JP2005515735A - 電気データネットワーク - Google Patents

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Abstract

単一の装置として統合または一体化されることになるフォトニックネットワークとデータパケットベースネットワークを組み合わせるための方法及びオペレーティングアーキテクチャの改良であり、共通ソフトウエア制御プレーンを有し、そのような組み合わされたネットワークの利用度、具体的には、光路のデータフロー容量の利用度の向上を可能にする。

Description

本発明は、フォトニックすなわち光スイッチ構造(OSF：光スイッチファブリックともいう)ネットワークとパケットベースの電気スイッチ構造(ESF：電気スイッチファブリックともいう)ネットワークを組み合わせて利用することに関し、特に、複数の及び個別の制御機構及びプロトコルが、ESFノード及びOSFノードを動作させるために使用される現在のデータネットワークにおける動作上の非効率性のいくつかを除去することに関する。本発明は、現在のESFネットワークとOSFネットワークの構成及び動作を複数の制御レイヤから、単一の一体化されたノードソリューションとして表されることができる１−レイヤ共通ソフトウエア制御プレーンに変換する適切なソフトウエアアルゴリズムをハードウエアアーキテクチャに提供することによってパケットベースのネットワークとフォトニック（光）ネットワークを組み合わせる。この新規なソリューション（解決策）は、本発明を使用することにより、ネットワークのオペレータが光路機能をより効率的に使用できることからコスト上の利益をもたらすことができる。
今日、電気データネットワークは、ATMネットワーク用のATMスイッチ、フレームリレーネットワーク用のフレームリレースイッチ、及び、種々の他の電気データパケットスイッチング技術などのような同種の装置からなるいくつかのレイヤ（層）に分割されている。そして、個別のフォトニック交差接続すなわち光交差接続は、光線のみを用いるネットワーク（optical light-only network）用にも使用される。これらのOSF及びESFネットワークは、独立して動作し、かつ、独立して管理される。
現在のオペレーションは、ネットワークを介してデータトラフィックを送るための最適な経路を決定するために最短パス優先アルゴリズム（Shortest Path First algorithm：SPFアルゴリズム）を用いる。SPFアルゴリズムは、また、Dijkstraアルゴリズムとも呼ばれる。計算の目的で、データネットワークは、コンピュータノードと、コンピュータノードを互いに直接接続する光ファイバリンクのようなインターフェースリンクとからなる。あるいは、インターフェースリンクは、フォトニックネットワークを接続する光ファイバリンクであってもよい。しかしながら、フォトニックネットワーク（OSF）は、現在のところ、電気データネットワーク（ESF）の制御アルゴリズム（すなわち、SPF）に対して完全に透過であり、それを意識することはない。
しかしながら、電気データネットワークのアルゴリズムの基礎となるのは、「リンク」の概念である。SPF制御アルゴリズムの目的はコストを最小限にすることである。例えば、入口側ノードから出口側ノードまでの間にデータが通らなければならないホップまたはリンクの数を最小限にすることである。ホップ以外のメトリックス（基準）を使用することもできる。しかしながら、リンク情報は、実際のところ、コンピュータネットワーク内のノード間を制御情報として伝送される情報のエッセンスである。SPFアルゴリズム（OSPF、ISIS、PNNIなど）は、細部は異なるとしても、全て同様に動作する。SPFアルゴリズムは、例えば、McQuillan 他による「The New Routing Algorithm for the Arpanet」（IEEE Transactions on Communications, May 1980）に記載されているように、1970年代後半にARPANETに最初に実装された。これらのアルゴリズムの基本的な機能は、装置に含まれる各リンクのステータスの要約情報をホップ毎に分配することである。ネットワーク内の各ノードからのすべての要約情報を全て収集したものは、「リンク状態データベース」に集められる。SPFアルゴリズムは、このデータベース上で実行されて、この結果、計算を行うノードからネットワーク上の他の全てのノードへの距離情報（または情報伝達距離）が最小限になる。実際に、ネットワーク内の各ノードがこの計算を行う。
最近、SPFタイプアルゴリズムの能力を強化するために、タイプ／長さ／値（TLV）の概念が、OSPF-TEのような標準に導入された。これは、例えば、現在進行中の「IETF-draft-ietf-ccamp-ospf-gmpls-extensions-00.txt, OSPF Extensions in Support of Generalized MPLS」（2001年９月）に記載されている。TLVは、Traffic Engineeringのようなネットワークのいくつかの強化された能力に関連する情報を運ぶこれらのプロトコル内の標準的なメッセージに追加される。これらのTLVは、例えば、最大のかつリンク上で実際に使用される帯域幅を含む情報を運ぶことができる。この情報を用いて、トラフィックの転送決定をなすときに、距離を含む、帯域幅や他の通常のコストを考慮する必要に応じてSPFアルゴリズムを修正することができる。基本的なSPF構造は変更されないが、強化はされる。
他のアルゴリズムと同様に、SPFアルゴリズムの働きを例示する動作に関するいくつかの重要なコンセプトがある。たとえば、トラフィックは、同じノードとリンクの組み合わせには入らず、また、それから出ることはない。これは、SPFに関する限り、最適な動作を生じさせるものではない。
これらの手順の大部分は、インターネットプロトコルを専門に扱う標準化団体である上記のInternet Engineering Task Force(IETF)によって、定義されているか、または、定義されつつある。現在の努力のいくつかには、進行中のIETF-draft-katz-yeung-ospf-traffic-01.txt, Traffic Engineering Extensions to OSPF（1999年10月）や、現在進行中のIETF-draft, draft-ietf-mpls-rsvp-lsp-tunnel-05.txt, RSVP-TE: Extensions to RSVP for LSP Tunnels（2000年2月）、さらに、上記の2001年9月のものといった進行中の作業がある。
そのような電気データ通信ネットワークが、光学的フォトニック光通信ネットワークリンクと共に用いられる場合には、前述したように、例えば、ネットワーク（電気的及び光学的）の各々のタイプは、それ自体の個別かつ同種の共通の制御プロトコル及びレイヤを有する。しかしながら、ESFとOSFの間の境界が一つになると、共通プロトコルのさらに第３の組またはレイヤが現在のところ必要となる。
一方、本発明の根底にある意図は、ESFとOSFをもやは別個の装置としてではなく１つの一体化ノードとして扱うことであり、現行の制御アルゴリズムは、そのようなノードが、２つの別個の独立した装置としてではなく、１つの装置として動作しているように見える、すなわち、それらが１つの「ボックス」すなわち装置として管理されるように、OSFスイッチング容量（能力）とESFスイッチング容量（能力）を一体化するように変更される。
「The New Routing Algorithm for the Arpanet」（IEEE Transactions on Communications, 1980年５月）、McQuillan 他著。 IETF-draft-ietf-ccamp-ospf-gmpls-extensions-00.txt, OSPF Extensions in Support of Generalized MPLS（2001年９月） IETF-draft-katz-yeung-ospf-traffic-01.txt, Traffic Engineering Extensions to OSPF（1999年10月） IETF-draft, draft-ietf-mpls-rsvp-lsp-tunnel-05.txt, RSVP-TE: Extensions to RSVP for LSP Tunnels（2000年2月）
「発明の目的」
したがって、本発明の主な目的の１つは、共通のソフトウエア制御プレーンまたはレイヤを用いて、光学的（フォトニック）装置及びデータ（パケットベースの）装置を単一の一体化されたノードとして組み合わせ、これによって、前述した複数レイヤによる個別制御の制限を除去するために、オペレーティングアーキテクチャが強化された新規で改良された方法及びシステムを提供することである。
本発明のさらなる目的は、上記のような新規な技術を提供し、十分に利用されていない光路（または過少にしか利用されていない光路。以下同じ）を決定して、そのような光路に追加のデータを挿入することにより、そのような十分に利用されていないが利用可能な光路のデータフロー能力に沿ったデータフローの利用度を増加できるようにすることである。
本発明のさらに他の目的は、電気スイッチ構造(electrical switch fabric)からの電気的データパケット、または、光スイッチ構造（optical switch fabric）におけるさらに別の光路のいずれかから、十分には利用されていないこの光路への追加データを提供することである。
さらに他の目的については、本明細書で説明するが、それらは、特許請求の範囲により十分に記載されている。
「発明の概要」
ここで、より一般的な側面の一つから要約すると、本発明は、組み合わされた光データ−電気データスイッチ構造（光データ−電気データスイッチファブリック）システムにおいて、光スイッチ構造（光スイッチファブリック）を通る光路の利用可能なデータフロー容量をより十分に利用する方法を含む。この方法は、フォトニックデータパケットを光スイッチ構造内の所定の光路に沿って伝送させるステップと、他のデータパケットを別個のデータフロー経路に沿って伝送させるステップと、所定の光路がその利用可能なデータフロー能力において十分に利用されていない時間と、その所定の光路に別個のデータフロー経路から追加のデータを挿入する必要度（望ましさ）とを決定するステップと、上記所定の経路に沿ったフォトニックデータパケットのフローを電気スイッチ構造に向けて送り、そのデータパケットを電気データパケットに変換するステップと、変換された電気データパケットを、電気データパケット形式で現れる上記他のデータパケットに結合するステップと、結合された電気データパケットをフォトニックデータパケットフローに変換するステップと、結合され変換されたフォトニックデータパケットを、光スイッチ構造の上記所定の光路に沿って送るステップを含む。
より具体的には、本発明は、ブリッジカードと呼ばれる種々のハードウエア構成要素（これらは全て共通制御プレーンと呼ばれる単体のソフトウエアによって制御される）によって接続された、電気スイッチ構造（ESF）能力と光スイッチ構造（OSF）能力を組み合わせる。しかし、ネットワーク内の装置を表すために使用されるアルゴリズムは、ネットワーク内の「リンク」としてブリッジカードを表わすことはせず、それらのカードは「変換要素」として使用される。これによって、装置は、２つの別個の要素としてではなく、ネットワーク内の単一のエンティティとして見られることが可能になる。このように２つの別個のスイッチング要素を単一の装置に組み合わせることにより、コストの節約が可能になり、光学的構成要素と電気的構成要素の両方を管理するのに必要な制御アルゴリズムを単純化する、両方の要素用の単一の制御コンピュータを使用することが可能になる。
従来技術では、OSFの全ての光学的環境におけるトラフィックは、トラフィックの内容を検査することなく、光学ポートから光学ポートへと伝送される。これがいわゆる前述のフォトニックスイッチングである。同様に、ESFノードの場合は、トラフィックは、電気的ポートから電気的ポートへ伝送されるが、このトラフィックは検査される。さらに、トラフィックは、変換要素を使用することにより、電気的ポートからフォトニックネットワークへ入ることができ、その逆も可能である。これらのトラフィックフローは、本発明の場合にもかなり標準的なアプリケーションである。
しかしながら、本発明は、新規かつ重要な他のトラフィックパターンを提供する。光フローが、電気的ポートから出るのではなくて、変換要素の一つを介してESFで終端されるときは、そのトラフィックを、電気的ポートからの他の電気トラフィックと結合して、光路（１つまたは複数）の利用可能なデータフロー能力を使用するためにその光ネットワークに送り戻すことができる。これは、さらに詳細に後述するように、ネットワークの利用度を高めるだけでなく、動作（オペレーション）に関するコストを低減し、管理のしやすさを改善する。
好適な実施形態及び最良モードの実施形態についても説明される。
本発明を添付図面を参照して以下で説明する。
「本発明の好適な実施形態の説明」
本発明の例示的な実施形態の説明に進む前に、通信のためにESF装置とOSF装置を組み合わせる現在の及び従来の使用形態と本発明の実施形態との差違を明瞭にするために、簡単なレビューをしておくことが有益であろう。
前述したように、電気スイッチ構造と光スイッチ構造を単に組み合わせるだけでは共通ノードは生成されない。電気スイッチと光スイッチは、I/Oカードとスイッチ構造の性質が異なることを除いては同様のアーキテクチャを有する。全体システムの管理のために制御プロセッサが存在する。ESFには、あるI/Oカードから別のI/Oカードへデータパケットを移動させる責任がある。I/Oカードは、また、光信号を電気信号に変換し、次に、そのデータの内容を処理する責任がある。パケットリンクは、あるスイッチングノードを別のスイッチングノードに接続する光リンクである。光スイッチの場合、I/Oカードは完全に光学的なものとすることができ、光をあるポートから別のポートに移動させることができる。あるいは、それらは、性能測定及びエラー処理機能のために光を電気信号に変換することができ、これらの両方を、完全に光領域で行うことはできない。
現在のところ、ESFシステムノードとOSFシステムノードが通信のために接続されると、図１の一般的な構成が生成される。このようなデュアル（２）ノード構成の場合は、光リンクは、２つのシステム間を相互接続する共通の手段である。各々のシステムは、それぞれ異なる機能を有する各システム自体のI/Oカードを有し、各々のシステムは、システム管理用の各システム自体の制御プロセッサを有する。光ファイバまたは外部イーサネット（不図示）の一方を使用する外部リンクを、制御プロセッサ通信のために使用しなければならない。しかし、このタイプの通信は、様々なシステムの複雑性の影響を被る。先ず、信頼性のある通信を可能にするためにプロトコルを考案しなければならない。次に、１つのプロセッサにおけるソフトウエアの更新を、他のスイッチと共にプロトコルに関して十分に試験しなければならないが、これは、ネットワークのコストとオペレーションに追加の負担を課することになる。
しかしながら、本発明の統合化されたまたは一体化されたアーキテクチャによれば、光学的能力（OSF）と電気的能力（ESF）を結合する共通の要素はもはや光リンクではなく、それは、図２のＢに示すようなブリッジカード（または論理的には変換要素）である。ブリッジカードは、両方のタイプの構造と直接にインターフェースすることができる。さらに詳細に後述するように、１つの制御プロセッサCPだけが必要とされ、それは、標準的なやり方で両方のエンティティを管理することができる。ブリッジカードは電気的処理（図２の従来の「パケット処理」）に基づいており、それらは、標準的な電気インターフェース特性を有する。これは、ブリッジカードをOC48、SONET/SDH、OC192 SONET/SDH、Gigabitethernet（ギガビット・イーサネット）等とすることができることを意味する。カードのタイプは、前述したようにTLVにおいて伝送される「変換要素」として本明細書で定義される論理的な側面の一部を規定する。
本発明の好適な実施形態または最良モードの実施形態の開示に進む前に、図１のパケットスイッチ（ESF）と光スイッチ（OSF）の現在の個別制御とそれらの間の現在の通信技術について幾分詳しくレビューし、次に、それらと、図２に示すような、本発明の統合されたまたは一体化されたスイッチ装置技術全体とを対比することが有益であろう。
「従来のパケット、光スイッチの動作、及び、現行のそれらのデュアルノード相互接続」
マルチプロトコルラベルスイッチング（Multiprotocol Label Switching：MPLS)及び非同期転送モード（ATM）に基づくような現在のパケットネットワークは、光伝送ネットワーク（optical transport network）上で動作することができるが、それらは、２つの全く異なりかつ独立なネットワーク、すなわち、回線交換光ネットワーク（circuit switched optical network）OSFとパケット交換ネットワーク（ESF）として動作する。それぞれのネットワークは、同種の装置を使用して構築される。例えば、ATMネットワークは、ATMスイッチ等を使用して構築される。そのような２つの異種のネットワーク装置が互いに接続されるときには常に、それらの間のリンクは、外部接続機構として扱われ、そのリンクは、現在のトポロジ発見アルゴリズム（topology discovering algorithms）ではそのように表現される。さらに、これらのデュアルネットワークは、２つの異なる管理プレーンを含み、それゆえ、かなりの複雑性を有する。
光ネットワークは、光路の接続性を提供するだけであり、どのようなタイプのトラフィックがその光路内を伝送されるかは意識しない。
一方、パケットネットワークは、パケットスイッチのネットワークであり、これらのスイッチは、他のパケットスイッチに対する接続性を引き受けるが、どのような種類（光かまたはその他のもの）の接続性が存在しうるかについて関心はなく、また、それについて意識することもない。これらの結果、光ネットワークは、パケットトラフィックの全体的な要求に基づいて配置される。しかし、各光ノードは、光の伝送（光フロー）をできるだけであり、したがって、波長のなんらかのパッキングを実行することはできない。
たとえば、図６に示す構成について検討する。図では、ノードＡ、Ｂ、Ｃ及びＤは、全て、２つの波長（各々は、双方向リンクとみなされる）を介してＥに接続されている。各方向における各波長の容量を１ユニットとする。この例では、ＡからＣへ0.5ユニットのパケットトラフィックが要求され、ＢからＣへ0.5ユニットのパケットトラフィックが要求されているとする。Ｅが、現在市場で入手可能な従来の光ノードであれば、ノードＥは、到来する波長を出てゆく波長に切り換えることができるだけであろうし、何がその波長を介して伝送されているかについては知ることができない。したがって、ＡとＣは１つの波長を使用して接続され、ＢとＣは１つの波長で接続され、図７に示す構成が結果として生成されるであろう。ＥからにＣ向かう両方の波長は使い果たされている。しかし、これは効率が悪い。なぜなら、２つの波長が、ＥとＣの間の全トラフィックの１ユニットだけのために使い果たされるからである。したがって、ＤとＥの間の0.5ユニットの帯域に対する新たな要求がなされた場合には、この接続は拒否される。なぜなら、ＥとＣの間には利用可能な波長がないからである。
さらに、２つの異なるタイプ（ESFとOSF）の装置を単に組み合わせるだけでは、標準的なネットワーキングアルゴリズムによって使用されるような共通ノードを生成するには実際のところ十分ではない。図１に示すように、２つの能力（電気的及び光学的）を含むボックスを共に「ボルト留めする」ことができるが、今日においてそのようなネットワークに配置される現行のアルゴリズムは、このタイプの装置を単一の統合化されたまたは一体化されたノードとして扱うことはできず、したがって、上述の効率を得ることはできないであろう。前述した例、及び、特に図９の実施形態に関連してより詳細に後述する例では、データトラフィックは、ESFに送られ、それから、OSFに戻される（図４においてフローＡとして示されているように）、が、この例は、SPF内では許容されないであろう。なぜなら、一番短い経路はフローＢだからである。したがって上部のノードは無関係である。
図５のダイヤグラムＡは、それぞれパケット対応可能なインターフェースと波長対応可能なインターフェースを有する電気（ESF）スイッチ構造と光（OSF）スイッチ構造からなるハイブリッドスイッチを示す。これらの各々の従来の同種の装置では、電気的交差接続は、周知のように、それのパケット対応可能なインターフェース間でパケットを交換する（切り換える）ことができ、光交差接続は、周知のように、それの波長対応可能なインターフェース間で波長を交換する（切り換える）ことができ、これらは全て単一のハイブリッド装置内にある。
ダイヤグラムＡの典型的な従来の環境では、パケットは、パケットリンクに到来して、他のパケットリンクに伝送される。OSFの場合は、光はあるポートに到来して他のポートに伝送される。従来のソリューションでは、これらは個別のボックスであり、リンクはESFボックスとOSFボックスの間に設けられる。ESFは、それのSPF能力におけるパケットリンクとしてそのリンクを見、一方、OSFは、そのリンクを光リンクとして見るであろう。従来の場合、OSFは、それのいかなる接続もパケット接続として見ることはなく、ESFは、それのリンクをパケットリンク以外のものとして見ることはないであろう。
したがって、制御アルゴリズムにおける新規な方法を導入する必要がある。この方法は、SPFのルールに違反しないものの、光データフロー経路の利用が不十分であることが決定されると、光トラフィックを光領域から電気領域に向け直し、そこで、電気領域に変換して、さらに、電気領域内の他のデータトラフィックと組み合わせるかまたは結合し、次に、フォトニックデータに変換して、光領域に挿入し戻して光フローを追加して、こうして、それの能力をよりよく利用できるようにする。現行のアルゴリズムに対するこれらの拡張は、本発明の方法論及びソフトウエアの一部を表すものであり、以下に説明する。
このネットワーク能力の不十分な利用は、さらに、光ネットワークが、パケットネットワーク要求について知らないか、または、それ自体の不十分に利用されているデータフローについて知らないという点において、現在のところ未知である。
「本発明の統合されたまたは一体化されたESF-OSFノード」
図５のダイヤグラムＡを参照して前述した、この伝統的な現行のESF-OSFノードのハイブリッドリンキングと、本発明の統合されたまたは一体化されたノードの概念との比較及び対比において、図５のダイヤグラムＢに示す媒体変換要素技術に注意が向けられる。これは、電気的データスイッチ構造と光学的データスイッチ構造という２つの異なるタイプのスイッチ構造の間でデータ伝送を可能にするものである。
本質的には、光波長対応可能なインターフェースは、そのような変換要素を介してESFに接続されることができ、このため、あらゆる実際上の目的のために、パケット対応可能なインターフェースになることができる。結果として、本発明によれば、波長対応可能なインターフェースを光スイッチ構造のスイッチング要素を単に制御することにより（ハードウエアのアップグレードや物理的な再構成をすることなく）ESFに接続し、またはESFから切り離すことができる。そのような能力は、変化するトラフィック要求、さらには、利用可能な光路リソースのより十分な利用に迅速に対応するために、基盤をなすネットワークの論理的トポロジーをこれまでになく柔軟に変化させることができる。
SPFアルゴリズムの観点からは、変換要素内で終端する光リンクは、このように、電気的部分への転送リンクとして使用されることができ、同様に、電気リンクは、今や、トラフィックを変換要素、したがって、光リンクに転送することができる。変換要素内で終端しない光リンクは、依然として、光路を厳密に担持する（運ぶ）ことができ、SPF計算ではそのように扱われる。
したがって、本発明は、リンクを「光リンク」から「電気リンク」に、及び、その逆に変換することを可能とするそのような「変換要素」を使用することにより、２つのネットワークを結合する処理を行う。
本発明は、したがって、そのような「変換要素」と適切なアルゴリズムを使用することにより、パケットと光接続の両方を処理することが可能なハイブリッドノードを生成する。そのような変換要素を使用することにより、光ネットワークを、パケットトラフィックの要求に対してより良好に最適化し、不十分な利用を改善することが可能となる。
したがって、本発明の変換要素は、所与のノードの異なる部分（電気的スイッチング構造と光学的スイッチング構造など）を接続し、ある領域から別の領域にデータを変換できるようにするメカニズムである。そのような変換の一例は、一方の端部で電気データパケットを取り入れ、他方の端部で光を出力する（その逆も可能）ものである。他の類似の変換機能も思い浮かべることができる。例えば、１つのノードに存在する波長変換器は、変換要素の別のタイプのものである。さらに、変換要素は、パケットトラフィックをルーティング（経路指定）して送り出す知能（インテリジェンス）を有する。例えば、変換要素は、波長内に符号化されたデータを取得し、電気領域のパケットを出力することができる。このルーティング知能は変換要素内に組み込まれており、次にパケットをどこに送るかを決定することもできる。
変換要素によって提供される能力は、さらに、ノード内部のものであり、現在のところ、ネットワーク内の他のノードに知られることができない。これとは対照的に、本発明によれば、後述するように、新規なTLVタイプのメッセージが提供され、これは、ノードがその変換要素に関する情報を他のノードに通知または広告できるようにするものである。
標準的なパケット及び光インターフェースに関して変換要素により提供される能力は、帯域エンジニアリングデータベース（Bandwidth Engineering Database）と呼ばれる共通のデータベースに格納されるが、このデータベースは、したがって、パケットリンクと光リンクについても知っている。
パケット及び光ネットワークトポロジーを知るためのルーティングアルゴリズムを使用することにより、さらに、ネットワークの使用をより最適なものにすることができる。この最適化を可能にする物理的装置を提供する変換要素を用いることにより、パケットスイッチを、全ての光ノードとともに用いる必要はない（または、全ての光ノードに配置する必要はない）。
さらに、本発明によって提供されるルーティングプロトコルに対するこれら提案された拡張によれば、光ノードは、どのような種類のトラフィックが光接続を介して伝送されているかを知ることができるようになる。しかしながら、それらは、依然として波長をスイッチ（切り換える）ことができるだけである。本発明の重要な利益は、ハイブリッドノードを生成することであり、この場合、変換要素は、パケット処理能力を光交差接続として同じネットワーク要素上に提供することができ、これによって、そのネットワーク要素は、パケットレベルにおいてまたは波長としてトラフィックを処理することができる。波長のパッキングの観点から意味のあるものに依存してこの選択をなすことができる。
図７を参照して前述した例では、ノードＥには、そのようなパケット処理能力が提供され、また、ノードＥは、変換要素も有する。ＥとＣの間において２つの波長を浪費する代わりに、２つの到来する波長を図８に示すパケット処理モジュールで終端して、単一の波長でＣに送ることができる。
したがって、１つ少ない波長が、同じ組をなす接続を構築するのに使用される。
ルーティングアルゴリズムは、今日では、ノード間の接続またはリンクを通知できるようにするために使用される。本発明は、さらに、「変換容量」などのノード内部の属性を通知するというコンセプトを導入し、これによって、ネットワークのより良好な最適化を可能にする。後述する本発明の新規なTLVは、ノードが、ネットワーク内の他のノードにその内部属性を通知できるようにし、例えば、光路の利用が不十分であること（または不十分に利用されている光路）を判定できるようにする。
本発明の変換要素を使用することにより、さらに、顧客の要求にしたがってノードを別様に構成することができるようになる。同じボックスを、例えば、Ｎ個の電気リンク、Ｍ個の光リンク及びＣ個の変換要素を有する１つのノードとして、また、（Ｎ＋Ｃ）個の電気リンク及び（Ｍ−Ｃ）個の光リンクを有する１つのノードとして構成することができる。
他の例として、ノードが外部光リンクだけを有している場合には、変換要素と電気スイッチ構造を使用することにより、光ノードを「インテリジェント（知性あるもの）」にすることができる。たとえば、ネットワーク内のノードが、特定の接続がパケット接続であるということを知っている場合には、それらのノードは、波長をより好適にパックするために光ノードにおける変換要素を使用することできる。したがって、変換要素を使用することにより、共通制御プレーンの統合機能が提供されることに加えて、光ノードにインテリジェンスが提供され、かつ、光ノードをして、それが伝送するパケットトラフィックのニーズに、より好適に適合するようにそれの構成を適応させることができるようにする。本発明のこの特徴がなければ、光ノードは、波長の粒状部を除いて、パケットトラフィック要求を感知できない。
この情報がネットワーク内をどのように伝送されるかについて、トポロジー通知プロトコルの基準としてOSPF-TEプロトコルを使用する新規なTLVの以下の例において示す。影付きの部分は、プロトコルの一般的な部分であり、残りの領域は、本発明の変換要素のTLV表現を記述している。
Figure 2005515735
Figure 2005515735
この例では、変換要素に関する情報は、上記表に示すTLV構造を使用してSPFプロトコルによって通知される。前述したように、OSPF-TEのような既存の標準によって、（リンクとして知られている）ノード間接続を、ノード間に通知することができる。前述したように、本発明は、これとは対照的に、この変換要素のような「ノード内部」情報を通知する。変換要素に関するこのような情報を使用することにより、前述したように、より良好なネットワークの利用が達成され、ルーティングネットワークトラフィックにより大きな柔軟性（フレキシビリティ）が提供される。
上記例のTLVでは、いくつかの新しい属性が提供される。Sub-TLV１、３、４、５、６、９、１４、１６は、それらが現在（今日）のリンクを表すという同じ属性を表す。しかしながら、本発明によって提供される新たな特徴は、以下のとおりである。
・TLV＝１６。この新たなTLVタイプ１６は、「ノード内部」属性を通知するためのものである。
・１つの新しい値がSub-TLV＝１について定義される。Sub-TLVタイプ＝３２は変換要素を表す。
・Sub-TLV＝３２が導入される。このタイプの変換要素は、変換要素の種類、例えば、光から電気への変換、電気から光への変換、波長変換器、Sonetから光への変換、光からSonetへの変換など、を指定する。他のタイプの変換要素を定義することもできる。
・Sub-TLV＝３３もまた導入される。Sonet保護のために、特定の予め決められた変換要素の対だけが、互いを保護することができる。このSub-TLVはこの対を識別し、ある特定の変換要素は、同じ保護対の値を有する変換要素によってのみ保護されることができる。
上に示したSub-TLVのうち、Sub-TLVタイプ１と３２は必須である（及び、所与のTLVにおいて一度だけ生じうる）。なぜなら、これらの２つが、共になって、どのような種類の変換要素が通知されているかを指定するからである。他の全てのSub-TLVはオプションであり、リンク通知に関して現在指定されているものと同じルールに従う。
しかしながら、上記のTLVの表に示す例示的な番号（数）は、前述のIETF標準が進展するに従い変更されることになろう。
「統合されたESF−OSFノードの好適なタイプ」
図９には、本発明の組み合わされた光データ−電気データスイッチファブリック（構造）システムの好適な例が示されている。このシステムは、図２の統合化された構造を用いており、一体化されたノードの光スイッチ構造部分に対して、光路のデータフロー容量のより十分な利用をもたらすという新規な効果を提供するものである。本発明のTLVシステムの情報を使用することによって、光路Ｏはそれのデータフロー能力に関して不十分に利用されているということが判定されており、その光路に沿って伝送させるための追加のデータの挿入に十分対応できるということが想定される。
本発明によれば、光路Ｏに沿って一体化された装置のOSF部分を通るフォトニックデータフローは、Ｏ１に進路を変えられ、電気スイッチ構造部分ESFに向けて送られ、そこで、ブリッジカードＢ１において電気データパケットに変換される。これらのパケットは、ESFのデータパケットフロー経路Ｅに沿って利用可能な他の電気データパケットとＪにおいて結合され、結合された電気パケットは、ＢＥにおいてフォトニックデータ形式に変換され、Ｏ11において光路Ｏに沿って送られる。この光路Ｏは、元のフォトニックデータフロー中に、電気スイッチ構造のデータパケットが追加的に挿入された結果として、今や、十分に利用されている。
以上、本発明を、電気スイッチ構造からのデータパケットを追加することにより光路データフローのパッキング（充填）を改善することに関して説明したが、本発明の根底にある技術は、また、追加のデータがESF以外の他のソース、例えば、図１０に示すような他のフォトニック光フロー経路Ｂから到来する場合にも有用である。図９の光フロー経路ＯのＯ１への転進に関して説明したように、図１０にＯ２で示す第２の光フォトニックデータ経路が同様にＯ２ １においてESFに向け直され、そこで、Ｂ２において、電気パケットデータに変換され、Ｊ１において、光路Ｏの転進された（すなわち、進路を変更された）フォトニックデータ（フローＡ）から変換された電気パケットデータに結合または追加される。Ｒにおけるフォトニックデータ形式への再変換により、経路Ｏの元のフォトニックデータに経路Ｏ２からのフォトニックデータを追加することが可能になり、光路Ｏの利用可能なデータフロー容量をより十分に利用可能になる。
明らかに、光データフロー経路の「パイプライン」のこのような充填を何度も繰り返すことは容易に実行可能であり、その結果、データのやりとりをより効率的に行うことができるようになる。
「好適なブリッジカード／変換要素の実施形態」
最後に、前述したブリッジカード／変換要素の適切な回路詳細について説明する。
本発明の統合されたノードにおいて使用するための好適なブリッジカードアーキテクチャを図３のブロック図で示すが、これは、SONET（ソネット）能力を規定するために模範的に適合されている。もちろん、別の例として、ギガビット・イーサネットを含む他の能力も有用である。
他の点では、このカードアーキテクチャには、ESFコンポーネントとOSFコンポーネントの両方の要素が示されている。ESFに関連するコンポーネントは、入口側パケット処理ブロックと出力側パケット処理ブロックのようなパケットを処理するサブシステム要素を含む。これらの機能は、MPLSラベルルックアップ機能及びラベルスワッピング機能を含むことができ、周知のOSF関連機能は、一例として光トランスポンダーを含む。SONETフレーミング能力は、いずれのドメイン（領域）にも適合する機能である。
図３に示す特定のブリッジカードアーキテクチャの機能ブロックは、ほとんどが、この特定のブリッジカード機能のために利用される標準的なコンポーネントである。電気経路から光経路に関して説明したが、同じ機能の組は、光路から電気経路への逆の方向にも適用される。
図の例では、ESFから到来するデータは、Very Short Reach（VSR：極短距離）光トランシーバを使用して受信され伝送される。これは、極端距離用に使用される低コストの並列レーザアレイを提供する面発光型半導体レーザ（VCSEL）トランシーバアレイ（このように表示される）を使用して実施される（この場合は、ESFへの伝送及びESFからの伝送に使用される）。ESFから到来するデータは、光領域から電気領域にそのポイントで変換される。並直列変換回路（シリアライザ／デシリアライザ）装置（このように表示されている）は、VCSELトランシーバからの電気信号を取得し、それを、次の一連のチップのためにより幅広でより速度の遅い並列インターフェースに向けて送る。
パケットインターフェースは、２つの主な機能を実施する。第１は、パケット処理機能部から／へのデータパケットをバッファリングするためにFIFO機構を提供することである。第２は、VSRインターフェース（TxとRxの両方）を通って伝送されるデータに対してリンクプロトコルを提供することである。リンクプロトコルは、とりわけ、関連するビットストリームからデータパケットを生成し、伝送中に生じたかもしれない物理的なビットエラーをチェックする。
入口側パケット処理部及び出口側パケット処理部は、このシステムに関連するパケットレベルのサービスを提供する。例えば、MPLSヘッダに基づく分類は、入口側パケット処理部において生じる。出力側では、新たなまたは変更されたMPLSヘッダが追加されるであろう。これらは、周知のように、装置の機能に依存する標準的なパケット処理機能である。かかるパケット処理の後に、SONETフレーミング、すなわち、SONETフレームからのパケットデータの挿入または除去が行われる。この装置は、カードの特定のSONETレートに固有のものである。これは、例えば、OC48（2.5G）装置またはOC192(10G)装置またはギガビットイーサネットとすることができる。この機能は、SONETフレーム及び関連するインジケータを生成するだけでなく、適切なレイヤ−２ヘッダを追加または除去するよう作用する。
光トランスポンダーは、より長い距離にわたってデータを伝送するために使用されるシングル（単一）モードレーザを使用する。この時点で、データの電気から光への変換が行われる。これは、実際上、ブリッジカードから光スイッチ構造（OSF）に伝送される外部または出力光信号である。２×２光スイッチが、２つのOSFのうちの１つを選択するために使用される。２つ使用されるのは、冗長（信頼性とアップグレード性）目的のためである。
最後に、図３のコンピュータ・コンプレックスは、カードの管理を行う。このソフトウエア機能は、システム内の他のソフトウエアと共に、電気インターフェースを介してメインプロセッシングソフトウエアに接続された、前述の共通ソフトウエア制御プレーンのための基礎を形成する。
当業者であれば他の変更形態も想到することであろう。他の類似の変換機能を思い付くことが可能である。例えば、ノード内に存在する波長変換器は、別のタイプの変換要素として機能することができる。光データとパケットデータについて説明したが、本発明の同じ変換技術を通信ネットワークの他の組み合わせにも適用することもできる。したがって、そのような及び他の変形態様も、特許請求の範囲において画定される本発明の思想及び範囲内のものであるとみなされる。
現在の技術による電気データパケットスイッチ（ESF）と光またはフォトニックスイッチ（OSF）のインターフェース構成を示すブロック及び回路図である。 図１と類似しているが、本発明によるESFとOSFの新規なノード統合を組み込んだ図である。 図２のシステムに用いるための好適なブリッジカードアーキテクチャのブロック図である。 最も短い経路フローの説明のための線図である。 Ａは、今日の伝統的なハイブリッドESF-OSFスイッチングを示す動線図であり、Ｂは、本発明の方法論によって可能となるESFスイッチングとOSFスイッチングの間の新規なデータ伝送を示す線図である。 現行の光学的構成の動作における制限を示す。 本発明の変換要素技術によるESF-OSFネットワークの組み合わせを示す。 図７の構成により、例えば、相互接続の同じ組をセットアップする際に要求される波長が１つ少ないという有効性がもたらされることを示す。 本発明の技術にしたがって、フォトニックデータに変換されたESFパケットデータをOSFを通る光路に追加することによって、その光路の十分に利用されていないデータフロー容量を追加的に使用する様子を示す。 図９に類似の図であるが、OSFを通る別の光路からの追加のフォトニックデータが、この場合も、本発明の方法論にしたがって、ESFにおける変換能力を使用することにより追加される様子を示す。

Claims (31)

  1. 組み合わせ型光データ−電気データスイッチファブリックシステムにおいて、前記光スイッチファブリックを通る光路の利用可能なデータフロー容量をより十分に利用する方法であって、
    前記光スイッチファブリック内の所定の光路に沿ってフォトニックデータパケットを伝送させるステップと、
    別個のデータフロー経路に沿って他のデータパケットを伝送させるステップと、
    前記所定の光路がそれの利用可能なデータフロー能力において十分に利用されていないときと、前記別個のデータフロー経路からの追加データをその所定の光路に挿入する必要性とを判定するステップと、
    前記所定の光路に沿った前記フォトニックデータパケットフローを前記電気スイッチファブリックに向けて送り、該フォトニックデータパケットフローを電気データパケットに変換するステップと、
    前記変換された電気データパケットと電気データパケットの形式で存在する前記他のデータパケットとを結合するステップと、
    前記結合された電気データパケットをフォトニックデータパケットフローに変換するステップと、
    前記結合され変換されたフォトニックデータパケットを前記光スイッチファブリックの前記所定の光路に沿って送るステップ
    を含む、方法。
  2. 前記他のデータパケットが前記電気スイッチファブリックに入力される電気データパケットであり、それらは、前記光スイッチファブリックの進路を変えられたフォトニックデータから変換された前記電気データパケットと結合され、前記結合された電気データパケットは、フォトニックデータに変換されて、前記所定の光路に加えられ、これにより、前記所定の光路が、前記電気スイッチファブリックの電気データパケットの追加によって追加的に利用されることからなる、請求項１の方法。
  3. 前記他のデータパケットが、前記光スイッチファブリック内の別の光路からのフォトニックデータパケットであって、電気データパケットへの変換の後に、前記電気スイッチファブリックにおいて前記所定の光路の前記進路を変更されたフォトニックデータから変換された電気データパケットと結合され、前記結合されたパケットは次にフォトニックデータに変換し戻されて、前記所定の光路に加えられ、こうして、前記所定の光路が、前記別の光路からのデータが追加されることにより追加的に利用されるようにすることからなる、請求項１の方法。
  4. 前記変換するステップが、前記データパケットのレベルで、または、光波長としてデータトラフィックを処理できるようにするために、データパケット処理能力を前記スイッチファブリックに提供できるようにする、請求項２の方法。
  5. 前記電気スイッチファブリック及び光スイッチファブリックが、共通ソフトウエア制御プレーンにより、パケット接続と光接続の両方を処理する一体化されたノードとして動作される、請求項２の方法。
  6. 前記ソフトウエアは、データトラフィックを、光領域から電気領域に向けて送ることができるようにし、前記データトラフィックを前記電気領域内の追加データトラフィックと組み合わせて、最短経路フローで前記光領域に挿入し戻すことからなる、請求項５の方法。
  7. 前記変換するステップによって、波長対応可能インターフェースを、前記電気スイッチファブリックに接続することができ、該インターフェースは、パケット対応可能インターフェースとして機能することからなる、請求項２の方法。
  8. 前記波長対応可能インターフェースは、前記光スイッチファブリックのスイッチングを制御することにより、前記電気スイッチファブリックに接続され、または、前記電気スイッチファブリックから切り離される、請求項７の方法。
  9. 前記波長対応可能インターフェースは、変化するデータトラフィック要求に対するフレキシビリティ及び光データフローリソースのより良好な利用を提供する、請求項８の方法。
  10. 前記接続するステップは、また、前記パケットトラフィックをルーティングするために組み込み式のルーティングインテリジェンスを利用するステップを含む、請求項２の方法。
  11. 変換するステップが、波長内に符号化されたデータを取得し、前記電気領域内のパケットを出力すると共に、前記パケットが次に何処に送られるかを判定する、請求項１０の方法。
  12. 前記変換に関する情報を他のノードに通知するためにTLVタイプのメッセージを使用する、請求項１１の方法。
  13. どのような種類のトラフィックが、前記光接続を介して転送されているかについて光ノードに知らせる、請求項１２の方法。
  14. 前記変換するステップを使用することにより、前記組み合わせ型システムを、Ｎ個の電気リンク、Ｍ個の光リンク及びＣ個の変換要素を有するノードして、また、（Ｎ＋Ｃ）個の電気リンク及び（Ｍ−Ｃ）個の光リンクを有するノードとして構成することができる、請求項２の方法。
  15. 前記インテリジェンスが、前記光ノードに提供され、該光ノードの構成を、光路に沿って伝送されるパケットトラフィックデータの要求を満たすよう適合できるようにする、請求項１０の方法。
  16. 光スイッチファブリックを通る光路の利用可能なデータフロー容量をより十分に利用するための組み合わせ型光データ−電気データスイッチファブリックシステムであって、
    前記光スイッチファブリック内の所定の光路に沿ってフォトニックデータパケットを伝送させるための入口部と、
    別個のデータフロー経路に沿って他のデータパケットを伝送させるための入口部と、
    前記所定の光路がそれの利用可能なデータフロー能力において十分に利用されていないときと、前記個別のデータフロー経路からの追加データをその所定の光路に挿入する必要性とを判断するための手段と、
    前記所定の光路に沿った前記フォトニックデータパケットフローを前記電気スイッチファブリックへ向けて送り、前記フォトニックデータを電気データパケットに変換するための手段と、
    前記変換された電気データパケットを、電気データパケット形式で存在している前記他のデータパケットに結合するための手段と、
    前記結合された電気データパケットをフォトニックデータパケットフローに変換するための手段と、
    前記結合され変換されたフォトニックデータパケットを、前記光スイッチファブリックの前記所定の光路に沿って送るための手段
    を備える、システム。
  17. 前記他のデータパケットが前記第１の入口部に沿って前記電気スイッチファブリックに入力される電気データパケットであり、それらは、前記光スイッチファブリックの進路を変えられたフォトニックデータから変換された前記電気データパケットと結合され、前記結合された電気データパケットは、前記変換するための手段によってフォトニックデータに変換されて、前記所定の光路に加えられ、これにより、前記所定の光路が、前記電気スイッチファブリックの電気データパケットの追加によって追加的に利用されることからなる、請求項１６のシステム。
  18. 前記他のデータパケットが、前記光スイッチファブリック内の別の光路からのフォトニックデータパケットであって、電気データパケットへの変換の後に、前記電気スイッチファブリックにおいて前記所定の光路の前記進路を変更されたフォトニックデータから変換された電気データパケットと結合され、前記結合されたパケットは次に、前記変換するための手段によってフォトニックデータに変換し戻されて、前記所定の光路に加えられ、こうして、前記所定の光路が、前記別の光路のデータが追加されることにより追加的に利用されるようにすることからなる、請求項１６のシステム。
  19. 前記データパケットのレベルで、または、光波長としてデータトラフィックを処理できるようにするために、データパケット処理手段が前記スイッチファブリックに提供される、請求項１７のシステム。
  20. 前記電気スイッチファブリック及び光スイッチファブリックの動作に、パケット接続と光接続の両方を処理する一体化されたノードとして機能する共通ソフトウエア制御プレーンが提供される、請求項１７のシステム。
  21. 前記ソフトウエアは、データトラフィックを、光領域から電気領域に向けて送ることができるようにし、前記結合するための手段によって、前記データトラフィックを前記電気領域内の追加データトラフィックと組み合わせて、最短経路フローで前記光領域に挿入し戻すことからなる、請求項２０のシステム。
  22. 前記変換するための手段によって、波長対応可能インターフェースを、前記電気スイッチファブリックに接続することができ、該インターフェースは、パケット対応可能インターフェースとして機能することができることからなる、請求項１７のシステム。
  23. 前記波長対応可能インターフェースは、前記光スイッチファブリックのスイッチングを制御するための手段により、前記電気スイッチファブリックに接続され、または、前記電気スイッチファブリックから切り離される、請求項２２のシステム。
  24. 前記波長対応可能インターフェースが、変化するデータトラフィック要求に対するフレキシビリティ及び光データフローリソースのより良好な利用を可能にするために設けられる、請求項２３のシステム。
  25. 前記パケットトラフィックをルーティングするために組み込み式のルーティングインテリジェンスを利用するための手段が提供される、請求項１７のシステム。
  26. 波長内に符号化されたデータを取得し、前記電気領域に変換されたパケットを出力すると共に、前記パケットが次に何処に送られるかを判定するための手段が提供される、請求項２５のシステム。
  27. 前記変換に関する情報を他のノードに通知するためにTLVタイプのメッセンジャーを使用する、請求項２６のシステム。
  28. どのような種類のトラフィックが、前記光接続を介して転送されているかについて光ノードに知らせるための手段が提供される、請求項２７のシステム。
  29. 前記変換するための手段を使用することにより、前記組み合わせ型システムを、Ｎ個の電気リンク、Ｍ個の光リンク及びＣ個の変換要素を有するノードして、また、（Ｎ＋Ｃ）個の電気リンク及び（Ｍ−Ｃ）個の光リンクを有するノードとして構成することができる、請求項１７のシステム。
  30. 前記インテリジェンスを前記光ノードに提供し、該光ノードの構成を、光路に沿って伝送されるパケットトラフィックデータの要求を満たすよう適合できるようにするための手段を有する、請求項２５のシステム。
  31. 単一の装置として統合され一体された、組み合わせ型フォトニック及び電子データパケットベースネットワークノードであって、フォトニックデータから電子データへの変換器、及び、電子データからフォトニックへの変換器を含む共通ソフトウエア制御プレーンを有し、そのような組み合わせ型ネットワークノードの利用度、特に、光路フロー容量の利用度を高めることができるようにするシステム。
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