JP4167073B2 - 光アド／ドロップノード及び光ｗｄｍネットワーク - Google Patents

Description

［関連出願］
本出願は、２００１年４月１１日出願のスウェーデン国特許出願番号０１０１３００−２、及び２００１年５月５日出願の米国予備出願番号６０／２８８，４２２に基づく優先権及びその利益を主張するものであり、それらの全ての記載は本願に参照によって組み込まれる。

［技術分野］
本発明は、双方向光通信のためのノード構造、及びそのような構造のノードを含むネットワークに関する。

［背景］
波長分割多重方式（ＷＤＭ）は複数の独立した光信号を一つの光ファイバ上で伝送させるのに用いられる方法である。ＷＤＭは、ファイバの両端に配置される２つのノードが接続されるポイントツーポイント通信に用いることができるし、複数のノードが１本或いは１対のファイバ上で伝送容量を共有するマルチツーマルチポイント通信に用いることもできる。マルチツーマルチポイント通信において、使用される１本のファイバ或いは１対のファイバは、通常は閉ループ、すなわちリングを形成する。これは、ファイバ或いは他の装置の故障に備えて１対のノード間に２つの異なるルートを持たせるためである。また、端部のノードが異なる場所に位置するバスネットワークも可能である。そのようなリング或いはバス型のＷＤＭネットワークにおけるアド−ドロップノード（add-drop node）は特許文献１（欧州特許出願公開第０９０５９３６号）に記載されている。

図１に、ＷＤＭリングネットワークの概要を示す。２つの並行なリングファイバ或いはファイバパス１ａ，１ｂにおいてトラフィックは反対方向に進む。また、各ファイバパスは一つの方向のみにトラフィックを運ぶ。ノード３において、波長選択可能な光アド及びドロップ（アド／ドロップ）フィルタ（不図示）が提供されている。このフィルタは、選択された波長チャンネルを、低損失でリングファイバへアドしたりリングファイバからドロップしたりすることが可能であり、また、他のすべてのチャンネルについては、低損失で、リングファイバに沿ってノードを通過させる。図１において、ノードへ入る矢印４１及びノードから出る矢印４２は、リングネットワークを伝送される情報のペイロード部分（payload portion）のためのインターフェースを記号化して表すものである。

図２は、１対のノードＡ及びＢの間の双方向通信が、２つの伝送ファイバ１ａ、１ｂ上の単方向通信を用いてどのように実現されるかを示す。通常、２つのファイバにおける光信号には、同じ波長が用いられる。伝送ファイバ１ａ、１ｂの通信において、合計４つの接続されたアドフィルタ或いはドロップフィルタが必要である。

また、単一の光伝送ファイバを用いて双方向通信を用いることも提案されている。単一のファイバリングネットワークにおけるそのような通信は、非特許文献１（“再構築可能なＷＤＭアド／ドロップリピータを用いた、２００ｋｍを超える単一ファイバ双方向リングネットワークの通信”）において開示されている。双方向のアド／ドロップマルチプレクサＢ−ＡＤＭが用いられる。Ｂ−ＡＤＭの各々は２つの４ポートサーキュレータがシリーズに、相互に直接に接続されている。１つのサーキュレータは第１の方向でＢ−ＡＤＭから、例えば左へ送信し、同じ方向から、例えば左から受信する。また、他のサーキュレータはＢ−ＡＤＭから第２の方向、例えば右へ送信し、同じ方向、例えば右から受信する。サーキュレータの２つのブランチは、それぞれＢ−ＡＤＫＭのアドポート及びドロップポートに接続されたスルーフィルタである。

さらに、特許文献２（欧州特許出願公開第０７２９２４８号（出願人：ＡＴ＆Ｔ、発明者：ギル（Giles）））において、２つのターミナル間の単一ファイバにおける双方向通信が開示されている。双方向アンプ或いはアド／ドロップマルチプレクサにおいて、チャンネルがアド及びドロップされ得る。そのような双方向アンプにおいて、２つの４−ポートサーキュレータが用いられる。ここで、各４−ポートサーキュレータは単一のファイバパスにおいて接続される第１ポートと、一般的な光ファイバアンプを通して相互に接続された第２及び第３ポートと、光パワーカプラを介してアド及びドロップポートに接続された第４ポートとを有する。カプラへのブランチにはグレーティングが接続される。アド／ドロップマルチプレクサは、２つの６−ポートサーキュレータを備え、それらはファイバパスによって相互接続され、２つのポートにおいてフィルタを有する。
欧州特許出願公開第０９０５９３６号 欧州特許出願公開第０７２９２４８号 再構築可能なＷＤＭアド／ドロップリピータを用いた、２００ｋｍを超える単一ファイバ双方向リングネットワークの通信（オバラヒタシ、マスダヒロジ、アイダカズオ、11th International Conference on Integrated Optics and Optical FibreCommunications 23 European Conference on Optical Communications IOOC-ECOC97,Edinburgh, UK, 22-25 Sept. 1997, pp.9-12）

［要約］
本発明の目的は、伝送パスに接続されたアド／ドロップノードを有する光ネットワークであって、伝送パスのノードにおいて、伝送パス中のトラフィックがアド／ドロップノードを通過する際に蒙る損失が可能な限り小さくなるような、光ネットワークを提供することにある。

また、本発明の他の目的は、簡易な構造でノード間の双方向通信を可能とする、光ネットワーク中の伝送パスにおける接続のためのアド／ドロップノードを提供することにある。

光ファイバネットワークにおいて、１つのファイバ上の２つのノード間における双方向ＷＤＭトラフィックが可能となる。そのようなファイバとしては、例えば、リング構造を有するネットワークにおけるメイン伝送ファイバ或いはファイバパスである。１対のノード間の双方向通信チャンネルの各々は、２つの異なる波長チャンネルで遂行され、ファイバ上の各伝送方向に対して１つのチャンネルが割り当てられる。それらの２つのチャンネルの波長は、１つの共通の、波長選択性アド／ドロップフィルタを用いることにより、そこからリングファイバにおけるトラフィックへアドされたり、ドロップされたりする。そのようなフィルタとしては、一般には２チャンネルのアド／ドロップフィルタが用いられる。それは例えば、２つの隣接するチャンネルをカバーするバンド幅を有するバンドアド／ドロップフィルタである。

このようにして、伝送ファイバ上のアド／ドロップフィルタの数は、図２に示されるような、現状の技術に従ったＷＤＭリング上の各伝送ファイバで必要とされるフィルタの数より少なくすることができる。そして、一般には最小に、すなわち、可能な限り効率的に少なく維持される。

更なる本発明の目的及び利点は、後述の記載において述べられ、その説明から明らかとなり、或いは本発明の実施により確認されるであろう。本発明の目的や利点は、特に添付の請求の範囲で示される方法、プロセス、装置及び組み合わせの手段によって実現され、取得される。

［詳細な説明］
図１に、全体的なＷＤＭリングネットワークの構造を示す。光ファイバによる２つの並行なリングパス１ａ、１ｂが、異なる方向へ進む光信号を運ぶ。各ファイバリングにおいて、信号を含んだ光はパス内のトラフィックと呼ばれる。各ファイバリングにおいて、信号は、複数の区別可能な波長バンド或いは波長チャンネルで搬送される。リングパスにおいて、複数のノード３が接続されている。これらのノードはアド／ドロップノードとも呼ばれる。そのようなノードの各々において、リングパス１ａ、１ｂの少なくとも１つにおいて信号がトラフィックから取り出され或いはドロップされ、リングパスの少なくとも１つにおいて信号がトラフィックへ供給或いはアドされる。２つの並行なリングパスは互いに反対方向にトラフィックを搬送し、ノード３間の双方向通信を可能にしている図示のケースにおいて、冗長性或いは保護が提供される。こうして、送信ノードから受信ノードへの伝送のために、２つのパスが使用可能である。第１のパスはそれらファイバリングの第１のファイバリングの部分であり、第２のパスは第２のファイバリングの部分である。第２のパスは、第１のパスに使用されていない第１のリングに対応しているか、もしくは並行している。通常は、第１及び第２パス１ａ、１ｂのうちの一つが用いられ、他方は保護のためにのみ利用される。そして、故障発生時には上記他方のパスのみが使用される。

図２の構成図には、例えば図１に示す種類のリングネットワークにおけるノードＡとノードＢとの間の従来技術による通信が示されている。このネットワークにおいて伝送に用いられる２つのファイバ１ａ、１ｂ（ここでは伝送ファイバと称する）の各々は、それぞれ１方向のみに進む光信号を運び、２つのファイバにおける光信号の方向は互いに反対の方向となっている。通常は、同じ波長チャンネル（図ではチャンネル番号１が示されている）が２つの伝送ファイバで用いられる。伝送ファイバ１ａ、１ｂのパスに接続された、合計４つのアド或いはドロップフィルタ２₁、４₁が、２つのノード間の双方向通信を実現するのに必要とされる。２つのノードはまた、チャンネル番号１のための光トランスミッタ９₁と光レシーバ１１₁を含む。

しかしながら、図２のノードＡ及びＢのような１対のノード間における双方向通信は、図３に示されるように単一の伝送ファイバ１を用いて実現することができる。ここで、１つの伝送ファイバ１は２つの異なる方向に光信号を搬送するのに使用される。伝送ファイバ１のノードＡにおいて、２チャンネルアド／ドロップフィルタ５_e1-2が接続されている。このフィルタは例えばバンドアド／ドロップフィルタであり、２つの波長チャンネル番号１，２でイースト（east）側よりノードＡに到達する光信号をドロップする。ここで、これら２つの波長チャンネルは近接、或いは隣接するのが好ましい。また、ここで、イースト側においては、ノードＡの右側すなわち東側に直接的にノードＢが接続されているものとし、また、ノードＡ及びＢは、中断個所の無いファイバ部分によって接続されているものと仮定する。一般に、ノードＡとＢの間の双方向通信に用いられるのと異なる波長の光、すなわち図示の例ではチャンネル番号１及び２において用いられる波長とは異なる波長の光は、低損失で伝送ファイバ上のアド／ドロップノードＡ、Ｂを通過する。２チャンネルアド／ドロップフィルタ５_e1-2のブランチポートには、チャンネル番号２をドロップするために、内部の、単一チャンネルのドロップフィルタ７₂が接続される。このフィルタ７₂は、ドロップされるチャンネル以外の信号、すなわち、チャンネル番号２以外の信号を通過させる通過ポートを有する。そして、この通過ポートには、波長チャンネル番号１における光信号のソースが接続される。このソースには、例えば、ノードＡ内における、レーザのような光トランスミッタ９₁である。単一チャンネルのドロップフィルタ７₂のブランチポートには、光或いは光学レシーバ１１₂が、チャンネル番号２の信号を受信するために接続される。

ノードＢはノードＡに類似の、しかしながらノードＡに対して相補的な構造を有する。従って、２チャンネルのアド／ドロップフィルタ５_w1-2が、西側からの信号のみをブランチするために適用される。内部の単一チャンネルのドロップフィルタ７₁はチャンネル番号１の波長の信号をドロップし、光信号ソース９₂は波長チャンネル番号２のみにおいて光を伝送し、レシーバ１１₁は波長チャンネル番号１において信号を受信するのに適用される。

ノードＡにおける光信号ソース９₁はチャンネル番号１の波長における信号を生成する。その信号は、ノードＡ内の単一チャンネルのドロップフィルタ７₂の通過ポートへ入力される。チャンネル番号１の信号は、こうしてドロップフィルタ７₂を低損失で通過し、伝送ファイバ１に接続されている２チャンネルアド／ドロップフィルタへ送られる。２チャンネルアド／ドロップフィルタのブランチ方向により、チャンネル番号１の信号は伝送ファイバ１内のトラフィックにアドされる。そのトラフィックは、ノードＡからみて東方向へ向かってすすみ、こうして、図３に示されるようにノードＢに到達するまで右方向へ進行する。ノードＢにおいて、チャンネル番号１の信号は、ノードＢ内の２チャンネルアド／ドロップフィルタ５_w1-2においてドロップされ、そこからノードＢの内部の単一チャンネルのドロップフィルタ７₁へ送られる。チャンネル番号１の波長のすべての光が内部の単一チャンネルのドロップフィルタにおいてドロップされ、ノードＢ内のレシーバ１１₁へ送られる。

反対方向の信号に関して、ノードＢにおいて、光信号ソース９₂は光信号を波長チャンネル番号２のみにおいて送信する。内部の単一チャンネルドロップフィルタ７₁を低損失で通る反対方向の信号経路は、ブランチポート或いは２チャンネルアド／ドロップフィルタ５_w1-2のアド／ドロップポートに連結され、伝送ファイバ１の中を西へ、すなわち左方向へ、他の同方向のトラフィックとともに進む。ノードＡにおいて、考慮されたチャンネル番号２の信号は２チャンネルアド／ドロップフィルタ５_e1-2においてドロップされ、単一チャンネルのドロップフィルタ７₂へ送られ、当該ドロップフィルタでドロップされ、さらにノードＡのレシーバ１１₂へ送られる。

２チャンネルのアド／ドロップフィルタ５_e1-2及び５_w1-2がバンドアド／ドロップタイプであった場合、１対のノード間の通信に用いられる波長チャンネル、すなわち上記例ではチャンネル番号１及び２は、上記で示したように隣接或いは近接していなければならない。これにより、フィルタ５_e1-2、５_w1-2では他の波長チャンネルをほとんどブロックしないようにすることができ、より好ましくは、他の波長に対してはまったくブロックしないようにすることができる。

ノードＡ，Ｂにおける２チャンネルのアド／ドロップフィルタ５_e1-2及び５_w1-2のアド／ドロップ波長とは異なる波長、或いはアド／ドロップ波長の範囲外の波長のためのアド／ドロップフィルタが、上述した双方向通信の機能を限定することなく、伝送ファイバ１に接続されてもよい。

ノード内の、２チャンネルのアド／ドロップフィルタ５_e1-2及び５_w1-2と、単一のチャンネルのドロップフィルタ７₁及び７₂のそれぞれは、３つのファイバポートを有する。それらは、例えば、薄膜干渉フィルタであり、例えばＥ−ＴＥＫ社製の製品タイプＤＷＦ１、或いはコーニング（Corning）またはオプリンク（Oplink）から得られる。単一チャンネルのアド／ドロップフィルタの機能は、図４ａ（Fig.4a）から図４ｄ（Fig.4d）に示されている。

単一チャンネルのドロップフィルタは１〜３に番号付けられた３つのポートを有する。第２ポートは通常の一般的な入出力ポートであり、第１ポートは通過ポートであり、第３ポートはブランチ、ブランチド或いはアド／ドロップポートである。当該フィルタでドロップされるチャンネルを除く他の全ての波長チャンネルの信号は、第１ポートから第２ポートへ、そしてその反対方向、すなわち第２ポートから第１ポートへと低損失で通過する。図４ｂ（Fig.4b）は、伝送を波長の関数として示した図である。第２ポートから第３ポートへ、そしてその反対方向、すなわち第３ポートから第２ポートへは、ドロップされたチャンネルの信号のみが低損失で通過する。この様子は、図４ｃ（Fig.4c）に示されている。また、第１ポートから第３ポートへ、そしてその反対方向の第３ポートから第１ポートへの伝送においては、全ての波長チャンネルの信号が高い損失を被ることになる。この様子は、図４ｄに示されている。

マルチチャンネル及びバンドアド／ドロップフィルタのポートは、図４ａに示されるような方法で番号付けされる。マルチチャンネルアド／ドロップフィルタは、一般に、少なくとも２つのチャンネルの波長をブランチする。他のすべてのチャンネルは、フィルタの第１ポートと第２ポートの間を低い損失で通過する。バンドアド／ドロップフィルタは、ここで用いられる意味において、単一チャンネルのドロップフィルタと同様の基本的な機能を有するが、いくつかのチャンネルを第２ポートと第３ポートの間でドロップ、すなわちブランチし、第１ポートと第２ポートの間でブロックできるように、より広いドロップの波長レンジを有する。

マルチチャンネルアド／ドロップフィルタ５_e1-2及び５_w1-2の波長依存性が図５ａ（Fig.5a）及び図５ｂ（Fig.5b）のそれぞれに示されている。ここで、グラフはフィルタの第２ポートと第３ポートの間の伝送を示している。また、図５には、バンドドロップフィルタに関する波長依存性と、ノードＡ及びＢにおける単一チャンネルのドロップフィルタ７₂と７₁に関する波長依存性が示され、それらは図３に示した様式に従ってノード内で用いられる。実線は、それぞのれノードのバンドアド／ドロップフィルタにおける伝送を示し、破線は、単一チャンネルのドロップフィルタの伝送を示す。

図６ａ（Fig.6a）〜図６ｃ（Fig.6c）において、２チャンネルのアド／ドロップフィルタの異なるタイプの例が示される。スペクトル応答、すなわち第２ポートと第３ポートの間の波長を関数とした伝送は、図６ｄ（Fig.6d）〜図６ｆ（Fig.6f）にそれぞれ示される。図６ａに示される２チャンネルバンドアド／ドロップフィルタは薄膜干渉フィルタタイプである。このフィルタは図６ｄに示されるように、２つの隣接するチャンネルをアド／ドロップする。

図６ｂに示される２チャンネルアド／ドロップフィルタにおいて、中央のエレメントは光サーキュレータ１７である。フィルタの通過ポートにおいて、２つのファイバブラッググレイティング１９_N1、１９_N2が接続され、各グレイティング（回折格子）は特定の波長チャンネル番号１、番号２の波長を反射する。図６ｃにおいて、アド／ドロップフィルタは、通過ポートに接続されたサンプルされたファイバブラッググレイティング１９Ｓと図６ｂのファイバにおいて示したようなサーキュレータ１７を有する。グレイティング１９Ｓは、図６ｆにおいて示されるように、フィルタにおいてドロップされるすべての第３チャンネルの波長を反射する。

図３に示すようなノード構造を用いたＷＤＭリングネットワークの例が、図７ａのブロック図によって示される。なお、図においては、ノード内の２チャンネルのアド／ドロップフィルタのみ、すなわち、リングファイバパスに直接に接続されたフィルタのみが示されている。また、唯一の伝送リングファイバ１が用いられている。ネットワークは中央或いはメインノードとしてハブノードＨを有する。ハブノードＨは、この例においては、文字Ａ〜Ｄで参照されているサテライトノードの各々と直接的な光接続を有する。ハブノードＨの左半分において、サテライトノードＡ〜Ｄの各々に対して１つずつ、４つの２チャンネルアド／ドロップフィルタ５_eが必要である。例えば、それらはすべて同方向の通信に適用され、その方向は、図においてハブノードから反時計回り或いは西方向である。図においては、チャンネル番号１〜８の８個の波長チャンネルが必要である。

ハブノードとサテライトノードの各々の間の通信にリング構造が必要ではないことは明らかである。しかしながら、完全なファイバリングが、ネットワークにおける冗長性と保護を提供するために用いられる。こうして、保護の目的のために、ハブノードＨは、グレーの矩形で示されるようなレギュラーのバンドアド／ドロップフィルタに加えて、保護のために、黒い矩形で示される４つのアド／ドロップフィルタ５wを有する。保護用のバンドアド／ドロップフィルタも、好ましくはすべてが１方向の通信のために接続される。その方向は、レギュラーフィルタに対して選択された方向と反対方向であり、図においては、ハブノードＨに関して東方向或いは時計回りである。例えば、ノードＢからハブへのレギュラーな通信は波長チャンネル番号３で運ばれ、ノードＢからハブへの応答は波長チャンネル番号４で運ばれる。これは、ハブノードＨとノードＢの両方における２チャンネルアド／ドロップフィルタが、この通信のためにチャンネル番号３及び４をドロップするのに適用されることを意味する。ハブノードＨの内部に設けられた単一チャンネルのドロップフィルタ（図７ａには不図示である）は、チャンネル番号４をドロップするのに適用され、ノードＢの内部の単一チャンネルドロップフィルタ（不図示）はチャンネル番号３をドロップするように適用される。

ファイバリングにおいて、ハブノードＨと各サテライトノードＡ〜Ｄとの間には２つの利用可能なパスがある。これら２つのパスは、リング上の異なる、相補的な部分、すなわち、図７ａに示されるリングにおいて、ハブノードと考慮されているサテライトノードにおいて当該リングを分割することによって得られた右部分と左部分を用いる。図７ａの例では、通常のトラフィックに関して、ネットワークのすべてのコンポーネントが動作している場合、ハブノードＨからサテライトノードＡ〜Ｄへのトラフィックはリングファイバに沿って半時計方向に進み、サテライトノードからハブノードへのトラフィックは反対方向或いは時計回りに進む。このことは、レギュラー通信に用いられる２チャンネルアド／ドロップフィルタの接続方向を決定する。

例えば、図７ａに示されるように接続されたノードＡとノードＢの間でファイバの破損が発生した場合、ハブノードＨとサテライトノードＢ，Ｃ及びＤとの間のトラフィックは影響を受けず、リングの左側をとおる。一方、ハブノードＨとサテライトノードＡとの間のトラフィックは他の部分、すなわちリングの右部分へリダイレクトすることができる。これは、ハブノードＨとサテライトノードＡとの間の保護用の２チャンネルアド／ドロップフィルタを利用することにより達成される。これらの保護用の２チャンネルアド／ドロップフィルタは、レギュラーのものと同じ波長或いは対応する波長チャンネルを用いる。ただし、送信／受信トラフィックは、上述したように反対方向のものとなる。

或いは、図７ａに示されるようなリングネットワークにおいて保護が不要である場合、サテライトノードＡ，Ｂ，Ｃ及びＤとハブノードＨとの間のリングの右部分を行く通信パスは、別のトラフィックチャンネルとして使用できるものとなり、これによりリングの全体の容量を増加することができる。

通常のトラフィック及び保護のトラフィックのために、ノードから同じ波長チャンネルで信号を送信することは有利である。その理由は、以下のとおりである。バンドアド／ドロップフィルタにおいてドロップされる光のいくらかは常にリングファイバを通してリークし、当該ノードにおいてアドされた信号にミックスされる。これは、好ましくない影響である。この、望ましくない残光は所望の信号とともに伝送され、最終的にその光を送信した当該ノード内のレシーバに到達する。所望の波長チャンネルとリークした好ましからざる波長チャンネルとが異なる波長を有する場合は、その好ましからざる波長チャンネルはもう一度単一チャンネルのドロップフィルタでフィルタされ、それによってクロストークの影響を強力に低減することができる。

１本のみのリング伝送ファイバに代えて、２つもしくはそれ以上のリング伝送ファイバ、或いは並行なファイバパスが用いられる場合には、各リングに接続される２チャンネルアド／ドロップフィルタの数を減らすことができる。このような構成を図７ｂのネットワークに示す。図７ｂでは、２つの並行な伝送ファイバ１ａ、１ｂが提供されている。これは、以下のような結果となる。すなわち、各リングファイバにおける光損失を大きく減少させることができ、よって、光アンプを用いずにリングのサイズを大きくすることができる。或いは、光損失を増加させること無く、より多くのトラフィックチャンネルをネットワーク内に伝送させることができる。また、以下のことが観察される。すなわち、２つのリングにおける波長を独立させることができる。例えば、図７ｂにおいて、チャンネル番号１／２のペアとチャンネル番号３／４のペアは、それぞれ異なるファイバを通るので、同一組み合わせの２つの波長とすることができる。これは、用意すべき異なるコンポーネントの種類を減らすことができ、この点で有利であるし、エルビウムがドープされたファイバアンプによって最も効果的に増幅される波長範囲をより有利に利用することができる。一般に、ノード間の双方向通信に使用されるリンク、すなわち、双方向通信が第１或いは第２リングファイバ上のいずれにおいて運ばれるべきであるかは、２つのリングにおけるトラフィックの最大の損失ができる限り低くなるように選択されるべきである。より一般的には、２つもしくはそれ以上の並列な伝送ファイバリングにおいて、トラフィックの最大の損失が可能な限り低くなるように選択されるべきである。これは、実際においては、例えば、２つもしくはそれ以上のファイバリングにおいて、接続されるアド／ドロップフィルタの数を同数とすることである。しかしながら、第１の並行ファイバパスのフィルタは、短い伝送距離を有した低損失なトラフィックに使用されて、第２の並行なファイバパスのフィルタはより長い伝送距離を有した高損失なトラフィックに用いられるような場合には、一方の第１の並行ファイバパスにより多くのアド／ドロップフィルタを接続するようにし、他方の、すなわち第２の並行なファイバパスに接続されるアド／ドロップフィルタをより少なくしてもよい。。

図３を参照して説明した双方向通信は、また、図８ａにおいて図示されたメッシュドトラフィックパターンを有するＷＤＭネットワークにおいても用いられる。ここで、単一のリング伝送ファイバ１はすべてのトラフィックを両方向に運び、保護は用いられない。隣のノードとの間のトラフィックのみがネットワークにおいて許される場合、そのようなトラフィックは厳密に隣接するトラフィックと呼ばれ、図８ｂに示されるように、ノード間の双方向通信に要求されるチャンネル数は２チャンネルのみである。

メッシュドトラフィックパタンを有し、図３を参照して説明した双方向通信を用い、また、保護を有するＷＤＭリングネットワークが図８ｃに示す原理図によって説明される。ここで、各々が両方向にトラフィックを運ぶ、２つのリング伝送ファイバ１ａ、１ｂは、各ファイバにおける２チャンネルのアド／ドロップフィルタの損失によって生じる損失をより低くするために用いられる。灰色の矩形は、通常の、或いはレギュラートラフィックのために用いられるアド／ドロップフィルタを示す。黒の矩形は、保護トラフィックのために用いられるアド／ドロップフィルタを示す。以下のことが観察される。すなわち、図８ｃにおいて太字で記載された内側のファイバ１ａで用いられるチャンネルの波長チャンネル番号と、通常の文字で記載された外側のファイバ１ｂで用いられる波長チャンネル番号は、同じチャンネル波長を有するチャンネルとすることができる。図７ｂで示したネットワークと同様に、各ノード間の双方向通信に用いられるリングファイバは、２つのリングにおけるトラフィックの最大損失が可能な限り低くなるように選択されるべきである。

図７ａ〜８ｃで示されるネットワークのノードにおいて、通常のトラフィック及び保護用トラフィックに用いられる２つのアド／ドロップフィルタ、すなわち、ノードからみて西方向と東方向のメインファイバにおける双方向通信のために用いられる各ノード内の２つのアド／ドロップフィルタは、単一のデバイスに置き換えることができる。図９ａのブロック図においては、２つの２チャンネルアド／ドロップフィルタに代えて、マッハ・ツェンダー干渉計２５の２つの並行なパスにおいてブラッググレイティングを有する４ポートのアド／ドロップフィルタ２１が含まれる。この種のアド／ドロップフィルタは、たとえば、アロヨオプティクス（Arroyo Optics）社より、製品名ファイバフィルタＡＤ２００（FiberFilter AD 200）として市販されている。

この種のブラッググレーティングマッハツェンダーフィルタ２１は４つのポート或いは端子を有する。それらのうちの２つのポート２７は通過ポート（express port）と呼ばれ、メインファイバパスに上の組み合わせられたフィルタとの接続に用いられる。また、他の２つのポート２９は、アド／ドロップポートと呼ばれ、図３で説明したようなノード内部のドロップフィルタ７₁、７₂に接続するために用いられる。図９ａからわかるように、左側のアド／ドロップポートでアド／ドロップされた信号は、そのノードの左側に接続された伝送ファイバの部分へ／から反射される。そして、右側のアド／ドロップポートでアド／ドロップされた信号はノードの右側へ接続された伝送ファイバの部分へ／から反射される。アド／ドロップされる２つのチャンネルを除く他のすべての波長チャンネルは、伝送ファイバ或いはメインファイバパスの一方の部分から他方の部分へ、低損失で、連結されたフィルタを通過する。

通常のトラフィック及び保護トラフィックに用いられる１つのノード内の２つのアド／ドロップフィルタ、或いはノードからの互いに反対方向の一般的なトラフィックに用いられる１つのノード内の２つのアド／ドロップフィルタの代わりとなる、別の単一デバイスが図９ｂに示されている。デバイス３１において、ファイバブラッググレイティング３３は２つの光サーキュレータ３５の間に接続される。デバイスは実質的に、図９ａに示されるブラッググレイティングマッハツェンダーフィルタと同一である。

図３を参照して説明した双方向通信のためのノード設計は、いくつかのチャンネルにおける双方向通信を可能とするように、図１０に示すように改造することができる。いくつかのチャンネル、例えばノードＡにおけるチャンネル番号１〜４とノードＢにおけるチャンネル番号５〜８が、一つのマルチチャンネルアド／ドロップフィルタ５_e1-8或いは５_w1-8を用いて伝送ファイバ中のトラフィックにアドされる。そして、いくつかのチャンネル、例えばノードＡにおけるチャンネル５〜８とノードＢにおけるチャンネル１〜４が、同じマルチチャンネルアド／ドロップフィルタを用いて、伝送ファイバ中のトラフィックからドロップされる。マルチチャンネルアド／ドロップフィルタ５_e1-8或いは５_w1-8のチャンネルは、使用されているすべてのチャンネルの波長（図示の例においてはチャンネル番号１〜８）を含む。なお、マルチチャンネルアド／ドロップフィルタはバンドアド／ドロップフィルタとすることができる。また、アドされるチャンネルの波長とドロップされるチャンネルの波長を分離することができる。例えば、一方のグループには長い波長を持たせ、他のグループには短い波長を持たせる。このように、図３におけるノードＡの内部の単一チャンネルドロップフィルタ７₂は、波長バンド分離フィルタ或いは適切なバンド幅を有するバンドドロップフィルタ７_5-8のような、一般にはマルチチャンネルドロップフィルタによって置き換えられる。この例では、ドロップされるチャンネルはチャンネル番号５〜８を含む。図３のノードＢにおける単一チャンネルのドロップフィルタ７₁は、同様に、波長のチャンネル番号１〜４を含むバンドを有するバンドドロップフィルタのような、マルチチャンネルバンドドロップフィルタ７_1-4で置き換えることができる。

また、ノード（図におけるＡあるいはＢ）においてアドされるチャンネルの波長とドロップされるチャンネルの波長を分離する別の方法として、例えば波長の増加に対して連続的にチャンネルの番号を付与し、一方のグループは奇数番号のチャンネルを有し、他方のグループは偶数番号のチャンネルを有するように分離することが挙げられる。こうして、内部のバンド分離或いはドロップフィルタ７_5-8及び７_1-4の代わりに、光インターリーブフィルタが、１つおきのチャンネルを通過させ、他のチャンネルをブランチさせる。たとえば、ノードＡにおいてはチャンネル番号２、４、６、８をブランチ或いは偏向し、ノードＢにおいてはチャンネル番号１、３、５、７をブランチ或いは偏向させる。

内部のマルチチャンネルドロップフィルタ、すなわちバンド分離フィルタ７_5-8又は７_1-4、或いは光インターリーバフィルタには、光マルチプレクサ１３_1-4或いは１３_5-8がアドされるチャンネルを受信および結合するために接続される。また、光デマルチプレクサ１５_5-8或いは１５_1-4が、個々のドロップチャンネルをフィルタリング出力するために接続される。光マルチプレクサは、こうして、それぞれのチャンネルに対するトランスミッタ９₁、９₂、…のような光ソースからの光を受信するべく接続され、それによって発光された光を単一の合成信号に合成させる。光デマルチプレクサは、各チャンネルに対応した光レシーバ１１₁、１１₂、…にデマルチプレクスされた光信号を送信するべく接続される。

図１０に示されたノード構造の第１の利点は、ノードが多数チャンネルでの通信を可能としているので、伝送ファイバ１に必要となるアド／ドロップフィルタの数を減らすことができることである。これは、伝送ファイバ上のトラフィックに関して低光損失を意味し、これにより、伝送ファイバ中を進む信号がより遠くに到達できることを意味する。

第２の利点は、中間或いはノード内のフィルタとして、バンド分離フィルタの変わりに光インターリーバフィルタを用いることができる点である。これは、使用されるマルチプレクサ及びデマルチプレクサにおいて広いチャンネル分離を許容し、このため、より簡易で低コストなデバイスを実現可能とする。

１チャンネル以上の双方向通信を可能とするための、図３を参照して説明したノード構造の他の改造方法について、図１１を参照して説明する。この構造は、図３に示したノード構造の拡張或いは一般化として示すことができる。図１１に示されるノード構造において、２つの双方向チャンネルが、伝送ファイバ１上のマルチチャンネルアド／ドロップフィルタ５_e1-4及び５_w1-4においてアド／ドロップされる。これらのアド／ドロップフィルタは、上述された他のノード構造と同様に、使用される全ての波長をブランチする。そして、ノード内には、単一チャンネルのドロップフィルタの代わりに、２チャンネルフィルタ７_1-2及び７_3-4（例えばバンドドロップフィルタとすることができる）が、２つのチャンネルをドロップするのに用いられる。ここで、２つのチャンネルとは、図示の例では、ノードＡ及びノードＢのそれぞれについてチャンネル番号１及び２、とチャンネル番号３及び４である。２チャンネルドロップフィルタは、それぞれ図３に示されたようなノードの内部構造に類似した構造へと接続される。ここで、類似の構造とは、図示の例において、ノードＡにおける、光信号ソース９₁、９₂及び光レシーバ１１₂と１１₄に接続される、単一チャンネルのドロップフィルタ７’₁、７”₃からなる構造である。

図１１に示されたノードの構造は、２重信号よりも多くの信号による多重信号をカバーするように容易に拡張することができる。

図１０を参照して説明したノード構造に対して、図１１に示されるノード構造の利点は、通信によりいくつかのＷＤＭチャンネルが必要とされるノードが、伝送ファイバ上で招く通過損失を最小とすることができることである。

２チャンネル以上での双方向通信を可能とする、図３を参照して説明したノード構造を改造するためのさらに他の方法について、図１２を参照して説明する。図１１に示した構造のように、２つの双方向リンクが、伝送ファイバ１に接続されているマルチチャンネルアド／ドロップフィルタ５_e1-4と５_w1-4においてアド／ドロップされる。単一チャンネルのドロップフィルタ７₁及び７₃がノード内において、それぞれのマルチチャンネルアド／ドロップフィルタのアド／ドロップポートに接続される。単一チャンネルドロップフィルタのドロップポートは、ドロップされたチャンネルに対するレシーバ１１₁及び１１₃に接続される。また、これらのドロップフィルタの通過ポートは、それぞれ第２の単一チャンネルドロップフィルタ７’₂、７’₄に接続される。フィルタ７’₂、７’₄のアド／ドロップポートは、これらフィルタにおいてドロップされたチャンネルに対するレシーバ１１₂、１１₄へ接続される。第２のドロップフィルタの通過ポートはアドフィルタ３５に接続されるか、或いは、ノードＡにおいては光トランスミッタ９₃、９₄、ノードＢにおいては光トランスミッタ９₁、９₂からの光信号を受信する結合器に接続される。

また、図１２に示されるノードの構造は、３つ以上の論理チャンネル或いは波長チャンネルにおける双方向通信への使用に、容易に拡張することができる。

上述したすべての例において、１つのファイバパスの双方向通信に用いられなかったあらゆる波長チャンネルは、他の１つのファイバパスの双方向接続に、或いは標準の単方向ＷＤＭ接続に用いることができる。

上述したすべての例において、ＷＤＭトランスミッタは、クライアント装置と一体化されたレーザのようなＷＤＭトランスミッタ、或いはクライアント装置から光で信号を受信するトランスミットエンドＷＤＭトランスポンダの部分のいずれかとすることができる。

上述したすべての例において、ＷＤＭレシーバは、クライアント装置に一体化されたレシーバ、或いはＷＤＭネットワークから光信号を受信してクライアント装置へ光により再送信するレシーブエンドＷＤＭトランスポンダのいずれかにすることができる。

以上、本発明の特定の実施形態を示し、説明したが、当業者は多くの追加的な利点、改良及び変更に想到するであろう。従って、その広い観点において、本発明は、特定の詳細、代表的なデバイス及びここで示され記述されている図解された例に限定されるものではない。従って、添付の特許請求の範囲及びそれらの等価によって定義された、総合的な発明のコンセプトの精神或いは範疇から逸脱することなく、種々の改良がなされうる。従って、添付の特許請求の範囲は、本発明の真実の精神及び範疇にあるそのような改良や変更のすべてをカバーすることを意図していることが理解されるべきである。

本発明の新規な特徴が添付の特許請求の範囲において詳しく述べられるが、機構と内容の両方に関しての本発明の完全な理解と、それについての上述の及び他の特徴の理解は、そして、本発明のよりよい理解は、添付の図面を参照して、以下に提示される、それによって発明を限定するものではない実施形態の詳細な説明を考慮することにより得られるであろう。
一般的な、保護機能を有するＷＤＭリングネットワークの概要を示す図である。 ノードを通過する伝送ファイバ上での通信のために設けられた１対の光アド・ドロップノードを含む、従来技術に従った光ＷＤＭネットワークの部分を示す図である。 図２に類似の図であり、単一の伝送ファイバ上で双方向或いは多重通信のためにもうけられたノードを示す図である。 図４ａは、従来のアド・ドロップフィルタを示し、ポートのナンバリングを示す図であり、図４ｂ〜図４ｄは単一チャンネルのアド／ドロップフィルタの異なるポート間の伝送を、それらポート間を通過する光の波長の関数で示した図である。 図５ａ、図５ｂは、メインバンドアド／ドロップフィルタにおけるポート番号２、３の２つのポート間の伝送を波長の関数として実線で示し、図３のノード内部の単一チャンネルドロップフィルタにおける伝送を波長の関数として破線で示す図である。 図６ａ〜６ｃは３種類の異なる２チャンネルアド／ドロップフィルタを示す図づであり、図６ｄ〜６ｆは図６ａ〜６ｃの２チャンネルアド／ドロップフィルタのポーお番号２及び３の２つのポート間の伝送を波長の関数として示した図である。 ハブ或いはメインノードを有し、伝送ファイバ或いはメインファイバパスとして単一のファイバを用い、伝送パスに接続されるハブ或いはメインノードと他のノードとの間に双方向通信を可能とするとともに保護を有するネットワークとして構成された、リングタイプの光ＷＤＭネットワークを示す図である。 ２つの並行なファイバパスを用いる以外は図７ａに類似の構成を示す図である。 メッシュドトラフィックパターンを有し、一つの伝送ファイバ或いはメインファイバパスを用いるリングタイプの光ＷＤＭネットワークを示す図である。 隣接するノード間のトラフィックのみを有し、一つの伝送ファイバ或いはメインファイバパスを用いるリングタイプの光ＷＤＭネットワークを示す図である。 メッシュドトラフィックパターンを有し、ハブ或いはメインノードを有し、２つの並行する伝送ファイバ或いはメインファイバパスを用い、伝送パスに接続されるノード間の双方向通信を可能とするとともに保護を有するネットワークとして構成された、リングタイプの光ＷＤＭネットワークを示す図である。 ブラッググレーティングマッハツェンダーフィルタを含むアド／ドロップノードの部分を示す図である。 アド／ドロップノードにおいて用いられる２つの光サーキュレータの間に接続されたブラッググレーティングを含む連結フィルタを示す図である。 図３に示したのと類似の光ＷＤＭネットワークの部分を示し、単一の伝送ファイバ上で、複数のチャンネルにおける、双方向或いは２重の通信のために設けられたノードを示す図である。 代替の構造を有するノードを含む、図１０に類似の光ＷＤＭネットワークの部分を示す図である。 更なる代替の構造を有するノードを含む、図１０に類似の光ＷＤＭネットワークの部分を示す図である。

Claims (20)

1. 光ＷＤＭネットワークにおける単一のファイバパス上の双方向通信のための光アド／ドロップノードであって、
   前記単一ファイバパスに接続される２つのメインポートと、
   該２つのメインポートの間に接続された波長選択可能なアド／ドロップフィルタとを備え、波長選択可能な前記アド／ドロップフィルタは、前記ノードの前記２つのメインポートのうちの一つのポートに到着した第１のＷＤＭチャンネルの波長を有する光をブランチ或いは偏向し、ブランチ或いは偏向される前記第１のＷＤＭ波長チャンネルは複数のＷＤＭチャンネルを含み、
   波長選択可能な前記アド／ドロップフィルタは、前記単一のファイバパスに接続されていない内部の第１ドロップフィルタに前記光をブランチ或いは偏向し、前記第１ドロップフィルタは、少なくとも１つのレシーバへ光をブランチ或いは偏向するとともに、少なくとも一つのソースからの光を受信してこれを前記アド／ドロップフィルタへ送り、当該ノードが光ＷＤＭネットワークに接続されている場合に前記アド／ドロップフィルタを通して前記２つのメインポートのうちの前記一つのポートから前記単一のファイバパスへ発行させることを特徴とする光アド／ドロップノード。
2. 前記内部の第１ドロップフィルタは、前記第１のＷＤＭチャンネルのうちの少なくとも１つである第２のＷＤＭチャンネルの波長の光を前記少なくとも一つのレシーバにブランチ或いは偏向するために設けられ、前記第１のＷＤＭチャンネルのうちの前記第２のＷＤＭチャンネルには含まれない少なくとも１つの第３のＷＤＭチャンネルの波長の光を少なくとも一つのソースから受信することを特徴とする請求項１に記載の光アド／ドロップノード。
3. 前記アド／ドロップフィルタ及び前記内部の第１ドロップフィルタの少なくともいずれかは複数のＷＤＭチャンネルをアド及びドロップするためのバンドアド／ドロップフィルタを備えることを特徴とする請求項１に記載の光アド／ドロップノード。
4. 前記アド／ドロップフィルタは第１のバンドを有するバンドアド／ドロップフィルタを備え、前記内部の第１ドロップフィルタは第２のバンドを有するバンドドロップフィルタを備え、前記内部の第１ドロップフィルタは前記第２のバンド内の波長の光を前記少なくとも一つのレシーバへ偏向し、前記少なくとも一つのソースより前記第２のバンドの範囲外であって前記第１のバンドの範囲内の波長の光を受信することを特徴とする請求項１に記載の光アド／ドロップノード。
5. 前記少なくとも一つのソースは光マルチプレクサに接続された複数の光源を含み、前記少なくとも一つのレシーバは光デマルチプレクサに接続された複数の光レシーバを含むことを特徴とする請求項１に記載の光アド／ドロップノード。
6. 前記少なくとも一つのソース及び／又は少なくとも一つのレシーバは、少なくとも一つのレシーバ及び少なくとも一つのソースに接続される、内部の第２ドロップフィルタを含むことを特徴とする請求項１に記載の光アド／ドロップノード。
7. 第１のバンドを有する２つのバンドアド／ドロップフィルタが前記２つのメインポート間に接続され、前記２つのバンドアド／ドロップフィルタのうちの第１のフィルタが前記２つのメインポートのうちの第１のポートから当該ノードに到着した光をブランチ或いは偏向し、前記２つのバンドアド／ドロップフィルタのうちの第２のフィルタが前記２つのメインポートのうちの第２のポートから当該ノードに到着した光をブランチ或いは偏向することを特徴とする請求項１に記載の光アド／ドロップノード。
8. 前記２つのバンドアド／ドロップフィルタは単一のブラッググレーティングマッハツェンダー干渉フィルタに含まれることによって構成されることを特徴とする請求項７に記載の光アド／ドロップノード。
9. 前記２つのバンドアド／ドロップフィルタは、２つの光サーキュレータの間に接続されたブラッググレーティングを備える単一のデバイスに含まれることによって構成されることを特徴とする請求項７に記載の光アド／ドロップノード。
10. ２つ以上の光ファイバパスによって接続された複数の、請求項１に記載 された光アド／ドロップノードを備え、前記２つ以上の光ファイバパスの部分であるリンク上のノード対の間に双方向通信チャンネルが設定され、前記ノード対の間の双方向通信チャンネルは、それぞれ方向の異なる、２つの異なるＷＤＭ波長チャンネルが用いられることを特徴とする光ＷＤＭネットワーク。
11. 前記ノード対の間の双方向通信チャンネルに用いられる前記２つの波長チャンネルの波長は、１つの波長選択可能なアド／ドロップフィルタによって各ノードでアド／ドロップされることを特徴とする請求項１０に記載の光ＷＤＭネットワーク。
12. 前記１つの波長選択可能なアド／ドロップフィルタはバンドアド／ドロップフィルタであることを特徴とする請求項１１に記載の光ＷＤＭネットワーク。
13. 前記光ファイバパスはクローズしたリングを形成し、前記リンクは、前記２つ以上のリングにおけるトラフィックの最大損失が可能な限り小さくなるように、前記ファイバパスの適切な一つの部分となるべく選択されることを特徴とする請求項１０に記載の光ＷＤＭネットワーク。
14. 前記複数のアド／ドロップノードはメインノード及び複数のサテライトノードを含み、前記２つ又はそれ以上の並列な光ファイバパスの少なくとも一つにある前記メインノードとサテライトノードの各々との間には双方向通信チャンネルが設けられ、前記メインノードとサテライトノードの各々との間の前記双方向通信チャンネルには２つの異なるＷＤＭ波長チャンネルが用いられ、一つのサテライトノードで用いられる前記２つの異なるＷＤＭ波長チャンネルは、同じ光ファイバパス上でメインノードと通信する他のあらゆるサテライトノードによって使用される２つの異なるＷＤＭ波長チャンネルから分離されることを特徴とすることを特徴とする請求項１０に記載の光ＷＤＭネットワーク。
15. 前記メインノードは前記２つ以上の並行な光ファイバパスの各々の両端に接続され、該メインノードによって中断されるリングを形成し、前記サテライトノードの各々は前記２つ又はそれ以上の並行な光ファイバパスのうちの一つのみにおいて、そして、前記サテライトノード及びメインノードによって分割されたファイバパスにおける前記ファイバパスのうちの一つにおける相補的な２つのセグメントの各々においてメインノードと双方向通信をするように構成されることを特徴とする請求項１４に記載の光ＷＤＭネットワーク。
16. 前記サテライトノードは、前記セグメントの第１のセグメントにおける双方向通信のために、前記第１のセグメントとは異なる、前記セグメントのうちの第２のセグメントにおける双方向通信に用いた前記２つの異なるＷＤＭ波長チャンネルと同一の波長チャンネルを用いるべく構成されることを特徴とする請求項１５に記載の光ＷＤＭネットワーク。
17. 第１のノード対が前記２つ以上の並行な光ファイバパスの１つにおいて互いに通信するのに用いた前記２つの異なるＷＤＭ波長チャンネルは、当該光ファイバパスにおいて第２のノード対が互いに通信するのに用いた前記２つの異なるＷＤＭ波長チャンネルとは分離されることを特徴とする請求項１０に記載の光ＷＤＭネットワーク。
18. 前記２つ以上の並行な光ファイバパスの各々はクローズドリングを形成するべく接続され、ノード対は前記２つ以上の並行な光ファイバパスの一つにおいて、かつ、当該光ファイバパスにおける前記ノード対によって分割された２つの相補的なセグメントの各々で相互に通信するべく構成されることを特徴とする請求項１０に記載の光ＷＤＭネットワーク。
19. 前記ノード対は、前記２つの相補的なセグメントにおける双方向通信のために、同一の２つの異なるＷＤＭ波長チャンネルを用いるべく構成されることを特徴とする請求項１８に記載の光ＷＤＭネットワーク。
20. 前記２つ以上の並行な光ファイバパスのうちの一つにおける、第１のノード対の間の双方向通信に用いられる部分は、当該２つ以上の並行な光ファイバパスのうちの一つにおける、第２のノード対の間の双方向通信チャンネルのために使用される部分と共有する部分を持たず、前記第１のノード対の間の双方向通信チャンネルに用いられた２つの異なるＷＤＭ波長チャンネルが、前記第２のノード対の間の双方向通信チャンネルに用いられることを特徴とする請求項１０に記載の光ＷＤＭネットワーク。

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