００７】
また、本発明は、光信号を目的ノードに転送することを目的とする光ルータに関し、本発明の上記目的は、光パケット信号のヘッダ部とデータ部とを分離するヘッダ分離部と、前記分離された波長ヘッダを識別してアナログ値を出力するヘッダ識別回路と、前記アナログ値に応じた波長チューニング信号を出力する波長選択信号発生器と、前記分離されたデータ及び前記波長チューニング信号を合成する波長変換部と、前記波長変換部の出力を転送用光パケット信号として出力する波長ルーティング部とを設けることにより、或いは多重波長の光パケット信号を波長分波する波長分波部と、前記波長分波部の出力分波に対応した波長ラベル付加型光ルータとを具備し、前記波長ラベル付加型光ルータは、前記光パケット信号のヘッダ部とデータ部とを分離するヘッダ分離部と、前記分離された波長ヘッダを識別してアナログ値を出力するヘッダ識別回路と、前記アナログ値に応じた波長チューニング信号を出力する波長選択信号発生器と、前記分離されたデータ及び前記波長チューニング信号を合成する波長変換部と、前記波長変換部の出力を転送用光パケット信号として出力する波長ルーティング部とによって達成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
従来の電子回路をベースにしたルータは信号処理の速度遅延がボトルネックとなり、データ転送の高速化に限界があり、その高速化が強く望まれている。本発明は、その解決手段として光パケットの送信宛先をノード間の光パスに固有の光波長で割り当て、その情報をパケットの先頭にヘッダ部として付加して転送し、波長ラベル付加型光ルータ側で分離して処理する。波長でディジタル化されたヘッダ部をアナログ値に変換するヘッダ識別手段を用いることにより、パケットの中から送信先部分のヘッダ解析に要する時間が不要となり、従来のルータよりも２桁以上高速なパケット転送を実現可能にしている。同時に、構成素子数の大幅な削減と消費電力の低減を実現している。
【０００９】
即ち、光レベルでの高速処理の利点を生かして構成素子数の削減と消費電力の低減を実現するために、本発明ではヘッダ識別手段にＤ／Ａ変換の手法を導入し、波長変換素子を直接駆動する処理方法を導入している。具体的には、符号分割多重によるヘッダ符号化とヘッダ識別を行うのではなく、２進数表現のヘッダ光パルス列をアナログ変換し、そのアナログ出力に対応した波長を波長可変光源で生成する構造としている。また、Ｄ／Ａ変換型ヘッダ識別手段の出力を直接波長可変レーザの波長チューニング領域に印加する構成としていることにより、波長変換に必要なレーザ数の大幅な削減を実現している。
【００１０】
以下に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は本発明の基本構成を示しており、光パケット信号は波長分波部（アレイ導波路格子）１０に入力されて分波され、分波されたパケット信号はヘッダ分離部２０においてヘッダ部とデータ部とに分離される。ヘッダ部とデータ部とに分離するため、ヘッダ部とデータ部には異なる波長が割り当てられているが、アレイ導波路格子の異なるフリースペクトルレンジ内の同一チャネル位置となっている。分離されたヘッダ部はヘッダ識別回路３０に入力されて波長に対応したアナログ値に変換（Ｄ／Ａ変換）され、Ｄ／Ａ変換されたアナログ値が波長選択信号発生器４０に入力され、入力されたアナログ値に対応した波長チューニング信号を発生する。また、ヘッダ分離部２０で分離されたデータ部は光バッファ（光遅延線）５０に入力され、波長選択信号発生器４０からの波長チューニング信号と共に波長変換部６０に入力される。波長選択信号発生器４０からの波長チューニング信号はヘッダ生成部８０に入力され、生成されたヘッダ部がヘッダ付加部９０で波長変換部６０からのデータと合波されて出力される。ヘッダ付加部９０の出力は波長ルーティング部（アレイ導波路格子）７０に入力され、光パケット信号として出力され、ヘッダ部が示す宛先ポートにデータがルーティングされ、パケット転送される。
【００１２】
なお、波長変換部６０の波長選択信号を波長可変光源に入力して波長を変更できるようになっており、そのための波長テーブル６０Ａが設けられている。波長テーブル６０Ａの情報自体の変更は、外部からの波長テーブル制御信号によって行われる。
【００１３】
このように本発明では、光パケット信号の送信宛先を光の波長（ディジタル）で割り当ててヘッダ部として付加しており、そのヘッダ部をヘッダ識別回路３０で光の波長（ディジタル）に対応したアナログ値に変換し、波長選択信号発生器４０でアナログ値に応じた波長チューニング信号を発生し、ヘッダ生成部８０でヘッダ部を生成すると共に、波長変換部６０からのデータとヘッダ生成部８０からのヘッダデータとをヘッダ付加部９０で合波して出力している。このため、ヘッダ解析に要する時間が不要であり、高速動作のパケット転送を実現できる。
【００１４】
以下に、具体的な実施例を説明する。
【００１５】
図２は本発明の第１実施例を示しており、ユーザ端末に直結されたエッジルータ１のヘッダ生成部で生成されたヘッダ部及び変調器５からの光データは合波され、光パケット信号としてネットワーク内を伝送され、本発明の波長ラベル付加型光ルータに入力される。エッジルータ１では、レーザダイオード（ＬＤ）２からのレーザ光を符号器３で符号化してヘッダ部を生成すると共に、レーザダイオード（ＬＤ）４からのレーザ光を変調器５で変調してデータ部を生成している。
【００１６】
波長付加型光ルータでは先ず、入力された光パケット信号がＷＤＭ分波器２１でヘッダ部及びデータ部に分離され、分離されたヘッダ部はヘッダ識別回路３０を経て波長選択信号発生器４０に入力される。ヘッダ識別回路３０はヘッダ識別器３１等で成り、波長選択信号発生器４０はフォトディテクタとしてのフォトダイオード４１、信号を増幅する増幅器４２及びピーク値を保持するピークホールド回路４３で構成されている。波長選択信号発生器４０の出力である波長チューニング信号は、ヘッダ生成部８０及び相互利得変調型の波長変換部６０に入力される。波長変換部６０はチューニングレーザダイオード（ＴＬＤ）６１、３ｄＢカップラ６２及び半導体光増幅器（ＳＯＡ）６３で構成されている。また、ＷＤＭ分波器２１で分離されたデータは光バッファ５０を経て波長変換部６０の３ｄＢカップラ６２に入力され、チューニングレーザダイオード（ＴＬＤ）６１からのチューニング波長と合波され、半導体光増幅器６３で増幅された信号がヘッダ付加部９０に入力される。波長選択信号発生器４０からの波長チューニング信号はヘッダ生成部８０に入力され、ヘッダ生成部８０で生成されたヘッダ部がヘッダ付加部９０でデータと合波され、波長ルーティング素子（ＡＷＧ）７１を経て光パケット信号として出力される。
【００１７】
また、ＷＤＭ分波器２１からのデータはフォトダイオード５１で電気信号に変換され、平滑回路５２を経てピークホールド回路４３に入力されている。平滑回路５２で一定時間、一定電圧のリセット信号を発生させることによって、データの終了にタイミングを合わせてリセットを行うものである。チューニングレーザダイオード（ＴＬＤ）６１は、波長テーブル６０Ａからの信号によって波長を制御されるようになっている。
【００１８】
ヘッダ識別器３１の詳細は図３に示すようになっており、入力されたヘッダ部を分光部３２で分離すると共に、長さの異なる光ケーブル（光遅延線）３３ａ、３３ｂ、３３ｃに入力して所定時間Δτずつ遅延させ、各光ケーブル３３ａ、３３ｂ、３３ｃに対してそれぞれゲイン倍率×１（＝２ ^０）、×２（＝２ ^１）、×４（＝２ ^２）を与え、各光ケーブル３３ａ、３３ｂ、３３ｃの出力信号を合波部３４で合波してゲート３５から出力する。ゲート３５には局部発振光源３６からタイミング用のゲートパルスが入力され、ゲートパルスに応じて各出力信号を加算したアナログ値を得ている。なお、図３では３ビットの場合を示しているが、Ｎ（自然数）ビットの場合も同様にして２ ^０、２ ^１、２ ^２、・・・２ ^Ｎ−１倍とすることができる。
【００１９】
なお、分光部３２及び合波部３４は、１本の光ファイバを伝送する光信号のパワーを、複数本のファイバに等分配（或いはその逆）する光部品でスターカプラと称されるものである。入力されたヘッダ部はピークホールド回路３７にも入力され、ピークホールド回路３７から出力される電気信号で局部発振光源３６はゲートパルスを出力する。また、局部発振光源３６のゲート制御のタイミングは、ヘッダ部の入力をピークホールド回路３７で検知し、局部発振光源３６から単発の短光パルスを出力することによって行う。そして、ピークホールド回路３７は局部発振光源３６がオンした後、一定時間後に必ずリセットされるようになっている。更に、図３では３ビット長のヘッダ部を例に示しているが、ビット長は任意である。
【００２０】
また、ヘッダ生成部８０の詳細は図４に示すようになっており、ピークホールド回路４３からのピーク値を入力するヘッダ生成器８１と、ピークホールド回路４３からのピーク値をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器８２と、シリアル信号をパラレル信号に変換するＳ／Ｐ変換器８３とで構成されている。ヘッダ生成器８１は閾値回路８９及び短パルス光源８４を有し、ピークホールド回路４３の信号が発生すれば自動的に短パルス光源８４の電源をオンにすると共に、出力に該当する波長を選択し、ヘッダ部のビット数（本例は３ビット）に相当する時間だけ短パルスを出力する。ピークホールド回路４３が信号を発生したことを検知すると共に、外部雑音による誤動作を防止する目的のために閾値回路８９が設けられている。
【００２１】
短パルス光源８４からの短パルスは分光部８５で長さ（遅延時間）が異なる光ファイバ８６ａ、８６ｂ、８６ｃに入力され、各光ファイバ８６ａ、８６ｂ、８６ｃにはゲインが同一のゲート８７ａ、８７ｂ、８７ｃがそれぞれ配設されている。また、ピークホールド回路４３の出力がＡ／Ｄ変換器８２でディジタル値に変換され、そのディジタル値がＳ／Ｐ変換器８３でパラレル信号に変換され、Ｓ／Ｐ変換器８３からのパラレル信号が各ゲート８７ａ、８７ｂ、８７ｃをオンオフ制御することによりヘッダ部が出力される。なお、図４では３ビット長のヘッダ部を例に示しているが、ビット長は任意である。
【００２２】
このような構成において、以下にその動作を説明する。
【００２３】
エッジルータ１で合成されたデータ部及びヘッダ部で成る光パケット信号がＷＤＭ分波器２１に入力され、ヘッダ部とデータ部とに分波（分離）される。ヘッダ部はヘッダ識別回路３０内のヘッダ識別器３１に入力され、ヘッダ識別器３１内の分波部３２で遅延線かつゲイン倍器としての光ケーブル３３ａ、３３ｂ、３３ｃに入力されて伝送される。光ケーブル３３ａ、３３ｂ、３３ｃのデータ伝送の状態は図５に示すようになっており、光ケーブルの長さに比例して時間Δτずつ遅延される。つまり、光ケーブル３３ａは遅延がなく、光ケーブル３３ｂは時間Δτだけ遅延し、光ケーブル３３ｃは時間２Δτだけ遅延する。また、光ケーブル３３ｃでは電界の振幅が×４（＝２ ^２）倍され、光ケーブル３３ｂでは×２（＝２ ^１）倍され、光ケーブル３３ａでは×１（＝２ ^０）倍されて合波部３４に達する。従って、ゲート３５のゲート開時間を局部発振光源３６で生成して制御することによって、２^２×１＋２^１×０＋２^０×１＝５の振幅のパルスをゲート３５より出力することができる。
【００２４】
ゲート３５からの出力パルスは波長選択信号発生器４０内のフォトダイオード（ＰＤ）４１に入力され、振幅に応じた電気信号に変換され、増幅器４２で増幅された信号のピーク値がピークホールド回路４３でホールドされる。ピーク値がホールドされるので、そのホールド値はパルスの振幅（波高値）を示すことになる。ピークホールド回路４３からのピーク値はヘッダ生成部８０内の閾値回路８９及びＡ／Ｄ変換器８２に入力され、アナログのピーク値がＡ／Ｄ変換器８２でディジタル値に変換され、更にＳ／Ｐ変換器８３に入力されてパラレル信号に変換される。Ｓ／Ｐ変換器８３の出力がゲート８７ａ，８７ｂ，８７ｃをオンオフ制御し、図６に示すようなシリアル信号を出力する。
【００２５】
即ち、ヘッダ生成器８１内の短パルス光源８４からの短パルスは分光部８５で長さ（遅延時間）が異なる光ファイバ８６ａ、８６ｂ、８６ｃに入力されることにより、光ケーブル８６ａでは遅延がなく、光ケーブル８６ｂでは時間Δτだけ遅延し、光ケーブル８６ｃでは時間２Δτだけ遅延する。また、光ケーブル８６ａ〜８６ｃのゲインは全て×１で同一であるため、合波部８８の出力はパルス列のシリアル信号となる。
【００２６】
一方、ピークホールド回路４３からのピーク値のホールド値は波長変換部６０のチューナブルレーザダイオード（ＴＬＤ）６１に入力され、ホールド値に対応してチューナブルレーザダイオード６１で発光された光が３ｄＢカップラ６２に送信され、ＷＤＭ分波器２１からのデータも光バッファ５０を経て３ｄＢカップラ６２に送信される。３ｄＢカップラ６２でデータが波長チューニング信号と合波され、半導体光増幅器（ＳＯＡ）６３を経てヘッダ付加部９０に送られる。ヘッダ生成部８０で生成されたヘッダ部のシリアル信号はヘッダ付加部９０に送られ、波長変換部６０からのデータ部に付加され、更に波長ルーティング素子７１に送られて波長ルーティング出力される。
【００２７】
図７は本発明の第２実施例を図２に対応させて示しており、本実施例では波長分波部１０からの分波毎に複数の波長ラベル付加型光ルータを設けている。本例は、光パケット信号が多重波長となっている場合の実施例であり、大容量化の実現に最適である。従って、エッジルータも複数となっている。
【００２８】
また、図８は本発明の第３実施例を図２に対応させて示しており、エッジルータ１からのヘッダ付きデータを３ｄＢカプラ２２で２方向に分離しているが、ヘッダ部とデータ部とを分離せずに処理している。従って、本例では半導体光増幅器６３の出力が波長ルーティング素子７１に入力されている。本例は、各ルータでのヘッダ生成及び付加を行わないこととし、ヘッダ部の情報に基づいてデータの波長を適宜割り振ってルーティングを行う方式である。
【００２９】
図９は本発明の第４実施例を図２に対応させて示しており、ＷＤＭ分波器、ヘッダ識別回路、波長選択信号発生器、波長変換部、波長ルーティング素子を一単位とする機能ブロックを複数有し、前記各機能ブロックの出力光信号をルーティングするための波長ルーティング素子を複数有している
上述の各実施例では波長変換部を相互利得変調型としているが、図１０に示すように相互位相変調型としても良い。図１０の例では、ピークホールド回路の出力をチューニングレーザダイオードに入力し、その出力を半導体光増幅器６３１及び６３２に入力し、データは半導体光増幅器６３２にのみ入力している。
【００３０】
また、ヘッダ識別器としては図１１に示すように、電界のゲイン倍率を×１（＝２ ^０）、×１／２（＝２ ^−１）、×１／４（＝２ ^−２）というように縮小する光減衰器を使用しても良い。この場合の波形関係は図１２に示すようになる。なお、図１１では３ビットの場合を示しているが、Ｎ（自然数）ビットの場合も同様にして２ ^０、２ ^−１、２ ^−２、・・・２ ^{−（Ｎ−１）} 倍とすることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、本発明の波長ラベル付加型光ルータによれば光レベルでの高速処理の利点を生かしているため、光パケットの転送速度が従来の電子回路をベースにしたルータよりも２桁以上向上している。また、構成素子数の削減と消費電力の低減を実現するために、ヘッダ識別手段にＤ／Ａ変換の手法を導入し、波長変換素子を直接駆動する処理方法を導入している。２進数表現のヘッダ光パルス列をアナログ変換し、そのアナログ出力に対応した波長を波長可変光源で生成する構造とし、Ｄ／Ａ変換型ヘッダ識別手段の出力を直接波長可変レーザの波長チューニング領域に印加する構成としていることにより、波長変換に必要なレーザ数の大幅な削減を実現している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本的構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施例を示すブロック構成図である。
【図３】ヘッダ識別器の構成例を示すブロック図である。
【図４】ヘッダ生成部の構成例を示すブロック図である。
【図５】ヘッダ識別器の動作例を説明するための図である。
【図６】ヘッダ生成器の動作例を説明するための図である。
【図７】本発明の第２実施例を示すブロック構成図である。
【図８】本発明の第３実施例を示すブロック構成図である。
【図９】本発明の第４実施例を示すブロック構成図である。
【図１０】波長変換部の他の例（相互位相変調型）を示すブロック図である。
【図１１】ヘッダ識別部の他の例を示すブロック構成図である。
【図１２】図１１のヘッダ識別部の動作例を示す図である。
【図１３】従来のルータの構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１エッジルータ
２レーザダイオード
３符号器
５変調器
１０波長分波部（アレイ導波路格子）
２０ヘッダ分離部
２１ＷＤＭ分波器
２２３ｄＢカップラ
３０ヘッダ識別回路
３１ヘッダ識別器
４０波長選択信号発生器
５０光バッファ
６０波長変換部
６０Ａ波長テーブル
６１チューニングレーザダイオード
６２３ｄＢカップラ
６３半導体光増幅器
７０波長ルーティング部
８０ヘッダ生成部
９０ヘッダ付加部
１００光／電変換部
１０１Ｓ／Ｐ変換部
１０２分離部
１０３待機部
１０４ヘッダ付加部
１０５Ｐ／Ｓ変換部
１０６電／光変換部
１１０ヘッダ解析部
１１１テーブル
６３１、６３２半導体光増幅器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultra-high speed operation type wavelength label addition type optical router in which a router used in a network such as the Internet is an optical processing format based on an optical wavelength.
[0002]
[Prior art]
In a computer network such as the Internet, a router for specifying a communication partner is used, which has been realized by signal processing based on an electronic circuit. However, it has been pointed out that current routers route packets through electrical circuits and software processing when the line rate exceeds 10 Gbps, and signal processing speed delays become a packet transfer bottleneck. . With the rapid growth of the Internet and the increasing importance of communication traffic, there is an increasing demand for optical routers that route optical packets at speeds exceeding gigabits (Gbps) with as little delay as possible.
[0003]
FIG. 13 shows an example of a conventional router. Serial optical packet data PP1 with a header (α) indicating a destination (partner port) is input to the optical / electric conversion unit 100 and converted into an electrical signal. Then, the S / P converter 101 converts it into a parallel signal. The header-attached data of the parallel signal is separated into a header (α) and data by the separation unit 102, the header (α) is input to the header analysis unit 110, and the data is sent to the standby unit 103 having an output synchronization function. The header analysis unit 110 analyzes the header (α) in cooperation with the table 111. For each header input to the header analysis unit 110, a header registered in advance in the table 111 and a destination (destination) corresponding thereto. ) And check sequentially. When the header (β) indicating the destination is analyzed and determined by such check, the header addition unit 104 adds the determined new header (destination = β) to the data from the standby unit 103 in a synchronized manner, and then The P / S converter 105 converts the signal into a serial signal, and the electric / optical converter 106 converts the electric signal into an optical signal, which is output as a serial optical packet signal PP2.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, conventionally, the header analysis unit 110 analyzes the header in a time-dependent manner in cooperation with the table 111 storing the correspondence relationship between the header and the destination, and then waits for the data Since the processing to be added to is performed synchronously, there has been a problem that the processing speed as a router becomes slow.
[0005]
The present invention has been made under the circumstances as described above, and an object of the present invention is an ultra-high-speed type capable of reducing the number of constituent elements and reducing power consumption without impairing the advantages of high-speed processing at the optical level. It is to provide a wavelength label addition type optical router.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to an optical router for transferring an optical packet signal to a target node through the communication line in a network composed of communication lines connecting a plurality of nodes. The packet signal includes a header portion and a data portion, and the header portion is configured to have wavelength information uniquely assigned to the optical path between the nodes, and the optical router receives the header portion from the optical packet signal. A wavelength identification signal generator for generating an electric signal for changing the wavelength of the wavelength tunable light source using an output signal of the header identification circuit, and a wavelength of the input optical packet signal. Based on the wavelength information of the header part, a wavelength conversion part for converting into a wavelength assigned uniquely to the optical path between the nodes, and a wavelength-converted optical packet And a wavelength routing element for routing a preparative signal to the destination node is provided, as the header identification circuit has a number of bits of the branched optical waveguide of the header portion, the length of each branch optical waveguide adjacent to each other 1 An optical amplifier that is different in length by an amount corresponding to the time of the bit and that multiplies the intensity of light guided through each of the branched optical waveguides by 2 ^N (where N is a natural number) is connected to one optical waveguide. By having an optical coupler that combines again, and an optical gate for extracting only an optical pulse at a time when all of the optical signals propagated through the branch optical waveguide are superimposed at the output part of the optical coupler Alternatively, as the header identification circuit, there are branch optical waveguides corresponding to the number of bits of the header portion, and the lengths of the branch optical waveguides adjacent to each other are different from each other by a time equivalent to 1 bit. Both are connected to an optical attenuator that multiplies the intensity of the light guided through each of the branched optical waveguides by 2- ^N (where N is a natural number), and an optical coupler that re-combines with one optical waveguide; This is achieved by having an optical gate for extracting only the optical pulse of the time when all of the optical signals propagated through the branch optical waveguide are superimposed at the output part of the optical coupler .
[0007]
The present invention also relates to an optical router for transferring an optical signal to a target node, and the above-described object of the present invention is to provide a header separation unit that separates a header part and a data part of an optical packet signal, and the separation. A header identification circuit that identifies the wavelength header and outputs an analog value; a wavelength selection signal generator that outputs a wavelength tuning signal in accordance with the analog value; and synthesizes the separated data and the wavelength tuning signal. A wavelength converting unit, and a wavelength routing unit that outputs the output of the wavelength converting unit as a transfer optical packet signal , or a wavelength demultiplexing unit that demultiplexes an optical packet signal of multiple wavelengths, and the wavelength demultiplexing unit. A wavelength label addition type optical router corresponding to the output demultiplexing of the wave part, and the wavelength label addition type optical router includes a header part and a data part of the optical packet signal. A header separation unit that separates the unit, a header identification circuit that identifies the separated wavelength header and outputs an analog value, a wavelength selection signal generator that outputs a wavelength tuning signal according to the analog value, and This is achieved by a wavelength conversion unit that combines the separated data and the wavelength tuning signal, and a wavelength routing unit that outputs the output of the wavelength conversion unit as a transfer optical packet signal .
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In conventional routers based on electronic circuits, signal processing speed delay becomes a bottleneck, and there is a limit to speeding up data transfer, which is strongly desired. As a means for solving the problem, the present invention assigns a transmission destination of an optical packet with an optical wavelength specific to an optical path between nodes , adds the information as a header portion to the head of the packet, and transfers it. Separate and process. By using header identification means that converts the digitized header part into an analog value using the wavelength, the time required for header analysis of the destination part from the packet is eliminated, and the packet is two digits faster than conventional routers. The transfer is made feasible. At the same time, a significant reduction in the number of components and a reduction in power consumption are realized.
[0009]
That is, in order to realize the reduction of the number of constituent elements and the reduction of power consumption by taking advantage of the high-speed processing at the optical level, the present invention introduces a D / A conversion method to the header identification means, A processing method that drives directly is introduced. Specifically, instead of performing header encoding and header identification by code division multiplexing, the header optical pulse train expressed in binary number is converted to analog, and a wavelength corresponding to the analog output is generated by a wavelength variable light source. . In addition, since the output of the D / A conversion type header identification means is applied directly to the wavelength tuning region of the wavelength tunable laser, the number of lasers necessary for wavelength conversion is greatly reduced.
[0010]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0011]
Figure 1 shows the basic structure of the present invention, the optical packet signal is being input demultiplexing the wavelength demultiplexing unit (arrayed waveguide grating) 10, demultiplexed packet signal header in the header separation section 20 And the data part . For separating a header portion and a data portion, but is assigned a wavelength different from the header section and a data section, have the same channel position of different free spectral range of the array waveguide grating. The separated header portion is input to the header identification circuit 30 and converted into an analog value corresponding to the wavelength (D / A conversion), and the analog value after the D / A conversion is input to the wavelength selection signal generator 40 and input. A wavelength tuning signal corresponding to the analog value is generated. The data portion separated by the header separation unit 20 is input to the optical buffer (optical delay line) 50 and is input to the wavelength conversion unit 60 together with the wavelength tuning signal from the wavelength selection signal generator 40. The wavelength tuning signal from the wavelength selection signal generator 40 is input to the header generation unit 80, and the generated header unit is combined with the data from the wavelength conversion unit 60 by the header addition unit 90 and output. The output of the header adding unit 90 is input to a wavelength routing unit (arrayed waveguide grating) 70, output as an optical packet signal, data is routed to the destination port indicated by the header unit , and the packet is transferred.
[0012]
The wavelength can be changed by inputting the wavelength selection signal of the wavelength converter 60 to the wavelength tunable light source, and a wavelength table 60A for that purpose is provided. The information itself of the wavelength table 60A is changed by an external wavelength table control signal.
[0013]
Analog Thus in the present invention assigns the transmission destination of the optical packet signal in the wavelength of light (digital) is added as a header portion, corresponding to the wavelength (digital) light the header portion in the header identifying circuit 30 The wavelength selection signal generator 40 generates a wavelength tuning signal corresponding to the analog value, the header generation unit 80 generates a header unit , and the data from the wavelength conversion unit 60 and the header generation unit 80 The header data is combined and output by the header adding unit 90. For this reason, time required for header analysis is unnecessary, and high-speed packet transfer can be realized.
[0014]
Specific examples will be described below.
[0015]
FIG. 2 shows a first embodiment of the present invention, in which the header data generated by the header generation unit of the edge router 1 directly connected to the user terminal and the optical data from the modulator 5 are combined to generate an optical packet signal. And is input to the wavelength label-added optical router of the present invention. In the edge router 1, the laser light from the laser diode (LD) 2 is encoded by the encoder 3 to generate a header portion, and the laser light from the laser diode (LD) 4 is modulated by the modulator 5 to generate the data portion. Is generated.
[0016]
In the wavelength-added optical router, first, the input optical packet signal is separated into a header part and a data part by the WDM demultiplexer 21, and the separated header part is inputted to the wavelength selection signal generator 40 through the header identification circuit 30. Is done. The header identification circuit 30 includes a header identification unit 31 and the like, and the wavelength selection signal generator 40 includes a photodiode 41 as a photodetector, an amplifier 42 that amplifies a signal, and a peak hold circuit 43 that holds a peak value. The wavelength tuning signal that is the output of the wavelength selection signal generator 40 is input to the header generation unit 80 and the mutual gain modulation type wavelength conversion unit 60. The wavelength converter 60 includes a tuning laser diode (TLD) 61, a 3 dB coupler 62, and a semiconductor optical amplifier (SOA) 63. The data separated by the WDM demultiplexer 21 is input to the 3 dB coupler 62 of the wavelength converter 60 through the optical buffer 50, and is combined with the tuning wavelength from the tuning laser diode (TLD) 61, and the semiconductor optical amplifier 63. The signal amplified in step (b) is input to the header adding unit 90. The wavelength tuning signal from the wavelength selection signal generator 40 is input to the header generation unit 80, and the header unit generated by the header generation unit 80 is combined with the data by the header addition unit 90, and the wavelength routing element (AWG) 71 is set. Then, it is output as an optical packet signal.
[0017]
Further, the data from the WDM demultiplexer 21 is converted into an electric signal by the photodiode 51 and input to the peak hold circuit 43 through the smoothing circuit 52. The smoothing circuit 52 generates a reset signal having a constant voltage for a certain period of time, thereby resetting in synchronization with the end of data. The wavelength of the tuning laser diode (TLD) 61 is controlled by a signal from the wavelength table 60A.
[0018]
The details of the header discriminator 31 are as shown in FIG. 3, and the input header portion is separated by the spectroscopic portion 32 and input to optical cables (optical delay lines) 33a, 33b, and 33c having different lengths. The optical cables 33a, 33b, 33c are respectively delayed by a predetermined time Δτ, and gain magnifications x1 (= 2 ⁰ ), x2 (= 2 ¹ ), x4 (= 2 ² ) are given to the optical cables 33a, 33b, 33c, respectively. The output signals of 33b and 33c are combined by the combining unit 34 and output from the gate 35. A gate pulse for timing is input from the local oscillation light source 36 to the gate 35, and an analog value obtained by adding the output signals in accordance with the gate pulse is obtained. 3 shows the case of 3 bits, but in the case of N (natural number) bits, it can be similarly 2 ⁰ , 2 ¹ , 2 ² ,... 2 ^N−1 times.
[0019]
The spectroscopic unit 32 and the combining unit 34 are optical components that equally distribute (or vice versa) the power of an optical signal transmitted through one optical fiber to a plurality of fibers, and are called star couplers. is there. The inputted header portion is also inputted to the peak hold circuit 37, and the local oscillation light source 36 outputs a gate pulse by an electric signal outputted from the peak hold circuit 37. The timing of gate control of the local oscillation light source 36 is performed by detecting the input of the header portion with the peak hold circuit 37 and outputting a single short light pulse from the local oscillation light source 36. The peak hold circuit 37 is always reset after a predetermined time after the local oscillation light source 36 is turned on. Further, although FIG. 3 shows an example of a header portion having a 3-bit length, the bit length is arbitrary.
[0020]
The details of the header generation unit 80 are as shown in FIG. 4, and a header generator 81 for inputting a peak value from the peak hold circuit 43 and a peak value from the peak hold circuit 43 are converted into a digital value. An A / D converter 82 and an S / P converter 83 that converts a serial signal into a parallel signal are included. The header generator 81 has a threshold circuit 89 and a short pulse light source 84. When a signal of the peak hold circuit 43 is generated, the header generator 81 automatically turns on the short pulse light source 84 and selects a wavelength corresponding to the output. A short pulse is output for a time corresponding to the number of bits in the header portion (3 bits in this example). A threshold circuit 89 is provided for the purpose of detecting that the peak hold circuit 43 has generated a signal and preventing malfunction due to external noise.
[0021]
The short pulse from the short pulse light source 84 is input to the optical fibers 86a, 86b, 86c having different lengths (delay times) in the spectroscopic unit 85, and the gates 87a, 87b having the same gain are provided in the optical fibers 86a, 86b, 86c. , 87c are disposed. Further, the output of the peak hold circuit 43 is converted into a digital value by the A / D converter 82, the digital value is converted into a parallel signal by the S / P converter 83, and the parallel signal from the S / P converter 83 is converted. The header part is output by controlling each gate 87a, 87b, 87c on and off. Although FIG. 4 shows an example of a header portion having a 3-bit length, the bit length is arbitrary.
[0022]
The operation of such a configuration will be described below.
[0023]
The optical packet signal composed of the data part and the header part synthesized by the edge router 1 is input to the WDM demultiplexer 21 and demultiplexed (separated) into the header part and the data part . The header part is input to a header identifier 31 in the header identification circuit 30, and is input to an optical cable 33a, 33b, 33c as a delay line and a gain multiplier by a branching unit 32 in the header identifier 31 and transmitted. The state of data transmission of the optical cables 33a, 33b, and 33c is as shown in FIG. 5, and is delayed by time Δτ in proportion to the length of the optical cable. That is, the optical cable 33a has no delay, the optical cable 33b is delayed by time Δτ, and the optical cable 33c is delayed by time 2Δτ. In the optical cable 33c, the electric field amplitude is multiplied by x4 (= 2 ² ) , in the optical cable 33b is multiplied by x2 (= 2 ¹ ), and in the optical cable 33a is multiplied by x1 (= 2 ⁰ ). Reach. Therefore, by generating and controlling the gate open time of the gate 35 by the local oscillation light source 36, a pulse having an amplitude of 2 ² × 1 + 2 ¹ × 0 + 2 ⁰ × 1 = 5 can be output from the gate 35.
[0024]
The output pulse from the gate 35 is input to a photodiode (PD) 41 in the wavelength selection signal generator 40, converted into an electric signal corresponding to the amplitude, and the peak value of the signal amplified by the amplifier 42 is the peak hold circuit 43. Is held at. Since the peak value is held, the hold value indicates the amplitude (peak value) of the pulse. The peak value from the peak hold circuit 43 is input to the threshold circuit 89 and the A / D converter 82 in the header generator 80, and the analog peak value is converted into a digital value by the A / D converter 82, and further the S / S The signal is input to the P converter 83 and converted into a parallel signal. The output of the S / P converter 83 controls on / off of the gates 87a, 87b, 87c, and outputs a serial signal as shown in FIG.
[0025]
That is, the short pulse from the short pulse light source 84 in the header generator 81 is input to the optical fibers 86a, 86b, 86c having different lengths (delay times) in the spectroscopic unit 85, so that there is no delay in the optical cable 86a. The optical cable 86b is delayed by time Δτ, and the optical cable 86c is delayed by time 2Δτ. Further, since the gains of the optical cables 86a to 86c are all equal to x1, the output of the multiplexing unit 88 is a pulse train serial signal.
[0026]
On the other hand, the peak hold value from the peak hold circuit 43 is input to the tunable laser diode (TLD) 61 of the wavelength converter 60, and the light emitted from the tunable laser diode 61 corresponding to the hold value is 3 dB coupler. The data from the WDM demultiplexer 21 is also transmitted to the 3 dB coupler 62 via the optical buffer 50. The data is combined with the wavelength tuning signal by the 3 dB coupler 62 and sent to the header adding unit 90 through the semiconductor optical amplifier (SOA) 63. Serial signal of the header portion generated by the header generator 80 is sent to the header adder 90, it is added to the data portion from the wavelength converter 60, are further wavelength routing output is sent to the wavelength routing element 71.
[0027]
FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention corresponding to FIG. 2. In this embodiment, a plurality of wavelength label-added optical routers are provided for each demultiplexing from the wavelength demultiplexing unit 10. This example is an example when the optical packet signal has multiple wavelengths, and is optimal for realizing a large capacity. Therefore, there are a plurality of edge routers.
[0028]
FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention corresponding to FIG. 2, and the header-attached data from the edge router 1 is separated into two directions by the 3 dB coupler 22, but the header portion and the data portion are separated. Are processed without separation. Therefore, in this example, the output of the semiconductor optical amplifier 63 is input to the wavelength routing element 71. In this example, header generation and addition are not performed in each router, and routing is performed by appropriately allocating data wavelengths based on information in the header part .
[0029]
FIG. 9 shows a fourth embodiment of the present invention corresponding to FIG. 2, and a functional block including a WDM demultiplexer, a header identification circuit, a wavelength selection signal generator, a wavelength converter, and a wavelength routing element as a unit. And a plurality of wavelength routing elements for routing the output optical signals of the respective functional blocks. In each of the above-described embodiments, the wavelength conversion unit is a mutual gain modulation type, as shown in FIG. Alternatively, a mutual phase modulation type may be used. In the example of FIG. 10, the output of the peak hold circuit is input to the tuning laser diode, the output is input to the semiconductor optical amplifiers 631 and 632, and the data is input only to the semiconductor optical amplifier 632.
[0030]
In addition, as shown in FIG. 11, the header discriminator has an electric field gain magnification of x1 (= 2 ⁰ ), x1 / 2 (= 2 ⁻¹ ), x1 / 4 (= 2 ⁻² ). It is also possible to use an optical attenuator that reduces to The waveform relationship in this case is as shown in FIG. Although FIG. 11 shows the case of 3 bits, the case of N (natural number) bits is also 2 ⁰ , 2 ⁻¹ , 2 ⁻² ,..., 2− ^(N−1) times. be able to.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the wavelength-labeled optical router of the present invention, the advantage of high-speed processing at the optical level is utilized. Therefore, the transfer speed of optical packets is two orders of magnitude higher than a router based on a conventional electronic circuit. It has been improved. In order to reduce the number of constituent elements and reduce power consumption, a D / A conversion technique is introduced to the header identification means, and a processing method for directly driving the wavelength conversion element is introduced. The binary-coded header optical pulse train is converted to analog, and a wavelength corresponding to the analog output is generated by the wavelength tunable light source, and the output of the D / A conversion type header identification means is applied directly to the wavelength tuning region of the wavelength tunable laser. By adopting such a configuration, the number of lasers necessary for wavelength conversion is greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration example of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of a header identifier.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of a header generation unit.
FIG. 5 is a diagram for explaining an operation example of a header discriminator.
FIG. 6 is a diagram for explaining an operation example of a header generator.
FIG. 7 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram showing another example of the wavelength converter (cross phase modulation type).
FIG. 11 is a block diagram illustrating another example of a header identification unit.
12 is a diagram illustrating an operation example of a header identification unit in FIG. 11. FIG.
FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of a conventional router.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Edge router 2 Laser diode 3 Encoder 5 Modulator 10 Wavelength demultiplexing part (array waveguide grating)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Header separation part 21 WDM splitter 22 3dB coupler 30 Header identification circuit 31 Header identifier 40 Wavelength selection signal generator 50 Optical buffer 60 Wavelength conversion part 60A Wavelength table 61 Tuning laser diode 62 3dB coupler 63 Semiconductor optical amplifier 70 Wavelength routing Unit 80 header generation unit 90 header addition unit 100 optical / electrical conversion unit 101 S / P conversion unit 102 separation unit 103 standby unit 104 header addition unit 105 P / S conversion unit 106 electric / optical conversion unit 110 header analysis unit 111 table 631 632 Semiconductor optical amplifier

Claims

An optical router for transferring an optical packet signal to a target node through the communication line in a network including a communication line connecting a plurality of nodes, and the optical packet signal includes a header part and a data part The header part is configured to have wavelength information uniquely assigned to the optical path between the nodes, and the optical router includes a header identification circuit that identifies the wavelength information of the header part from the optical packet signal; A wavelength selection signal generator that generates an electrical signal for changing the wavelength of the wavelength tunable light source using the output signal of the header identification circuit, and the wavelength of the input optical packet signal based on the wavelength information of the header part, A wavelength converter for converting to a wavelength assigned to each optical path between the nodes, and a wavelength-converted optical packet signal to the target node. And having a branch optical waveguide corresponding to the number of bits of the header portion as the header identification circuit, and the length of each of the branch optical waveguides adjacent to each other corresponds to a time of 1 bit. And the intensity of the light guided through each of the branched optical waveguides is 2 ^ＮN (Where N is a natural number) multiple optical amplifiers are connected, and all of the optical coupler that re-combines with one optical waveguide and the optical signal propagated through the branch optical waveguide are at the output of the optical coupler. A wavelength-labeled optical router, comprising: an optical gate for extracting only an optical pulse having a superimposed time.

An optical router for transferring an optical packet signal to a target node through the communication line in a network including a communication line connecting a plurality of nodes, and the optical packet signal includes a header part and a data part The header part is configured to have wavelength information uniquely assigned to the optical path between the nodes, and the optical router includes a header identification circuit that identifies the wavelength information of the header part from the optical packet signal; A wavelength selection signal generator that generates an electrical signal for changing the wavelength of the wavelength tunable light source using the output signal of the header identification circuit, and the wavelength of the input optical packet signal based on the wavelength information of the header part, A wavelength converter for converting to a wavelength assigned to each optical path between the nodes, and a wavelength-converted optical packet signal to the target node. And having a branch optical waveguide corresponding to the number of bits of the header portion as the header identification circuit, and the length of each of the branch optical waveguides adjacent to each other corresponds to a time of 1 bit. And the intensity of the light guided through each of the branched optical waveguides is 2 ^−Ｎ-N An optical attenuator that multiplies (where N is a natural number) is connected, and an optical coupler that re-combines with one optical waveguide and all of the optical signals that have propagated through the branch optical waveguide are output from the optical coupler. And a wavelength-labeled optical router, characterized in that it has an optical gate for extracting only the optical pulses of the time that are superimposed.

An output signal header generator, and the output signal header generator includes a short pulse light source, optical branching optical waveguides corresponding to the number of bits of the header portion, and lengths of the branching optical waveguides adjacent to each other. 3. The wavelength-labeled optical router according to claim 1, further comprising an optical coupler that is different in length by an amount corresponding to a time of 1 bit and that is combined again with one optical waveguide.

A header separation unit that separates a header part and a data part of an optical packet signal, a header identification circuit that identifies the separated header part and outputs an analog value, and outputs a wavelength tuning signal corresponding to the analog value A wavelength selection signal generator, a wavelength conversion unit that synthesizes the separated data and the wavelength tuning signal, and a wavelength routing unit that outputs the output of the wavelength conversion unit as an optical packet signal for transfer. Wavelength label added type optical router.

A wavelength demultiplexing unit for demultiplexing an optical packet signal of multiple wavelengths; and a wavelength label-added optical router corresponding to the output demultiplexing of the wavelength demultiplexing unit, A header separation unit that separates a header part and a data part of an optical packet signal, a header identification circuit that identifies the separated wavelength header and outputs an analog value, and outputs a wavelength tuning signal corresponding to the analog value A wavelength selection signal generator, a wavelength conversion unit that combines the separated data and the wavelength tuning signal, and a wavelength routing unit that outputs the output of the wavelength conversion unit as an optical packet signal for transfer. A wavelength label-added optical router.

6. The wavelength label according to claim 4, wherein the wavelength converter is of a mutual gain modulation type. Additive optical router.

The wavelength label addition type optical router according to claim 4 or 5, wherein the wavelength conversion unit is a mutual phase modulation type.