第1章 光ネットワークの基礎 33 |
1.1 光ファイバ : 簡単な歴史 34 |
1.1.1 20世紀の光 35 |
1.1.2 実社会での応用 40 |
1.1.3 現在および将来 41 |
1.2 分散 IP経路選択 42 |
1.2.1 モデル : 光構成要素と IP間の相互作用 43 |
・オーバレイモデル 44 |
・強化・統合モデル 45 |
・ピアモデル 45 |
1.2.2 光パスの経路選択システム 45 |
・IGPとは何か? 46 |
・画像 : MPLSをどう適用するか? 46 |
1.2.3 OSPF・IS-ISの強化 46 |
・リンク形式 47 |
・リンクリソース・リンクの媒体形式 . 48 |
・局部インタフェース IPアドレスとリンク ID 48 |
・トラフィック技術的メトリックと遠隔インタフェース IPアドレス 48 |
・パスのサブ TLV 48 |
・TLVリスク共有リンクグループ 49 |
1.2.4 IPリンク,制御チャンネル,およびデータチャンネル. 49 |
・制御チャンネルからデータトラフィックを除外 49 |
・隣接関係の転送 50 |
・双方向接続. 50 |
・光の種類のLSA 51 |
1.2.5未解決の諸問題. 51 |
1.3 拡張可能な通信 : 統合光ネットワーク. 52 |
1.3.1 光ネットワーク 53 |
1.3.2 アクセスネットワーク. 53 |
1.3.3 管理とサービス. 54 |
・運用支援システム. 54 |
1.3.4 次世代の IP・光統合ネットワーク 54 |
・IP.光統合ネットワークの移行. 55 |
1.4 光ネットワークにおける光パス確立と保護 58 |
1.4.1 高信頼性光ネットワーク : 論理的接続形態の管理 61 |
・初期段階 61 |
・追加段階 62 |
・調整段階 63 |
1.4.2 追加容量の決定 64 |
・現用光パス : 経路選択と波長割付け 64 |
・予備光パスの再構成 : 最適化の計算 65 |
1.5 コンピュータ知能技術による光ネットワーク部品の設計 65 |
1.6 分散光フレーム同期リング 68 |
1.6.1 将来計画 70 |
1.6.2 プロトタイプ 70 |
1.7 まとめと結論 71 |
1.7.1 多層光ネットワークによる信頼性の差別化 72 |
1.7.2 今日の需要 74 |
参考文献 75 |
第2章 光ネットワーク技術の種類 77 |
2.1 デジタル信号処理の利用 83 |
2.1.1 光部品制御におけるDSP 83 |
2.1.2 エルビウム添加ファイバ増幅器の制御 83 |
2.1.3 微小電気機械システムの制御 84 |
2.1.4 熱電冷却制御 85 |
2.2 光パケット交換ネットワークの光信号処理 88 |
2.2.1 今日の光ネットワークにおけるパケット交換 89 |
2.2.2 全光パケット交換ネットワーク 90 |
2.2.3 光信号処理と光波長変換 93 |
2.2.4 非同期光パケット交換とラベルスワップの実装 94 |
2.2.5 同期光 TDM 96 |
2.3 価値創出プラットフォームとしての次世代光ネットワーク 98 |
コラム : 次世代光ネットワーク 98 |
2.3.1 遠隔通信産業の真の挑戦 103 |
2.3.2 ネットワークの役割の変化 104 |
2.3.3 次世代光ネットワーク 106 |
2.3.4 技術的挑戦課題 108 |
・デバイス,部品,およびサブシステムにおける技術革新 108 |
・伝送技術における技術革新 109 |
・ノード技術における技術革新 110 |
・ネットワークソフトウェアの技術革新 111 |
2.4 IST計画における光ネットワーク研究 112 |
2.4.1 広帯域基盤構造への集中 114 |
2.4.2 EU枠組み計画における光ネットワーク技術の研究開発活動の成果と活用 116 |
・RACE計画 (1988~1995 116 |
・ACTS計画 (1995~1999) 118 |
2.4.3 第5次枠組み計画 : IST計画 (1999~2002) 119 |
・第5次枠組み計画ISTにおける光ネットワーク計画 120 |
・LION研究計画 121 |
・GIANT研究計画 121 |
・DAVID研究計画 122 |
・WINMAN研究計画 122 |
2.4.4 第6次枠組み計画における光ネットワーク研究の目的 (2002~2006) 123 |
・戦略目標 : みんなに広帯域を 123 |
・研究ネットワークテストベッド 124 |
・光,オプトエレクトロニクスおよびフォトニクス機能部品 125 |
・提案要請と将来動向 125 |
2.5 光コンピュータにおける光ネットワーク 126 |
2.5.1 コストによる採用の遅れ 129 |
2.5.2 帯域幅により加速される応用 129 |
2.5.3 ハイブリッドコンピュータの創造 130 |
2.5.4 光子による計算 131 |
2.6 まとめと結論 133 |
参考文献 134 |
第3章 光送信器 137 |
3.1 長波長帯 VCSEL 141 |
3.1.1 1.3 μm帯 VCSEL 143 |
・GaInNAs活性領域 144 |
・GaInNAsSb活性領域 144 |
・InGaAs量子ドット活性領域 144 |
・GaAsSb活性領域 145 |
3.1.2 1.55 μm波長帯の発光 145 |
・誘電体反射鏡 145 |
・AlGaAsSb DBR 146 |
・InP/空隙DBR 147 |
・メタモルフィックDBR 147 |
・可変波長 1.55μm帯VCSEL 147 |
・他の可変波長ダイオードレーザ 149 |
3.1.3 応用の要求条件 150 |
・1対1接続リンク 150 |
・波長分割多重化の応用 150 |
3.2 多波長レーザ 151 |
3.2.1 モード同期 151 |
3.2.2 WDMチャンネルの発生 154 |
3.2.3 櫛の歯の平坦化 155 |
3.2.4 無数の応用 156 |
3.3 まとめと結論 156 |
参考文献 157 |
第4章 光ファイバの種類 159 |
4.1 光ファイバとそのプロセス 160 |
4.2 光ファイバケーブルのモード 161 |
・単一モードファイバ 161 |
・多モードファイバ 161 |
4.3 光ファイバの種類 162 |
・ガラス光ファイバ 162 |
・プラスチック光ファイバ 162 |
・流体充填光ファイバ 162 |
4.4 多モード光ファイバケーブルの種類 163 |
・多モード : OM1とOM2 163 |
・多モード : OM3 163 |
4.5 性能の向上 164 |
・信号再生 164 |
・再生中継 : 多重化 164 |
・再生中継 : ファイバ増幅 164 |
・モード分散 164 |
・モード分散 : グレーデッド形 165 |
・信号のパルス速度 165 |
・波長分割多重化 165 |
4.6 注意点,生産性,および選 165 |
・取扱い上の注意 166 |
・異なる種類のコネクタ 166 |
・速度と帯域幅 166 |
・銅線に対する利点 166 |
・需要に基づく選択 : コストと帯域幅 167 |
4.7 光ファイバの種類を理解する 167 |
コラム : 光ファイバの種類 167 |
4.7.1 多モードファイバ 169 |
・多モードステップ屈折率形ファイ 169 |
・多モードグレーデッド屈折率形ファイバ 170 |
4.7.2 単一モードファイバ 171 |
4.8 まとめと結論 173 |
参考文献 173 |
第5章 通信事業者のネットワーク 175 |
5.1 通信事業者における光の将来 176 |
5.2 通信事業者の光ネットワーク革命 181 |
5.2.1 受動光ネットワークの進化 182 |
・APON 183 |
・EPON 184 |
5.2.2 イーサネット PONの経済性 184 |
5.2.3 受動光ネットワークのアーキテクチャ 187 |
5.2.4 能動ネットワーク要素 188 |
・CO筐体 188 |
・光ネットワークユニット 189 |
・要素管理システム 189 |
5.2.5 イーサネット PONの動作 190 |
・EPONにおける上り /下りトラフィックの管理 190 |
・EPONのフレーム形式 192 |
5.2.6 光システムの設計 193 |
5.2.7 サービス品質 195 |
5.2.8 現行地域電話会社への応用 197 |
・コスト削減への適用 197 |
・新しい収益チャンス 198 |
・競争上の優位性 199 |
5.2.9 イーサネット PONの利点 200 |
・広い帯域幅 200 |
・低コスト 201 |
・収益向上 202 |
5.2.10 最初の1マイルイーサネットプロジェクト 203 |
5.3 柔軟な都市内光ネットワーク 204 |
5.3.1 柔軟性の意味 204 |
・可視性 205 |
・拡張性 205 |
・機能向上 205 |
・光の機動性 205 |
5.3.2 重要な機能 206 |
5.3.3 ビジネス運用事例 208 |
5.3.4 柔軟な取組みの利点 209 |
5.4 まとめと結論 209 |
参考文献 213 |
第6章 受動光部品 215 |
6.1 光材料系 218 |
6.2 光デバイス技術 225 |
コラム : 高効率空間変調器用のスイッチ形ブレーズド回折格子 230 |
6.3 多機能光部品 239 |
6.4 まとめと結論 241 |
参考文献 242 |
第7章 自由空間光学系 243 |
7.1 自由空間光通信 244 |
7.2 コーナキューブ逆反射器 246 |
7.2.1 CCRの設計と加工 247 |
・構造支援組立ての設計 248 |
・加工 248 |
7.3 自由空間ヘテロクロナスイメージ受信 250 |
7.3.1 実験システム 252 |
7.4 安全性の高い自由空間光通信 254 |
7.4.1 送受信器の設計とそれを実現する部品 255 |
7.4.2 リンクプロトコル 256 |
7.5 捕捉時間の最小化 257 |
7.5.1 通信システムの構成 258 |
7.5.2 始動・捕捉プロトコル 260 |
・フェーズ1 260 |
・フェーズ2 261 |
・フェーズ3 262 |
7.6 まとめと結論 262 |
参考文献 265 |
第8章 光フォーマット : SONET/SDHとギガビットイーサネット 267 |
8.1 同期光ネットワーク 268 |
8.1.1 背景 269 |
8.1.2 デジタル信号の同期 269 |
8.1.3 基本 SONET信号 270 |
8.1.4 なぜ同期か : 同期対非同期 271 |
・同期ハイアラーキ 272 |
・SONETの同期 272 |
8.1.5 フレームフォーマットの構造 272 |
・STS-1の構成ブロック 272 |
・STS-1のフレーム構造 273 |
・STS-1エンベロープ容量と同期ペイロードエンベロープ 275 |
・STS-1フレーム内部のSTS-SPE 275 |
・STS-Nのフレーム構造 276 |
8.1.6 オーバヘッド 276 |
・セクションオーバヘッド 277 |
・回線オーバヘッド 277 |
・VT POH 281 |
・SONETの警報構造 281 |
8.1.7 ポインタ 284 |
・VTマッピング 285 |
・連結ペイロード 285 |
・ペイロードポインタ 286 |
・VT 288 |
・STS-1 VT1.5 SPEの列 290 |
・DS-1の可視性 291 |
・VTスーパフレームとエンベロープ容量 292 |
・VT SPEとペイロード容量 292 |
8.1.8 SONET多重化 292 |
8.1.9 SONETのネットワーク要素 294 |
・端局多重化装置 294 |
・再生中継器 295 |
・アド・ドロップ多重化装置 295 |
・ワイドバンドデジタルクロスコネクト 297 |
・ブロードバンドデジタルクロスコネクト 298 |
・デジタルループキャリア 299 |
8.1.10 SONETネットワーク構成 299 |
・1対1接続 299 |
・1対多地点接続 300 |
・ハブ形ネットワーク 300 |
・リング形アーキテクチャ 301 |
8.1.11 SONETの利点とは? 301 |
・ポインタと MUX/DEMUX 302 |
・背中合せ多重化の減少 302 |
・光相互接続 302 |
・多地点構成 303 |
・融合,ATM,映像,および SONET 303 |
・グルーミング 304 |
・ケーブル接続の削減と DSXパネルの除去 305 |
・OAM&Pの強化 305 |
・性能監視の強化 305 |
8.1.12 SDH参照 306 |
・SONETと SDHのハイアラーキの融合 306 |
・非同期と同期のトリビュタリ 307 |
8.2 同期デジタルハイアラーキ 308 |
8.2.1 SDH標準 309 |
8.2.2 SDHの特性と管理 310 |
・トラフィックインタフェース 310 |
・SDH階層 311 |
・管理 311 |
8.2.3 一般的ネットワークサービス 311 |
・進化への圧力 311 |
・運用 ............................ 312 |
8.2.4 ネットワークの一般的応用 : 装置と用途 313 |
8.2.5 クロスコネクトの種類 315 |
8.2.6 配備の動向 316 |
8.2.7 ネットワーク設計 317 |
・ネットワークの接続形態 317 |
・SDHの導入戦略 317 |
8.2.8 SDHのフレーム構造 : 概要 318 |
8.2.9 仮想コンテナ 320 |
8.2.10 異なる速度への対応 321 |
8.3 ギガビットイーサネット 322 |
8.3.1 ギガビットイーサネットの基礎 323 |
8.3.2 ギガビットイーサネット標準と階層 324 |
8.3.3 都市内およびアクセス標準 326 |
8.4 まとめと結論 328 |
参考文献 329 |
第9章 波長分割多重化 331 |
9.1 誰が WDMを使うのか? 332 |
・WDMの実装法 333 |
9.2 高密度波長分割多重基幹回線の布設 334 |
・アーキテクチャの提案 335 |
9.3 IP・光統合 336 |
9.3.1 制御プレーンのアーキテクチャ 337 |
9.3.2 データフレームと性能監視 339 |
9.3.3 リソース提供とサバイバル機能 341 |
9.4 QoSメカニズム 342 |
9.4.1 光スイッチ技術 344 |
・波長経路選択ネットワーク 344 |
・光パケット交換ネットワーク 345 |
・光バースト交換ネットワーク 345 |
9.4.2 IP-over-WDMネットワークにおけるQoS 346 |
■WRネットワークにおけるQoS 346 |
・サービスクラス 346 |
・経路選択と波長割付けアルゴリズム 346 |
・光パスグループ 347 |
・トラフィック分類 347 |
・光パス配置アルゴリズム 347 |
・流入制御 348 |
■光パケット交換ネットワークにおけるQoS 348 |
・波長配置 349 |
・波長配置としきい値廃棄の組合せ 349 |
■光バースト交換ネットワークにおけるQoS 350 |
・OBSにおけるスケジューリング 350 |
・スケジュール解除チャンネル優先適合アルゴリズム 350 |
・最新可用スケジュール解除チャンネルアルゴリズム 351 |
・空隙充填形 LAUCアルゴリズム 351 |
9.5 光アクセスネットワーク 353 |
9.5.1 構造の提案 354 |
9.5.2 ネットワーク要素とプロトタイプ 356 |
・OCSM 356 |
・OLT 357 |
・ONU 358 |
9.5.3 実験 358 |
9.6 多波長光源 359 |
9.6.1 超高速光源と帯域幅 360 |
9.6.2 超連続スペクトル光源 361 |
9.6.3 多波長共振器 362 |
9.7 まとめと結論 364 |
参考文献 368 |
第10章 光交換の基礎 371 |
10.1 光スイッチ 372 |
10.1.1 経済的挑戦 372 |
10.1.2 2種類の光スイッチ 373 |
10.1.3 全光スイッチ 374 |
・全光の困難さ 376 |
・光スイッチファブリックの挿入損失 376 |
・ネットワークレベルにおける全光スイッチの問題点 377 |
10.1.4 知的な OEOスイッチ 378 |
・OxO 380 |
10.1.5 床面積と電力の削減 381 |
10.1.6 光ノードの最適化 382 |
10.2 動機付けとネットワークアーキテクチャ 383 |
10.2.1 比較 386 |
・簡単な比較 386 |
■詳細な比較 388 |
・選択的な再生中継 388 |
・波長変換 389 |
・全帯域幅へのアクセス 390 |
・事前配備の急増 390 |
・OEO・顧客間の固定接続 391 |
■電気的交換とフォトニック交換の協調効果 392 |
10.2.2 ノードのアーキテクチャ 393 |
10.3 高密度波長分割多重化技術の急速な進歩 395 |
10.3.1 多粒度光クロスコネクトアーキテクチャ 396 |
・多層 MG-OXC 397 |
・単層 MG-OXC 398 |
・具体例 399 |
10.3.2 波長バンド交換 400 |
・波長バンド交換方式 400 |
・光パスのグループ化戦略 400 |
・WBSネットワークの主な利点 401 |
10.3.3 波長バンド経路選択と波長経路選択 402 |
・波長と波長バンドの変換 403 |
・MG-OXCにおける波長バンド故障の復旧 403 |
10.3.4 WBSネットワークの性能 404 |
・静的トラフィック 404 |
・動的トラフィック 405 |
10.4 スイッチを有する光基幹回線 408 |
10.4.1 拡張性 409 |
10.4.2 回復力 409 |
10.4.3 柔軟性 410 |
10.4.4 接続性 410 |
10.4.5 ネットワークアーキテクチャ 411 |
■PoP構成 412 |
■トラフィックの復旧 412 |
・IP-over-WDMにおける復旧 413 |
・IP-over-OTNにおける復旧 414 |
■経路選択手順 415 |
■光層回線への IPの流れの収容 415 |
■物理的接続形態上の現用と予備パスの経路選択 416 |
コラム : IPの流れを知的に収容する 417 |
10.5 光MEMS 418 |
10.5.1 MEMSの概念とスイッチ 418 |
10.5.2 傾斜反射鏡ディスプレイ 420 |
10.5.3 回折形 MEMS 421 |
10.5.4 その他の応用 422 |
10.6 多段スイッチシステム 423 |
■従来の 3段 Closスイッチアーキテクチャ 425 |
10.7 動的多層経路選択方式 427 |
10.7.1 フォトニック MPLSルータによる多層トラフィック技術 430 |
10.7.2 多層経路選択 432 |
コラム : 経路選択方針 434 |
10.7.3 多層 GMPLSネットワーク経路選択拡張に関するIETFの標準化 435 |
・PCEの実装 435 |
10.8 まとめと結論 435 |
参考文献 439 |
第11章 光パケット交換 441 |
11.1 光ネットワークのClos設計 445 |
11.2 多段OPSの取組み : OPSのノードアーキテクチャ 446 |
11.2.1 OPSへの適用 447 |
11.2.2 B&SスイッチにおけるSOA数の削減 448 |
11.2.3 非同期動作の厳密非閉塞AWG系スイッチ 449 |
11.3 まとめと結論 450 |
参考文献 451 |
第12章 光ネットワーク構成 |
12.1 光ネットワーク構成のフロースルー提供 453 |
12.2 要素管理層におけるフロースルー提供 454 |
12.2.1 リソース予約 456 |
12.2.2 複数NMSとのリソース共有 456 |
12.2.3 EMSによるリソース実行 457 |
12.2.4 EMSによるリソースの取消し 457 |
12.2.5 EMSレベルでの光ネットワークのフロースルー 457 |
12.3 同じ光ネットワークドメインのフロースルー回線提供 460 |
12.4 複数光ネットワークドメインのフロースルー回線提供 460 |
12.5 フロースルー提供の利点 460 |
12.6 光ネットワークの試験と測定 461 |
12.6.1 ファイバ製造フェーズ 461 |
12.6.2 ファイバ布設フェーズ 462 |
12.6.3 DWDMの試用フェーズ 463 |
12.6.4 転送ライフサイクルフェーズ 463 |
12.6.5 ネットワーク運用フェーズ 465 |
12.6.6 統合試験プラットフォーム 465 |
12.7 まとめと結論 466 |
参考文献 466 |
第13章 光ネットワークの開発分野 467 |
13.1 光無線ネットワークの高速集積化送受信器 469 |
13.1.1 光無線システム 470 |
・光無線の取組み 470 |
・光無線の効用とは? 470 |
・制約事項と設計上の配慮 471 |
13.1.2 セル形アーキテクチャ 472 |
13.1.3 部品と集積化手法 473 |
コラム : 電子と光子を動かす 474 |
・光エレクトロニクス素子の設計 475 |
・電子回路の設計 476 |
・光システムの設計とシステムの集積化 476 |
13.2 波長交換サブシステム 477 |
13.2.1 2次元 MEMSスイッチ 477 |
13.2.2 3次元 MEMSスイッチ 478 |
13.2.3 1次元 MEMSによる波長選択形スイッチ 479 |
・1次元 MEMSの作製 480 |
・反射鏡の制御 481 |
・光特性 481 |
・信頼性 482 |
13.2.4 応用 : 1次元 MEMSの波長選択形スイッチ 483 |
・再構成可能な OADM 483 |
・波長クロスコネクト 484 |
・ハイブリッド形光クロスコネクト 486 |
13.3 光記憶域ネットワーク 487 |
13.3.1 光トレイルシステム 488 |
13.3.2 拡張 SANに対する光トレル 491 |
コラム : 大容量光記録デバイス用のビームスプリッタ 493 |
13.3.3 障害復旧のための光トレイル 495 |
13.3.4 グリッド計算と記憶域ネットワーク : 光トレイル接続 497 |
13.3.5 現代の拡張 SANにおける光トレイルの位置づけ 499 |
13.4 光学的コンタクト 499 |
13.4.1 フリット接合と拡散接合 500 |
13.4.2 光学的コンタクト 501 |
13.4.3 丈夫な接合 501 |
13.4.4 化学活性化直接接合 502 |
13.5 自動車用光システム 503 |
13.5.1 進化する自動車 504 |
13.5.2 メディア指向転送システム 505 |
13.5.3 1394ネットワーク 506 |
13.5.4 バイトフライト 507 |
13.5.5 遅い普及の予想 509 |
13.6 光計算 509 |
コラム : 冷凍光子 511 |
13.7 まとめと結論 512 |
参考文献 514 |
第14章 まとめ,結論,および提言 515 |
14.1 まとめ 516 |
14.1.1 光層サバイバル機能 : 必要か? 必要でないか? 516 |
14.1.2 何が実装されてきたか? 518 |
14.1.3 今後の方向 519 |
14.1.4 光無線通信 520 |
・最初の 1マイル問題 520 |
・高周波無線の補助としての光無線 521 |
・よく尋ねられる質問 523 |
・光無線システムにおける眼の安全性 524 |
・光リンクにおける大気擾乱の影響 524 |
・接続形態制御を有する自由空間光無線リンク 525 |
・接続形態の探索と監視 526 |
・接続形態の変化と意志決定プロセス 526 |
・接続形態の再構成 : 自由空間光無線リンクの例 527 |
・実験結果 528 |
・レーザビームの動的な方向再調整 528 |
14.2 結論 529 |
14.2.1 OPXC技術の進展 530 |
・フォトニッMPLSルータ 530 |
・実用的なOPXC 531 |
・OPXCの主要部品であるPLC-SW 531 |
14.2.2 光パラメトリック増幅 532 |
・基本概念 533 |
・技術の変形 534 |
・応用分野 536 |
14.3 提言 537 |
14.3.1 レーザダイオードモジュール 537 |
14.3.2 熱電冷却素子 538 |
コラム : 光ファイバスイッチにおける電圧制御装置 539 |
14.3.3 サーミスタ 541 |
14.3.4 フォトダイオード 542 |
14.3.5 受信器モジュール 543 |
14.3.6 並列光相互接続 544 |
・システムの要求条件 545 |
・技術的解決策 548 |
・課題と比較 552 |
・将来の拡張性 553 |
14.3.7 光記憶域ネットワーク 554 |
■拡張記憶域ネットワークシステム 556 |
・光系システム 556 |
・IP系システム 557 |
■信頼性解析 557 |
・モデル 557 |
・参照ネットワーク構成 559 |
・モデルで用いる変数 562 |
・信頼性性能 562 |
参考文献 565 |
付録 光イーサネット企業の事例研究 567 |
A.1 顧客の横顔 569 |
A.2 現在の運用モード 571 |
A.3 将来の運用モード 572 |
A.3.1 運用モード1 : 既存 ATM管理サービスの拡大 572 |
A.3.2 運用モード2 : 光イーサネット管理サービス 573 |
A.4 代替案の比較 575 |
A.4.1 機能性の比較 : 帯域幅の拡張性 575 |
・ネットワーク性能の改善 575 |
・単純さ 575 |
■柔軟性 576 |
A.4.2 ネットワーク全所有コストの解析 576 |
A.5 まとめと結論 577 |
参考文献 578 |
用語集 579 |
索引 604 |