JP2008211728A - Awg single hop wdm network backup plane constitution method and network system employing same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accomplish an AWG single hop WDM network backup plane constitution method with which the number of collected nodes of a backup plane is remarkably reduced, costs are reduced and reliability is improved. <P>SOLUTION: An active type coupler CPCA includes a packet collision avoiding mechanism in which only the packet having firstly arrived at the coupler is allowed to pass and other packets are blocked when the coupler is in an idle state on each wavelength channel in the network of a configuration where a plurality of nodes are integrated in a coupler CP and then are connected to an AWG, out of an AWG single hop WDM network targeted to a MAN employing the AWG for a hub node, for a network configuration employing such an active type coupler CPCA as a target, the backup plane for reliability improvement is constituted by paying attention to it that the possibility for a plurality of active type couplers to simultaneously break down is low and by taking into account only the traffic sent from nodes accommodated in the same active type coupler on a normal plane. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、AWG(Arrayed−Waveguide Grating)をハブノードに用いるMANを対象としたAWGシングルホップWDM(Wavelength Division Multiplexing)ネットワークのうち、複数のノードをカプラで集約した後でAWGに接続する構成のネットワークにおいて、各波長チャネル上でカプラが空き状態であるときに、最初にカプラに到着したパケットのみを通過させ、他のパケットをブロックするパケット衝突回避機構を付与した能動型カプラを用いたネットワーク構成を対象に、同時に複数の能動型カプラが故障する可能性は低いことに着目し、現用面で同一の能動型カプラに収容されているノードから送出されるトラヒックのみを考えて、信頼性向上のための予備面を構成する予備面構成方法およびその方法を用いたネットワークシステムに関する。   The present invention relates to an AWG single-hop WDM (Wavelength Division Multiplexing) network for MAN using AWG (Arrayed-Waveguide Grating) as a hub node, and a plurality of nodes are aggregated by a coupler and then connected to the AWG. The network configuration using an active coupler provided with a packet collision avoidance mechanism that allows only packets that first arrive at the coupler to pass and blocks other packets when the coupler is empty on each wavelength channel. Focusing on the fact that multiple active couplers are unlikely to fail at the same time, considering only the traffic sent from the nodes accommodated in the same active coupler on the working surface, to improve reliability Spare surface It relates to a network system using a pre-surface construction method and method for forming.

LANとWANにおける伝送容量の飛躍的な向上が続いているが、LANとWANの間に介在するメトロエリアのネットワーク(MAN)については、依然としてSONET/SDHが主流であり、メトロエリアの急激なトラヒックの増加に対して電気処理に伴うノードのボトルネック化が懸念されている。そのためMANにおいても、ノードでのパケットのストア&フォワードを廃し、光信号のままカットスルー伝送する全光ネットワークの導入が期待されている。しかし、MANはコストに対してより厳格であるため、設備コスト(CAPEX)と制御コスト(OPEX)の両方を抑えた全光ネットワークを適用することが重要である。   Although the transmission capacity of LAN and WAN continues to improve dramatically, SONET / SDH is still the mainstream for the metro area network (MAN) intervening between LAN and WAN. There is a concern that node bottlenecks associated with electrical processing may increase with the increase in the number of nodes. Therefore, MAN is expected to introduce an all-optical network that eliminates packet store-and-forward at nodes and performs cut-through transmission with optical signals. However, since MAN is more strict with respect to cost, it is important to apply an all-optical network that suppresses both facility cost (CAPEX) and control cost (OPEX).

全光ネットワークは大きく、波長パス網、光バーストスイッチ網、光パケットスイッチ網に分類できるが、波長資源の利用効率の観点からは交換粒度が最も小さい光パケットスイッチ網が優れている。しかし、大容量の光メモリの実装が難しく、その実現には解決すべき課題が多い。
一方、全てのノードが単一のハブノードに接続されるシングルホップWDMネットワークは、LANにおける全光ネットワークの実現方法として検討されてきた。
The all-optical network is large and can be classified into a wavelength path network, an optical burst switch network, and an optical packet switch network. From the viewpoint of utilization efficiency of wavelength resources, an optical packet switch network with the smallest switching granularity is superior. However, it is difficult to mount a large-capacity optical memory, and there are many problems to be solved for its realization.
On the other hand, a single-hop WDM network in which all nodes are connected to a single hub node has been studied as a method for realizing an all-optical network in a LAN.

さらに近年、MANにおける全光ネットワークとしても注目されている。全てのパケットは、他のノードを経由することなくハブノードを経て直接伝送されるため、ルーティングやシグナリングが不要であり、OPEXを極めて低く抑えられる。また、受動的な光デバイスをハブノードに用い交換処理を行わないため、光メモリが不要である。このため、LANやMANにおいて全光パケット網を実現する方法として有効である。   In recent years, it has been attracting attention as an all-optical network in MAN. Since all packets are directly transmitted via the hub node without passing through other nodes, routing and signaling are unnecessary, and OPEX can be suppressed to an extremely low level. In addition, since a passive optical device is used for the hub node and no replacement process is performed, no optical memory is required. Therefore, it is effective as a method for realizing an all-optical packet network in a LAN or MAN.

ハブノードに用いる光デバイスについては、スターカプラ(SC)とArrayed−waveguide grating(AWG)の二つが検討されている。SCを用いた構成の場合、ハブノードに到着したパケットは全てのノードにブロードキャストされるため、各波長チャネルの伝送帯域がC、多重波長数がWである場合、ネットワーク全体で達成可能なスループットは最大でもCWとなる。さらに同一波長チャネルを複数のノードで共有する構成上、アクセス制御が必要となる。そのため、波長資源の利用効率が低く、SCを用いたシングルホップWDMネットワークはLANを対象に検討されてきた。   Two types of optical devices used for hub nodes are being studied: star couplers (SC) and arrayed-waveguide gratings (AWG). In the case of the configuration using the SC, since packets arriving at the hub node are broadcast to all nodes, when the transmission band of each wavelength channel is C and the number of multiplexed wavelengths is W, the throughput that can be achieved in the entire network is the maximum. But it becomes CW. Furthermore, access control is required due to the configuration in which the same wavelength channel is shared by a plurality of nodes. For this reason, the use efficiency of wavelength resources is low, and single-hop WDM networks using SC have been studied for LAN.

一方、AWGには波長周回性により波長資源を空間的に再利用することができ(同一波長を用いて同時に複数のノード間でパケットの転送が可能)、ネットワーク全体で達成可能なスループットがCWとなり、さらに各ノードペアは波長チャネルを占有的に利用できることから、アクセス制御も不要である。このことから、コスト要求条件の厳しいMANにおける全光ネットワークとして、AWGをハブノードに用いたシングルホップWDMネットワーク(以後、AWG網と表記)が注目されている。 On the other hand, in AWG, wavelength resources can be spatially reused due to wavelength recursion (packets can be transferred between a plurality of nodes simultaneously using the same wavelength), and the throughput that can be achieved in the entire network is CW 2. Furthermore, since each node pair can exclusively use the wavelength channel, access control is not necessary. For this reason, a single-hop WDM network (hereinafter referred to as an AWG network) using AWG as a hub node has attracted attention as an all-optical network in MAN with strict cost requirements.

しかし、AWG網において全ノード間でパケット転送を可能とするためには、ノード数をNとすると、各ノードにN個のトランシーバを用意する必要がある。そのため、Nの増加に対して総トランシーバ数はNに比例して増加するので、AWG網はスケーラビリティに問題がある。例えば、MANのノード数として200ぐらいを考えた場合、総トランシーバ数は40,000となり、一つのMANに設置するトランシーバ数として実現的ではない。AWG網におけるスケーラビリティの問題を解決するためには、ハブノードとノードの間にカプラとスプリッタを設置し、複数のノードをまとめて一つのAWGポートに接続する形態が有効である。以後、このアーキテクチャを“AWG−CP網”と表記する。 However, in order to enable packet transfer between all nodes in the AWG network, assuming that the number of nodes is N, it is necessary to prepare N transceivers at each node. Therefore, since the total number of transceivers increases in proportion to N 2 as N increases, the AWG network has a problem in scalability. For example, when about 200 MAN nodes are considered, the total number of transceivers is 40,000, which is not practical as the number of transceivers installed in one MAN. In order to solve the scalability problem in the AWG network, it is effective to install a coupler and a splitter between the hub node and the node and connect a plurality of nodes together to one AWG port. Hereinafter, this architecture is referred to as an “AWG-CP network”.

しかし、この形態では、カプラにおけるパケット衝突が高負荷時には問題となる。ランダムアクセス網の代表的なMACであるCSMAやCSMA/CDは、回線レートが高いとスループットが劣化する。固定タイムスロットを用いたデマンドアサイン方式は、タイムスロットの同期が必要であり制御チャネルを用いて動的に資源を確保する必要がある。
このような制御オーバーヘッドはOPEXを増大させ、コストに厳格なLANやMANには適用が困難である。シングルホップWDMネットワークのシグナリングが不要という利点を生かすためには、全てのノードが自律して動作することが望ましい。
この問題を解決するため、AWG−CP網のノード集約を行うカプラにパケット衝突回避機構を付加する網アーキテクチャが検討されている。このネットワークを“AWG−CCA網”と表記する。
However, in this embodiment, packet collision in the coupler becomes a problem when the load is high. In CSMA and CSMA / CD, which are typical MACs of random access networks, throughput deteriorates when the line rate is high. The demand assignment method using fixed time slots requires time slot synchronization, and it is necessary to dynamically secure resources using a control channel.
Such control overhead increases OPEX and is difficult to apply to cost-sensitive LANs and MANs. In order to take advantage of the need for single-hop WDM network signaling, it is desirable that all nodes operate autonomously.
In order to solve this problem, a network architecture in which a packet collision avoidance mechanism is added to a coupler that performs node aggregation in an AWG-CP network has been studied. This network is referred to as an “AWG-CCA network”.

パケット衝突回避機構は、元々、電気信号でデータを扱うハブノードを対象にCSMA/CDを用いた帯域共有型LANのスループット向上を目的に提案された方式で、全入力ポートを常に監視し、送出伝送資源(全入力ポートで共有)が空き状態であるとき、最初に到着したパケットは通過させるが、そのパケットを転送中に到着した他の全パケットをブロックする。高負荷時にも、最低でも一つのパケット転送が保証されるため、ALOHA方式やCSMA/CD方式で生じる高負荷時のスループット低下が回避できる。
カプラの各入力ポートには、パケット衝突回避機構を実現するための入力モジュールが設置される。
The packet collision avoidance mechanism was originally proposed for the purpose of improving the throughput of a band-sharing LAN using CSMA / CD for hub nodes that handle data using electrical signals. All input ports are always monitored and transmitted. When the resource (shared by all input ports) is free, the first packet that arrives is passed, but all other packets that arrive during transfer are blocked. Even at high loads, at least one packet transfer is guaranteed, so it is possible to avoid a decrease in throughput at high loads that occurs in the ALOHA method or the CSMA / CD method.
An input module for realizing a packet collision avoidance mechanism is installed at each input port of the coupler.

図1は、AWG−CCA網の網構成とカプラに付加される入力モジュールの構成を示す図である。
光透過ノードにおけるパケット衝突回避は、ゲート制御装置の指示により通過波長が動的に切り替わる波長選択フィルタをCPの各入力ポートに設置することにより実現できる。
図1(a)にネットワークの構成を、また図1(b)にカプラの入力モジュールの構成を示している。MANには、MAN内部の交流トラヒックである内部トラヒックと、MAN外部との間の交流トラヒックである外部トラヒックが流れるが、外部トラヒックは全てPOP(Point−Of−Presence)を経由してWANに流出またはWANから流入するものと仮定する。そのため、POPには大量のトラヒックが集中することから、POPとハブノード(AWG)の間にはk本の光心線が用意されるものとする。そのため、各ノードはk本の波長チャネルを用いてPOPに対してパケットを送受信できる。D個のCP(SP)が設置されることから、AWGのポート数はD+kとなる。
パケットの衝突回避は、ゲート制御装置(Gate controler)の指示により通過波長が動的に切り替わる波長選択フィルタをCPの各入力ポートに設置することにより実現される。
FIG. 1 is a diagram showing a network configuration of an AWG-CCA network and a configuration of an input module added to a coupler.
Packet collision avoidance in the light transmission node can be realized by installing a wavelength selection filter that dynamically switches the passing wavelength according to an instruction from the gate control device at each input port of the CP.
FIG. 1A shows a network configuration, and FIG. 1B shows a coupler input module configuration. Internal traffic, which is AC traffic inside MAN, and external traffic, which is AC traffic between MAN, flows through MAN, but all external traffic flows out to WAN via POP (Point-Of-Presence). Or assume that it flows from the WAN. Therefore, since a large amount of traffic is concentrated on the POP, it is assumed that k optical cores are prepared between the POP and the hub node (AWG). Therefore, each node can transmit / receive a packet to / from the POP using k wavelength channels. Since D CPs (SPs) are installed, the number of AWG ports is D + k.
Packet collision avoidance is realized by installing a wavelength selection filter that dynamically changes the passing wavelength in accordance with an instruction from a gate controller (Gate controller) at each input port of the CP.

図1(b)では、2値光スイッチ素子(SOA等)と波長多重分離装置(Mux,Demux)の構成による波長選択フィルタを用いた場合を示している。入力モジュールに到着した光信号は波長分離装置(Demux)により波長ごとに分離され、さらにその一部がタップ(Tap)によって取り出され、光検出器(Photo detector)により光信号の有無が検出される。
ゲート制御装置(Gate controler)は、各波長に対してカプラ(CP)がパケットを転送していない状態で最初にパケットが到着した入力モジュールのゲートのみをON状態とし、他の全入力モジュールの対応する波長のゲートをOFF状態とする。
そして、そのパケットの転送が完了した時点で、それまで閉じられていた対応する波長のゲートを全てON状態とする。その結果、各波長チャネルにおいて、CPが空き状態であるときに最初に到着したパケットのみがCPを通過し、そのパケットのパケット衝突が完全に回避される。
FIG. 1B shows a case where a wavelength selective filter having a configuration of a binary optical switch element (SOA or the like) and a wavelength demultiplexing device (Mux, Demux) is used. The optical signal that has arrived at the input module is separated for each wavelength by a wavelength demultiplexer (Demux), a part of which is taken out by a tap, and the presence or absence of the optical signal is detected by a photodetector (Photo detector). .
The gate controller (Gate controller) turns on only the gate of the input module where the packet first arrives without the coupler (CP) transferring the packet for each wavelength, and supports all other input modules. The gate of the wavelength to be turned off is turned off.
Then, when the transfer of the packet is completed, all the gates of the corresponding wavelengths that have been closed are turned on. As a result, in each wavelength channel, only the first packet that arrives when the CP is idle passes through the CP, and packet collision of the packet is completely avoided.

ゲートの開閉処理は、各CPにおいて自律動作するため、CPやノード、AWG間で一切の制御信号の交換が不要であり、各ノードは任意のタイミングでパケットの送出が可能である。他のパケットが転送されているときにCPに到着したパケットはブロックされるため、パケットが消失する可能性を考慮しておく必要があるが、例えば、タイムアウト時間内にACKが返送されない場合に、送信端末はバックオフ時間後に同一フレームを再送する等の方法を用いることで、パケット損失に対応することができる。
なお、以上の技術については、下記特許文献1を参照されたい。
上山憲昭,“AWGシングルホップWDMネットワークシステムおよび最適カプラ数算出方法、ならびに装置”(特開2006−54648号公報)
Since the gate opening / closing process operates autonomously in each CP, it is not necessary to exchange any control signals between the CP, the node, and the AWG, and each node can transmit a packet at an arbitrary timing. Packets arriving at the CP when other packets are being forwarded are blocked, so it is necessary to consider the possibility of packet loss. For example, if an ACK is not returned within the timeout period, The transmitting terminal can cope with the packet loss by using a method such as retransmitting the same frame after the back-off time.
For the above technique, refer to Patent Document 1 below.
Noriaki Kamiyama, “AWG Single-Hop WDM Network System, Optimal Coupler Number Calculation Method and Apparatus” (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-54648)

特開2006−54648号公報JP 2006-54648 A

AWG,カプラ,スプリッタは全て受動的な光素子であるため、これらを用いてネットワークを構成するAWG網(AWGにノードが集約される網)やAWG−CP網(AWGにカプラ(CP)を介してノードが集約される網)は、故障が生じるまでの時間間隔(MTBF)が長く、信頼性が非常に高い。それに対してAWG−CCA網(AWGにカプラ(CPCA)を介して集約される網)は、パケット衝突回避機構を実装するためにゲード制御装置やSOAといった能動的なデバイスや光素子をカプラに付加するため、ノード集約部分のMTBF(故障間隔)が低減することによる信頼性の低下が懸念される。MANにおいて、故障により通信断が生じることは極力避ける必要があり、そのためには、ネットワークを現用面に加えて予備面を設けた2面構成にすることが不可欠である。
しかし、単純に全てのネットワーク構成要素を二重化した場合、CAPEX(設備コスト)の増大が問題になる。
Since the AWG, coupler, and splitter are all passive optical elements, the AWG network (network in which nodes are aggregated in the AWG) and the AWG-CP network (the AWG through the coupler (CP)) are configured using these. The network in which nodes are aggregated) has a long time interval (MTBF) until a failure occurs, and is very reliable. In contrast, AWG-CCA networks (networks that are aggregated by AWG via couplers (CPCA)) add active devices and optical elements such as gate controllers and SOAs to couplers to implement packet collision avoidance mechanisms. Therefore, there is a concern that reliability may be lowered due to a decrease in MTBF (failure interval) in the node aggregation portion. In MAN, it is necessary to avoid communication interruption due to a failure as much as possible. To that end, it is indispensable that the network has a two-surface configuration in which a spare surface is provided in addition to the current surface.
However, when all network components are simply duplicated, an increase in CAPEX (equipment cost) becomes a problem.

(目的)
本発明の目的は、複数の集約ノードが同時に故障する可能性が低いことに着目し、現用面の同一の集約ノードに収容されているノードのみを考慮して予備面を構成し、現用面の異なる集約ノードに収容されるノード間で予備面の集約ノードを共有することにより、予備面の集約ノード数を大きく低減し、低コストで信頼性の高いAWGシングルホップWDMネットワーク予備面構成方法およびその方法を用いたネットワークシステムを提供することにある。
(the purpose)
The purpose of the present invention is to focus on the fact that a plurality of aggregation nodes are unlikely to fail at the same time, and to construct a spare plane considering only the nodes accommodated in the same aggregation node on the active plane. AWG single-hop WDM network spare surface configuration method that greatly reduces the number of aggregated nodes on the spare surface, and is low-cost and highly reliable by sharing the aggregate nodes on the spare surface among nodes accommodated in different aggregate nodes It is to provide a network system using the method.

本発明のAWGシングルホップWDMネットワーク予備面構成方法は、AWGをハブノードに用いるMANを対象としたAWGシングルホップWDMネットワークのうち、複数のノードをカプラで集約した後に、AWGに接続する構成のネットワークにおいて、各波長チャネル上でカプラが空き状態であるときに最初にカプラに到着したパケットのみを通過させ、他のパケットをブロックするパケット衝突回避機構を付与した能動型カプラを用いたネットワーク構成を対象に、同時に複数の能動型カプラが故障する可能性が低いことに着目し、現用面で同一の能動型カプラに収容されているノードから送出されるトラヒックのみを考えて、信頼性向上のための予備面を構成する。   The AWG single-hop WDM network spare surface configuration method of the present invention is a network in which a plurality of nodes are aggregated by a coupler in an AWG single-hop WDM network targeted for a MAN using the AWG as a hub node and then connected to the AWG. Targeting network configurations using active couplers with a packet collision avoidance mechanism that passes only the first packet that arrives at the coupler when each coupler is idle on each wavelength channel and blocks other packets Considering that there is a low possibility that multiple active couplers will fail at the same time, considering only the traffic sent from the nodes accommodated in the same active coupler on the working surface, a spare for improving reliability Configure the surface.

また、上述のAWGシングルホップWDMネットワーク予備面構成方法において、現用面に設置されたD個の能動型カプラの各々に収容される最大M個のノードを、予備面に設置するD’個の能動型カプラに均等に収容するという前提のもとで、平均パケット転送時間が許容率γを超えない範囲で、予備面のFSR(Free Spectral Range)値と設置能動カプラ数D’を最小化する。
また、上述のAWGシングルホップWDMネットワーク予備面構成方法において、現用面で異なる能動カプラに収容されているノード間では予備面のD’個の能動カプラを共有して使用する。
Further, in the above-described AWG single-hop WDM network spare plane configuration method, a maximum of M nodes accommodated in each of the D active couplers installed on the active plane are D ′ active nodes installed on the spare plane. Under the premise that the packet is equally accommodated in the type coupler, the FSR (Free Spectral Range) value of the spare surface and the number D ′ of installed active couplers are minimized within a range where the average packet transfer time does not exceed the allowable rate γ.
In the AWG single-hop WDM network spare plane configuration method described above, D ′ active couplers on the spare plane are shared and used between nodes accommodated in different active couplers on the active plane.

さらに、上述のAWGシングルホップWDMネットワーク予備面構成方法において、各ノードはSOAといった2値スイッチを用いて正常時には現用面のみにパケットを送出し、障害検出を自律的に行い、障害検出時には予備面に自律的に切り替え、現用面と予備面を受信方向についてはカプラを用いて集約し、常時、両面からパケットを受信し、現用面が正常な場合には、予備面経由でパケットを受信した場合にもACKを現用面経由で返信する。   Further, in the above-described AWG single-hop WDM network spare plane configuration method, each node uses a binary switch such as SOA to send a packet only to the active plane when normal, and performs fault detection autonomously. When the working side and the standby side are aggregated using a coupler in the receiving direction, packets are always received from both sides, and when the working side is normal, packets are received via the standby side. ACK is also returned via the working surface.

本発明によれば、複数の集約ノードが同時に故障する可能性は低いことに着目し、現用面の同一の集約ノードに収容されているノードのみを考慮して予備面を構成し、現用面の異なる集約ノードに収容されるノード間で予備面の集約ノードを共有することにより、予備面の集約ノード数を大きく低減し、低コストで信頼性の高いAWG−CCAを構成することが可能になる。   According to the present invention, attention is paid to the fact that a plurality of aggregation nodes are unlikely to fail at the same time. By sharing the standby aggregation node among the nodes accommodated in different aggregation nodes, it is possible to greatly reduce the number of aggregation nodes on the spare plane and to configure a low-cost and highly reliable AWG-CCA. .

図2は、本発明のAWGシングルホップWDMネットワーク予備面構成方法に係る一実施形態のシステム構成図である。
図2において、100は現用面のFSRや設置能動カプラ数といった現用面の設計情報を入力する装置、101は予備面のFSRや設置能動カプラ数といった予備面のを設計する装置、102は予備面の設計結果を出力する装置である。
まず、現用面設計情報入力装置100に現用面の設計情報を入力し、これらの情報を基にして予備面設計装置101により予備面設計を行い、設計の結果を予備面設計情報出力装置102から出力する。
次に、本発明の実施の形態に係るAWGシングルホップWDMネットワーク予備面構成方法について、以下順に、1)予備面構成方法と、2)予備面最適設計法とを、それぞれ説明する。
FIG. 2 is a system configuration diagram of an embodiment according to the AWG single-hop WDM network spare surface configuration method of the present invention.
In FIG. 2, 100 is a device for inputting working surface design information such as the FSR of the working surface and the number of installed active couplers, 101 is a device for designing a spare surface such as the FSR of the working surface and the number of installed active couplers, and 102 is a spare surface. This device outputs the design results of
First, design information on the working surface is input to the working surface design information input device 100, a spare surface design is performed by the spare surface design device 101 based on these pieces of information, and the design result is output from the spare surface design information output device 102. Output.
Next, regarding the AWG single-hop WDM network spare surface configuration method according to the embodiment of the present invention, 1) the spare surface configuration method and 2) the spare surface optimum design method will be described in the following order.

(予備面構成方法)
パケット衝突回避機構が付加されたカプラ(以後、CPCA(coupler with collision avoidance mechanism)は、各々地理的に離れた場所に設置されるため、故障は独立に生じると仮定することができる。各々の故障確率は通常のカプラの場合(CP)と比較すれば大きいが、それでも十分に小さな値であるため、二つ以上のCPCAが同時に故障する可能性は小さいことが予想される。
各CPCAの故障間隔(MTBF)が平均xの指数分布、故障CPCAの復旧時間(MTTR)が平均yの指数分布に各々従うと仮定すると、各CPCAの故障時間割合はy/(x+y)となる。よって、現用面のD個のCPCAのうち2つ以上が同時に故障する確
率Pmbは、
(Preliminary surface configuration method)
Since couplers to which a packet collision avoidance mechanism is added (hereinafter referred to as CPCA (Coupler with Collision Aviationance Mechanism) are installed at geographically distant locations, it can be assumed that the failures occur independently. Although the probability is large compared to the case of the normal coupler (CP), it is still a sufficiently small value, so it is expected that the possibility that two or more CPCAs will fail simultaneously is small.
Assuming that the failure interval (MTBF) of each CPCA follows an exponential distribution with an average x, and the recovery time (MTTR) of a failure CPCA follows an exponential distribution with an average y, the failure time ratio of each CPCA is y / (x + y). . Therefore, the probability P mb that two or more of the D CPCAs on the working surface fail simultaneously is

Figure 2008211728
となる。
図3は、複数CPCAが故障する確率と要求MTBFの特性図である。
図3(a)では、MTTR(復旧時間)がy=4時間のときの、MTBF(故障間隔)(年)に対する確率PmbをD(現用面のCPCAの個数)に対して、MTTR(復旧時間)の三つの値について示している。また、図3(b)では、確率Pmb=0.01を満たすのに要求されるMTBF(故障間隔)をD(現用面のCPCAの個数)に対して、MTTR(復旧時間)の三つの値について示している。
図3(a)の図からは、故障間隔(MTBF)=2年の場合、CPCAの個数が4のときに、2つ以上が同時に故障する確率Pmbは10−4であるが、CPCAの個数が32のときには、約Pmb=10−2.5となることが確認できる。また、図3(b)の図からは、CPCAの個数が45の場合、復旧時間(MTTR)がy=2年のときに、故障間隔(MTBF)は1年であるが、復旧時間(MTTR)がy=4年のときには、故障間隔(MTBF)は2年であり、また復旧時間(MTTR)がy=6年のときには、故障間隔(MTBF)は3年となることが確認できる。
例えば、ルータのMTBF(故障間隔)が数年から十数年であることを考えると、2つ以上のCPCAが同時に故障する可能性(確率Pmb)は十分に小さいことが確認できる。
Figure 2008211728
It becomes.
FIG. 3 is a characteristic diagram of the probability that a plurality of CPCAs fail and the required MTBF.
In FIG. 3A, the probability P mb for MTBF (failure interval) (year) when MTTR (recovery time) is y = 4 hours is MTTR (recovery) with respect to D (number of CPCAs on the active surface). It shows three values (time). Further, in FIG. 3B, the MTBF (failure interval) required to satisfy the probability P mb = 0.01 is set to three (MTTR (recovery time)) with respect to D (number of CPCAs on the working surface). The value is shown.
From the diagram of FIG. 3 (a), in the case of failure interval (MTBF) = 2 years, when the number of CPCA is 4, the probability P mb of two or more failures simultaneously is 10 −4 , When the number is 32, it can be confirmed that approximately P mb = 10 −2.5 . 3B, when the number of CPCA is 45 and the recovery time (MTTR) is y = 2 years, the failure interval (MTBF) is 1 year, but the recovery time (MTTR) ) Is y = 4 years, the failure interval (MTBF) is 2 years, and when the recovery time (MTTR) is y = 6 years, the failure interval (MTBF) is 3 years.
For example, considering that the MTBF (failure interval) of a router is several years to several tens of years, it can be confirmed that the possibility (probability P mb ) of two or more CPCAs to fail simultaneously is sufficiently small.

各ノードは現用面と予備面の両方に接続されるが、以下の制御を想定する。
a)各ノードはSOAといった2値スイッチを用いて、正常時には現用面のみにパケットを送出する。
b)各ノードは障害検出を自律的に行い、障害検出時には予備面に自律的に切り替える。
c)各ノードは現用面と予備面を受信方向についてはカプラを用いて集約し、常時、両面からパケットを受信する。
d)現用面が正常なノードは、予備面経由でパケットを受信した場合も、ACKを現用面経由で返信する。
この場合、現用面のCPCAが故障した際には、予備面に流入するトラヒックは故障したCPCAに収容されているノードが送出したものに限定される。
Each node is connected to both the working surface and the spare surface, and the following control is assumed.
a) Each node uses a binary switch such as SOA to send a packet only to the active side when it is normal.
b) Each node autonomously detects a failure, and autonomously switches to a backup plane when a failure is detected.
c) Each node aggregates the active and standby planes using a coupler in the reception direction, and always receives packets from both sides.
d) A node having a normal working surface returns an ACK via the working surface even when a packet is received via the backup surface.
In this case, when the CPCA on the active plane fails, the traffic flowing into the backup plane is limited to that sent by the node accommodated in the failed CPCA.

図4は、本発明の一実施形態に係る予備面構成図である。
図3(a)(b)を参照すれば、予備面設計時には、全てのノードではなく、単一のCPCAに収容されるM個のノードのみに予備面を設置すれば十分であることが確認できる。
すなわち、複数のCPCAが同時に故障しないという想定の元では、論理的には予備面はD個の独立した面を構成していると考えることができる。そこで、本実施形態では、図4に示す予備面構成方法を提案する。
FIG. 4 is a configuration diagram of a spare surface according to an embodiment of the present invention.
Referring to FIGS. 3 (a) and 3 (b), it is confirmed that it is sufficient to install a spare surface only on M nodes accommodated in a single CPCA instead of all nodes when designing the spare surface. it can.
That is, based on the assumption that a plurality of CPCAs do not fail simultaneously, it can be logically considered that the spare surface constitutes D independent surfaces. Therefore, in the present embodiment, a spare surface configuration method shown in FIG. 4 is proposed.

図4に示すように、現用面(Normal plane)にはD個のCPCA(カプラ)とSP(スプリッタ)が設置されており、N個のノードはこれらCPCAに均等に収容される。Mを単一のCPCAに収容される最大ノード数とすると、M=〔N/D〕となり、各CPCAの収容ノード数はMもしくはM−1となる。
一方、予備面(Backup plane)にはD’個のCPCAとSPが設置され、現用面で同一のCPCAに収容される最大M個のノードが、これらD’個のCPCAに均等に収容される。M’を予備面の単一のCPCAに収容される論理的な最大ノード数とすると、M’=〔M/D’〕となり、各CPCAの論理的な収容ノード数はM’もしくはM’−1となる。
As shown in FIG. 4, D CPCA (coupler) and SP (splitter) are installed on the working plane (normal plane), and N nodes are equally accommodated in these CPCA. When M is the maximum number of nodes accommodated in a single CPCA, M = [N / D], and the number of nodes accommodated in each CPCA is M or M−1.
On the other hand, D ′ CPCA and SP are installed on the backup plane, and a maximum of M nodes accommodated in the same CPCA on the current plane are equally accommodated in these D ′ CPCA. . If M ′ is the maximum number of logical nodes accommodated in a single CPCA on the spare side, M ′ = [M / D ′], and the logical number of nodes accommodated in each CPCA is M ′ or M′−. 1

現用面のD個のノードグループが予備面ではこれらD’個のCPCAとSPを共用するため、物理的には最大でDM’個のノードが予備面の単一のCPCAに収容される。
図4では、D=3、D’=2の場合を示している。予備面のD’個のCPCAとSPを、現用面で異なCPCAに収容されているノード間で共有することにより、予備面のコストを大きく低減することが可能になる。
ところで、外部トラヒックはカプラによるノード集約を行わないことから、ここでは予備面を考慮しないが、ハブノード(AWG)の障害に備えて、POP(Point Of Presence)も予備面のAWGに収容する形態を考えることもできる。これにより、ハブノード(AWG)の信頼性も高められる。
Since the D node groups on the working plane share these D ′ CPCAs and SPs on the spare side, physically a maximum of DM ′ nodes are accommodated in a single CPCA on the spare side.
FIG. 4 shows a case where D = 3 and D ′ = 2. By sharing D ′ pieces of CPCA and SP on the spare surface among nodes accommodated in different CPCAs on the active surface, the cost of the spare surface can be greatly reduced.
By the way, since the external traffic does not perform node aggregation by the coupler, the spare surface is not considered here, but in preparation for the failure of the hub node (AWG), the POP (Point Of Presence) is also accommodated in the spare AWG. You can also think about it. Thereby, the reliability of a hub node (AWG) is also improved.

AWGの波長周回性により、各CPCAとSP間にはF本の波長チャネルが提供される。ノードはパケットを送出する際に、目的ノードが収容されているSPに対応する波長チャネルを選択して用いる必要がある。本実施形態では、現用面と予備面で各CPCAやSPに収容されるノードの組合わせが異なることから、障害を検出して予備面に切り替わったノードは、使用する波長を同時に変更する。   F wavelength channels are provided between each CPCA and SP due to the wavelength recursion of AWG. When a node transmits a packet, it is necessary to select and use a wavelength channel corresponding to the SP in which the target node is accommodated. In this embodiment, since the combination of nodes accommodated in each CPCA and SP is different between the active surface and the spare surface, the node that detects the failure and switches to the spare surface simultaneously changes the wavelength to be used.

(予備面最適設計法)
静的なトラヒックを考慮し、総トラヒック量Vのうち内部トラヒックの占める比率をrとし、平均パケット転送遅延の許容値をγとし、トラヒック交流は全て均一でユニキャストと仮定する。各ノードは固定長Pのパケットをポアソン過程に従って送出し、再送制御が実施されるホスト間のラウンドトリップ時間を一定値Rとする。また、τをパケット転送成功時の転送遅延時間、τを平均再送待ち時間とし、γ>τを想定する。
現用面において、単一のCPCAに収容される最大M個のノードを対象に予備面の設計を行えばよい。均一なトラヒックを仮定すると、あるノードiから送出される内部トラヒック量dは、d=rV/Nとなる。目的ノードがあるSPに収容されている確率はN/D’=NM’/Mで与えられ、各CPCA・SP間にはF本の独立した波長チャネルが用意されることから、予備面の各波長チャネルに加わるトラヒック量vは、
(Preliminary surface optimum design method)
In consideration of static traffic, it is assumed that the ratio of the internal traffic in the total traffic amount V is r, the allowable value of the average packet transfer delay is γ, and the traffic exchange is all uniform and unicast. Each node sends a packet of fixed length P according to the Poisson process, and sets a round trip time between hosts on which retransmission control is performed to a constant value R. The transfer delay time at success tau 1 packet transfer, the tau 2 is the average retransmission latency, assuming γ> τ 1.
In the active plane, the spare plane may be designed for a maximum of M nodes accommodated in a single CPCA. Assuming uniform traffic, the amount of internal traffic d transmitted from a certain node i is d = rV / N. The probability that the target node is accommodated in a certain SP is given by N / D ′ = NM ′ / M, and F independent wavelength channels are prepared between each CPCA and SP. The amount of traffic v applied to the wavelength channel is

Figure 2008211728
となる。
パケット衝突回避機構を用いた場合の平均パケット転送時間Tは、T=(Cτ+τv)/(C−v)で与えられ、T≦γを満たす必要があることから、
Figure 2008211728
It becomes.
The average packet transfer time T when the packet collision avoidance mechanism is used is given by T = (Cτ 1 + τ 2 v) / (C−v), and T ≦ γ needs to be satisfied.

Figure 2008211728
を満たす必要がある。
任意のFに対して、上式(3)を満足するM’(F)が以下のように得られる。
Figure 2008211728
It is necessary to satisfy.
For any F, M ′ (F) that satisfies the above equation (3) is obtained as follows.

Figure 2008211728
M’(F)≧1を満たす必要があることから、Fの最適値F’が、
Figure 2008211728
Since M ′ (F) ≧ 1 must be satisfied, the optimum value F 0 ′ of F is

Figure 2008211728
と得られる。
得られたF’を用いてM’=M’(F0’)よりM’を設計することができ、 D’=「M/M’]よりD’が設計できる。
Figure 2008211728
And obtained.
M ′ can be designed from M ′ = M ′ (F0 ′) using the obtained F 0 ′, and D ′ can be designed from D ′ = “M / M ′].

(評価条件)
以下、本発明の数値評価結果について説明する。
C=10Gbps,P=1500byte,r=0.5,γ=1×10−3秒とした。また、エンド端末間の距離を10kmとし、パケット再送時の平均バックオフ時間を10パケット時間とした。このとき、τ1=1.012×10−4秒、τ=1.2×10−5秒となる。総トラヒック量Vを一定の量とし、ノード数Nを変化させて評価した(Nの増減に合わせノード当りの送受トラヒック量が変化)。総トラヒック量Vの値として、1Tbpsと10Tbpsの二つを考えた(例えば、各ユーザの平均スループットが10Mbpsであるとすれば、前者は10万ユーザの、後者は100万ユーザの場合に各々相当)。
(Evaluation conditions)
Hereinafter, the numerical evaluation results of the present invention will be described.
C = 10 Gbps, P = 1500 bytes, r = 0.5, and γ = 1 × 10 −3 seconds. Further, the distance between end terminals was 10 km, and the average backoff time during packet retransmission was 10 packet hours. In this case, τ1 = 1.010 × 10 −4 seconds and τ 2 = 1.2 × 10 −5 seconds. The total traffic amount V was set as a constant amount, and evaluation was performed by changing the number N of nodes (the transmission / reception traffic amount per node changed as N increased or decreased). Two values of 1 Tbps and 10 Tbps were considered as the value of the total traffic volume V (for example, if the average throughput of each user is 10 Mbps, the former is equivalent to 100,000 users and the latter is equivalent to 1 million users, respectively) ).

(現用面の設備量)
図5は、現用面の設置能動カプラ数の特性図である。
図5では、現用面におけるAWG−CP網の設置カプラ数Dと、AWG−CCA網の設置CPCA数Dを各々示している。図5(a)は総トラヒック量が1Tps(各ユーザの平均スループットが10Mbpsのとき10万ユーザ数)の場合で、ノード数がN=10のとき、AWG−CPもAWG−CCAもともにカプラの個数は5個であるが、ノード数がN=100(100万ユーザ数)のとき、AWG−CPではカプラの個数は20個であるのに対して、AWG−CCAではカプラの個数は8個では8個で済む。図5(b)は総トラヒック量が10Tbps(各ユーザの平均スループットが10Mbpsのとき100万ユーザ数)の場合で、ノード数がN=10のとき、AWG−CPもAWG−CCAもともにカプラの個数は7個位であるが、ノード数がN=100(100万ユーザ数)のときには、AWG−CPのカプラの個数は55個位であるのに対して、AWG−CCAのカプラの個数は30個程度で済む。
(Equipment on the working surface)
FIG. 5 is a characteristic diagram of the number of installed active couplers on the working surface.
FIG. 5 shows the number of installed couplers D of the AWG-CP network and the number of installed CPCAs D of the AWG-CCA network, respectively. FIG. 5A shows a case where the total traffic amount is 1 Tps (the number of 100,000 users when the average throughput of each user is 10 Mbps), and when the number of nodes is N = 10, both the AWG-CP and the AWG-CCA are couplers. The number is 5, but when the number of nodes is N = 100 (1 million users), the number of couplers is 20 in AWG-CP, whereas the number of couplers is 8 in AWG-CCA. So 8 is enough. FIG. 5B shows a case where the total traffic volume is 10 Tbps (1 million users when the average throughput of each user is 10 Mbps), and when the number of nodes is N = 10, both AWG-CP and AWG-CCA are couplers. Although the number is about seven, when the number of nodes is N = 100 (one million users), the number of AWG-CP couplers is about 55, whereas the number of AWG-CCA couplers is Only 30 pieces are enough.

図6は、現用面のFSR特性図である。
AWG−CCA網はパケット衝突回避機構をカプラに導入することで、AWG−CP網と比較してより多くのノードをカプラに集約することが可能になる。
実際に、Nが大きな領域では、AWG−CCA網はAWG−CP網と比較してDを半減することが確認できる。一方、Nが小さな領域では、ノードペア間の交流トラヒック量が大きく、二つのネットワークでDに差異は見られないが、AWG.CCA網はFSRを大きく低減しており、やはりパケット衝突回避機構をカプラに導入する効果が確認できる。
FIG. 6 is an FSR characteristic diagram of the working surface.
By introducing a packet collision avoidance mechanism in the coupler in the AWG-CCA network, more nodes can be aggregated in the coupler than in the AWG-CP network.
In fact, in the region where N is large, it can be confirmed that the AWG-CCA network halves D compared to the AWG-CP network. On the other hand, in a region where N is small, the amount of AC traffic between node pairs is large, and there is no difference in D between the two networks. The CCA network greatly reduces the FSR, and the effect of introducing the packet collision avoidance mechanism into the coupler can be confirmed.

(予備面の設備量)
図7は、予備面の設置能動カプラ数の特性図である。
図7では、予備面の設置CPCA数D’を、本発明と、単純に全てのCPCAを二重化した場合(Naive backup plane)について示している。
図5(a)は総トラヒック量が1Tbps(各ユーザの平均スループットが10Mbpsのとき10万ユーザ数)の場合で、ノード数がN=10のとき、単純に二重化したケースではD’=5であるのに対して、本発明のケース(Proposed backup nodes)ではD’=2である。また、ノード数がN=100(100万ユーザ数)のとき、単純に二重化したケースではD’=8であるのに対して、本発明のケースではD’=3である。
図5(b)は総トラヒック量が10Tbps(各ユーザの平均スループットが10Mbpsのとき100万ユーザ数)の場合で、ノード数がN=10のとき、単純に二重化したケースではD’=5であるのに対して、本発明のケースではD’=2である。また、ノード数がN=100のとき、単純に二重化したケースではD’=32位であるのに対して、本発明のケースではD’=3である。
これから明らかなように、Nが小さい場合には現用面のCPCA数Dが小さく、本発明により予備面のCPCA数を削除する効果が小さい。しかし、Nが10程度より大きな領域では、本発明のCPCA数削減効果が大きく現れることが確認できる。
(Equipment on spare side)
FIG. 7 is a characteristic diagram of the number of active couplers installed on the spare surface.
In FIG. 7, the number D ′ of CPCAs installed on the spare surface is shown for the present invention and when all the CPCAs are simply duplicated (Naive backup plane).
FIG. 5A shows a case where the total traffic amount is 1 Tbps (the number of 100,000 users when the average throughput of each user is 10 Mbps), and when the number of nodes is N = 10, D ′ = 5 in a simple duplex case. In contrast, in the case of the present invention (Proposed backed up nodes), D ′ = 2. Further, when the number of nodes is N = 100 (1 million users), D ′ = 8 in the case of simply duplexing, whereas D ′ = 3 in the case of the present invention.
FIG. 5B shows a case where the total traffic amount is 10 Tbps (one million users when the average throughput of each user is 10 Mbps), and when the number of nodes is N = 10, D ′ = 5 in the case of simple duplexing. In contrast, in the case of the present invention, D ′ = 2. Further, when the number of nodes is N = 100, D ′ = 32 in the case of simply duplexing, whereas D ′ = 3 in the case of the present invention.
As is clear from this, when N is small, the CPCA number D on the working surface is small, and the effect of deleting the CPCA number on the spare surface is small according to the present invention. However, in the region where N is larger than about 10, it can be confirmed that the CPCA number reduction effect of the present invention is significant.

図8は、現用面と予備面のFSRの特性図である。
Nが小さい場合には、図7で見られるように、D’とDの差が小さく、予備面のCPCA数を削減する効果が見られないが、本発明によって予備面のFSRが抑えられることが確認できる。また、Nが非常に大きな場合、各ノードペア間の交流トラヒック量が小さくなり、現用面、予備面ともにFSR=1となる。しかし、Nが中程度である場合には、本発明の予備面におけるCPCA数削減効果が大きく、その結果、予備面のFSRは現用面のFSRを超える。予備面のパケット送受のために各ノードで必要となるトランシーバ数はD’F’となる。
FIG. 8 is a characteristic diagram of the FSR of the working surface and the spare surface.
When N is small, as shown in FIG. 7, the difference between D ′ and D is small and the effect of reducing the number of CPCA on the spare surface is not seen, but the present invention can suppress the FSR of the spare surface. Can be confirmed. Further, when N is very large, the amount of AC traffic between each pair of nodes becomes small, and FSR = 1 for both the working surface and the spare surface. However, when N is medium, the effect of reducing the number of CPCAs on the spare surface of the present invention is large, and as a result, the FSR of the spare surface exceeds the FSR of the working surface. The number of transceivers required at each node for transmission / reception of the spare side packet is D′ F 0 ′.

図9は、現用面と予備面の所要トランシーバ数の特性図である。
図8で見られるように、Nが中程度の領域では、予備面のFSRは現用面のFSRより増加するものの、図7で見たように、予備面の設置CPCA数D’の削減効果がそれ以上に大きく、それらの積で決まる予備面の総トランシーバ数は現用面の必要数より大きく低減することが確認できる。そのため、Nの全領域において、予備面を構成するために新たにトランシーバをノードに追加設置する必要がないことが確認できる。
FIG. 9 is a characteristic diagram of the required number of transceivers on the active side and the spare side.
As seen in FIG. 8, in the region where N is medium, the FSR of the spare surface increases from the FSR of the active surface. However, as seen in FIG. It can be confirmed that the total number of transceivers on the spare surface determined by the product of these is larger than that and is reduced more than the required number on the active surface. Therefore, it can be confirmed that it is not necessary to newly install a transceiver in the node in order to construct a spare surface in all N regions.

次に、予備面を構成することによって生じるCAPEX(設備コスト)を比較する。
メトロエリアのネットワーク規模では伝送距離が短いため、光心線や光アンプ等の伝送に関するコストは、ノードのコストに比べて小さい。また、CP(カプラ)、SP(スプリッタ)、ゲート制御装置の必要数は他のデバイスの必要数と比較して少なく、これらデバイスのコスト自体も小さいので考慮しない。
一方、全てのCPCAとSPには減衰した光信号を増幅するためのEDFA光アンプの設置を想定する。予備面のコスト構成要素として、波長多重分離装置、EDFA光アンプ、SOA、タップ、光検出器を考える。SOA、タップ、光検出器の三つの光デバイスをまとめた1組当りの相対コストをCothers、トランシーバの相対コストをCtr、波長当りの波長多重分離装置の相対コストをCdm、EDFA光アンプの相対コストをCedfaとする。
現状の価格を考慮して、Ctr=10、Cdm=1、Cedfa、=4、Cothers=2と設定する。
Next, CAPEX (equipment cost) generated by configuring the spare surface will be compared.
Since the transmission distance is short in the network scale of the metro area, the cost related to the transmission of the optical fiber, the optical amplifier, etc. is small compared to the cost of the node. Further, the necessary number of CP (coupler), SP (splitter), and gate control device is small compared with the necessary number of other devices, and the cost itself of these devices is small, so it is not considered.
On the other hand, it is assumed that an EDFA optical amplifier for amplifying an attenuated optical signal is installed in all CPCA and SP. As cost components of the spare surface, a wavelength demultiplexer, an EDFA optical amplifier, an SOA, a tap, and a photodetector are considered. SOA, tap, a set per relative cost summarizing three optical devices of the photodetector C others, the relative cost of the transceiver C tr, the relative cost of a wavelength demultiplexer per wavelength C dm, EDFA optical amplifier Let C edfa be the relative cost of.
In consideration of the current price, C tr = 10, C dm = 1, C edfa , = 4, and C others = 2 are set.

図10は、予備面の相対コストの特性図である。
図10では、予備面の相対コストを本発明と単純に全てのCPCAを二重化した場合についての比較を示している。図7で見られるように、Nの小さな領域ではNの増加に伴って予備面の設置CPCA数D’は変化しないが、図8で見られたように、F’が減少するため予備面の光心線当りの多重波長数W’=D’F’が減少し、予備面の相対コストは減少する。
一方、Nの大きな領域では、Nの増加に伴ってD’が僅かに増加し、また予備面の論理的な収容ノード数Mが増加するため、予備面の相対コストは増加する。
しかし、全てのNの領域において、本発明を用いることで予備面のコストを大凡1桁以上低減できることが確認される。特に、VとNが大きい場合、予備面コストを2桁以上、低減することが可能である。
FIG. 10 is a characteristic diagram of the relative cost of the spare surface.
FIG. 10 shows a comparison of the relative cost of the spare surface when the present invention simply duplicates all CPCA. As can be seen in FIG. 7, in the small region of N, the number of installed CPCAs D ′ of the spare surface does not change as N increases, but as shown in FIG. 8, since F 0 ′ decreases, the spare surface The number of multiplexed wavelengths per optical fiber W ′ = D′ F 0 ′ decreases, and the relative cost of the spare surface decreases.
On the other hand, in the region where N is large, D ′ slightly increases as N increases, and the number of logical accommodation nodes M on the spare surface increases, so the relative cost of the spare surface increases.
However, it is confirmed that the cost of the spare surface can be reduced by about one digit or more by using the present invention in all N regions. In particular, when V and N are large, it is possible to reduce the spare surface cost by two digits or more.

以上のように、本発明においては、1)複数のノードをカプラで集約し、ハブノードであるAWGに接続する構成のAWGシングルホップWDMネットワークの予備面構成方法であって、上記カプラとして、各波長チャネル上でカプラが空き状態であるときに最初にそのカプラに到着したパケットのみを通過させ、他のパケットをブロックするパケット衝突回避機構を付与した能動型カプラを用い、現用面に設置されたD個の能動型カプラにそれぞれ収容される最大M個のノードを、予備面に設置するD’個の能動型カプラに均等に収容して、平均パケット転送時間がその許容値γを超えない範囲で、予備面のFSR値と設置能動型カプラ数D’を最小化するものである。
上記構成にすれば、予備面の集約ノード数を大きく低減し、低コストで信頼性の高いAWG−CCA網を形成させることができる。
2)能動型カプラ数D’を最小化した値にしなくても、現用面で同一の能動型カプラに収容されているノードから送出されるトラヒックのみに予備面を構成することによっても、十分に低コストで高い信頼性を持たせることができる。これは、送出されるトラヒックのみに予備面を構成することが、『一度の障害で予備面に流れるトラヒックのみに着目して予備面を構成する』という意味にとれば、上記の能動型カプラ数D’を最小化した場合と同一の効果を持つことになる。
この場合には、現用面で同一の能動型カプラに収容されているノードから送出されるトラヒックのみに予備面を構成し、その予備面ネットワークを一定期間持続させる。継続する期間は、静的なトラヒックを想定して設計するので、週といった予想される周期変動を十分に収容できるように過剰にトラヒック量を見積って設計することになる。そのような意味では、1年といった期間で、増設処理を行うことになると思われるので、同一の構成が維持される期間は、1年程度と予想される。
As described above, in the present invention, 1) a spare surface configuration method for an AWG single-hop WDM network configured such that a plurality of nodes are aggregated by a coupler and connected to an AWG that is a hub node. When an active coupler is provided with a packet collision avoidance mechanism that passes only the packet that first arrived at the coupler when the coupler is idle on the channel and blocks other packets, it is installed on the working surface. A maximum of M nodes accommodated in each of the active couplers are equally accommodated in D ′ active couplers installed on the spare surface so that the average packet transfer time does not exceed the allowable value γ. The FSR value of the spare surface and the number D ′ of installed active couplers are minimized.
With the above configuration, it is possible to greatly reduce the number of aggregated nodes on the spare surface and form a highly reliable AWG-CCA network at low cost.
2) Even if the number of active couplers D ′ is not minimized, it is sufficient to configure a spare plane only for traffic transmitted from nodes accommodated in the same active coupler on the active plane. High reliability can be provided at low cost. This means that if the spare surface is configured only for the traffic to be sent out, the number of active couplers described above means that “the spare surface is configured focusing on only the traffic that flows to the spare surface with a single failure”. This has the same effect as when D ′ is minimized.
In this case, a spare plane is formed only for traffic transmitted from a node accommodated in the same active coupler on the active plane, and the spare plane network is maintained for a certain period. Since the continuous period is designed assuming static traffic, it is designed by estimating the amount of traffic excessively so that an expected periodic fluctuation such as a week can be sufficiently accommodated. In that sense, it is assumed that the expansion process will be performed in a period such as one year, so the period during which the same configuration is maintained is expected to be about one year.

AWG−CCA網の構成図である。It is a block diagram of an AWG-CCA network. 本発明の一実施形態に係るネットワークのシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of a network according to an embodiment of the present invention. 複数CPCAが故障する確率と要求MTBFの特性図である。FIG. 11 is a characteristic diagram of a probability that a plurality of CPCAs fail and a required MTBF. 本発明の予備面の構成図である。It is a block diagram of the reserve surface of this invention. 現用面の設置能動カプラ数の特性図である。It is a characteristic view of the number of active couplers installed on the working surface. 現用面のFSRの特性図である。It is a characteristic view of FSR of the working surface. 予備面の設置能動カプラ数の特性図である。It is a characteristic view of the number of active couplers installed on the spare surface. 現用面と予備面のFSRの特性図である。It is a characteristic figure of FSR of an active surface and a reserve surface. 現用面と予備面の所要トランシーバ数の特性図である。It is a characteristic figure of the required number of transceivers of an active surface and a spare surface. 予備面の相対コストの特性図である。It is a characteristic view of the relative cost of a reserve surface.

符号の説明Explanation of symbols

100:現用面設計情報入力装置
101:予備面設計装置
102:予備面設計情報出力装置
POP:Point Of Presence
AWG:Arrayed−waveguide grating
CP:カプラ
SP:スプリッタ
11〜TDM:トランスミッタ
11〜RDM:レシーバ
Node:ノード
SOA:2値光スイッチ素子
Tap:タップ
Phto detector:光検出器
Demux:波長分離装置
Mux:波長多重分離装置
gate contrpller:ゲート制御装置
100: Active surface design information input device 101: Preliminary surface design device 102: Preliminary surface design information output device POP: Point Of Presence
AWG: Arrayed-waveguide grating
CP: Coupler SP: splitter T 11 through T DM: Transmitter R 11 to R DM: Receiver Node: Node SOA: 2 binary optical switching element the Tap: Tap Phto detector: photodetector Demux: wavelength separation device Mux: Wavelength demultiplexer gate controller: gate control device

Claims (8)

複数のノードをカプラで集約し、ハブノードであるAWGに接続する構成のAWGシングルホップWDMネットワークの予備面構成方法であって、
各波長チャネル上で前記カプラが空き状態であるときに最初に該カプラに到着したパケットのみを通過させ、他のパケットをブロックするパケット衝突回避機構を付与した能動型カプラを用い、
現用面で同一の能動型カプラに収容されているノードから送出されるトラヒックのみに予備面を構成することを特徴とするAWGシングルホップWDMネットワーク予備面構成方法。
A standby plane configuration method for an AWG single-hop WDM network configured to aggregate a plurality of nodes with a coupler and connect to a hub node AWG,
Using an active coupler with a packet collision avoidance mechanism that passes only packets that first arrive at the coupler when each coupler is idle on each wavelength channel and blocks other packets,
An AWG single-hop WDM network spare plane configuration method, wherein a spare plane is configured only for traffic transmitted from a node accommodated in the same active coupler on the active plane.
請求項1に記載のAWGシングルホップWDMネットワーク予備面構成方法において、
前記現用面に設置されたD個の能動型カプラにそれぞれ収容される最大M個のノードを、予備面に設置するD’個の能動型カプラに均等に収容し、
平均パケット転送時間がその許容値γを超えない範囲で、予備面のFSR値と設置能動型カプラ数D’を最小化することを特徴とするAWGシングルホップWDMネットワーク予備面構成方法。
The AWG single-hop WDM network spare surface configuration method according to claim 1,
A maximum of M nodes respectively accommodated in the D active couplers installed on the active plane are equally accommodated in the D ′ active couplers installed on the spare plane;
An AWG single-hop WDM network spare plane configuration method characterized in that the FSR value of the spare plane and the number of installed active couplers D ′ are minimized so long as the average packet transfer time does not exceed the allowable value γ.
請求項1に記載のAWGシングルホップWDMネットワーク予備面構成方法において、
前記現用面で異なる能動型カプラに収容されているノード間では、予備面のD’個の能動型カプラを共有して使用することを特徴とするAWGシングルホップWDMネットワーク予備面構成方法。
The AWG single-hop WDM network spare surface configuration method according to claim 1,
The AWG single-hop WDM network spare plane configuration method characterized in that D ′ active couplers on the spare plane are shared between nodes accommodated in different active couplers on the active plane.
各波長チャネル上で前記カプラが空き状態であるときに最初に該カプラに到着したパケットのみを通過させ、他のパケットをブロックするパケット衝突回避機構を付与した能動型カプラを用い、複数のノードをD個の該カプラまたはスプリッタで集約し、ハブノードであるAWGに接続する構成の現用面ネットワークと、
前記現用面ネットワークで同一の能動型カプラに収容されているノードから送出されるトラヒックのみに構成された予備面ネットワークとを有することを特徴とするAWGシングルホップWDMネットワークシステム。
When the coupler is idle on each wavelength channel, only the first packet arriving at the coupler is allowed to pass, and an active coupler provided with a packet collision avoidance mechanism that blocks other packets is used. A working network configured to be aggregated by the D couplers or splitters and connected to an AWG as a hub node;
An AWG single-hop WDM network system, comprising: a backup plane network configured only for traffic transmitted from nodes accommodated in the same active coupler in the active plane network.
請求項4に記載のAWGシングルホップWDMネットワークシステムにおいて、
前記各ノードは、2値スイッチ素子により正常時には現用面ネットワークのみにパケットを送出し、
障害検出を常時実施し、障害検出時には、現用面ネットワークを予備面ネットワークに切り替え、現用面と予備面ネットワークの両方でパケット受信を常時行い、現用面ネットワークが正常な場合には予備面ネットワークを経由してパケットを受信したとき、現用面ネットワークを経由してACKを返送することを特徴とするAWGシングルホップWDMネットワークシステム。
In the AWG single hop WDM network system according to claim 4,
Each of the nodes sends out a packet only to the working surface network at the normal time by the binary switch element,
Failure detection is always performed, and when a failure is detected, the working network is switched to the backup network, packet reception is always performed on both the working network and the standby network, and if the working network is normal, the backup network is routed. When the packet is received, an AWG single-hop WDM network system returns an ACK via the active network.
請求項4に記載のAWGシングルホップWDMネットワークシステムにおいて、
前記現用面ネットワークのD個のノードグループが予備面ネットワークではD’個のパケット衝突回避機構を付与した能動型カプラとスプリッタを共用することを特徴とするAWGシングルホップWDMネットワークシステム。
In the AWG single hop WDM network system according to claim 4,
An AWG single-hop WDM network system in which D node groups of the active network share a splitter and an active coupler provided with D 'packet collision avoidance mechanisms in the backup network.
請求項4に記載のAWGシングルホップWDMネットワークシステムにおいて、
前記予備面ネットワークのD’個のパケット衝突回避機構を付与した能動型カプラとスプリッタを、現用面ネットワークで異なる能動型カプラに収容されているノード間で共有することを特徴とするAWGシングルホップWDMネットワークシステム。
In the AWG single hop WDM network system according to claim 4,
An AWG single-hop WDM, in which an active coupler and a splitter provided with a D ′ packet collision avoidance mechanism of the backup plane network are shared among nodes accommodated in different active couplers in the active plane network. Network system.
請求項4に記載のAWGシングルホップWDMネットワークシステムにおいて、
前記予備面ネットワークのAWGに、外部トラヒックの送受信を行うPOPも収容することを特徴とするAWGシングルホップWDMネットワークシステム。
In the AWG single hop WDM network system according to claim 4,
An AWG single-hop WDM network system, wherein a POP that transmits and receives external traffic is accommodated in the AWG of the backup network.
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