Next-Generation IP Platform Photonic Virtual Router

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1 IP Next-Generation IP Platform Photonic Virtual Router IP IP IP /TDM AOTFDOADM MEMS IP Abstract The Photonic Virtual Router is a next-generation IP network architecture that we are proposing. This architecture terminates IP packets at edge nodes, provides the optimum data-plane paths and routes for user services as a core network, and controls and operates carrier IP networks so they appear to users as a single virtual router system. This paper describes the concept of the Photonic Virtual Router and summarizes key technologies of the architecture, for example, the label/time division multiplexing (TDM) integrated switch, the dynamic optical add-drop multiplexer (DOADM) based on an acousto-optic tunable filter (AOTF), the optical switch based on a micro-electro mechanical system (MEMS), and the control plane based on generalized multiprotocol label switching () that controls these switches in an integrated manner. Then, this paper introduces a prototype Photonic Virtual Router. These high-performance optical and electrical switching devices and the technology will enable us to increase the capacity of the nextgeneration IP network and operate it simply and efficiently. IP MEMS FUJITSU.54, 4, p (07,2003) 305

2 IP IT DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing IP IP IP (1),(2) IP IP (3) IP Generalized Multiprotocol Label Switching AOTF Acousto-Optic Tunable Filter DOADM Dynamic Optical Add-Drop Multiplexer MEMS Micro-Electro Mechanical System -1 IP IP G 40 Gbps 2 TDM Time Division Multiplexing 3 ユーザ網 Fujitsu SLA 観測 フォトニックバーチャルルータコントロールプレーンアダプティブ制御設定 データプレーン ベストエフォート型通信 データセンタ 品質保証型通信 エッジノード ラベルパス TDM パス 波長パス 波長パス MPLS 網 SONET/SDH 網 フォトニック網 エッジノード コンテンツプロバイダ IP ダイレクトな波長パス /TDM パス / ラベルパス IP -1 Fig.1-Photonic virtual router. 306 FUJITSU.54, 4, (07,2003)

3 IP 3 IP SLA Service Level Agreement MPLS SONET/SDH Synchronous Optical Network/Synchronous Digital Hierarchy TDM (4) IP MPLS TDM IP /TDM 1 Virtual Concatenation VCAT 2 Link Capacity Adjustment Scheme LCAS 3 /TDM VCAT SONET/SDH 150 Mbps 600 Mbps 2.4 Gbps 4 VCAT (5) TDM STS-1 50 Mbps 50 Mbps 100 Mbps 150 Mbps 50 Mbps Mbps STS Mbps VCAT SONET/SDH TDM VCAT SONET/SDH TDM TDM LCAS LCAS (6) VCAT SONET/SDH VCAT グループ 1: 100 Mbps=50 Mbps 2 VCAT 生成 ( 振分 ) 波長パス 帯域を無瞬断で変更 (LCAS) SONET/SDH 網 VCAT グループ 2:200 Mbps=50 Mbps 4-2 VCAT/LCAS Fig.2-Example of VCAT/LCAS. 遅延差を吸収 VCAT 終端 ( 多重 ) FUJITSU.54, 4, (07,2003) 307

4 IP SONET/SDH VCAT 2 NMS Network Management System H4 LCAS VCAT -3 (7) 2 VCAT VCAT 2 /TDM TDM TDM TDM 保証トラヒック (50 Mbps) ベストエフォートトラヒック VCAT 生成 SONET 50 Mbps SONET VCAT 終端 優先異経路非優先 50 Mbps 100 Mbps 100 Mbps 50 Mbps 50 Mbps 障害 -3 LCAS Fig.3-Example of link protection using LCAS. TDM TDM TDM TDM -4 (8) /TDM AOTF LDDOADM WDM DOADM (9) OXC Optical Cross Connect DOADM AOTF (10),(11) AOTF 170 MHz RF Radio Frequency WDM 1 TDM データ パケットデータ (VCAT/LCAS による可変容量パス ) パケットにラベル付与 内はラベルで交換 ラベル /TDM 統合スイッチ! 容量削減 λ 波長パスショートカット TDM パス単位の振り分け ラベル単位の振り分け -4 /TDM Fig.4-Label/TDM integrated switch configuration. 308 FUJITSU.54, 4, (07,2003)

5 IP 8DFB- LD Distributed Feed Back-Laser Diode SOA Semiconductor Optical Amplifier 1 LD (12) LD 0.05 nm 0.8 nm AOTF LD Rejection AOTF RF 10 Drop AOTF1 AOTF RF RFCPU Rejection AOTF Drop AOTF IN OUT IN Drop 10 Gbps 32 f 100 GHz 300 GHz 10 Rejection AOTF Drop AOTF ch.17-5rf Rejection AOTF 38 db Drop AOTF 25 db ADD O/E Mod LD ADD OUT WDM 2 AOTF LD DOADM TAO 光パワー 100 GHz 間隔,32 波 WDM 入力光信号 1,533 光パワー 10 db/div ch.17 1,548 1,563 波長 (nm) 隣接チャネル抑圧比 >25 db IN 光カプラ 集積型 Drop AOTF Drop AOTF DROP RF 信号発生器 CPU 制御回路 Rejection AOTF Rejection AOTF PD CPU 制御回路 多チャネル RF 信号発生器 O/E ADD 光カプラ Mod 波長可変 LD OUT 光パワー 10 波,300 GHz 間隔リジェクト時 抑圧比 >38 db 1,533 1,548 1,563 波長 (nm) 1,533 1,548 1,563 波長 (nm) -5 DOADM Fig.5-Structure of DOADM and optical spectrum of each part. FUJITSU.54, 4, (07,2003) 309

6 IP X 軸回転ミラー V 形状トーションバー MEMS MEMS MEMS N 2 2N 3 MEMS 3 MEMS 固定フレーム Y 軸可動フレーム -6 2 Fig.6-Dual-axis vertical comb-driven mirror. 50 (13) V MEMS -8 FEM Finite Element Method 2 60 V 5 (14),(15) -9 (16) 5 db 回転角 ( 度 ) FEM 計算結果 (X) 実験結果 (X) FEM 計算結果 (Y) 実験結果 (Y) 10 mm -7 80MEMS Fig.7-80-channel MEMS optical switch chip 印加電圧 (V) -8 MEMS Fig.8-Characteristics of MEMS mirror. 310 FUJITSU.54, 4, (07,2003)

7 IP 0.3 db (17) 折り返しルーフ型ミラー AOTFDOADM/TDM GbE GbE-OC48cWDM / ファイバブロック IN MEMSミラーアレイ IN OUT OUT -9 Fig.9-Optical switch fabric. 幅 :87 奥行 :77 高さ :53(mm) DOADM 32 /TDM MPLSTDM OC48c 10 5 /-CR- LDP (18) CR-LDP (19) -11 MEMS MEMS MEMS コントローラ 5 コントローラ 1 イーサネット RS-232c コントロールプレーン コントローラ2 コントローラ 4 コントローラ 3 制御サーバ 疑似負荷発生装置 エッジノード 3 変換器 WDM 合波器 制御線ラベル /TDM 統合スイッチアグリゲートコアノード WDM OC48c 分波器変換器 ハブ エッジノード 2 パス設定 Web IF エッジノード 1 GbE GbE OC48c λ AOTF ベース DOADM λ OC48c GbE ダイレクト波長パス GbE ユーザサイト A ファイルサーバ データプレーン ユーザサイト A クライアント -10 Fig.10-Network configuration. FUJITSU.54, 4, (07,2003) 311

8 IP AOTFベース DOADM エッジノード 8.5 W (22) ラベルコントローラ /TDM 統合 -11 Fig.11-Prototype system. IP IP AOTF DOADM MEMS MEMS 幅 :413 奥行 :104 高さ :219(mm) 光出力 Delay:0 ms 0.03 ms 0.13 ms 0.19 ms 最大遅延 0.24 ms 0.24 ms 切替時間 1 ms 時間 (ms) 光応答波形 Fig channels optical switch module and outputs of block switch. MEMS (20) (22) 80 ch db 1 ms ITU-T G.8080/Y.1304 Architecture for the Automatically Switched Optical Network (ASON) November K. Shimano et al MPLambdaS Demonstration Employing Photonic Routers (256x256 OLSPS) To Integrate Optical And IP Networks NFOEC FUJITSU Vol.52 No.4 p E. Mannie (editor) Generalized Multi-Protocol Label Switching () Architecture Internet Draft August ITU-T Recommendation G.707 Network Node Interface for The Synchronous Digital Hierarchy October ITU-T Recommendation G.7042 Link Capacity Adjustment Scheme (LCAS) For Virtual Concatenated Signals October LCAS FUJITSU.54, 4, (07,2003)

9 IP 9 H. Miyata et al Fully Dynamic and Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer on 0.8 nm Channel Spacing using AOTF and 32-Wave Tunable LD Module OFC2000 PD40 10 T. Nakazawa et al Ti: LiNbO3 AOTF for 0.8 nm Channel-Spaced WDM OFC 98 PD1 11 H. Miyata et al AOTF with Low Loss and Low Crosstalk for 100GHz Channel Spacing WDM Systems ECOC M. Bouda et al Compact High-Power Wavelength Selectable Lasers for WDM Applications OFC 2000 TuL O. Tsuboi et al A Rotational Comb-Driven Micromirror with Large deflection Angle and Low Drive Voltage MEMS 2002 p Y. Mizuno et al A 2-Axis Comb-Driven Micromirror Array for 3D MEMS Switches Optical MEMS 2002 p MEMS 2002 p T. Akashi et al Low-loss 80x80 3D-MEMS optical switch module fabricated with a simple alignment technique 2002 Optical Internet and Photonics in Switching PS.WeA MEMS 2002 p P. Ashwood-Smith and L. Berger (editor) Generalized Multi-Protocol Label Switching () Signaling Constraint-based Routed Label Distribution Protocol (CR-LDP) Extensions Internet Draft RFC3472 January S. Kano et al A Study of Architecture in Photonic IP Networks HPSR2002 p.3a A-3-5 May MEMS 2002 p MEMS 2002 p MEMS 2002 p FUJITSU.54, 4, (07,2003) 313