JP2006050659A - 光ネットワーク - Google Patents
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Abstract
【課題】 大容量ネットワークにおける通信設定制御の非効率性、複雑化の問題点を低減した光ネットワークを提供する。
【解決手段】 光ネットワークを構成するノードにおいて、制御関連データと主データの一部を合流部１１８により合流し、合流したデータを振分器１２７により分岐し、複数のデフォルトチャネルに送信する。複数のデフォルトチャネルからの光信号をそれぞれ複数のデフォルトチャネル用受信器１０８で受信し、複数の受信出力を合流器１２６により合流した後、セレクタ１１９により制御関連データと主データに分離し、制御関連データは制御部１１１に入力する。
【選択図】図１０
【解決手段】 光ネットワークを構成するノードにおいて、制御関連データと主データの一部を合流部１１８により合流し、合流したデータを振分器１２７により分岐し、複数のデフォルトチャネルに送信する。複数のデフォルトチャネルからの光信号をそれぞれ複数のデフォルトチャネル用受信器１０８で受信し、複数の受信出力を合流器１２６により合流した後、セレクタ１１９により制御関連データと主データに分離し、制御関連データは制御部１１１に入力する。
【選択図】図１０
Description
本発明は、大容量光ネットワークに関し、特に通信容量の非効率的な利用や制御の困難さの問題点を解決した光ネットワークに関する。
情報化の進展に応じて、ネットワークの大容量化が求められている。光通信を用いたネットワークでは、波長多重技術を用いての大容量化が研究開発されている。しかし、現状の波長多重技術では、100波程度の多重しかできないため、情報通信の需要の伸びにすぐ対応できなくなると考えられる。
また、現在のところは波長可変光源や波長可変フィルタなどの性能に制限があるため、フレキシブルな通信設定ができる光ネットワークを実現しようとすると、さらに利用可能な波長数などが制限されてしまう。そこで、このようなネットワークをさらに多重化することにより将来求められる大容量化に対応することが考えられる。
例えば、波長多重ネットワークを空間的に多重したネットワークの例を図３に示す。
このネットワークの各光リングでは、光波長多重技術を用いて同時に複数の波長の光信号を使えるようにすることにより、光リング上で複数の通信が同時に行える。このような特徴を持つ光リングが空間的に多重されてマルチリングネットワークを構成している。論理的な通信路をチャネルと呼ぶが、このネットワークではチャネルは光リングと波長の組合せにより指定され、それぞれのノードが複数あるチャネルの中から一つ選んで、それぞれ通信を行う。各ノードは、チャネルを選択するために空間的に異なるリングの切替え機能と波長切替え機能を持つ光送受信器を備え、通信の相手先ノードを変える度に前記光送受信器を用いて使用チャネルを切替える。
しかし、このようなネットワークを実現するためには、いくつかの問題点がある。
第一の問題点は、前記空間切替え手段と波長切替え手段は全く独立した切替え手段であるが、その切替え時間に差がでる。例えば、空間切替を行う間に、波長切替えは何度も行えるような場合、空間切替えの時間により、通信時間に比しての切替えに費やす時間、つまり光送受信器の利用効率が決まり、高速な波長切替えの利点が活かされない。
第二の問題点は、各ノードはデータを転送するために必ず相手ノードとの間で使用するチャネルを決定するための通信設定を行う必要があったが、少量のデータの転送等にまで時間や処理能力をこの設定に費やすことになり、非効率的である。
第三の問題点は、大容量化に伴い前記通信設定のために費やす通信が増加するため、通信設定が複雑化し、複数の通信設定通信がノードで衝突したり、処理順序が不適切になることがある。
第四の問題点は、各ノードは、通信の相手先ノードを変えるたびに相手と合わせて使用チャネルを切替えるが、その切替え先チャネルとなる使用可能なチャネルを選択する処理や、当該使用チャネルを相手先と一致して正しく選択するためのノードの制御部での処理が重い。
また、現在のところは波長可変光源や波長可変フィルタなどの性能に制限があるため、フレキシブルな通信設定ができる光ネットワークを実現しようとすると、さらに利用可能な波長数などが制限されてしまう。そこで、このようなネットワークをさらに多重化することにより将来求められる大容量化に対応することが考えられる。
例えば、波長多重ネットワークを空間的に多重したネットワークの例を図３に示す。
このネットワークの各光リングでは、光波長多重技術を用いて同時に複数の波長の光信号を使えるようにすることにより、光リング上で複数の通信が同時に行える。このような特徴を持つ光リングが空間的に多重されてマルチリングネットワークを構成している。論理的な通信路をチャネルと呼ぶが、このネットワークではチャネルは光リングと波長の組合せにより指定され、それぞれのノードが複数あるチャネルの中から一つ選んで、それぞれ通信を行う。各ノードは、チャネルを選択するために空間的に異なるリングの切替え機能と波長切替え機能を持つ光送受信器を備え、通信の相手先ノードを変える度に前記光送受信器を用いて使用チャネルを切替える。
しかし、このようなネットワークを実現するためには、いくつかの問題点がある。
第一の問題点は、前記空間切替え手段と波長切替え手段は全く独立した切替え手段であるが、その切替え時間に差がでる。例えば、空間切替を行う間に、波長切替えは何度も行えるような場合、空間切替えの時間により、通信時間に比しての切替えに費やす時間、つまり光送受信器の利用効率が決まり、高速な波長切替えの利点が活かされない。
第二の問題点は、各ノードはデータを転送するために必ず相手ノードとの間で使用するチャネルを決定するための通信設定を行う必要があったが、少量のデータの転送等にまで時間や処理能力をこの設定に費やすことになり、非効率的である。
第三の問題点は、大容量化に伴い前記通信設定のために費やす通信が増加するため、通信設定が複雑化し、複数の通信設定通信がノードで衝突したり、処理順序が不適切になることがある。
第四の問題点は、各ノードは、通信の相手先ノードを変えるたびに相手と合わせて使用チャネルを切替えるが、その切替え先チャネルとなる使用可能なチャネルを選択する処理や、当該使用チャネルを相手先と一致して正しく選択するためのノードの制御部での処理が重い。
第五の問題点は、前記ネットワークを広域で利用するために相互接続すると、その接続点での接続仕様の制限により、通信可能なチャネルを得ることが著しく困難になる。
本発明が解決しようとする問題点は、光ネットワークの大容量化において生じる前記第二の問題点と第三の問題点である。すなわち、本発明は、大容量ネットワークにおける通信設定制御の非効率性、複雑化の問題点を解決する。
本発明による光ネットワークは、ネットワーク利用者のデータである主データの通信をバイパスチャネルを介して行い、ノードの制御関連データの通信を前記バイパスチャネルとは異なるチャネルであるデフォルトチャネルを介して行う光ネットワークであって、前記光ネットワークに所属して通信を行うノードは、前記主データを前記バイパスチャネルに送信する第１の光送信手段と、前記バイパスチャネルからの光信号を受信する第１の光受信手段と、送信すべき前記主データの一部および前記制御関連データを合流する手段と、この合流手段によって合流されたデータを前記デフォルトチャネルに送信する第２の光送信手段と、前記デフォルトチャネルからの光信号を受信する第２の光受信手段と、この第２の光受信手段から出力されるデータを、前記主データと前記制御関連データとに分離する分離手段と前記制御関連データを前記合流手段に出力し、前記分離手段から出力される前記制御関連データを受信するとともに、前記ノードを制御する制御部とを有する。
これらの構成を備えることにより、制御関連データと主データを合流して、デフォルトチャネルに出力し、またデフォルトチャネルから受信したデータを制御関連データと主データに分離することができるため、デフォルトチャネルの効率的かつ安全な利用と、通信設定が不要なデータ転送の利用によるネットワーク全体の効率化が実現できる。
ここで、制御関連データとは、ノードが通信を行うために必要な制御情報、管理情報のデータを言い、実施例の説明で述べる予告パケットも含む。
また、本発明による光ネットワークは、ネットワーク利用者のデータである主データの通信をバイパスチャネルを介して行い、ノードの制御関連データの通信を前記バイパスチャネルとは異なるチャネルである複数のデフォルトチャネルを介して行う光ネットワークであって、前記光ネットワークに所属して通信を行うノードは、前記主データを前記バイパスチャネルに送信する第１の光送信手段と、前記バイパスチャネルからの光信号を受信する第１の光受信手段と、前記複数のデフォルトチャネルに送信すべきデータを、前記複数のデフォルトチャネルの通信負荷を平均化するように分岐する手段と、 この分岐手段によって分岐されたデータを前記複数のデフォルトチャネルにそれぞれ送信する複数の第２の光送信手段と、前記複数のデフォルトチャネルからの光信号をそれぞれ受信する複数の第２の光受信手段と、この複数の第２の光受信手段から出力されるデータを合流する合流手段と、前記制御関連データを他ノードと交換するとともに、前記ノードを制御する制御部とを有する。
この構成により、複数チャネルを用いるデフォルトチャネルの大容量化の際にも、チャネルを識別しての制御が不要になるため、デフォルトチャネルの制御を簡易なままに保つことができる。
本発明によれば、大容量光ネットワークにおいて生じ易い通信設定制御の非効率性、複雑化、通信容量の非効率的な利用の問題点が解決され、効率的で高信頼なデータ通信が行われる光ネットワークが得られる。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図２に、本発明が適用される光ネットワークの例を示す。ノードＡからＸがネットワークコアに接続されてネットワークを構成している。このネットワークを介して、ノード相互で情報が転送される。各ノードには端末が接続されているかもしれないし、ルータやスイッチが接続されているかもしれないし、さらに他のネットワークが接続されているかもしれない。いずれにしろそれらで生じた情報が図２に示したネットワークを介して、他の場所へ転送される。
前記ネットワークの具体的な例の一つが、図3の＃１〜＃４の複数の光リングのサブネットワークにより構成されているネットワークである。各光リングでは、光波長多重技術を用いて同時に複数の波長の光信号を使えるようにすることにより、光リング上で複数の通信が同時に行える。このような特徴を持つ光リングが空間的に多重されてネットワークを構成している。ノード間の論理的な通信路をチャネルというが、複数の光リングと複数の波長をノード間の通信に使うことができる場合には、チャネルは光リングと波長の組合せにより指定される。このネットワークでは、それぞれのノードが複数あるチャネルの中から一つのチャネルを選んで、それぞれ通信を行っている。
図２に、本発明が適用される光ネットワークの例を示す。ノードＡからＸがネットワークコアに接続されてネットワークを構成している。このネットワークを介して、ノード相互で情報が転送される。各ノードには端末が接続されているかもしれないし、ルータやスイッチが接続されているかもしれないし、さらに他のネットワークが接続されているかもしれない。いずれにしろそれらで生じた情報が図２に示したネットワークを介して、他の場所へ転送される。
前記ネットワークの具体的な例の一つが、図3の＃１〜＃４の複数の光リングのサブネットワークにより構成されているネットワークである。各光リングでは、光波長多重技術を用いて同時に複数の波長の光信号を使えるようにすることにより、光リング上で複数の通信が同時に行える。このような特徴を持つ光リングが空間的に多重されてネットワークを構成している。ノード間の論理的な通信路をチャネルというが、複数の光リングと複数の波長をノード間の通信に使うことができる場合には、チャネルは光リングと波長の組合せにより指定される。このネットワークでは、それぞれのノードが複数あるチャネルの中から一つのチャネルを選んで、それぞれ通信を行っている。
各ノードには、あらかじめ割り当てられたリングと波長の組合せ（チャネル）があり、そのチャネルを固定的に受信する光受信器が備えられている。また、ネットワーク内の全ノードに信号を伝送できるように、接続リングと送信光波長を可変できる光送信器も備える。そして各ノードはこの光送信器を用いて、第一の相手ノード宛に第一の光リングの第一の光周波数であるデータを送出すると、光リングや波長を切替えて第二の相手ノード宛に次のデータを送出する。このように、次々と異なる相手へデータを転送していくので、送信するノードと受信するノードの組合せはダイナミックに変化する。
図１にノードの構成例を示す。ノードは、4つの光リングに、4つのカプラ104-1〜4と空間スイッチ110を介して接続された光送信器107と、4つのうちの一つのリングに波長選択器123を介して接続された光受信器106により光信号の入出力を行う。これら送受信器の入出力と図示されていない前記ノードのローカルへの入出力インターフェースとが、ルーティング部115を介して接続されている。またノードは、これら光送受信器、ルーティング部などを管理する制御部111を持つ。さらに、前記制御部111による情報転送を主な目的としたデフォルトチャネル光送受信器108および109が、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）カプラ105-1,2を介して光リング103-1に接続されている。
前述したノードの光送信器107は、波長可変光源121を持つ。その光出力は、変調器122により情報が変調された後、空間切替型光スイッチ110を介していずれかの光リングに接続される。この波長可変光源121及び空間スイッチ110は制御部111により制御される。光受信部は、データが転送されてくるリングからノードに割り当てられている光周波数を選択する波長選択器123により抜き出された光信号をバースト受信に対応した光受信器106で受信、電気信号に変換する。その後、ヘッダ処理部117でヘッダ処理などを行ない、取り出された情報を出力する。ノードは、ネットワークの持つ伝送容量をより有効に利用したり、マルチキャスト通信対応を容易にするため、光送信部や光受信部を複数持つ場合もあり、また、その場合に送信部と受信部が同じ個数でなくともよい。
またノードには、以上説明したデータ送受信用のメイン光送受信器の他に、ネットワークの制御・管理情報や小容量のデータ通信の伝送に主に使われるデフォルトチャネル用光送受信器108,109を備える。図1に示す例では、デフォルトチャネル用送信器109が、波長がλ0固定で、光リング＃１（103-1）に接続されている。同様にデフォルトチャネル用受信器108も、受信波長がλ0固定で、光リング＃１に接続されている。一般にデフォルトチャネルは、ネットワークの状況を把握し、他ノードからの通信設定の要求に応えるために、常に受信しておく必要があるので、少なくともデフォルトチャネル用の光受信部は、メインの光受信器とは兼用しない。また中継する他ノードの通信設定要求のデータを速やかに転送するためには、デフォルトチャネル用の光送信器もメインの光送信器とは兼用しない方が良い。さらに、この周波数λ0をメイン光送受信器の用いる波長とは離れた波長を用いることにより、デフォルトチャネルを分離する波長選択部に低価格の合分波器が使えるメリットがある。例えば、光アンプも多用することになるメイン用のチャネルを1.55μm帯に設定し、一方デフォルトチャネルを1.3μm帯に設定する。また、構内網などファイバ資源が十分にある場合は、デフォルトチャネル用のファイバを独立させると、さらに合分波器さえ不要になり、システムが簡便化される。なおデフォルトチャネルに対して、メインの光送受信器が通信を行うチャネルをバイパスチャネルとも呼ぶ。
図１にノードの構成例を示す。ノードは、4つの光リングに、4つのカプラ104-1〜4と空間スイッチ110を介して接続された光送信器107と、4つのうちの一つのリングに波長選択器123を介して接続された光受信器106により光信号の入出力を行う。これら送受信器の入出力と図示されていない前記ノードのローカルへの入出力インターフェースとが、ルーティング部115を介して接続されている。またノードは、これら光送受信器、ルーティング部などを管理する制御部111を持つ。さらに、前記制御部111による情報転送を主な目的としたデフォルトチャネル光送受信器108および109が、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）カプラ105-1,2を介して光リング103-1に接続されている。
前述したノードの光送信器107は、波長可変光源121を持つ。その光出力は、変調器122により情報が変調された後、空間切替型光スイッチ110を介していずれかの光リングに接続される。この波長可変光源121及び空間スイッチ110は制御部111により制御される。光受信部は、データが転送されてくるリングからノードに割り当てられている光周波数を選択する波長選択器123により抜き出された光信号をバースト受信に対応した光受信器106で受信、電気信号に変換する。その後、ヘッダ処理部117でヘッダ処理などを行ない、取り出された情報を出力する。ノードは、ネットワークの持つ伝送容量をより有効に利用したり、マルチキャスト通信対応を容易にするため、光送信部や光受信部を複数持つ場合もあり、また、その場合に送信部と受信部が同じ個数でなくともよい。
またノードには、以上説明したデータ送受信用のメイン光送受信器の他に、ネットワークの制御・管理情報や小容量のデータ通信の伝送に主に使われるデフォルトチャネル用光送受信器108,109を備える。図1に示す例では、デフォルトチャネル用送信器109が、波長がλ0固定で、光リング＃１（103-1）に接続されている。同様にデフォルトチャネル用受信器108も、受信波長がλ0固定で、光リング＃１に接続されている。一般にデフォルトチャネルは、ネットワークの状況を把握し、他ノードからの通信設定の要求に応えるために、常に受信しておく必要があるので、少なくともデフォルトチャネル用の光受信部は、メインの光受信器とは兼用しない。また中継する他ノードの通信設定要求のデータを速やかに転送するためには、デフォルトチャネル用の光送信器もメインの光送信器とは兼用しない方が良い。さらに、この周波数λ0をメイン光送受信器の用いる波長とは離れた波長を用いることにより、デフォルトチャネルを分離する波長選択部に低価格の合分波器が使えるメリットがある。例えば、光アンプも多用することになるメイン用のチャネルを1.55μm帯に設定し、一方デフォルトチャネルを1.3μm帯に設定する。また、構内網などファイバ資源が十分にある場合は、デフォルトチャネル用のファイバを独立させると、さらに合分波器さえ不要になり、システムが簡便化される。なおデフォルトチャネルに対して、メインの光送受信器が通信を行うチャネルをバイパスチャネルとも呼ぶ。
バイパスチャネルによる通信は、例えば、Yoo, M.らによる``A High Speed Protocol for Bursty Traffic in Optical Networks'', (SPIE Vol.3230, pp.79-90, Nov. 1997)に紹介されている “'tell-and-go”'設定方式を用いる。この場合、各通信は図4に示す次の手順で行われる。例えば、ノードＡがノードＪにデータを伝送する場合、まずノードＡは、ノードＪ宛にデータを転送する旨をノードＪおよび途中ノードに知らせる予告パケット140を送出する。予告パケットは、ネットワークのデフォルトチャネルに送出される。デフォルトチャネルは、ネットワークに接続する全ノードが常に送受信できる状態にいる特別なチャネルである。
デフォルトチャネルを流れるパケットは必ずリング上の隣のノードに受信され、そこで予告パケットに示されている通信予定が既に予約済みの他の通信を邪魔しないか確認した上で、当該通信予定に必要なそのノードでの予約を行う。これらの処理後、そのノードが最終ノードでなければ予告パケットを次のノードに転送される。従って、各中継ノードでは、処理時間152が必要となる。ノードＡを出た予告パケット140は、ノードＢで前記処理を行なった後予告パケット141として送出され、ノードＣ、ノードＤとこれを繰り返して、最後にノードＪに到着する。
ノードＪは予告パケット149を受けとり、ノードＡからの伝送を受信できるかどうかを判断し、受け取れる場合は、バイパスチャネル用光受信器で、ノードＡからのデータを待つ。ノードＡは、予告パケットを送出後、ある時間ｔ1（153）をおいて、それまでに予告失敗を告げるパケットが戻ってこない限り、バースト状パケット150を一方的に送り出すことになっている。従って、ノードＪには、相当時間の経過後、ノードＡからのバースト状パケットが届く。また、予告パケットにもｔ1に関する情報が含まれており、それを基にノードＪでパケット到着のタイミングも推測できる。それに合わせて、ノードＪは受信準備ができる。例えば、光受信器では送信ノードＡからの過去の通信時に保存しておいた受信ゲインの設定やクロックの同期位相情報などを受信器の初期値として設定することにより、バースト受信における初期引き込み時間の短縮を図る。また、必要なバッファ領域の確保やルーティング能力の確保などもこの時点で行なわれると、スムーズなバースト／パケット処理が実現できる。
次に、さらに具体的な例と効果について説明する。前記のようにして通信を行うため、ノードは送信に際して、相手先ノードに合わせて、常にリングと波長を選択することになる。バイパス通信用送信部では、この選択を上述のとおり波長切替と空間切替の２つの独立した切替え手段を用いて行う。ところが、第一の問題として前記したように、それぞれの手段の切替えに要する時間が著しく異なる。光送信部の波長切替えは、Distributed Bragg Reflector型半導体レーザ（DBR-LD）を光源に用いることにより、その波長制御電極にかける電流の切替えに応じて、マイクロ秒オーダの速さで行なわれる。一方、空間切替えは、ファイバの接続部をピエゾ素子により機械的に動かすスイッチを用いることにより、ピエゾ素子にかける電圧でファイバ出力のポートが決まるが、この切替え速度はミリ秒オーダである。そこで各ノードの制御部は、一度空間切替を行うと、当該リングネットワークで行うことができる通信をできるだけやってしまい、その後で初めて、空間切替えを行う。こうすることにより、空間切替の頻度を減らして時間の有効利用を行うことができる。
デフォルトチャネルを流れるパケットは必ずリング上の隣のノードに受信され、そこで予告パケットに示されている通信予定が既に予約済みの他の通信を邪魔しないか確認した上で、当該通信予定に必要なそのノードでの予約を行う。これらの処理後、そのノードが最終ノードでなければ予告パケットを次のノードに転送される。従って、各中継ノードでは、処理時間152が必要となる。ノードＡを出た予告パケット140は、ノードＢで前記処理を行なった後予告パケット141として送出され、ノードＣ、ノードＤとこれを繰り返して、最後にノードＪに到着する。
ノードＪは予告パケット149を受けとり、ノードＡからの伝送を受信できるかどうかを判断し、受け取れる場合は、バイパスチャネル用光受信器で、ノードＡからのデータを待つ。ノードＡは、予告パケットを送出後、ある時間ｔ1（153）をおいて、それまでに予告失敗を告げるパケットが戻ってこない限り、バースト状パケット150を一方的に送り出すことになっている。従って、ノードＪには、相当時間の経過後、ノードＡからのバースト状パケットが届く。また、予告パケットにもｔ1に関する情報が含まれており、それを基にノードＪでパケット到着のタイミングも推測できる。それに合わせて、ノードＪは受信準備ができる。例えば、光受信器では送信ノードＡからの過去の通信時に保存しておいた受信ゲインの設定やクロックの同期位相情報などを受信器の初期値として設定することにより、バースト受信における初期引き込み時間の短縮を図る。また、必要なバッファ領域の確保やルーティング能力の確保などもこの時点で行なわれると、スムーズなバースト／パケット処理が実現できる。
次に、さらに具体的な例と効果について説明する。前記のようにして通信を行うため、ノードは送信に際して、相手先ノードに合わせて、常にリングと波長を選択することになる。バイパス通信用送信部では、この選択を上述のとおり波長切替と空間切替の２つの独立した切替え手段を用いて行う。ところが、第一の問題として前記したように、それぞれの手段の切替えに要する時間が著しく異なる。光送信部の波長切替えは、Distributed Bragg Reflector型半導体レーザ（DBR-LD）を光源に用いることにより、その波長制御電極にかける電流の切替えに応じて、マイクロ秒オーダの速さで行なわれる。一方、空間切替えは、ファイバの接続部をピエゾ素子により機械的に動かすスイッチを用いることにより、ピエゾ素子にかける電圧でファイバ出力のポートが決まるが、この切替え速度はミリ秒オーダである。そこで各ノードの制御部は、一度空間切替を行うと、当該リングネットワークで行うことができる通信をできるだけやってしまい、その後で初めて、空間切替えを行う。こうすることにより、空間切替の頻度を減らして時間の有効利用を行うことができる。
また、第二の問題点として前述したように、転送するデータの容量が少ない場合でも、波長切替や空間切替を行って、光通信を行う必要がある。これは、前記それぞれの切替時間に比して、データ転送時間が短いため、ネットワークの通信容量に無駄を生じることとなる。またデータ転送時間が、通信設定に必要な時間と比較しても短い場合には、制御部にとってもその処理が負担となる。そこで、各ノードは通信設定のための通信路（デフォルトチャネル）を持っていることを利用して、このような、短いあるいは、まれなデータ転送は、デフォルトチャネル経由で通信を実現する。そして、デフォルトチャネルを流れる予告パケットや制御パケットを安全にデータパケットと合流／分岐する機能を用いることにより、信頼性を確保したデフォルトチャネルの共用ができる。
各ノードの制御部が行う通信相手の順番を決定するスケジューリングには、ノード内に蓄積される相手先別データ量や相手先別のサービス予約状況や相手先ノードの負荷の具合が考慮される。ノードはネットワークの外側に接続されている機器や他のネットワークから来るいろいろな通信パケットを受信すると、まず送り先を判定する。次に、メインのバイパスチャネルで転送するパケットか、デフォルトチャネルで転送するパケットかを判別する。デフォルトチャネルで転送する場合は、パケットは、デフォルトチャネル送信器に接続するバッファに一時蓄えられ、このバッファのパケットは、逐次デフォルトチャネルに送出される。一方バイパスチャネルで転送する場合は、送り先ノードごとに分類されたキューに貯められる。場合によっては、同一の送り先の中で、更にサービス毎、フロー毎にキューを分類して貯められることもある。これらの分類は、多くのQoS（Quality of Service）のように通信ユーザからの要求により設定される場合と、IPルータで用いられているタグスイッチングのようにネットワーク内の効率化の目的でノードにより自主的に設定される場合がある。これらの設定の起動／終了は、既存のプロトコルに従った実装を、ルーティング部および制御部に施すことにより、それらのプロトコルがそのまま利用できる。また、複数の受信器を持つノードに対してもキューの数は受信器の数には関係無い。スケジューリングを行う制御部は、これらのバッファへのパケットの蓄積具合をみて、多く蓄えられているバッファの相手先から順番にバイパスチャネルの通信が行われるように通信設定を行っていく。
各ノードの制御部が行う通信相手の順番を決定するスケジューリングには、ノード内に蓄積される相手先別データ量や相手先別のサービス予約状況や相手先ノードの負荷の具合が考慮される。ノードはネットワークの外側に接続されている機器や他のネットワークから来るいろいろな通信パケットを受信すると、まず送り先を判定する。次に、メインのバイパスチャネルで転送するパケットか、デフォルトチャネルで転送するパケットかを判別する。デフォルトチャネルで転送する場合は、パケットは、デフォルトチャネル送信器に接続するバッファに一時蓄えられ、このバッファのパケットは、逐次デフォルトチャネルに送出される。一方バイパスチャネルで転送する場合は、送り先ノードごとに分類されたキューに貯められる。場合によっては、同一の送り先の中で、更にサービス毎、フロー毎にキューを分類して貯められることもある。これらの分類は、多くのQoS（Quality of Service）のように通信ユーザからの要求により設定される場合と、IPルータで用いられているタグスイッチングのようにネットワーク内の効率化の目的でノードにより自主的に設定される場合がある。これらの設定の起動／終了は、既存のプロトコルに従った実装を、ルーティング部および制御部に施すことにより、それらのプロトコルがそのまま利用できる。また、複数の受信器を持つノードに対してもキューの数は受信器の数には関係無い。スケジューリングを行う制御部は、これらのバッファへのパケットの蓄積具合をみて、多く蓄えられているバッファの相手先から順番にバイパスチャネルの通信が行われるように通信設定を行っていく。
この際に、ノードの制御部は、前記切替え方式毎の切替え時間の違いを考慮するので、まず、相手先をその所属リング毎に分類する。そして、リング毎の全ての相手先をまとめたバッファの蓄積状況から、まずリング移動のスケジューリングを行う。さらに、各リング内での各相手先バッファの蓄積状況から相手切替えつまり波長切替えのスケジューリングを行う。制御部111は、作成したスケジューリングに従い、デフォルトチャネルに予告パケットを送出し、通信設定を順次行う。ただ、あるリングで通信を設定している時、そのリング上の全ての相手先と通信を設定する訳ではない。バッファに十分な量のパケット、例えば伝送した際のバースト長が波長切替え時間に対して比較し得る位長くなる量以上のパケット、が蓄積されていない場合、その相手先への送出は先送りするかもしれないし、特定のリング上の相手先ばかりバッファが一杯になっていっても、その中で優先度の高いバッファを送出し終えたら、一度、他リングの通信へ切替えるかもしれない。
このようにスケジューリングには、平均的にリーズナブルなサービスが実現されるようにするという、もう一つのポイントがある。帯域、帯域使用効率、遅延、遅延ゆらぎ、パケット廃棄率などの多種多様なサービスファクタのすべてを満たすわけではなく、ノードあるいはネットワークの運用ポリシに従って、実現すべき品質は異なる。たとえば、最大遅延時間を大事なファクタとした場合について説明する。ここで制御部は、ノードを通過するパケットが受ける最大遅延時間をできるだけ短くするようにバイパスチャネルの通信をスケジューリングする。例えば、「ロード（負荷）の高い相手先には、設定失敗を減らすため、早めにｔ1を十分にとった予告パケットを送っておいて、定期的に通信権を獲得する」、「一定時間経過してもバイパスチャネルを使用するほどパケットが蓄積されなかったバッファでは、バッファ中のパケットを、デフォルトチャネルバッファに移してデフォルトチャネル経由で送出する」といったルールを適用して、スケジューリングが行われる。
図５に制御部111での処理手順例を示す。行き先別キューの状況等から、次のＴ／２時間のリング切替え順序と各リングでの滞留時間を決定する（ステップ１６１）。当該リングに属するノードのキューで優先度の高いキューに対して、必要な通信時間等の資源を確保する（ステップ１６２）。残りリング滞留時間を配分し、当該リングに属するノードの間で、キューの状況から波長切替え順序と各波長での滞留時間を決定する（ステップ１６３）。当該リングで波長を割り当てられなかったノード行キュー内の待機パケットをデフォルトチャネル送信用バッファに移動する（ステップ１６４）。続いて、最後のリングであるかどうかが判断され、最後でなければステップ１６２へ進み、最後であればステップ１６６へ進む。最後のリングの場合には、時間帯ｔ0〜ｔ0＋Ｔ／２のスケジューリングが終了となる（ステップ１６６）。そして、処理161〜166を時間Ｔ／２ごとに繰り返すことにより、キューにおいてパケットが受け得る遅延を最大でＴに抑えることができる。そして、空間切替のスケジュールに関わる処理161の後に波長切替のスケジュールに関わる処理162から処理165を光リングの数だけ繰り返すという独立した２段階の手順で構成されており、これにより前述の効果を持った処理が実施される。
以上のように、バッファでの蓄積状況、必要なサービスの確保に加えて、切替え時間の違いを考慮したスケジューリングを行うことにより、トータルでの通信効率の向上が図られる利点が得られる。
予告パケットは、制御部111により、生成・中継される。スケジュールに従い、相手ノードとその途中のノードに相手ノードにより決まる光リングと波長の組合せのバイパスチャネル使用の予約を行う。図６に予告パケットの例を示す。予告パケット170には、発信元アドレス、宛先アドレス、実際のデータ送出タイミングを示すｔ1（173）、パケット持続時間（174）等がデータとして含まれる。またデフォルトチャネルは、他の通常の通信のパケットも流れるので、ヘッダはそれと共通化を図る。たとえば、IPパケットをサービスするネットワークでは、20バイトのIPヘッダ互換部171を用いる。ただし、予告パケットは重要度が高い情報なので、デフォルトチャネル用受信器108で電気信号に変換された後、セレクタ119によって直ちに他のデータから選別され制御部111に渡される。これは、通常のデータ同様にバッファ経由でルーティング機能を通過させると、輻輳時には大幅な遅延を被り、最悪のケースではパケットが廃棄されることがあることを防ぐためである。予告パケットだけでなく、ノード同士の制御情報を交換する制御パケットなども同様の取り扱いをする。このため、予告パケットや制御パケットは、ヘッダ内にそれを示すコードが含まれる。例えば図６に示したIPヘッダ互換部171のversion 4形式では、TOSビットあるいはProtocolフィールドが、version 6形式では、Priority フィールドがそのために使われる。このように既存のプロトコルの優先機能を用いることにより、既存のヘッダ処理プログラムあるいは素子に少しの改良を加えるだけでセレクタが作成できる。制御部は、予告パケットを処理後、自ノードが最終宛先でなければ、前記予告パケット170を中継して次ノードに送る。この次ノードは、宛先ノードに届くための経路上にいる隣ノードであり、リングネットワークの場合には、宛先に依らず隣ノードは一つしかない。
また関連して、制御部が生成する予告パケットや制御パケットをデフォルトチャネル用光送信器109に入力する際も、デフォルトチャネルキューからくる通常データより優先的に送信されるように制御される。
このようにスケジューリングには、平均的にリーズナブルなサービスが実現されるようにするという、もう一つのポイントがある。帯域、帯域使用効率、遅延、遅延ゆらぎ、パケット廃棄率などの多種多様なサービスファクタのすべてを満たすわけではなく、ノードあるいはネットワークの運用ポリシに従って、実現すべき品質は異なる。たとえば、最大遅延時間を大事なファクタとした場合について説明する。ここで制御部は、ノードを通過するパケットが受ける最大遅延時間をできるだけ短くするようにバイパスチャネルの通信をスケジューリングする。例えば、「ロード（負荷）の高い相手先には、設定失敗を減らすため、早めにｔ1を十分にとった予告パケットを送っておいて、定期的に通信権を獲得する」、「一定時間経過してもバイパスチャネルを使用するほどパケットが蓄積されなかったバッファでは、バッファ中のパケットを、デフォルトチャネルバッファに移してデフォルトチャネル経由で送出する」といったルールを適用して、スケジューリングが行われる。
図５に制御部111での処理手順例を示す。行き先別キューの状況等から、次のＴ／２時間のリング切替え順序と各リングでの滞留時間を決定する（ステップ１６１）。当該リングに属するノードのキューで優先度の高いキューに対して、必要な通信時間等の資源を確保する（ステップ１６２）。残りリング滞留時間を配分し、当該リングに属するノードの間で、キューの状況から波長切替え順序と各波長での滞留時間を決定する（ステップ１６３）。当該リングで波長を割り当てられなかったノード行キュー内の待機パケットをデフォルトチャネル送信用バッファに移動する（ステップ１６４）。続いて、最後のリングであるかどうかが判断され、最後でなければステップ１６２へ進み、最後であればステップ１６６へ進む。最後のリングの場合には、時間帯ｔ0〜ｔ0＋Ｔ／２のスケジューリングが終了となる（ステップ１６６）。そして、処理161〜166を時間Ｔ／２ごとに繰り返すことにより、キューにおいてパケットが受け得る遅延を最大でＴに抑えることができる。そして、空間切替のスケジュールに関わる処理161の後に波長切替のスケジュールに関わる処理162から処理165を光リングの数だけ繰り返すという独立した２段階の手順で構成されており、これにより前述の効果を持った処理が実施される。
以上のように、バッファでの蓄積状況、必要なサービスの確保に加えて、切替え時間の違いを考慮したスケジューリングを行うことにより、トータルでの通信効率の向上が図られる利点が得られる。
予告パケットは、制御部111により、生成・中継される。スケジュールに従い、相手ノードとその途中のノードに相手ノードにより決まる光リングと波長の組合せのバイパスチャネル使用の予約を行う。図６に予告パケットの例を示す。予告パケット170には、発信元アドレス、宛先アドレス、実際のデータ送出タイミングを示すｔ1（173）、パケット持続時間（174）等がデータとして含まれる。またデフォルトチャネルは、他の通常の通信のパケットも流れるので、ヘッダはそれと共通化を図る。たとえば、IPパケットをサービスするネットワークでは、20バイトのIPヘッダ互換部171を用いる。ただし、予告パケットは重要度が高い情報なので、デフォルトチャネル用受信器108で電気信号に変換された後、セレクタ119によって直ちに他のデータから選別され制御部111に渡される。これは、通常のデータ同様にバッファ経由でルーティング機能を通過させると、輻輳時には大幅な遅延を被り、最悪のケースではパケットが廃棄されることがあることを防ぐためである。予告パケットだけでなく、ノード同士の制御情報を交換する制御パケットなども同様の取り扱いをする。このため、予告パケットや制御パケットは、ヘッダ内にそれを示すコードが含まれる。例えば図６に示したIPヘッダ互換部171のversion 4形式では、TOSビットあるいはProtocolフィールドが、version 6形式では、Priority フィールドがそのために使われる。このように既存のプロトコルの優先機能を用いることにより、既存のヘッダ処理プログラムあるいは素子に少しの改良を加えるだけでセレクタが作成できる。制御部は、予告パケットを処理後、自ノードが最終宛先でなければ、前記予告パケット170を中継して次ノードに送る。この次ノードは、宛先ノードに届くための経路上にいる隣ノードであり、リングネットワークの場合には、宛先に依らず隣ノードは一つしかない。
また関連して、制御部が生成する予告パケットや制御パケットをデフォルトチャネル用光送信器109に入力する際も、デフォルトチャネルキューからくる通常データより優先的に送信されるように制御される。
制御部111は作成したスケジュールに従い、行き先別キューからデータをバイパスチャネル用光送信器に転送する制御も行う。まず、予告パケットにより予告した送出時間にキューの内容をバーストにして光送信器から送り出せるタイミングで、キューの内容をヘッダ処理部へ転送する。もし、ノードに再送機能がある場合、バーストは再送される可能性があるので、前記転送時にバッファ上にもデータを残しておく。そして、当該データは、転送後一定時間ｔ2の間に再送を行わなかったときに、初めてバッファから消去される。IPフォーマットのパケットを扱うネットワークの場合、このヘッダ処理部117へ転送されるデータは、IPパケットが１つ以上縦続に並んだものになる（図７）。このデータをカプセル化するヘッダ互換部182をこのヘッダ処理部117でつける。バイパスチャネルでの通信は、送信ノードと受信ノードで互いに相手のノードのことがすでに分かっており、また途中ノードでは光信号がそのまま通過するだけなので、いわば専用線を用いた通信と同じで、発信／受信ノードアドレス、バーストのデータ形式／プロトコルの記述はヘッダ中に必要ない。またバーストの誤りについては、データである各IPパケット183〜189はそれぞれ誤り検出ができるので、IPヘッダ互換部182の誤り制御だけが必要である。従って、受信時にバーストの終了位置を決定するのに使われるバースト長を示すフィールドが、IPヘッダ互換部182では最も重要で、このフィールドに誤り訂正のためのフィールドを付加したものが最低限必要なヘッダである。この形式により効率的なデータ転送を行うことができる。
ただし、途中ノードでの光伝送監視のために発信／受信ノードアドレスがあった方がよいことや、将来の拡張性のためにオプションを設定できること、デフォルトチャンネルではIPパケットがそのままやりとりされること等から、バイパスチャネルにおいてもIPヘッダを流用するのも自然で、この場合、図７で示したパケット形式181を用いるIPトンネルを利用するのが良い。他のパケットサービス方式に供されるネットワークの場合も同様にできる。また、例えばIPとATMのように複数のサービス方式が混在するネットワークの場合は前記条件を満たす独自ヘッダが必要となる。
ヘッダが付加されたバーストは、バイパスチャネル用のバースト光送信器107に入力される。そこで光伝送路に適したスクランブルをかけられ、受信側での同期引き込みに使われるプリアンブルが付加され、変調器122へ入力され、光バーストへと変換される。
予告パケットに対して途中ノードまたは相手ノードから不許可パケットが返ってきた場合、ノードは再設定に挑むか通信先ノードを変更して対応しようとする。不許可パケットを受ける頻度が高い場合は、そのリングの負荷（ロード）を高いと判断して、他のリングへ移動する。あるいは、デフォルトチャネルを通る不許可パケットの頻度を測定することによって、リングのロードを判断するかも知れない。このように、各ノードは、各リングのロードを直接的あるいは間接的に把握して、空いているリングに優先的に接続するようにする。ただし通信が集中するノードへの予告は、不許可の確率が高くなるので、その度に通信を諦めると当該ノードへの通信ができなくなってしまう。そこで、ランダムにあるいは決められたルールに従って、再設定を繰り返し通信できるまで待つ必要がある。
また不許可パケットが返ってきた場合に、既に予告パケットからの遅れ時間ｔ1の設定によっては、当該バーストがすでに送出されている場合がある。このときには、当該バーストを構成するデータが既にバッファから消去され、バーストの再送ができないようなシステム構成もあり得る。通常、上位層プロトコルでも再送などの誤り制御機構が備えられており、光ネットワークのレベルで再送しなくてもアプリケーションは動作可能だからこの構成が可能である。
この不許可パケットの受信前にバーストを送出してしまう場合にもう一つ問題点がある。それは、不許可にも関わらず送出されたバーストが他の送信を許可された（正確には、不許可でなかった）バーストと衝突して、受信側で許可されたバーストの受信に失敗することである。同じ状況は、不許可パケットが途中で誤りなどにより廃棄された場合やプロテクション機能によるループバックが働いた場合にも生じる。このため受信ノードでは、予告パケットにより設定された時刻になってもバーストが到達しなかったり、あるいは、届いたバーストが再生できなかった場合、当該バーストを送信したと推測されるノードに、バースト転送の失敗を通知する制御パケットをデフォルトチャネルを介して送信すると良い。ただ、バースト通信主体のネットワークであるため、再送はデータに著しい遅延を与える。これを避けるために、各ノードで不許可なバースト伝送を廃棄したり、既に光信号がチャネル上を伝送されているときには、重ねては光信号が送出できないような機能を備えるとより良い。この機能は、例えばバイパスチャネル用送信器出力を光リングに多重するための空間スイッチとカプラで構成されている部分を音響光学効果フィルタ（AOTF: Acousto-Optic Tunable Filter）で構成すると実現できる。AOTFは、任意の波長を任意の程度で合分波できる機能がある。このAOTFを送信光信号の合波器として用いて同時に必要なチャネルの光信号の一部を抜き出しモニタすることにより、異常時には、前記のような対策を行うことができる。
前述したように、他ノードの通信状況に関する知識も効率の良いスケジューリングに役立つ。従って、制御部は、デフォルトチャネルを通過する予告パケットなどから、通信状況を把握する表を作成・管理しておく。この表には、例えば各相手先ノードに、どのノードがいつ通信を行うかが記録されている。
またランダムに発生する通信予約がパケット衝突により失敗する確率を下げるために、各リングは平均負荷が例えば50％以下という状態で動作できるように、ネットワークは設計される。例えば各リングで使用可能な波長が25波長あり、ノードの総数が100局の場合、４リングで全ノードが波長をフルに活用して通信ができるわけだが、このような状態をtell-and-go方式で実現するのは難しい。これが、例えばリングを８以上設け、各ノードにも相当の容量が確保できるように受信器を増設すると、パケットあるいはバースト廃棄率が急激に改善され、通信がスムーズに行われるようになる。
さらに高負荷ノードは、例えば、複数受信器を設けることにより複数のリングに従属することにより、各受信器の負荷を下げる。この構成は、同時に負荷を各リングに均等に分散させる効果も提供する。これにより、tell-and-go方式を用いた回線設定によっても、著しくリング数を増やす必要はなくなる。
以上の例では、ノードに備えられたメインの光受信器は、接続される光リングが固定され、さらに受信波長も固定されていた。このため、前に述べたように送信側ノードでは、通信設定を行うにあたり、使用可能なチャネルを探して、アレンジする必要がなくなるため、チャネル設定に要する処理が軽減される。特に、大容量光ネットワークは波長や空間という次元を複数用いるため、チャネルを指定する波長や空間の組合せ数が多い。このため、第四の問題点として指摘したように使用可能な波長のアレンジやその打合せの処理が重くなる問題があったが、前記のように、本構成例によりこの問題が解決される。さらに、前述の他ノードの通信状況に関する知識や複数の受信器設置による受信器負荷の低減などにより、より効率的なチャネル設定処理が実現できる。
本構成例中で用いた切替え手段は、ピエゾ素子によりファイバを駆動する空間スイッチとDBR-LDによる送信波長切替の組合せであるため、波長切替の頻度を空間切替の頻度より高くした。これは当然使用する切替え手段により種々の場合が考えられ、例えば、DBR-LDによる送信波長切替と半導体光ゲート（SOAG: Semiconductor Optical Amplifier Gate）による空間スイッチを用いた光送受信部を構成すると、波長切替がマイクロ秒のオーダで行なわれるのに対して、空間切替がナノ秒オーダと波長切替より十分速く行われるようになる。この場合は、前記した例での空間切替と波長切替の使い方を入れ換えることにより、効率的な通信が実現されるという効果が得られる。また、ノード毎に切替え速度の速い切替と遅い切替の組合せが異なる場合でも、速い切替の方を優先的に使うという技術を用いることにより、効率的な通信が実現される。
ただし、途中ノードでの光伝送監視のために発信／受信ノードアドレスがあった方がよいことや、将来の拡張性のためにオプションを設定できること、デフォルトチャンネルではIPパケットがそのままやりとりされること等から、バイパスチャネルにおいてもIPヘッダを流用するのも自然で、この場合、図７で示したパケット形式181を用いるIPトンネルを利用するのが良い。他のパケットサービス方式に供されるネットワークの場合も同様にできる。また、例えばIPとATMのように複数のサービス方式が混在するネットワークの場合は前記条件を満たす独自ヘッダが必要となる。
ヘッダが付加されたバーストは、バイパスチャネル用のバースト光送信器107に入力される。そこで光伝送路に適したスクランブルをかけられ、受信側での同期引き込みに使われるプリアンブルが付加され、変調器122へ入力され、光バーストへと変換される。
予告パケットに対して途中ノードまたは相手ノードから不許可パケットが返ってきた場合、ノードは再設定に挑むか通信先ノードを変更して対応しようとする。不許可パケットを受ける頻度が高い場合は、そのリングの負荷（ロード）を高いと判断して、他のリングへ移動する。あるいは、デフォルトチャネルを通る不許可パケットの頻度を測定することによって、リングのロードを判断するかも知れない。このように、各ノードは、各リングのロードを直接的あるいは間接的に把握して、空いているリングに優先的に接続するようにする。ただし通信が集中するノードへの予告は、不許可の確率が高くなるので、その度に通信を諦めると当該ノードへの通信ができなくなってしまう。そこで、ランダムにあるいは決められたルールに従って、再設定を繰り返し通信できるまで待つ必要がある。
また不許可パケットが返ってきた場合に、既に予告パケットからの遅れ時間ｔ1の設定によっては、当該バーストがすでに送出されている場合がある。このときには、当該バーストを構成するデータが既にバッファから消去され、バーストの再送ができないようなシステム構成もあり得る。通常、上位層プロトコルでも再送などの誤り制御機構が備えられており、光ネットワークのレベルで再送しなくてもアプリケーションは動作可能だからこの構成が可能である。
この不許可パケットの受信前にバーストを送出してしまう場合にもう一つ問題点がある。それは、不許可にも関わらず送出されたバーストが他の送信を許可された（正確には、不許可でなかった）バーストと衝突して、受信側で許可されたバーストの受信に失敗することである。同じ状況は、不許可パケットが途中で誤りなどにより廃棄された場合やプロテクション機能によるループバックが働いた場合にも生じる。このため受信ノードでは、予告パケットにより設定された時刻になってもバーストが到達しなかったり、あるいは、届いたバーストが再生できなかった場合、当該バーストを送信したと推測されるノードに、バースト転送の失敗を通知する制御パケットをデフォルトチャネルを介して送信すると良い。ただ、バースト通信主体のネットワークであるため、再送はデータに著しい遅延を与える。これを避けるために、各ノードで不許可なバースト伝送を廃棄したり、既に光信号がチャネル上を伝送されているときには、重ねては光信号が送出できないような機能を備えるとより良い。この機能は、例えばバイパスチャネル用送信器出力を光リングに多重するための空間スイッチとカプラで構成されている部分を音響光学効果フィルタ（AOTF: Acousto-Optic Tunable Filter）で構成すると実現できる。AOTFは、任意の波長を任意の程度で合分波できる機能がある。このAOTFを送信光信号の合波器として用いて同時に必要なチャネルの光信号の一部を抜き出しモニタすることにより、異常時には、前記のような対策を行うことができる。
前述したように、他ノードの通信状況に関する知識も効率の良いスケジューリングに役立つ。従って、制御部は、デフォルトチャネルを通過する予告パケットなどから、通信状況を把握する表を作成・管理しておく。この表には、例えば各相手先ノードに、どのノードがいつ通信を行うかが記録されている。
またランダムに発生する通信予約がパケット衝突により失敗する確率を下げるために、各リングは平均負荷が例えば50％以下という状態で動作できるように、ネットワークは設計される。例えば各リングで使用可能な波長が25波長あり、ノードの総数が100局の場合、４リングで全ノードが波長をフルに活用して通信ができるわけだが、このような状態をtell-and-go方式で実現するのは難しい。これが、例えばリングを８以上設け、各ノードにも相当の容量が確保できるように受信器を増設すると、パケットあるいはバースト廃棄率が急激に改善され、通信がスムーズに行われるようになる。
さらに高負荷ノードは、例えば、複数受信器を設けることにより複数のリングに従属することにより、各受信器の負荷を下げる。この構成は、同時に負荷を各リングに均等に分散させる効果も提供する。これにより、tell-and-go方式を用いた回線設定によっても、著しくリング数を増やす必要はなくなる。
以上の例では、ノードに備えられたメインの光受信器は、接続される光リングが固定され、さらに受信波長も固定されていた。このため、前に述べたように送信側ノードでは、通信設定を行うにあたり、使用可能なチャネルを探して、アレンジする必要がなくなるため、チャネル設定に要する処理が軽減される。特に、大容量光ネットワークは波長や空間という次元を複数用いるため、チャネルを指定する波長や空間の組合せ数が多い。このため、第四の問題点として指摘したように使用可能な波長のアレンジやその打合せの処理が重くなる問題があったが、前記のように、本構成例によりこの問題が解決される。さらに、前述の他ノードの通信状況に関する知識や複数の受信器設置による受信器負荷の低減などにより、より効率的なチャネル設定処理が実現できる。
本構成例中で用いた切替え手段は、ピエゾ素子によりファイバを駆動する空間スイッチとDBR-LDによる送信波長切替の組合せであるため、波長切替の頻度を空間切替の頻度より高くした。これは当然使用する切替え手段により種々の場合が考えられ、例えば、DBR-LDによる送信波長切替と半導体光ゲート（SOAG: Semiconductor Optical Amplifier Gate）による空間スイッチを用いた光送受信部を構成すると、波長切替がマイクロ秒のオーダで行なわれるのに対して、空間切替がナノ秒オーダと波長切替より十分速く行われるようになる。この場合は、前記した例での空間切替と波長切替の使い方を入れ換えることにより、効率的な通信が実現されるという効果が得られる。また、ノード毎に切替え速度の速い切替と遅い切替の組合せが異なる場合でも、速い切替の方を優先的に使うという技術を用いることにより、効率的な通信が実現される。
第２の例として、前記の例と同じく図３のネットワークにおいて、各ノードのバイパスチャネル用光受信器もリングおよび波長が可変可能な場合について、以下に説明する。この場合、信号を送信するノードと受信するノード、使用リング、使用波長の組合せが、ダイナミックに変化する。
図８にノードの構成例を示す。先の構成例におけるノードと異なるのは、バースト光受信器106が制御部111により制御される空間スイッチ110-2と波長選択部123-1〜4を介して、全ての光リングに接続されている点である。このノードでは、バースト光送信器107は、情報を伝送するバイパスチャネル用の送信部として波長可変光源を持ちその出力が空間切替型光スイッチ110を介して各リングに接続されている。バースト光受信器106は、データが転送されてくる光周波数を選択する各リングの波長選択部で選択された光信号が光スイッチで一つだけ選択され、バースト受信に対応した光受信器で受信、電気信号に変換する。その後、ヘッダ処理などを行ない、取り出された情報を出力する。ノードは、ネットワークの持つ伝送容量をより有効に使い、マルチキャスト通信にも容易に対応するために、光送信部と光受信部を複数持つ場合もある。また、その場合に光送受信器が同じ個数であるとは限らない。
ノードには、このバイパスチャネル用光送受信器の他に、小容量の通信や制御情報の伝送に主に使われるデフォルトチャネル用の光送受信部を備えるのは、前記構成例と同様である。各通信は図4に示す手順で前記構成例と同様にして行われる。
予告パケットを受けとったノードＪは、ノードＡからの伝送を受信できるかどうかを判断し、受け取れる場合は、ノードＡが指定してきた波長にバイパスチャネル用光受信器の受信波長を合わせる。すると、ノードＡからのバースト状パケットが届く。ノードＡは、予告パケットを送出後、ある時間ｔ1をおいて、それまでに予告失敗を告げるパケットが戻ってこない限り、バースト状パケットを一方的に送り出す。ノードＪがｔ1以内に予告パケットを受け取れば、ノードＪは、ノードＡからのパケットを最初から受信できる。
このようにして通信を行うため、ノードはバイパスチャネルを用いた送受信に際して、常にリングと波長を選択することになる。バイパスチャネル通信用送受信部では、この選択を上述のとおり波長切替と空間切替の２つの独立した切替え手段を用いて行う。ところが、それぞれの手段の切替えに要する時間が著しく異なる。
光送信部の場合、波長切替えは、マイクロ秒オーダの速さで行われる。一方、空間切替え速度はミリ秒オーダである。そこで各ノードの制御部は、一度空間切替を行うと、当該リングネットワークで行うことができる通信をできるだけやってしまい、その後で初めて、空間切替えを行う。こうすることにより、空間切替の頻度を減らして時間の有効利用を行うことができる。
前記機能を実現するため、各ノードの制御部は、常にどのノードがどのリングで通信を行っているか、特にその光受信器がどのリングで使われているかをできるだけ把握するように表を管理している。この表は、デフォルトチャネルを流れる前述の通信予告パケットやそれを基に各ノードが作った表をノード間で交換することにより、常に最新状況を反映するように管理される。また各ノードが、自ノードが利用するリングを変更する度にその存在情報をデフォルトチャネルにブロードキャストするようにすると、各ノードは状況を把握しやすくなるので、さらに良い。ノードの存在情報は、各ノードの送受信器が接続リングを変更する直前と直後に流される。変更直後の情報には、例えば予定滞在時間なども含まれて、そのノードへ通信したいノードが通信スケジュールを決めるのにも役立てられる。そして、この表により各ノードは予告パケットの送り先を決定する。
ただ、デフォルトチャネルを流れる予告パケットは、勿論全ノードには伝わらないし、他のノード間での表の交換や各ノードの流す存在情報も全ノードに正しく伝わるとは限らない。このため、表は全てのノードの状況を把握していないかもしれないし、最新の状況を反映していないかもしれない、制御部は、その点も考慮に入れ表の管理や通信スケジュール決定を行う。例えば予告パケットから得た情報は信頼できるが、ノード間で交換した情報は、既に古くなっているかもしれないので、その点を考慮して表の更改を行う。これにより、表に基づく通信設定を行った場合でも、当該通信の成功率が向上する。
ここまでに示したように各ノードが波長切替を優先して通信していく場合、通信しようとしてもいつも同じリング上にいない相手が生じ、この相手を追いかけ続ける状態になる可能性がある。このような相手には、予告の予約を行う、あるいは、リングと周波数の両方を指定し、かつ予告パケットとデータパケットの間を十分にとるようにして、予告パケットを送出することにより、追いかけあい状態を減らすことができる。このように通信要求をかなり早くから予告すると良いが、それでもすでに通信希望のタイミングにどのリングにいるかが決まっている可能性もあるので、デフォルトチャネルを介して相手のスケジュールをあらかじめ得ておくのも良い。
デフォルトチャネルでは、小容量の通信もその上で行うので、ノード数が増えると１チャネルでは容量が足りなくなる。デフォルトチャネルが低負荷、十分低いパケット廃棄率で運用されていないと、予告パケットなどが相手ノードに届かずに途中で消失して通信に失敗するなど、デフォルトチャネルの容量制限でネットワーク全体の利用効率が低減してしまうという問題が生じる。そこで、デフォルトチャネルの容量が不足する場合には、瞬時的なケースに対しては、予告パケットを優先的に伝送し通常データはバッファリングや廃棄により対応する。一方、平均的に不足する場合には、各リングにデフォルトチャネルを設定するマルチデフォルトチャネルの構成が有効である。この場合のノードの構成を図９に示す。デフォルトチャネル用光送受信器108、109は、ＷＤＭカプラ105-1〜8と制御部111によりコントロールされる空間スイッチ124-1、2により、全リングのデフォルトチャネルに対して光信号の入出力が可能になっている。ただし依然、デフォルトチャネル用光送受信器108及び109は一つずつしか備えていない。ノードは、各リングでデフォルトチャネルを介して、リングの負荷をチェックしながら通信順序を検討する。リングを切替えたノードは、直後に、接続したことを伝えると共に、前にいたリングの通信状況等の情報を知らせるパケットを新しいリング上に放送すると良い。これにより、あるリングでも他リングのほぼ最新の情報が入手でき、他のノードのリング間切替えなどのスケジューリングの参考になる。
またデフォルトチャネルを、各リングに分散させることにより、既に触れたデフォルトチャネルとバイパスチャネルの1.3μm／1.55μmの波長多重が同様に使えるので、デフォルトチャネルが安価に構成できる。
マルチデフォルトチャネル構成において、ノードが複数のデフォルトチャネル用光送受信器を持つ場合は、多少ノードの光送受信器が高価になるが、さらに通信効率を上げられる。制御部111が、現在通信を行っているリングの他に、次に切替を予定しているリング、さらにその次のリングのデフォルトチャネル情報も入手できるようになるからである。ネットワークにこのようなノードが数ノードあるだけでも、そのノードが最新の他リング情報を流すことができ、他のノードがリング切替をスケジューリングするのに参考にできる。また、複数のバイパスチャネル用光送受信器106,107を持つノードは、各光送受信器のための制御を行うために、複数のデフォルトチャネル用光送受信器108,109を持つ必要がある。そしてこの時、同時に前述したリング間での情報交換を助けることができる。
図10に示すような構成により、全ノードがマルチデフォルトチャネルの数だけデフォルトチャネル用光送受信器を備えるとさらに良い。各リング用デフォルトチャネル用光送受信器108-1〜4,109-1〜4はそれぞれＷＤＭカプラ105-1〜8を介して、いずれかの光リングに接続されている。各光送信部108-1〜4は、行き先ノードごとに後述するマルチリンクコネクション制御を行うマルチリンクコネクション制御部（以下、ＭＬ部という）125-1,2を介してパケットを入力している。また、通常のデフォルトチャネル用の合流部118の後に、前述のＭＬ部との間に行き先毎にパケットを振り分ける振分器127も備える。各受信部出力は、発信ノードごとのＭＬ部125-3,4を介して受信側の合流器126により合流され、セレクタ119に渡される。
前述した第三の問題点に対しては、簡易で効率的なデフォルトチャネルの利用が実現できる。まず、複数のデフォルトチャネル間に通信を分岐させ、また、複数のデフォルトチャネル間からの通信を合流する機能を備えることにより、ノード間ごとに複数あるデフォルトチャネルをマルチコネクションにより構成された一つのリンクとみなすことができるようになる。従ってノードの制御部は、どの情報を相手先に接続されているどのデフォルトチャネルに流すかを区別する必要がなくなる。各ノードはロードの低いデフォルトチャネルを選んで予告パケットや情報を送出することにより、各デフォルトチャネル間の負荷が分散し、通信呼損率が十分低く保たれ、デフォルトチャネルの性能不足によるネットワーク全体の効率低下が生じにくくなる。そして、マルチリンクプロトコル等の順序制御プロトコルを分岐／合流機能に適用することにより、通信予約の順序の逆転等がなくなり、確実性の高い処理が実現される。また、あるデフォルトチャネルが障害により使用不可になっても、残りのチャネルを活用することにより、障害の影響が少ない、信頼性の高いチャネルを実現できる。
前記第一、第二の構成例においては、通信設定方式として、“tell-and-go”を用いた例を示してきた。この方式は、手順が簡単である上に、各ノードが独立に自律的にスケジューリングを行えるため、各ノードの状況に応じて、通信設定が調整・変更できる。このため、通信負荷の時間的な変化や地理的な偏りに自在に対応でき、また、分散システムであるところからくる部分的な障害に非常に強い利点もある。しかも全く自由にデータを送り出すALOHA方式に比べるとスループットが高い。しかし、ネットワークの負荷が高くなると、急激に通信の衝突が頻発して、ネットワークの効率的な活用ができなくなる。そのため、通信容量の点で十分余裕のあるネットワーク設計が必要となり、コストがかかる問題点もある。
一方、前述した技術は通信設定方式には依らない。例えばネットワークの本来の通信容量をより効率的に利用するという点では、あらかじめ全ノードのスケジュールを決めてしまうプリアサイン型の通信設定方式が有効であるが、この場合にも前述した技術は有効である。この方式を用いる場合、ネットワーク全体のスケジューリングを行うスケジューラが存在し、スケジューラが各ノードの通信要求を集め、それに基づいた全ノードのスケジューリングを刻々と行っていく。この場合でも、第１および第２の例により説明した構成を採ることにより、以下のように、依然その効果が得られる。
まずスケジューラは、ノード（あるいは、各バイパスチャネル用光送受信器。以下同様）をリングの数より多い複数のグループに分ける。そして、次にそのグループをいずれかのリングに割り当てていく。さらに各リングの中で、あるグループのノードＡから異なるグループのノードＢへの通信など、異なるグループに属するノード間の通信のスケジューリングを行う。各リングでグループ間の通信のスケジューリングが終了すると、次のグループの組合せを各リングに設定していき、その中でのグループ間の通信をスケジューリングする。これを順次行なっていくが、適宜相手グループが無いときなどに、グループ内での通信のスケジューリングも行い実施する。この時、このグループの組合せ変更が各ノードにとってはリング切替えとなり、グループ間通信中の相手ノード変更が波長切替えとなる。従って、ここでも前記２種類の切替が区別され、リング切替（＝空間切替）の頻度を低減するようにスケジューリングが行われており、その結果、ネットワークの利用効率が向上する。
また、このように２段階のスケジューリングを行うことにより、スケジューラは、ノードの数よりはずっと少ないグループ数、グループ内ノード数という常に少ない数の組合せのスケジューリングをするだけで良いので、スケジューラの処理量が大幅に削減される利点もある。
図８にノードの構成例を示す。先の構成例におけるノードと異なるのは、バースト光受信器106が制御部111により制御される空間スイッチ110-2と波長選択部123-1〜4を介して、全ての光リングに接続されている点である。このノードでは、バースト光送信器107は、情報を伝送するバイパスチャネル用の送信部として波長可変光源を持ちその出力が空間切替型光スイッチ110を介して各リングに接続されている。バースト光受信器106は、データが転送されてくる光周波数を選択する各リングの波長選択部で選択された光信号が光スイッチで一つだけ選択され、バースト受信に対応した光受信器で受信、電気信号に変換する。その後、ヘッダ処理などを行ない、取り出された情報を出力する。ノードは、ネットワークの持つ伝送容量をより有効に使い、マルチキャスト通信にも容易に対応するために、光送信部と光受信部を複数持つ場合もある。また、その場合に光送受信器が同じ個数であるとは限らない。
ノードには、このバイパスチャネル用光送受信器の他に、小容量の通信や制御情報の伝送に主に使われるデフォルトチャネル用の光送受信部を備えるのは、前記構成例と同様である。各通信は図4に示す手順で前記構成例と同様にして行われる。
予告パケットを受けとったノードＪは、ノードＡからの伝送を受信できるかどうかを判断し、受け取れる場合は、ノードＡが指定してきた波長にバイパスチャネル用光受信器の受信波長を合わせる。すると、ノードＡからのバースト状パケットが届く。ノードＡは、予告パケットを送出後、ある時間ｔ1をおいて、それまでに予告失敗を告げるパケットが戻ってこない限り、バースト状パケットを一方的に送り出す。ノードＪがｔ1以内に予告パケットを受け取れば、ノードＪは、ノードＡからのパケットを最初から受信できる。
このようにして通信を行うため、ノードはバイパスチャネルを用いた送受信に際して、常にリングと波長を選択することになる。バイパスチャネル通信用送受信部では、この選択を上述のとおり波長切替と空間切替の２つの独立した切替え手段を用いて行う。ところが、それぞれの手段の切替えに要する時間が著しく異なる。
光送信部の場合、波長切替えは、マイクロ秒オーダの速さで行われる。一方、空間切替え速度はミリ秒オーダである。そこで各ノードの制御部は、一度空間切替を行うと、当該リングネットワークで行うことができる通信をできるだけやってしまい、その後で初めて、空間切替えを行う。こうすることにより、空間切替の頻度を減らして時間の有効利用を行うことができる。
前記機能を実現するため、各ノードの制御部は、常にどのノードがどのリングで通信を行っているか、特にその光受信器がどのリングで使われているかをできるだけ把握するように表を管理している。この表は、デフォルトチャネルを流れる前述の通信予告パケットやそれを基に各ノードが作った表をノード間で交換することにより、常に最新状況を反映するように管理される。また各ノードが、自ノードが利用するリングを変更する度にその存在情報をデフォルトチャネルにブロードキャストするようにすると、各ノードは状況を把握しやすくなるので、さらに良い。ノードの存在情報は、各ノードの送受信器が接続リングを変更する直前と直後に流される。変更直後の情報には、例えば予定滞在時間なども含まれて、そのノードへ通信したいノードが通信スケジュールを決めるのにも役立てられる。そして、この表により各ノードは予告パケットの送り先を決定する。
ただ、デフォルトチャネルを流れる予告パケットは、勿論全ノードには伝わらないし、他のノード間での表の交換や各ノードの流す存在情報も全ノードに正しく伝わるとは限らない。このため、表は全てのノードの状況を把握していないかもしれないし、最新の状況を反映していないかもしれない、制御部は、その点も考慮に入れ表の管理や通信スケジュール決定を行う。例えば予告パケットから得た情報は信頼できるが、ノード間で交換した情報は、既に古くなっているかもしれないので、その点を考慮して表の更改を行う。これにより、表に基づく通信設定を行った場合でも、当該通信の成功率が向上する。
ここまでに示したように各ノードが波長切替を優先して通信していく場合、通信しようとしてもいつも同じリング上にいない相手が生じ、この相手を追いかけ続ける状態になる可能性がある。このような相手には、予告の予約を行う、あるいは、リングと周波数の両方を指定し、かつ予告パケットとデータパケットの間を十分にとるようにして、予告パケットを送出することにより、追いかけあい状態を減らすことができる。このように通信要求をかなり早くから予告すると良いが、それでもすでに通信希望のタイミングにどのリングにいるかが決まっている可能性もあるので、デフォルトチャネルを介して相手のスケジュールをあらかじめ得ておくのも良い。
デフォルトチャネルでは、小容量の通信もその上で行うので、ノード数が増えると１チャネルでは容量が足りなくなる。デフォルトチャネルが低負荷、十分低いパケット廃棄率で運用されていないと、予告パケットなどが相手ノードに届かずに途中で消失して通信に失敗するなど、デフォルトチャネルの容量制限でネットワーク全体の利用効率が低減してしまうという問題が生じる。そこで、デフォルトチャネルの容量が不足する場合には、瞬時的なケースに対しては、予告パケットを優先的に伝送し通常データはバッファリングや廃棄により対応する。一方、平均的に不足する場合には、各リングにデフォルトチャネルを設定するマルチデフォルトチャネルの構成が有効である。この場合のノードの構成を図９に示す。デフォルトチャネル用光送受信器108、109は、ＷＤＭカプラ105-1〜8と制御部111によりコントロールされる空間スイッチ124-1、2により、全リングのデフォルトチャネルに対して光信号の入出力が可能になっている。ただし依然、デフォルトチャネル用光送受信器108及び109は一つずつしか備えていない。ノードは、各リングでデフォルトチャネルを介して、リングの負荷をチェックしながら通信順序を検討する。リングを切替えたノードは、直後に、接続したことを伝えると共に、前にいたリングの通信状況等の情報を知らせるパケットを新しいリング上に放送すると良い。これにより、あるリングでも他リングのほぼ最新の情報が入手でき、他のノードのリング間切替えなどのスケジューリングの参考になる。
またデフォルトチャネルを、各リングに分散させることにより、既に触れたデフォルトチャネルとバイパスチャネルの1.3μm／1.55μmの波長多重が同様に使えるので、デフォルトチャネルが安価に構成できる。
マルチデフォルトチャネル構成において、ノードが複数のデフォルトチャネル用光送受信器を持つ場合は、多少ノードの光送受信器が高価になるが、さらに通信効率を上げられる。制御部111が、現在通信を行っているリングの他に、次に切替を予定しているリング、さらにその次のリングのデフォルトチャネル情報も入手できるようになるからである。ネットワークにこのようなノードが数ノードあるだけでも、そのノードが最新の他リング情報を流すことができ、他のノードがリング切替をスケジューリングするのに参考にできる。また、複数のバイパスチャネル用光送受信器106,107を持つノードは、各光送受信器のための制御を行うために、複数のデフォルトチャネル用光送受信器108,109を持つ必要がある。そしてこの時、同時に前述したリング間での情報交換を助けることができる。
図10に示すような構成により、全ノードがマルチデフォルトチャネルの数だけデフォルトチャネル用光送受信器を備えるとさらに良い。各リング用デフォルトチャネル用光送受信器108-1〜4,109-1〜4はそれぞれＷＤＭカプラ105-1〜8を介して、いずれかの光リングに接続されている。各光送信部108-1〜4は、行き先ノードごとに後述するマルチリンクコネクション制御を行うマルチリンクコネクション制御部（以下、ＭＬ部という）125-1,2を介してパケットを入力している。また、通常のデフォルトチャネル用の合流部118の後に、前述のＭＬ部との間に行き先毎にパケットを振り分ける振分器127も備える。各受信部出力は、発信ノードごとのＭＬ部125-3,4を介して受信側の合流器126により合流され、セレクタ119に渡される。
前述した第三の問題点に対しては、簡易で効率的なデフォルトチャネルの利用が実現できる。まず、複数のデフォルトチャネル間に通信を分岐させ、また、複数のデフォルトチャネル間からの通信を合流する機能を備えることにより、ノード間ごとに複数あるデフォルトチャネルをマルチコネクションにより構成された一つのリンクとみなすことができるようになる。従ってノードの制御部は、どの情報を相手先に接続されているどのデフォルトチャネルに流すかを区別する必要がなくなる。各ノードはロードの低いデフォルトチャネルを選んで予告パケットや情報を送出することにより、各デフォルトチャネル間の負荷が分散し、通信呼損率が十分低く保たれ、デフォルトチャネルの性能不足によるネットワーク全体の効率低下が生じにくくなる。そして、マルチリンクプロトコル等の順序制御プロトコルを分岐／合流機能に適用することにより、通信予約の順序の逆転等がなくなり、確実性の高い処理が実現される。また、あるデフォルトチャネルが障害により使用不可になっても、残りのチャネルを活用することにより、障害の影響が少ない、信頼性の高いチャネルを実現できる。
前記第一、第二の構成例においては、通信設定方式として、“tell-and-go”を用いた例を示してきた。この方式は、手順が簡単である上に、各ノードが独立に自律的にスケジューリングを行えるため、各ノードの状況に応じて、通信設定が調整・変更できる。このため、通信負荷の時間的な変化や地理的な偏りに自在に対応でき、また、分散システムであるところからくる部分的な障害に非常に強い利点もある。しかも全く自由にデータを送り出すALOHA方式に比べるとスループットが高い。しかし、ネットワークの負荷が高くなると、急激に通信の衝突が頻発して、ネットワークの効率的な活用ができなくなる。そのため、通信容量の点で十分余裕のあるネットワーク設計が必要となり、コストがかかる問題点もある。
一方、前述した技術は通信設定方式には依らない。例えばネットワークの本来の通信容量をより効率的に利用するという点では、あらかじめ全ノードのスケジュールを決めてしまうプリアサイン型の通信設定方式が有効であるが、この場合にも前述した技術は有効である。この方式を用いる場合、ネットワーク全体のスケジューリングを行うスケジューラが存在し、スケジューラが各ノードの通信要求を集め、それに基づいた全ノードのスケジューリングを刻々と行っていく。この場合でも、第１および第２の例により説明した構成を採ることにより、以下のように、依然その効果が得られる。
まずスケジューラは、ノード（あるいは、各バイパスチャネル用光送受信器。以下同様）をリングの数より多い複数のグループに分ける。そして、次にそのグループをいずれかのリングに割り当てていく。さらに各リングの中で、あるグループのノードＡから異なるグループのノードＢへの通信など、異なるグループに属するノード間の通信のスケジューリングを行う。各リングでグループ間の通信のスケジューリングが終了すると、次のグループの組合せを各リングに設定していき、その中でのグループ間の通信をスケジューリングする。これを順次行なっていくが、適宜相手グループが無いときなどに、グループ内での通信のスケジューリングも行い実施する。この時、このグループの組合せ変更が各ノードにとってはリング切替えとなり、グループ間通信中の相手ノード変更が波長切替えとなる。従って、ここでも前記２種類の切替が区別され、リング切替（＝空間切替）の頻度を低減するようにスケジューリングが行われており、その結果、ネットワークの利用効率が向上する。
また、このように２段階のスケジューリングを行うことにより、スケジューラは、ノードの数よりはずっと少ないグループ数、グループ内ノード数という常に少ない数の組合せのスケジューリングをするだけで良いので、スケジューラの処理量が大幅に削減される利点もある。
次に、参考のため、複数のネットワークを跨って行われるエンド−エンド通信の場合について、図１１に示す参考例を用いて説明する。図１１において、端末Ａ205-1が複数の光ネットワーク201,202,203を介して端末Ｂ205-2にバースト状データを送信する場合を考える。各ネットワークには、複数のノード102が接続されており、端末Ａも端末Ｂもそれらのノードの一つを介してネットワークに接続されている。途中に介在するネットワークI(201)、II(202)、III(203)は、それぞれ、既に示した波長と空間の次元を有効に利用しているネットワークである。ネットワークIに接続している端末Ａは、ネットワークＩ上のデフォルトチャネルに端末Ｂへの通信の予告パケットを送出する。デフォルトチャネルを転送された予告パケットは、ゲートウェイI-x（206-1）を介してネットワークIIのデフォルトチャネル上を転送される。さらに予告パケットは、ゲートウェイII-x（206-2）を介して、ネットワークIIIのデフォルトチャネルで転送され、端末Bに到達する。ゲートウェイI-x、II-xでは、ネットワークの接続状況は固定されており予告パケットで指示したチャネルは、前記ゲートウェイを通過して、端末Ａから端末Ｂへ光学的なパスとして存在している。ここまでの過程で特に支障がない場合、予告パケットに遅れて端末Ａから伝送されるバーストは、端末Ｂに伝送される。
図１２に、ネットワークIとIIを接続するゲートウェイノードの一例を示す。それぞれのネットワークのリング＃１および＃２に接続されている波長選択部123-2, 3, 4, 5により選択された光信号が、光マトリクススイッチ211-1, 2を介して、他方のネットワークの＃１〜＃４のいずれかのリングネットワークにカプラ104-1〜8を介して挿入される。前記光マトリクススイッチは、光路を切替える空間光スイッチ、光信号を増幅し波形を整形する光増幅機能・光波形再生機能や取り出した光信号の波長を異なる波長に変換して新しいネットワークへ入力するための波長変換機能を備える。前記光マトリクスは、図示されていない制御部からの制御線を介して、制御部により切替えられる。
一般にエンド−エンドの場合、端末Ａでは途中ネットワーク及び端末Ｂの状況は把握できないため、端末Ａは事前に端末Ｂとそこまでの経路の基本情報を収集する。端末Ａは、まず予告パケットを通信スケジュール確立用に送出する。このパケットには、通常の予告パケットと少し異なり、発信元アドレスと相手先アドレス、通信設定する光リングと波長の組合せ、予想されるバーストのサイズとその発生頻度が記述されている。端末Ｂはこの情報をもとに、端末Ａからの通信をスケジュールに組み込み、その結果として、受信に供するチャネルの光リングと波長の組合せとそこで端末Ａから来る信号を待つタイミングとその周期を端末Ｂはデフォルトチャネルを介して端末Ａに通知する。途中ノード、特にゲートウェイノードと端末Ａは、通知された条件をスケジューリングに組み込み予定しておく。この際の端末ＡおよびＢにおけるスケジューリングでは、制御部は、第１および第２の例で特徴付けられる機能を用いて、リング切替えの頻度が波長切替の頻度より小さくなるようにスケジューリングを行う。これにより全体的な切替えに費やす時間を最小に抑え、効率的なネットワーク利用を実現することができる。制御情報やデータの転送が容易かつ柔軟に実現でき、高信頼なネットワークが実現されるのも同様である。また端末Ａでは、この通知により、バイパスチャネル用行き先別キューに前記端末Ｂ宛パケット用のキューを設定し、ルーティング機能にも新しいルーティング情報を設定する。これら端末Ａ，Ｂ及び途中ノードでなされる設定は、通信資源を無駄にしないためソフトステート方式で保持される。つまり端末Ａは、定期的にバーストを端末Ｂへ送り出すか、バーストの代わりに、設定保持を要求する制御パケットを端末Ｂに向けて送出し、端末Ｂと途中ノードに対して、この設定を保持することを働き続ける必要がある。あらかじめ定められた一定時間の間に、これらのアクションを起こさない場合は、この設定は各端末、ノードで廃棄される。
図１２に、ネットワークIとIIを接続するゲートウェイノードの一例を示す。それぞれのネットワークのリング＃１および＃２に接続されている波長選択部123-2, 3, 4, 5により選択された光信号が、光マトリクススイッチ211-1, 2を介して、他方のネットワークの＃１〜＃４のいずれかのリングネットワークにカプラ104-1〜8を介して挿入される。前記光マトリクススイッチは、光路を切替える空間光スイッチ、光信号を増幅し波形を整形する光増幅機能・光波形再生機能や取り出した光信号の波長を異なる波長に変換して新しいネットワークへ入力するための波長変換機能を備える。前記光マトリクスは、図示されていない制御部からの制御線を介して、制御部により切替えられる。
一般にエンド−エンドの場合、端末Ａでは途中ネットワーク及び端末Ｂの状況は把握できないため、端末Ａは事前に端末Ｂとそこまでの経路の基本情報を収集する。端末Ａは、まず予告パケットを通信スケジュール確立用に送出する。このパケットには、通常の予告パケットと少し異なり、発信元アドレスと相手先アドレス、通信設定する光リングと波長の組合せ、予想されるバーストのサイズとその発生頻度が記述されている。端末Ｂはこの情報をもとに、端末Ａからの通信をスケジュールに組み込み、その結果として、受信に供するチャネルの光リングと波長の組合せとそこで端末Ａから来る信号を待つタイミングとその周期を端末Ｂはデフォルトチャネルを介して端末Ａに通知する。途中ノード、特にゲートウェイノードと端末Ａは、通知された条件をスケジューリングに組み込み予定しておく。この際の端末ＡおよびＢにおけるスケジューリングでは、制御部は、第１および第２の例で特徴付けられる機能を用いて、リング切替えの頻度が波長切替の頻度より小さくなるようにスケジューリングを行う。これにより全体的な切替えに費やす時間を最小に抑え、効率的なネットワーク利用を実現することができる。制御情報やデータの転送が容易かつ柔軟に実現でき、高信頼なネットワークが実現されるのも同様である。また端末Ａでは、この通知により、バイパスチャネル用行き先別キューに前記端末Ｂ宛パケット用のキューを設定し、ルーティング機能にも新しいルーティング情報を設定する。これら端末Ａ，Ｂ及び途中ノードでなされる設定は、通信資源を無駄にしないためソフトステート方式で保持される。つまり端末Ａは、定期的にバーストを端末Ｂへ送り出すか、バーストの代わりに、設定保持を要求する制御パケットを端末Ｂに向けて送出し、端末Ｂと途中ノードに対して、この設定を保持することを働き続ける必要がある。あらかじめ定められた一定時間の間に、これらのアクションを起こさない場合は、この設定は各端末、ノードで廃棄される。
次にこの参考例をもとに、さらに他の参考例とその効果について説明する。
第五の問題点として述べたように、上で述べたような複数のネットワークを跨ってバーストを転送する場合、端末Ａが使える全てのリングの全ての波長から端末Ｂへ光信号を送り出せるわけではない。なぜなら、途中のゲートウェイで接続するリングや波長が限られるからである。従って、端末Ａは、ゲートウェイで転送されるリング・波長の中から通信条件を決めることになる。しかし、ゲートウェイを何段も経由する場合、前記通信条件の選択肢は少なくなり、最悪のケースでは無い場合も生じる。このような場合、波長変換器があると問題が解決でき、効率良く通信ができることがある。波長変換器は、ある波長で入ってきた光信号を瞬時に別の波長で送出するもので、その際、光信号上の情報は変化しない。一度電気に変換するタイプや光のまま変換するタイプがあるが、いずれも機能内部でのデータのバッファリングは行なわない。この波長変換器があると、ゲートウェイが所属する複数のネットワークのそれぞれで他のネットワークに接続できる光リングや波長の数を独立に設定できる。また、利用波長の衝突があった場合も、片方の光信号の波長を移すことによりそれを回避できる。この結果、各ネットワークは最適かつ最小限の波長で他のネットワークへのインターコネクションを実現できる。また合分波器と併用すると、波長変換器によりリングの切替えもできるため、より効率的なインターコネクションの設計と利用ができる。さらにゲートウェイが波長変換器と空間スイッチの両方を備えることによっても、限られたネットワーク間接続の容量を高度にかつ効率的に使える。以上に述べたゲートウェイは、予告パケットを中継する際に、中継先ネットワークの状況も踏まえた上で適当な出力リングと波長を決定し、その情報に予告パケットを書き換えて次のノードに転送する。最終ゲートウェイのII-Xでは受け側端末Ｂの状況も多少把握されており、それとネットワークの状況からバーストの出力リングと波長を決定して、予告パケットを転送しておく。同様のことを端末Ｂからの通知パケットでも検討・調整する。これにより、通信設定の柔軟性が向上する。
第五の問題点として述べたように、上で述べたような複数のネットワークを跨ってバーストを転送する場合、端末Ａが使える全てのリングの全ての波長から端末Ｂへ光信号を送り出せるわけではない。なぜなら、途中のゲートウェイで接続するリングや波長が限られるからである。従って、端末Ａは、ゲートウェイで転送されるリング・波長の中から通信条件を決めることになる。しかし、ゲートウェイを何段も経由する場合、前記通信条件の選択肢は少なくなり、最悪のケースでは無い場合も生じる。このような場合、波長変換器があると問題が解決でき、効率良く通信ができることがある。波長変換器は、ある波長で入ってきた光信号を瞬時に別の波長で送出するもので、その際、光信号上の情報は変化しない。一度電気に変換するタイプや光のまま変換するタイプがあるが、いずれも機能内部でのデータのバッファリングは行なわない。この波長変換器があると、ゲートウェイが所属する複数のネットワークのそれぞれで他のネットワークに接続できる光リングや波長の数を独立に設定できる。また、利用波長の衝突があった場合も、片方の光信号の波長を移すことによりそれを回避できる。この結果、各ネットワークは最適かつ最小限の波長で他のネットワークへのインターコネクションを実現できる。また合分波器と併用すると、波長変換器によりリングの切替えもできるため、より効率的なインターコネクションの設計と利用ができる。さらにゲートウェイが波長変換器と空間スイッチの両方を備えることによっても、限られたネットワーク間接続の容量を高度にかつ効率的に使える。以上に述べたゲートウェイは、予告パケットを中継する際に、中継先ネットワークの状況も踏まえた上で適当な出力リングと波長を決定し、その情報に予告パケットを書き換えて次のノードに転送する。最終ゲートウェイのII-Xでは受け側端末Ｂの状況も多少把握されており、それとネットワークの状況からバーストの出力リングと波長を決定して、予告パケットを転送しておく。同様のことを端末Ｂからの通知パケットでも検討・調整する。これにより、通信設定の柔軟性が向上する。
さらにこのような高度な設定がリアルタイムで可能な程ゲートウェイの制御部の能力が高い場合には、この制御により、前述した事前設定を省略して、端末Ａが相手の状況を考慮することなく通信を開始しても、バーストの転送の成功率を高くなる。
ゲートウェイにおいて接続リングの切替を行う空間スイッチは、他のノードと異なり、切替え速度の十分速いものにしておくと良い。例えば、ＳＯＡＧを使ったマトリクススイッチや合分波器と波長可変光源の組合せによる空間スイッチのような方式である。なぜなら、ゲートウェイ内のネットワーク間を接続する通信路の容量は限られていることが多く、それを効率的に使う必要がある。しかも、ゲートウェイでは各端末が独立して送出してくるバーストを一時蓄積することなく転送するので、波長やリング間接続の切替えがランダムに発生し、しかも、そのスケジュールをゲートウェイのところでは調整できない。このため、多少コストがかかっても、スイッチングのためのガードタイムは小さくした方が良い。もちろん、波長変換器についても同様のことが言える。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
103-1〜4 光リング
106 バースト光受信器
107 バースト光送信器
108 デフォルトチャネル用光受信器
109 デフォルトチャネル用光送信器
110 空間スイッチ
111 制御部
115 ルーティング部
118 合流部
119 セレクタ
123 波長選択部
140 予告パケット
150 バーストデータパケット
170 予告パケットフォーマット
181 バーストパケットフォーマット
124-1,2 空間光スイッチ
125-1〜4 マルチリンクコネクション制御部
201,202,203 ネットワーク
205-1〜3 端末
206-1,2 ゲートウェイ
211-1,2 光マトリクススイッチ
106 バースト光受信器
107 バースト光送信器
108 デフォルトチャネル用光受信器
109 デフォルトチャネル用光送信器
110 空間スイッチ
111 制御部
115 ルーティング部
118 合流部
119 セレクタ
123 波長選択部
140 予告パケット
150 バーストデータパケット
170 予告パケットフォーマット
181 バーストパケットフォーマット
124-1,2 空間光スイッチ
125-1〜4 マルチリンクコネクション制御部
201,202,203 ネットワーク
205-1〜3 端末
206-1,2 ゲートウェイ
211-1,2 光マトリクススイッチ
Claims (4)
- ネットワーク利用者のデータである主データの通信をバイパスチャネルを介して行い、ノードの制御関連データの通信を前記バイパスチャネルとは異なるチャネルであるデフォルトチャネルを介して行う光ネットワークであって、
前記光ネットワークに所属して通信を行うノードは、
前記主データを前記バイパスチャネルに送信する第１の光送信手段と、
前記バイパスチャネルからの光信号を受信する第１の光受信手段と、
送信すべき前記主データの一部および前記制御関連データを合流する手段と、
この合流手段によって合流されたデータを前記デフォルトチャネルに送信する第２の光送信手段と、
前記デフォルトチャネルからの光信号を受信する第２の光受信手段と、
この第２の光受信手段から出力されるデータを、前記主データと前記制御関連データとに分離する分離手段と
前記制御関連データを前記合流手段に出力し、前記分離手段から出力される前記制御関連データを受信するとともに、前記ノードを制御する制御部とを有することを特徴とする光ネットワーク。 - 前記バイパスチャネルは空間および波長の組合せで規定される光ネットワークであって、
前記ノードは、さらに、
前記第１の光送信手段の出力を送信する前記バイパスチャネルを空間領域で規定する送信空間切替手段と、
前記第１の光受信手段が受信する前記バイパスチャネルを波長領域で規定する受信波長切替手段と、
前記受信波長切替手段に直列的に接続され、前記第１の光受信手段が受信する前記バイパスチャネルを空間領域で規定する受信空間切替手段とを有し、
前記第１の光送信手段は送信波長切替手段を有し、
前記制御手段は、さらに前記送信波長切替手段と、前記受信波長切替手段と、前記送信空間切替手段と、前記受信用空間切替手段とを制御することを特徴とする請求項１記載の光ネットワーク。 - ネットワーク利用者のデータである主データの通信をバイパスチャネルを介して行い、ノードの制御関連データの通信を前記バイパスチャネルとは異なるチャネルである複数のデフォルトチャネルを介して行う光ネットワークであって、
前記光ネットワークに所属して通信を行うノードは、
前記主データを前記バイパスチャネルに送信する第１の光送信手段と、
前記バイパスチャネルからの光信号を受信する第１の光受信手段と、
前記複数のデフォルトチャネルに送信すべきデータを、前記複数のデフォルトチャネルの通信負荷を平均化するように分岐する手段と、
この分岐手段によって分岐されたデータを前記複数のデフォルトチャネルにそれぞれ送信する複数の第２の光送信手段と、
前記複数のデフォルトチャネルからの光信号をそれぞれ受信する複数の第２の光受信手段と、
この複数の第２の光受信手段から出力されるデータを合流する合流手段と、
前記制御関連データを他ノードと交換するとともに、前記ノードを制御する制御部とを有することを特徴とする光ネットワーク。 - 前記バイパスチャネルは空間および波長の組合せで規定される光ネットワークであって、
前記ノードは、さらに、
前記第１の光送信手段の出力を送信する前記バイパスチャネルを空間領域で規定する送信空間切替手段と、
前記第１の光受信手段が受信する前記バイパスチャネルを波長領域で規定する受信波長切替手段と、
前記受信波長切替手段に直列的に接続され、前記第１の光受信手段が受信する前記バイパスチャネルを空間領域で規定する受信空間切替手段とを有し、
前記第１の光送信手段は送信波長切替手段を有し、
前記制御手段は、さらに前記送信波長切替手段と、前記受信波長切替手段と、前記送信空間切替手段と、前記受信用空間切替手段とを制御することを特徴とする請求項３記載の光ネットワーク。
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|---|---|---|---|---|
| WO2008037192A1 (fr) * | 2006-09-29 | 2008-04-03 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Router, procédé de routage et réseau à commutation de transfert |
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|---|---|---|---|---|
| WO2008037192A1 (fr) * | 2006-09-29 | 2008-04-03 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Router, procédé de routage et réseau à commutation de transfert |
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