光ネットワークの活用技術

第1章　光ネットワークの基礎
第2章　光ネットワーク技術の種類
第3章　光送信器
第4章　光ファイバの種類
第5章　通信事業者のネットワーク
第6章　受動光部品
第7章　自由空間工学系
第8章　光フォーマット：SONET／SDHとギガビットイーサネット
第9章　波長分割多重化
第10章　光交換の基礎
第11章　光パケット交換
第12章　光ネットワーク構成
第13章　光ネットワークの開発分野
第14章　まとめ、結論、および提言
付録

第1章　光ネットワークの基礎
1.1　光ファイバ：簡単な歴史 
1.1.1　20世紀の光
1.1.2　実社会での応用
1.1.3　現在および将来 
1.2　分散 IP経路選択 
1.2.1　モデル：光構成要素と IP間の相互作用 
・オーバレイモデル 
・強化・統合モデル 
・ピアモデル
1.2.2　光パスの経路選択システム 
・IGPとは何か？ 
・画像：MPLSをどう適用するか？ 
1.2.3　OSPF・IS-ISの強化 
・リンク形式 
・リンクリソース・リンクの媒体形式 . 
・局部インタフェース IPアドレスとリンク ID  
・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
・パスのサブ TLV 
・TLVリスク共有リンクグループ 
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. 
・制御チャンネルからデータトラフィックを除外 
・隣接関係の転送
・双方向接続.
・光の種類のLSA 
1.2.5未解決の諸問題.
1.3　拡張可能な通信：統合光ネットワーク.
1.3.1　光ネットワーク
1.3.2　アクセスネットワーク.
1.3.3　管理とサービス.
・運用支援システム.
1.3.4　次世代の IP・光統合ネットワーク
・IP･光統合ネットワークの移行.
1.4　光ネットワークにおける光パス確立と保護
1.4.1　高信頼性光ネットワーク：論理的接続形態の管理
・初期段階
・追加段階
・調整段階
1.4.2　追加容量の決定
・現用光パス：経路選択と波長割付け
・予備光パスの再構成：最適化の計算
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
1.6　分散光フレーム同期リング
1.6.1　将来計画 
1.6.2　プロトタイプ 
1.7　まとめと結論 
1.7.1　多層光ネットワークによる信頼性の差別化
1.7.2　今日の需要
参考文献

第2章　光ネットワーク技術の種類
2.1　デジタル信号処理の利用
2.1.1　光部品制御におけるDSP
2.1.2　エルビウム添加ファイバ増幅器の制御
2.1.3　微小電気機械システムの制御
2.1.4　熱電冷却制御
2.2　光パケット交換ネットワークの光信号処理
2.2.1　今日の光ネットワークにおけるパケット交換
2.2.2　全光パケット交換ネットワーク
2.2.3　光信号処理と光波長変換
2.2.4　非同期光パケット交換とラベルスワップの実装
2.2.5　同期光 TDM
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
コラム：次世代光ネットワーク
2.3.1　遠隔通信産業の真の挑戦
2.3.2　ネットワークの役割の変化
2.3.3　次世代光ネットワーク
2.3.4　技術的挑戦課題
・デバイス，部品，およびサブシステムにおける技術革新
・伝送技術における技術革新
・ノード技術における技術革新 
・ネットワークソフトウェアの技術革新 
2.4 　IST計画における光ネットワーク研究
2.4.1　広帯域基盤構造への集中
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
・RACE計画 （1988〜1995
・ACTS計画 （1995〜1999）
2.4.3　第5次枠組み計画：IST計画 （1999〜2002）
・第5次枠組み計画ISTにおける光ネットワーク計画 
・LION研究計画 
・GIANT研究計画
・DAVID研究計画
・WINMAN研究計画 
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） 
・戦略目標：みんなに広帯域を 
・研究ネットワークテストベッド
・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 
・提案要請と将来動向
2.5　光コンピュータにおける光ネットワーク
2.5.1　コストによる採用の遅れ
2.5.2　帯域幅により加速される応用 
2.5.3　ハイブリッドコンピュータの創造 
2.5.4　光子による計算 
2.6　まとめと結論 
参考文献

第3章　光送信器 
3.1　長波長帯 VCSEL 
3.1.1　1.3 μm帯 VCSEL 
・GaInNAs活性領域 
・GaInNAsSb活性領域 
・InGaAs量子ドット活性領域
・GaAsSb活性領域 
3.1.2　1.55 μm波長帯の発光
・誘電体反射鏡 
・AlGaAsSb DBR
・InP/空隙DBR
・メタモルフィックDBR 
・可変波長 1.55μm帯VCSEL 
・他の可変波長ダイオードレーザ 
3.1.3　応用の要求条件 
・1対1接続リンク
・波長分割多重化の応用
3.2　多波長レーザ 
3.2.1　モード同期 
3.2.2　WDMチャンネルの発生
3.2.3　櫛の歯の平坦化
3.2.4　無数の応用 
3.3　まとめと結論 
参考文献 

第4章　光ファイバの種類 
4.1　光ファイバとそのプロセス
4.2　光ファイバケーブルのモード
・単一モードファイバ
・多モードファイバ
4.3　光ファイバの種類 
・ガラス光ファイバ
・プラスチック光ファイバ
・流体充填光ファイバ
4.4　多モード光ファイバケーブルの種類
・多モード：OM1とOM2 
・多モード：OM3 
4.5　性能の向上 
・信号再生
・再生中継：多重化
・再生中継：ファイバ増幅
・モード分散
・モード分散：グレーデッド形
・信号のパルス速度
・波長分割多重化
4.6　注意点，生産性，および選
・取扱い上の注意
・異なる種類のコネクタ
・速度と帯域幅
・銅線に対する利点
・需要に基づく選択：コストと帯域幅
4.7　光ファイバの種類を理解する
コラム：光ファイバの種類
・多モードステップ形屈折率分布
・多モードグレーデッド形屈折率分布
・単一モードステップ形屈折率分
4.7.1　多モードファイバ
・多モードステップ屈折率形ファイ
・多モードグレーデッド屈折率形ファイバ
4.7.2　単一モードファイバ
4.8　まとめと結論 
参考文献 

第5章　通信事業者のネットワーク 
5.1　通信事業者における光の将来 
5.2　通信事業者の光ネットワーク革命 
5.2.1　受動光ネットワークの進化 
・APON
・EPON 
5.2.2　イーサネット PONの経済性 
5.2.3　受動光ネットワークのアーキテクチャ 
5.2.4　能動ネットワーク要素 
・CO筐体 
・光ネットワークユニット
・要素管理システム 
5.2.5　イーサネット PONの動作 
・EPONにおける上り /下りトラフィックの管理
・EPONのフレーム形式 
5.2.6　光システムの設計
5.2.7　サービス品質 
5.2.8　現行地域電話会社への応用
・コスト削減への適用 
・新しい収益チャンス 
・競争上の優位性 
5.2.9　イーサネット PONの利点 
・広い帯域幅 
・低コスト 
・収益向上 
5.2.10　最初の1マイルイーサネットプロジェクト 
5.3 柔軟な都市内光ネットワーク 
5.3.1 柔軟性の意味 
・可視性 
・拡張性 
・機能向上
・光の機動性 
5.3.2　重要な機能
5.3.3　ビジネス運用事例
5.3.4　柔軟な取組みの利点 
5.4　まとめと結論 
参考文献 

第6章　受動光部品 
6.1　光材料系 
6.2　光デバイス技術 
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
6.3　多機能光部品 
6.4　まとめと結論 
参考文献 

第7章　自由空間光学系 
7.1　自由空間光通信 
7.2　コーナキューブ逆反射器
7.2.1　CCRの設計と加工
・構造支援組立ての設計
・加工 
7.3　自由空間ヘテロクロナスイメージ受信
7.3.1　実験システム 
7.4　安全性の高い自由空間光通信
7.4.1　送受信器の設計とそれを実現する部品
7.4.2　リンクプロトコル
7.5　捕捉時間の最小化 
7.5.1　通信システムの構成
7.5.2　始動・捕捉プロトコル
・フェーズ1
・フェーズ2
・フェーズ3
7.6　まとめと結論 
参考文献

第8章　光フォーマット：SONET/SDHとギガビットイーサネット　
8.1　同期光ネットワーク 
8.1.1　背景 
8.1.2　デジタル信号の同期
8.1.3　基本 SONET信号
8.1.4　なぜ同期か：同期対非同期
・同期ハイアラーキ
・SONETの同期
8.1.5　フレームフォーマットの構造
・STS-1の構成ブロック
・STS-1のフレーム構造
・STS-1エンベロープ容量と同期ペイロードエンベロープ
・STS-1フレーム内部のSTS-SPE 
・STS-Nのフレーム構造
8.1.6　オーバヘッド 
・セクションオーバヘッド
・回線オーバヘッド
・VT POH 
・SONETの警報構造 
8.1.7　ポインタ
・VTマッピング 
・連結ペイロード
・ペイロードポインタ
・VT 
・STS-1 VT1.5 SPEの列 
・DS-1の可視性 
・VTスーパフレームとエンベロープ容量
・VT SPEとペイロード容量 
8.1.8　SONET多重化 
8.1.9　SONETのネットワーク要素 
・端局多重化装置
・再生中継器 
・アド・ドロップ多重化装置 
・ワイドバンドデジタルクロスコネクト 
・ブロードバンドデジタルクロスコネクト 
・デジタルループキャリア 
8.1.10　SONETネットワーク構成
・1対1接続 
・1対多地点接続 
・ハブ形ネットワーク 
・リング形アーキテクチャ
8.1.11　SONETの利点とは？ 
・ポインタと MUX/DEMUX 
・背中合せ多重化の減少 
・光相互接続 
・多地点構成 
・融合，ATM，映像，および SONET 
・グルーミング
・ケーブル接続の削減と DSXパネルの除去 
・OAM&Pの強化 
・性能監視の強化
8.1.12　SDH参照
・SONETと SDHのハイアラーキの融合
・非同期と同期のトリビュタリ 
8.2　同期デジタルハイアラーキ 
8.2.1　SDH標準
8.2.2　SDHの特性と管理 
・トラフィックインタフェース 
・SDH階層 
・管理
8.2.3　一般的ネットワークサービス 
・進化への圧力 
・運用 ………………………. 
8.2.4　ネットワークの一般的応用：装置と用途
8.2.5　クロスコネクトの種類
8.2.6　配備の動向 
8.2.7　ネットワーク設計
・ネットワークの接続形態
・SDHの導入戦略
8.2.8　 SDHのフレーム構造：概要
8.2.9　仮想コンテナ 
8.2.10　異なる速度への対応
8.3　ギガビットイーサネット
8.3.1　ギガビットイーサネットの基礎
8.3.2　ギガビットイーサネット標準と階層
8.3.3　都市内およびアクセス標準
8.4　まとめと結論 
参考文献 

第9章　波長分割多重化 
9.1　誰が WDMを使うのか？
・WDMの実装法
9.2　高密度波長分割多重基幹回線の布設
・アーキテクチャの提案
9.3　 IP・光統合 
9.3.1　制御プレーンのアーキテクチャ
9.3.2　データフレームと性能監視
9.3.3　リソース提供とサバイバル機能
9.4　QoSメカニズム 
9.4.1　光スイッチ技術
・波長経路選択ネットワーク
・光パケット交換ネットワーク
・光バースト交換ネットワーク
9.4.2　IP-over-WDMネットワークにおけるQoS 
■WRネットワークにおけるQoS 
・サービスクラス
・経路選択と波長割付けアルゴリズム
・光パスグループ
・トラフィック分類
・光パス配置アルゴリズム
・流入制御
■光パケット交換ネットワークにおけるQoS 
・波長配置
・波長配置としきい値廃棄の組合せ
■光バースト交換ネットワークにおけるQoS 
・OBSにおけるスケジューリング
・スケジュール解除チャンネル優先適合アルゴリズム
・最新可用スケジュール解除チャンネルアルゴリズム
・空隙充填形 LAUCアルゴリズム 
9.5　光アクセスネットワーク 
9.5.1　構造の提案 
9.5.2　ネットワーク要素とプロトタイプ
・OCSM 
・OLT 
・ONU 
9.5.3　実験 
9.6　多波長光源
9.6.1　超高速光源と帯域幅 
9.6.2　超連続スペクトル光源 
9.6.3　多波長共振器 
9.7　まとめと結論 
参考文献 

第10章　光交換の基礎 
10.1　光スイッチ
10.1.1　経済的挑戦
10.1.2　2種類の光スイッチ 
10.1.3　全光スイッチ 
・全光の困難さ 
・光スイッチファブリックの挿入損失 
・ネットワークレベルにおける全光スイッチの問題点 
10.1.4　知的な OEOスイッチ 
・OxO 
10.1.5　床面積と電力の削減 
10.1.6　光ノードの最適化 
10.2　動機付けとネットワークアーキテクチャ 
10.2.1　比較 
・簡単な比較 
■詳細な比較 
・選択的な再生中継
・波長変換 
・全帯域幅へのアクセス 
・事前配備の急増 
・OEO・顧客間の固定接続
■電気的交換とフォトニック交換の協調効果
10.2.2　ノードのアーキテクチャ 
10.3　高密度波長分割多重化技術の急速な進歩 
10.3.1　多粒度光クロスコネクトアーキテクチャ 
・多層 MG-OXC 
・単層 MG-OXC 
・具体例 
10.3.2　波長バンド交換 
・波長バンド交換方式 
・光パスのグループ化戦略 
・WBSネットワークの主な利点
10.3.3　波長バンド経路選択と波長経路選択
・波長と波長バンドの変換
・MG-OXCにおける波長バンド故障の復旧
10.3.4　WBSネットワークの性能
・静的トラフィック
・動的トラフィック
10.4　スイッチを有する光基幹回線
10.4.1　拡張性 
10.4.2　回復力 
10.4.3　柔軟性 
10.4.4　接続性 
10.4.5　ネットワークアーキテクチャ
■PoP構成 
■トラフィックの復旧
・IP-over-WDMにおける復旧
・IP-over-OTNにおける復旧
■経路選択手順 
■光層回線への IPの流れの収容
■物理的接続形態上の現用と予備パスの経路選択
コラム：IPの流れを知的に収容する
10.5　光MEMS 
10.5.1　MEMSの概念とスイッチ
10.5.2　傾斜反射鏡ディスプレイ
10.5.3　回折形 MEMS 
10.5.4　その他の応用 
10.6　多段スイッチシステム
■従来の 3段 Closスイッチアーキテクチャ
10.7　動的多層経路選択方式
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
10.7.2　多層経路選択 
コラム：経路選択方針 
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
・PCEの実装
10.8　まとめと結論 
参考文献 

第11章　光パケット交換 
11.1　光ネットワークのClos設計
11.2　多段OPSの取組み：OPSのノードアーキテクチャ
11.2.1　OPSへの適用 
11.2.2　 B&SスイッチにおけるSOA数の削減
11.2.3　非同期動作の厳密非閉塞AWG系スイッチ
11.3　まとめと結論 
参考文献 

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 
12.2　要素管理層におけるフロースルー提供 
12.2.1　リソース予約 
12.2.2　複数NMSとのリソース共有 
12.2.3 　EMSによるリソース実行 
12.2.4 　EMSによるリソースの取消し
12.2.5 　EMSレベルでの光ネットワークのフロースルー 
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 
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 
12.5　フロースルー提供の利点 
12.6　光ネットワークの試験と測定 
12.6.1　ファイバ製造フェーズ
12.6.2　ファイバ布設フェーズ 
12.6.3　DWDMの試用フェーズ 
12.6.4　転送ライフサイクルフェーズ 
12.6.5　ネットワーク運用フェーズ 
12.6.6　統合試験プラットフォーム 
12.7　まとめと結論
参考文献 

第13章　光ネットワークの開発分野 
13.1　光無線ネットワークの高速集積化送受信器 
13.1.1　光無線システム 
・光無線の取組み 
・光無線の効用とは？ 
・制約事項と設計上の配慮 
13.1.2　セル形アーキテクチャ
13.1.3　部品と集積化手法
コラム：電子と光子を動かす 
・光エレクトロニクス素子の設計 
・電子回路の設計 
・光システムの設計とシステムの集積化 
13.2　波長交換サブシステム 
13.2.1　2次元 MEMSスイッチ
13.2.2　3次元 MEMSスイッチ 
13.2.3　1次元 MEMSによる波長選択形スイッチ
・1次元 MEMSの作製 
・反射鏡の制御 
・光特性 
・信頼性 
13.2.4　 応用：1次元 MEMSの波長選択形スイッチ 
・再構成可能な OADM 
・波長クロスコネクト 
・ハイブリッド形光クロスコネクト 
13.3　光記憶域ネットワーク 
13.3.1　光トレイルシステム
13.3.2　拡張 SANに対する光トレル
コラム：大容量光記録デバイス用のビームスプリッタ
13.3.3　障害復旧のための光トレイル
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 
13.3.5　現代の拡張 SANにおける光トレイルの位置づけ
13.4　光学的コンタクト 
13.4.1　フリット接合と拡散接合
13.4.2　光学的コンタクト
13.4.3　丈夫な接合 
13.4.4　化学活性化直接接合
13.5　自動車用光システム 
13.5.1　進化する自動車
13.5.2　メディア指向転送システム 
13.5.3　 1394ネットワーク
13.5.4　バイトフライト
13.5.5　遅い普及の予想
13.6 　光計算 
コラム：冷凍光子 
13.7　まとめと結論 
参考文献 

第14章　まとめ，結論，および提言
14.1　まとめ 
14.1.1　光層サバイバル機能：必要か？　必要でないか？
14.1.2　何が実装されてきたか？
14.1.3　今後の方向 
14.1.4　光無線通信 
・最初の 1マイル問題
・高周波無線の補助としての光無線
・よく尋ねられる質問
・光無線システムにおける眼の安全性
・光リンクにおける大気擾乱の影響
・接続形態制御を有する自由空間光無線リンク
・接続形態の探索と監視
・接続形態の変化と意志決定プロセス
・接続形態の再構成：自由空間光無線リンクの例
・実験結果
14.2　結論 
14.2.1　OPXC技術の進展
・フォトニッMPLSルータ
・実用的なOPXC 
・OPXCの主要部品であるPLC-SW 
14.2.2　光パラメトリック増幅
・基本概念 
・技術の変形 
・応用分野 
14.3　提言
14.3.1　レーザダイオードモジュール 
14.3.2　熱電冷却素子 
コラム：光ファイバスイッチにおける電圧制御装置 
14.3.3　サーミスタ 
14.3.4　フォトダイオード 
14.3.5　受信器モジュール 
14.3.6　並列光相互接続 
・システムの要求条件 
・技術的解決策 
・課題と比較 
・将来の拡張性 
14.3.7　光記憶域ネットワーク 
■拡張記憶域ネットワークシステム 
・光系システム 
・IP系システム 
■信頼性解析 
・モデル 
・参照ネットワーク構成 
・モデルで用いる変数 
・信頼性性能
参考文献 

付録　 光イーサネット企業の事例研究 
A.1　顧客の横顔 
A.2　現在の運用モード 
A.3　将来の運用モード
A.3.1　運用モード1：既存 ATM管理サービスの拡大 
A.3.2　運用モード2：光イーサネット管理サービス
A.4　代替案の比較 
A.4.1　機能性の比較：帯域幅の拡張性 
・ネットワーク性能の改善 
・単純さ 
■柔軟性 
A.4.2　ネットワーク全所有コストの解析 
A.5　まとめと結論 
参考文献 

用語集 
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