JP2006148396A - Awg single hop wdm network structure method, program thereof, and recording medium - Google Patents

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Kensho Kamiyama
憲昭 上山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of a scalability in an AWG network by deriving the number of optimum arrangement couplers to minimize the total number of transceivers, while satisfying a given delay restricting condition. <P>SOLUTION: A calculation method is provided, by which the number of the optimum arrangement couplers to minimize the total number of the required transceivers is calculated within a range to satisfy a permission packet transfer delay time which is given from a given traffic amount in a network with a structure for connecting a plurality of nodes to an AWG after aggregation by the couplers in an AWG single hop WDM network with a MAN for using the AWG for a hub node as an object. The minimum value of an FSR for satisfying given permission average packet transfer delay and the maximum number of storable nodes in the case are obtained. Respective values where the total number of the transceivers is minimized are adopted as an optimum number of POP core wire and the number of arrangement couplers. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、AWG(Arrayed−Waveguide Grating)をハブノードに用いるMAN(Metropolitan Area Network)を対象としたAWGシングルホップWDM(Wavelength−Division Multiplexed)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、与えられたトラヒック量から与えられた許容パケット転送遅延時間を満足する範囲で、総必要トランシーバ数を最小化する最適なFSR(Free Spectral Range)値と設置カプラ数とPOP(Point−Of−Presence)必線数の算出方法、およびそのプログラムとプログラムを記録した記録媒体に関する。   In the present invention, a plurality of nodes in an AWG single-hop WDM (Wavelength-Division Multiplexed) network for MAN (Metropolitan Area Network) using AWG (Arrayed-Waveguide Grating) as a hub node are aggregated by a coupler G. In the network configured to connect to the network, an optimum FSR (Free Spectral Range) value and the number of installed couplers that minimize the total number of transceivers within a range that satisfies a given allowable packet transfer delay time from a given traffic amount, The present invention relates to a method for calculating the number of required lines of POP (Point-Of-Presence), and the program and a recording medium on which the program is recorded.

ギガビットイーサネット(登録商標)(100BASE−Tよりさらに高速化して最大1Gbpsとした1000BASE−Tも登場している。イーサネット(登録商標)では、1つの伝送路を全てのユーザが共有するため、送信するにはバスが空くまで待ち、衝突を回避する必要がある)等の導入、およびWDM伝送と大容量ルータもしくは光クロスコネクト導入の進展により、LAN(Local Area Network)とWAN(Wide Area Network)における伝送容量の飛躍的な向上が続いている。しかし、LANとWANの間に介在するメトロエリアのネットワーク(MAN:Metropolitan Area Network)については、依然としてSONET/SDH(Synchronous Optical Network/Synchronous Digital Hierarchy)が主流である。
SONETは、それ自身、ATMのようなスイッチング機能はなく、2地点間のトラフィックを伝送することに専念する。そして、通信方向が逆の2重リングで構成され、通常時は片方のリングと多重化装置がトラフィックを伝送し、稼働中に光ファイバケーブルが切断するか、多重化装置が故障したとき、瞬時に他方のリングが交替してネットワークを運用し続ける。
Gigabit Ethernet (registered trademark) (1000BASE-T, which is even faster than 100BASE-T and has a maximum of 1 Gbps, has also appeared. In Ethernet (registered trademark), all users share one transmission path, so it transmits. In the local area network (LAN) and wide area network (WAN) due to the introduction of WDM transmission and high-capacity routers or optical cross-connects. The transmission capacity continues to improve dramatically. However, a metropolitan area network (MAN) intervening between the LAN and the WAN is still the mainstream of SONET / SDH (Synchronous Optical Network / Synchronous Digital Hierarchy).
SONET itself does not have a switching function like ATM, and is dedicated to transmitting traffic between two points. And, it is composed of double rings with opposite communication directions. Normally, one ring and the multiplexing device transmit traffic, and when the optical fiber cable is cut during operation or the multiplexing device breaks down, it is instantaneous. The other ring is replaced and the network continues to operate.

しかし、メトロエリアの急激なトラヒック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。そのために、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。しかしながら、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運用することが重要である。   However, there is concern about the node bottleneck associated with electrical processing against the sudden increase in traffic in the metro area. 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 as they are. However, since MAN is more strict with respect to cost, it is important to operate an all-optical network that suppresses both facility cost (CAPEX) and control cost (OPEX).

中央に単一のハブノードを設け、全てのノードをハブノードに接続することにより、スタートポロジを構成するシングルホップWDMネットワークが、MANにおける全光ネットワークアーキテクチャとして注目されている。シングルホップWDMネットワークにおいては、全てのノード間のパケット転送は他のノードを経由することなくハブノードを介して直接行われるため、ルーティングやシグナリングが不要、パケットの転送遅延が小さい、等の利点がある。また、ハブノードには受動的な光デバイスが用いられ、ネットワーク構成もシンプルであることから、設備コストが小さい、という特徴がある。   A single-hop WDM network that forms a star topology by providing a single hub node in the center and connecting all the nodes to the hub node has attracted attention as an all-optical network architecture in MAN. In a single-hop WDM network, packet transfer between all nodes is performed directly via the hub node without passing through other nodes, so there is an advantage that routing and signaling are unnecessary and packet transfer delay is small. . In addition, since a passive optical device is used for the hub node and the network configuration is simple, the equipment cost is low.

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:Star Coupler)と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、多重波長数をW、各波長チャネルの伝送帯域をCとすると、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を対象として検討されてきた。   Two types of optical devices used in the hub node are under consideration: star coupler (SC) and AWG. In the case of the configuration using SC, since packets arriving at the hub node are broadcast to all nodes, assuming that the number of multiplexed wavelengths is W and the transmission band of each wavelength channel is C, the maximum throughput that can be achieved in the entire network is at most. 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)、AWGをハブノードに用いた構成の場合、多重波長数Wに対して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(以下、AWGネットワークと記す)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 multiple nodes simultaneously using the same wavelength), and AWG is used as a hub node The throughput achievable in the entire network with respect to the number of multiplexed wavelengths W is CW 2 , and since each node pair can exclusively use the wavelength channel, access control is also unnecessary. 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, which has strict cost requirements.

AWGネットワークは、1個のハブノードとN個のノードから構成されるスター型であり、ハブノードにはN×NのAWGが、各ノードにはトランシーバと波長多重分離装置がそれぞれ設置され、ノードn(n:N以下の任意の数)のトランシーバはトランスミッタTとレシーバRから構成される。また、各光心線上にはNF本の波長が多重される。ただし、FはFSR(Free Spectral Range)であり、1以上の整数値に設定される。 The AWG network is a star type composed of one hub node and N nodes. An N × N AWG is installed in each hub node, a transceiver and a wavelength multiplexing / demultiplexing device are installed in each node, and a node n ( n: n transceivers following any number of) consists of a transmitter T n and the receiver R n. Further, NF wavelengths are multiplexed on each optical core. However, F is FSR (Free Spectral Range), and is set to an integer value of 1 or more.

図2は、N=3,F=2としたときのAWGネットワークを示す構成図である。
図2に示すように、AWGの波長周回性により、f=0,1,・・,F−1の任意の整数値fについて、AWGの入力ポートi上の波長チャネルfN+1,fN+2,fN+3,・・・,fN+Nは、各々出力ポートi,i+1,i+2,・・・,i−1,に導かれ、出力ポートj上の波長チャネルfN+1,fN+2,fN+3,・・・,fN+Nは、各々入力ポートj,j−1,j−2,・・・j+1,より導かれる。この結果、各ノード間には、論理的に独立したF本の波長チャネルが設置されることになり、他の対地間のパケットと競合することなく、占有的にF本の波長チャネルを使用することができる。
FIG. 2 is a configuration diagram showing an AWG network when N = 3 and F = 2.
As shown in FIG. 2, the wavelength channel fN + 1, fN + 2, fN + 3,... On the input port i of the AWG for any integer value f of f = 0, 1,. .., FN + N are led to output ports i, i + 1, i + 2,..., I−1, respectively, and wavelength channels fN + 1, fN + 2, fN + 3,. j, j-1, j-2, ... j + 1. As a result, logically independent F wavelength channels are installed between the nodes, and the F wavelength channels are used exclusively without competing with other packets between the ground. be able to.

全てのノード間でパケットを交換するためには、各ノードにはNF波長に調整可能な可変波長トランシーバか、もしくは互いに異なる波長に設定されたNF個の固定波長トランシーバを設置する心要がある。複数の固定波長トランシーバを用いる方が、信頼性、安定性、技術成熟度において勝っている。さらに、可変長トランシーバを用いた場合、個々のパケット転送に先立ち送信ノードは受信ノードのレシーバを使用波長に調整させる必要があり、また、各ノードは同時には一つの波長チャネル上からしかパケットを受信できないため、スループットが低下する。そのため、AWGネットワークのトランシーバ構成としては、NF個の固定波長トランシーバを用いる形態が望ましい。
以上述べた技術については、下記の非特許文献1〜4を参照されたい。
In order to exchange packets between all nodes, it is important to install variable wavelength transceivers that can be adjusted to NF wavelengths or NF fixed wavelength transceivers that are set to different wavelengths. The use of multiple fixed wavelength transceivers is superior in reliability, stability, and technology maturity. Furthermore, when using variable-length transceivers, the sending node needs to adjust the receiving node's receiver to the working wavelength prior to each packet transfer, and each node can receive packets from only one wavelength channel at a time. Since this is not possible, throughput is reduced. Therefore, it is desirable that the AWG network has a transceiver configuration using NF fixed wavelength transceivers.
For the technologies described above, refer to the following Non-Patent Documents 1 to 4.

C.Fan,M.Reisslein,and S.Adams,“The FTA−FRA AWG Network:A Practical Single−Hop Metro WDM Network for Efficient Uni−and Multicasting,”IEEE Infocom2004.C. Fan, M.M. Reisslein, and S.R. Adams, “The FTA-FRA AWG Network: A Practical Single-Hop Metro WDM Network for Efficient Uni-and Multicasting,” IEEE Infocom 2004. M.Schutzow,M.Reisslein,and A.Wolisz,“Wavelength Reuse for Efficient Packet−Switched Transport in an AWG−Based Metro WDM Network,”IEEE J.Lightwave Tech.Vol.21,No.6,pp.1435−1454,2003.M.M. Schutzow, M.M. Reisslein, and A.A. Worisz, “Wavelength Reuse for Efficient Packet-Switched Transport in an AWG-Based Metro WDM Network,” IEEE J. Lightwave Tech. Vol. 21, no. 6, pp. 1435-1454, 2003. N.P.Caponio,A.M.Hill,F.Neri,and R.Sabella,“Single−Layer Optical Platform Based on WDM/TDM Multiple Access for Large−Scale “Switchless”Networks,”European Trans.Telecommun,Vol.11,No.1,pp.73−82,2000.N. P. Caponio, A.M. M.M. Hill, F.M. Neri, and R.M. Sabella, “Single-Layer Optical Platform Based on WDM / TDM Multiple Access for Large-Scale“ Switchless ”Networks,“ European Trans. Telecommun, Vol. 11, no. 1, pp. 73-82, 2000. K.Noguchi,Y.Koike,H.Tanabe,K.Hrada,and M.Matsuoka,“Field Trial of Full−Mesh WDM Network(AWG−STAR)in Metropolitan/Local Area,”IEEE J.Lightwave Tech.,Vol.22,No.2,pp.329−336,2004.K. Noguchi, Y .; Koike, H .; Tanabbe, K .; Hrada, and M.M. Matsuoka, “Field Trial of Full-Mesh WDM Network (AWG-STAR) in Metropolitan / Local Area,” IEEE J. et al. Lightwave Tech. , Vol. 22, no. 2, pp. 329-336, 2004.

固定波長トランシーバを用いたAWGネットワークでは、全てのノード間でのパケット転送を可能とするためには、各ノードにNF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、総トランシーバ数はNに比例して増加するため、AWGネットワークで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現実的ではない。 In an AWG network using fixed wavelength transceivers, it is necessary to prepare NF transceivers in each node in order to enable packet transfer between all nodes. Therefore, since the total number of transceivers increases in proportion to N 2 as N increases, there is a problem in scalability in the AWG network. For example, when about 200 MAN nodes are considered, the total number of transceivers is 40,000, which is not realistic as the number of transceivers installed in one MAN.

図3は、カプラを用いてAWG規模の低減を図ったAWGネットワークの構成図である。
AWGネットワークにおいて、総トランシーバを削減するためには、図3に示すように複数のノードをカプラ(CP)で集約した後で、AWGに接続することが有効である。AWGより送出されたパケットは、スプリッタ(SP)によって配下のノードにブロードキャストされるため、目的ノード以外のノードにも到達する。ノードは受信パケットのヘッダを解読し、自ノード宛て以外のパケットは棄却する。
M個のノードは設置されるD個のCP(SP)の一つに接続されるが、ここでは便宜上、各CP(SP)に収容されるノード数は均一であり、M=N/Dであるとし、CP(SP)dに属するm番目のノードのトランスミッタとレシーバを各々、Tdm,Rdmと表記している。
FIG. 3 is a configuration diagram of an AWG network that uses a coupler to reduce the AWG scale.
In order to reduce the total transceivers in the AWG network, it is effective to aggregate a plurality of nodes with couplers (CP) and then connect to the AWG as shown in FIG. Since the packet sent from the AWG is broadcast to the subordinate nodes by the splitter (SP), it reaches a node other than the target node. The node decodes the header of the received packet and discards packets other than those addressed to itself.
The M nodes are connected to one of the D CPs (SP) to be installed, but here, for convenience, the number of nodes accommodated in each CP (SP) is uniform, and M = N / D. Assume that the transmitter and receiver of the mth node belonging to CP (SP) d are denoted as T dm and R dm , respectively.

各CPとSP間には論理的に独立したF本の波長チャネルが用意されるため、各ノードは目的ノードが属するSPに対応するF本の波長チャネルの中の任意の波長チャネル上でパケットを送出することにより、任意のノードにパケットを転送することが可能である。
そのため、各光心線に多重される波長数と各ノードに設置する固定波長トランシーバ数はDFで十分であり、AWGのポート数をDに抑えることができる。設置CP(SP)数Dは、総トランシーバ数や、各波長チャネルに加わる負荷に大きな影響を与える。しかし、これまで最適なDに関する設計方法については検討されていない。
Since logically independent F wavelength channels are prepared between each CP and SP, each node can send a packet on any wavelength channel among the F wavelength channels corresponding to the SP to which the target node belongs. By sending the packet, it is possible to transfer the packet to an arbitrary node.
Therefore, DF is sufficient for the number of wavelengths multiplexed in each optical core and the number of fixed wavelength transceivers installed in each node, and the number of AWG ports can be suppressed to D. The number D of installed CP (SP) greatly affects the total number of transceivers and the load applied to each wavelength channel. However, the optimum design method for D has not been studied so far.

(目的)
本発明の目的は、与えられた遅延制約条件を満足しながら、総トランシーバ数を最小化する最適設置カプラ数を導出することにより、AWGネットワークのスケーラビリティの問題を解決することが可能なAWGシングルホップWDMネットワーク構成方法およびそのプログラムと記録媒体を提供することにある。
(the purpose)
An object of the present invention is to provide an AWG single-hop that can solve the scalability problem of an AWG network by deriving the optimal number of installed couplers that minimizes the total number of transceivers while satisfying a given delay constraint. It is to provide a WDM network configuration method, a program thereof, and a recording medium.

上記目的を達成するため、本発明のAWGシングルホップWDMネットワーク構成方法は、(1)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でAWGに接続する構成のネットワークにおいて、与えられたトラヒック量から与えられた許容パケット転送遅延時間を満足する範囲で、総必要トランシーバ数を最小化する最適な設置カプラ数の算出方法を具備することを特徴とする。   In order to achieve the above object, the AWG single-hop WDM network configuration method of the present invention is as follows: (1) After a plurality of nodes are aggregated by couplers in an AWG single-hop WDM network targeting MAN using AWG as a hub node. In a network configured to connect to an AWG, a method for calculating the optimum number of installed couplers that minimizes the total number of required transceivers within a range that satisfies a given allowable packet transfer delay time from a given traffic amount. Features.

また、本発明は、(2)前記のAWGシングルホップWDMネットワーク最適構成方法(1)において、与えられた静的な交流トラヒック行列から内部トラヒックを運ぶ各波長チャネル上に流れるトラヒック量を算出し、各波長チャネルにおけるパケット平均転送遅延を導出し、そこから、与えられた許容平均パケット転送遅延を満足するためのFSRの最小値と、そのときの最大収容可能ノード数を求めることを特徴とする。   Further, the present invention (2) in the AWG single-hop WDM network optimum configuration method (1), calculates the amount of traffic flowing on each wavelength channel carrying internal traffic from a given static AC traffic matrix, It is characterized in that a packet average transfer delay in each wavelength channel is derived, and from this, a minimum value of FSR for satisfying a given allowable average packet transfer delay and a maximum number of nodes that can be accommodated at that time are obtained.

また、本発明は、(3)前記のAWGシングルホップWDMネットワーク最適構成方法(1)において、与えられた静的な交流トラヒック行列から外部トラヒックを運ぶ各波長チャネル上に流れるトラヒック量を算出し、各波長チャネルにおけるパケット平均転送遅延を導出し、そこから、与えられたPOP心線数から、与えられた許容平均パケット転送遅延を満足するためのFSRの最小値とそのときの最大収容可能ノード数を求めることを特徴とする。   Further, the present invention (3) calculates the amount of traffic flowing on each wavelength channel carrying external traffic from a given static AC traffic matrix in the AWG single-hop WDM network optimum configuration method (1), The average packet transfer delay in each wavelength channel is derived, and from the given number of POP cores, the minimum value of FSR for satisfying the given allowable average packet transfer delay and the maximum number of nodes that can be accommodated at that time It is characterized by calculating | requiring.

また、本発明は、(4)前記のAWGシングルホップWDMネットワーク最適構成方法(2)(3)において、得られた二つの許容最大ノード数に関する制約条件を満足するためのPOP心線数と設置カプラ数の組みを求め、総トランシーバ数が最小となる値を、各々最適なPOP心線数と設置カプラ数として採用することを特徴とする。   The present invention also provides: (4) the number of POP cores and the installation for satisfying the constraints on the two allowable maximum nodes obtained in the AWG single-hop WDM network optimum configuration method (2) (3). A combination of the number of couplers is obtained, and a value that minimizes the total number of transceivers is adopted as the optimum number of POP core wires and the number of installed couplers, respectively.

また、本発明は、(5)前記のAWGシングルホップWDMネットワーク最適構成方法(1)において、内部トラヒックの一部がマルチキャストトラヒックである場合を対象に、与えられた静的な交流トラヒック行列から内部トラヒックを運ぶ各波長チャネル上に流れるトラヒック量を算出し、各波長チャネルにおけるパケット平均転送遅延を導出し、そこから、与えられた許容平均パケット転送遅延を満足するためのFSRの最小値とそのときの最大収容可能ノード数を求めることを特徴とする。   Further, the present invention is also directed to (5) the AWG single-hop WDM network optimum configuration method (1), wherein a part of the internal traffic is multicast traffic and the internal traffic is determined from a given static AC traffic matrix. The amount of traffic flowing on each wavelength channel carrying the traffic is calculated, the packet average transfer delay in each wavelength channel is derived, and from this, the minimum value of FSR for satisfying the given allowable average packet transfer delay and at that time The maximum number of nodes that can be accommodated is obtained.

また、本発明は、(6)前記のAWGシングルホップWDMネットワーク最適構成方法(3)(5)において、得られた二つの許容最大ノード数に関する制約条件を満足するためのPOP心線数と設置カプラ数の組みを求め、総トランシーバ数が最小となる値を、各々最適なPOP心線数と設置カプラ数として採用することを特徴とする。   The present invention also provides: (6) the number of POP cores and the number of installations for satisfying the constraints on the two allowable maximum nodes obtained in the AWG single-hop WDM network optimum configuration method (3) (5). A combination of the number of couplers is obtained, and a value that minimizes the total number of transceivers is adopted as the optimum number of POP core wires and the number of installed couplers.

本発明によれば、設置光カプラ数を与えられた許容パケットの転送遅延を満足する範囲で総コストを最小化するように決定することにより、特にトラヒック量が少ないときに総トランシーバ数を大きく削減することが可能であり、AWGネットワークと比較して、総コスト数を10分の1から数分の1に低減することができる、という効果を奏する。   According to the present invention, the number of installed optical couplers is determined so as to minimize the total cost within a range satisfying the transfer delay of a given allowable packet, thereby greatly reducing the total number of transceivers particularly when the traffic amount is small. As compared with the AWG network, the total cost number can be reduced from 1/10 to 1/10.

以下、本発明の実施の形態を、図面により詳細に説明する。
図1は、本発明の大規模AWGシングルホップWDMネットワーク構成方法の一実施形態を示すシステム構成図である。
図1において、100はパケット送信ノードs、200はノードとAWGの間に設置されるカプラm、300はAWG(ハブノード)、400はAWGとノード間に設置されるスプリッタn、500はパケット受信ノードrである。
パケット送信ノード100(ノードs)は、トランシーバ101と波長多重分離装置102を具備する。また、パケット受信ノード500(ノードr)は、波長多重分離装置501とトランシーバ502を具備する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system configuration diagram showing an embodiment of a large-scale AWG single-hop WDM network configuration method according to the present invention.
In FIG. 1, 100 is a packet transmission node s, 200 is a coupler m installed between the node and the AWG, 300 is an AWG (hub node), 400 is a splitter n installed between the AWG and the node, and 500 is a packet reception node. r.
The packet transmission node 100 (node s) includes a transceiver 101 and a wavelength multiplexing / demultiplexing device 102. The packet receiving node 500 (node r) includes a wavelength demultiplexing device 501 and a transceiver 502.

パケット送信ノード100(ノードs)では、トランシーバ101により各々の波長の光信号で送出されたパケットは波長多重分離装置102により一本の光心線に入力される。
カプラ200(カプラm)では、このカプラに接続されている全てのノードから転送されてきたパケットを一本の光心線上に多重する。カプラ200から送出されたパケットはAWG300に到着するが、AWGの波長周回性に従って、AWGの入力ポートと波長から決まる固有の出力ポートにより出力され、スプリッタ400(スプリッタn)に到着する。スプリッタ400に到着したパケットは、このスプリッタに接続されている全てのノードに対してブロードキャストされ、パケット受信ノード300(ノードr)に到着したパケットは、波長多重分離装置501によって多重され、トランシーバ502により受信される。
In the packet transmission node 100 (node s), a packet transmitted as an optical signal of each wavelength by the transceiver 101 is input to one optical core by the wavelength multiplexing / demultiplexing device 102.
The coupler 200 (coupler m) multiplexes packets transferred from all nodes connected to the coupler onto one optical core. The packet transmitted from the coupler 200 arrives at the AWG 300, but is output from the unique output port determined from the input port and wavelength of the AWG according to the wavelength circulation of the AWG, and arrives at the splitter 400 (splitter n). A packet arriving at the splitter 400 is broadcast to all nodes connected to the splitter, and a packet arriving at the packet receiving node 300 (node r) is multiplexed by the wavelength demultiplexer 501 and transmitted by the transceiver 502. Received.

次に、本発明の実施の形態に係るAWGシングルホップWDMネットワーク最適構成方法について、『ネットワーク構成』、『最適カプラ数の導出』をそれぞれ説明する。
1)ネットワーク構成
図4は、本発明の実施形態に係るネットワークの構成図である。
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(から)流出(流入)すると仮定する。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)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。
Next, “network configuration” and “derivation of optimum number of couplers” will be described for the AWG single-hop WDM network optimum configuration method according to the embodiment of the present invention.
1) Network Configuration FIG. 4 is a network configuration diagram according to the embodiment of the present invention.
Internal traffic that is AC traffic inside the MAN and external traffic that is AC traffic between the outside of the MAN flow through the MAN. However, all external traffic passes to the WAN via POP (Point-Of-Presence) ( )) Spill (inflow). 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.

2)最適カプラ数の導出
AWGのポート数はD+kであるため、本実施形態のネットワーク構成では、多重波長数WはW=(D+k)Fであり、総トランシーバ数NtrはNtr=(N+k)(D+k)Fとなる。そのため、設置CP(SP)数DとPOP心線数kが少ないほど、CAPEXを削減することが可能となる。しかし、Dの抑制は一つのCPに集約されるノード数Mを増加させ、kの抑制はPOP用に使用できる波長チャネル数を減少させる。
その結果、波長チヤネル当りの負荷が増大し、パケット転送遅延が増大する。
2) Derivation of the optimal number of couplers Since the number of AWG ports is D + k, in the network configuration of the present embodiment, the number of multiplexed wavelengths W is W = (D + k) F, and the total number of transceivers N tr is N tr = (N + k). ) (D + k) F. Therefore, CAPEX can be reduced as the number of installed CP (SP) D and the number of POP cores k are smaller. However, suppression of D increases the number of nodes M aggregated into one CP, and suppression of k decreases the number of wavelength channels that can be used for POP.
As a result, the load per wavelength channel increases and the packet transfer delay increases.

そこで、本実施形態においては、与えられたトラヒック量に対し、平均パケット転送遅延が許容値γを超えない範囲で、Ntrを最小化する最適な設置CP(SP)数DとPOP心線数kを導出する。ただし、CPd(SPd)に収容されるノード数Mdは、 Therefore, in the present embodiment, for the given traffic amount, the optimum number of installed CP (SP) D and the number of POP cores that minimize N tr in a range where the average packet transfer delay does not exceed the allowable value γ. k is derived. However, the number of nodes Md accommodated in CPd (SPd) is

Figure 2006148396
とする。すなわち、N個のノードはD個のCP(SP)に可能な限り均一に分散収容されるものと仮定する。そして、下記の値で示すMdの大きい方の値を*Mと表記する。
Figure 2006148396
And That is, it is assumed that N nodes are distributed and accommodated as uniformly as possible in D CPs (SPs). The larger value of Md indicated by the following value is expressed as * M.

Figure 2006148396
*M=1のとき、AWGネットワークとなり、また、*M=NのときハブノードにSCを用いたSCシングルホップWDMネットワークとなる。そのため、次の条件式の場合についてのみを考える。
Figure 2006148396
* When M = 1, it becomes an AWG network, and when * M = N, it becomes an SC single-hop WDM network using SC as a hub node. Therefore, only the case of the following conditional expression is considered.

Figure 2006148396
Figure 2006148396

静的なトラヒックを考え、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(0<r<1)、トラヒック交流は全て均一であると仮定する。また、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する(目的地は自ノード以外のノードもしくはPOP)。rをパケット転送成功時の平均再送待ち時間とする。 Considering static traffic, it is assumed that the ratio of internal traffic to the total traffic volume V is r (0 <r <1), and that all traffic exchanges are uniform. Each node sends a fixed length P packet in accordance with the Poisson process (the destination is a node other than its own node or POP). Let r 1 be the average retransmission wait time when packet transfer is successful.

本実施形態のネットワーク構成では、CPにおいてMACを行わないため、アロハシステムと等価となる。従って、M個のノードが収容されているCPの波長チャネル上の平均パケット転送遅延Tは、再送を含めたチャネル負荷G、ラウンドトリップ時間Rを用いて、   In the network configuration of the present embodiment, since the MAC is not performed in the CP, it is equivalent to the Aloha system. Therefore, the average packet transfer delay T on the wavelength channel of the CP in which M nodes are accommodated is calculated using the channel load G including the retransmission and the round trip time R.

Figure 2006148396
と表される。ただし、収容ユーザ数が有限数Mの場合について考慮している。T≦γを満たすためには、Gの許容最大値をGmaxとすると、
Figure 2006148396
It is expressed. However, the case where the number of accommodated users is a finite number M is considered. In order to satisfy T ≦ γ, when the maximum allowable value of G is G max ,

Figure 2006148396
となる。
Figure 2006148396
It becomes.

一方、チャネルスループットSは、   On the other hand, the channel throughput S is

Figure 2006148396
となり、
Figure 2006148396
And

Figure 2006148396
Figure 2006148396

Figure 2006148396
Figure 2006148396

Figure 2006148396
Figure 2006148396

まず、全てのトラヒックがユニキャストである場合について考える。任意のノードiからi以外の任意のノードjに流れる内部トラヒック量をdとすると、 First, consider the case where all traffic is unicast. The internal volume of traffic flowing from any node i to any node j other than i When d I,

Figure 2006148396
となる。
Figure 2006148396
It becomes.

一つのCP(SP)に収容されるノード数の最大値は*Mであることから、任意のCPとSP間に対して設置される波長チャネル上に流れる(再送を含めない)内部トラヒック量の最大値vは、 Since the maximum value of the number of nodes accommodated in one CP (SP) is * M, the amount of internal traffic that flows on a wavelength channel installed between any CP and SP (not including retransmission) The maximum value v I is

Figure 2006148396
となる。
Figure 2006148396
It becomes.

内部トラヒックを運ぶ波長チャネルに対しては、v≦CPmaxを満たす必要がある。従って、式〔数4〕,式〔数6〕より、*Mの第一の制約式、 For wavelength channels carrying internal traffic, it is necessary to satisfy v I ≦ CP max . Therefore, from the equations [Equation 4] and [Equation 6], the first constraint equation of * M I

Figure 2006148396
を得る。ただし、
Figure 2006148396
Get. However,

Figure 2006148396
である。
Figure 2006148396
It is.

一方、任意のノードiからPOP、もしくはPOPからノードiに流れる外部トラヒック量をdとすると、 Meanwhile, POP from any node i, or the external traffic amount flowing through the node i from POP When d E,

Figure 2006148396
となる。任意のCPからPOP、もしくはPOPから任意のSPに対して設置される波長チャネル上に流れる最大トラヒック量をvとすると、
Figure 2006148396
It becomes. Assuming that v E is the maximum amount of traffic that flows on a wavelength channel installed from any CP to POP, or from POP to any SP,

Figure 2006148396
となる。POPからSP方向に流れる外部トラヒックはCPを経由しないため、CPからPOP方向に流れる外部トラヒックについてのみ、v≦kCSmaxを満たすことを考えればよい。従って、式〔数4〕,式〔数10〕より、*Mの第二の制約式、
Figure 2006148396
It becomes. Since the external traffic flowing from the POP to the SP direction does not pass through the CP, it is only necessary to consider that v E ≦ kCS max is satisfied only for the external traffic flowing from the CP to the POP direction. Therefore, from the equations [Equation 4] and [Equation 10], the second constraint equation of * M,

Figure 2006148396
を得る。ただし、
Figure 2006148396
Get. However,

Figure 2006148396
である。
Figure 2006148396
It is.

Fは*M(F)≧2を満たす必要があることから、式〔数8〕より、Fの取り得る最小値、   Since F needs to satisfy * M (F) ≧ 2, from the formula [Equation 8], the minimum value that F can take,

Figure 2006148396
が得られる。一方、式〔数12〕より*M(F,k)≧2をkに対して解くことにより、POP心線数kの取り得る最小値kαが、
Figure 2006148396
Is obtained. On the other hand, by solving * M E (F 0 , k) ≧ 2 for k from the equation [Equation 12], the minimum value k α that the number of POP cores k can take is

Figure 2006148396
と得られる。F=Fとしたときの*M(F)と*M(F,k)の値を便宜上、*M、*M(k)と表記する。式〔数7〕,式〔数11〕より、遅延制約γを満足するために*Mが取り得る上限値*M(k)はkに依存する。*Mはkに対して不変であり、一方、*M(k)はkの増加に対して単調に増加することから、kβを*M(k)≧*Mを満たすkの最小値と定義すると、
Figure 2006148396
And obtained. For convenience, the values of * M I (F) and * M E (F, k) when F = F 0 are expressed as * M I and * M E (k). From the equations [Equation 7] and [Equation 11], the upper limit value * M (k) that * M can take to satisfy the delay constraint γ depends on k. * M I is invariant to k, whereas, * M E (k) meet the increasing monotonically with increasing k, a k beta a * M E (k) ≧ * M I k Is defined as the minimum value of

Figure 2006148396
を閾値として、*M(k)は、
Figure 2006148396
Is the threshold, * M (k) is

Figure 2006148396
となる。
Figure 2006148396
It becomes.

βを超えてkを増加させても*Mに対する上限は変化しないことから、kα≦k≦kβの範囲でkを設定すべきである。得られた*Mの許容最大値*M(k)に対して、CP(SP)数の最適値(許容最小値)*D(k)が、 Even if k is increased beyond k β , the upper limit for * M does not change, so k should be set in the range of k α ≦ k ≦ k β . For the obtained * M allowable maximum value * M (k), the optimal value (allowable minimum value) * D (k) of the number of CP (SP) is

Figure 2006148396
より得られる。kα≦k≦kβの範囲で全ての整数値kについて総トランシーバ数Ntr=(N+k){*D(k)+k}を計算し、この値が最小となるkと*D(k)の値を、各々最適なkとDの値として採用する。
Figure 2006148396
More obtained. Calculate the total number of transceivers N tr = (N + k) {* D (k) + k} for all integer values k in the range of k α ≦ k ≦ k β , and k and * D (k) at which this value is the minimum Are adopted as optimum values of k and D, respectively.

次に、トラヒックの一部がマルチキャストトラヒックである場合を対象に、Dとkの最適値を導出する。ここでは、外部トラヒックは全てユニキャストパケットであるものとする。一方、各ノードでポアソン過程に従い生成された内部トラヒックのパケットは、各々、確率μでユニキャストパケットであり、確率1−uでマルチキャストパケットであるものとする。マルチキャストパケットである場合、発ノード以外のN−1のノードからg個をランダムに選択し、受信ノードとする。マルチキャストサイズgは、2からGの範囲でやはりランダムに選択する(2≦G≦N−1)。マルチキャストパケットを送出する際には、同一SPに属する受信ノードに対してはSPにより同報されるため、コピーパケットを生成する必要はない。従って、受信ノードがg個のSPに収容されている場合には、送信ノードはgのコピーパケットを生成し、対応するg本の波長チャネル上に、各々送出する。   Next, the optimum values of D and k are derived for a case where a part of the traffic is multicast traffic. Here, it is assumed that all external traffic is unicast packets. On the other hand, it is assumed that packets of internal traffic generated according to the Poisson process at each node are unicast packets with probability μ and multicast packets with probability 1-u. If it is a multicast packet, g packets are randomly selected from N-1 nodes other than the originating node, and set as receiving nodes. The multicast size g is also selected randomly in the range of 2 to G (2 ≦ G ≦ N−1). When sending a multicast packet, the receiving node belonging to the same SP is broadcast by the SP, so there is no need to generate a copy packet. Therefore, when the receiving node is accommodated in g SPs, the transmitting node generates g copy packets and transmits them on the corresponding g wavelength channels.

パケットのブロッキングがCPで生じた場合には、該当波長チャネル上に対してのみ、パケットを再送する。
CP(SP)の最大収容ノード数が*Mであることに注意すると、あるノードが内部トラヒックのパケットを生成したときに、このCPに設置されているある波長チャネル上にそのパケットが送出される確率の最大値をσ(*M)とすると、
When packet blocking occurs in the CP, the packet is retransmitted only on the corresponding wavelength channel.
Note that the maximum number of nodes that can be accommodated in the CP (SP) is * M I. When a node generates a packet of internal traffic, the packet is transmitted on a certain wavelength channel installed in this CP. If the maximum value of the probability is σ (* M),

Figure 2006148396
となる。
Figure 2006148396
It becomes.

任意のCPとSP間に対して設置される波長チャネル上に流れる(再送を含めない)内部トラヒック量の最大値vは、σ(*M)を用いて、 The maximum value v I of the amount of internal traffic flowing (not including retransmission) on the wavelength channel installed between any CP and SP is expressed by using σ (* M),

Figure 2006148396
より得られる。全ての内部トラヒックがユニキャストである場合(u=1)、上式は式〔数6〕に一致する。
≦CSmaxより、*Mは制約式、
Figure 2006148396
More obtained. When all the internal traffic is unicast (u = 1), the above equation agrees with Equation [6].
From v I ≦ CS max , * M is a constraint equation,

Figure 2006148396
を満たす必要がある。*M≧2で式〔数20〕が満たされる*Mの解が存在するためには、*M=2を代入し、Fの取り得る最小値Fを次のように得る。
Figure 2006148396
It is necessary to satisfy. In order for * M ≧ 2 to satisfy the formula [Equation 20], * M = 2 is substituted, and the minimum value F 0 that F can take is obtained as follows.

Figure 2006148396
Figure 2006148396

式〔数20〕を陽に解くことは困難であるが、*Mは、   Although it is difficult to solve the equation [Equation 20] explicitly, * M is

Figure 2006148396
の範囲の整数値をとることから、この範囲で式〔数20〕でF=Fとした制約式を満足する最大の*Mを数値的に得ることができる。得られた*Mの解を*Mとすれば、外部トラヒックを運ぶ波長チャネルについては、式〔数10〕がそのまま使用できるので、トラヒックが全てユニキャストである場合と同様にkとDの最適値を導出することができる。
Figure 2006148396
In this range, the maximum * M that satisfies the constraint equation of F = F 0 in the equation [Equation 20] can be obtained numerically. If the obtained * M solution is * M I , the equation [10] can be used as it is for the wavelength channel carrying external traffic, so that k and D are all the same as in the case where the traffic is all unicast. An optimal value can be derived.

(評価条件)
次に、本発明の数値評価結果について説明する。
C=10Gbps、P=1500byteとし、特に断らない限り、N=100、r=0.5、γ=1.0×10−3秒とした。また、再送制御が実施されるエンド端末間のラウンドトリップ時間を一定値R=1.0×10−4秒とし(エンド端末間距離10km)、再送時のバックオフ時間を平均10パケットのランダム時間と仮定すると、τ=R+τ=1.012×10−4秒、τ=10τ=1.2×10−5秒となる。ただし、τはパケット時間でτ=P/C=1.2×10−6秒である。
(Evaluation conditions)
Next, numerical evaluation results of the present invention will be described.
C = 10 Gbps, P = 1500 bytes, and N = 100, r = 0.5, and γ = 1.0 × 10 −3 seconds unless otherwise specified. Further, the round trip time between end terminals where retransmission control is performed is set to a constant value R = 1.0 × 10 −4 seconds (distance between end terminals 10 km), and the backoff time during retransmission is an average of 10 packets of random time. Assuming that, τ 1 = R + τ = 1.010 × 10 −4 seconds and τ 2 = 10τ = 1.2 × 10 −5 seconds. However, τ is the packet time τ = P / C = 1.2 × 10 −6 seconds.

本発明(Proposed Network:以下、P−NWと略記する)に加えて、全てのノードが直接ハブノード(AWG)に収容される、図2に示す通常のAWGネットワーク(AWG−NW)を比較に用いる。ただし、AWGネットワークにおいても、図4に示すような外部トラヒックを扱うPOPを考えて、POPとAWG間にk本の心線を設置する。AWGネットワークではカプラによるノード集約を行わないため、カプラ数Dの設計は不要であるが、FSR値FとPOP心線数kの設計が必要である。まず、全てのトラヒックがユニキャストである場合について考える。   In addition to the present invention (Proposed Network: hereinafter abbreviated as P-NW), a normal AWG network (AWG-NW) shown in FIG. 2 in which all nodes are directly accommodated in a hub node (AWG) is used for comparison. . However, also in the AWG network, k cores are installed between the POP and the AWG in consideration of the POP that handles external traffic as shown in FIG. In the AWG network, node aggregation by couplers is not performed, so the design of the number of couplers D is unnecessary, but the design of the FSR value F and the number of POP cores k is necessary. First, consider the case where all traffic is unicast.

AWGネットワークでは、各ノードペア間に占有的に波長パスが用意されるため、ここでは簡単のため、単に各波長チャネルに加わるトラヒックデマンドが波長帯域以下となるように設計を行う。トラヒック量が回線容量に近づくと遅延時間が無限大に増加するため、実際にはマージンを付加して設計が行われるべきであるが、ここではAWGネットワークの設備量の下限値を導出して比較に用いる。内部トラヒックを運ぶ波長チャネルについては、d/F≦Cを満たせばよいので、式〔数5〕より、Fの取り得る最小値、 In the AWG network, wavelength paths are exclusively prepared between each pair of nodes. Therefore, for simplicity, the design is performed so that the traffic demand applied to each wavelength channel is simply equal to or less than the wavelength band. As the amount of traffic approaches the line capacity, the delay time increases to infinity. Therefore, in actuality, the design should be performed with a margin added, but here, the lower limit value of the AWG network capacity is derived and compared. Used for. For wavelength channels that carry internal traffic, it is only necessary to satisfy d I / F ≦ C.

Figure 2006148396
を得る。
Figure 2006148396
Get.

一方、外部トラヒックを運ぶ波長チャネルについては、d/F≦kCを満たせばよいので、式〔数9〕より、kはk≧{(1−r)V}/2CNFを満たせばよい。従って、 On the other hand, for wavelength channels carrying external traffic, it is only necessary to satisfy d I / F 0 ≦ kC. Therefore, k can satisfy k ≧ {(1−r) V} / 2CNF 0 from Equation [9]. . Therefore,

Figure 2006148396
と設定する。内部トラヒックの一部がマルチキャストである場合、内部トラヒックを運ぶ波長チャネル上の最大トラヒック量は、式〔数19〕に*M=1を代入することにより得られることから、Fの取り得る最小値は、
Figure 2006148396
And set. When a part of the internal traffic is multicast, the maximum amount of traffic on the wavelength channel carrying the internal traffic can be obtained by substituting * M = 1 into the equation [Equation 19]. Is

Figure 2006148396
となる。POP心線数kについては、やはり式〔数23〕を用いて設定できる。
Figure 2006148396
It becomes. The POP core number k can also be set using the formula [Equation 23].

(トラヒックが全てユニキャストである場合)
以下、トラヒックが全てユニキャストである場合について、評価する。
図5および図6は、いずれも平均パケット転送遅延の許容値γ、内部トラヒック量比率rを設定した場合の総トランシーバ数を示す特性図である。図5では、平均パケット転送遅延の許容値γ=1.0×10−3秒とし、内部トラヒック量比率r=0.2および0.8とした場合の総トランシーバ数Ntrを示す図であり、図6では、平均パケット転送遅延の許容値γ=2.0×10−4秒、および、1.0×10−3秒とし、内部トラヒック量比率r=0.5とした場合の総トランシーバ数Ntrを示す図である。
(When traffic is all unicast)
In the following, the case where all traffic is unicast will be evaluated.
5 and 6 are characteristic diagrams showing the total number of transceivers when the average packet transfer delay allowable value γ and the internal traffic amount ratio r are set. FIG. 5 is a diagram showing the total number of transceivers N tr when the average packet transfer delay allowable value γ = 1.0 × 10 −3 seconds and the internal traffic amount ratio r = 0.2 and 0.8. 6, the total transceiver when the average packet transfer delay allowable value γ = 2.0 × 10 −4 seconds and 1.0 × 10 −3 seconds and the internal traffic amount ratio r = 0.5 is assumed. It is a figure which shows number N tr .

図5,図6に示すように、r=0.8、V=1.15×1013bpsのときのP−NWのみ、FSR値がF=2であったが、他の全ての点においてF=1であった。P−NWはNtr=(N+k)(D+k)Fであるが、外部トラヒックはCPで集約されないため、外部トラヒック量の比率が増加するほど(rが小さいほど)、Ntrは増加する。
また、許容遅延時間γが小さいほど、波長チャネル当たりの負荷を抑える必要があることから、Ntrは増加する。AWG−NWは、Ntr=(N+k)Fであり、ノード数NとPOP心線数kより決まる。所要k値は総トラヒック量Vが増加するにつれて増加するが、評価したVの範囲では、r=0.2の時で1≦k≦5、r=8の時は1≦k≦2と、いずれもN=100と比較して小さい。そのためNが支配的であり、Vに無関係に、ほぼN=10000個のトランシーバが必要になる。それに対して、P−NWは、Vに応じて適切にCP(SP)数を設定することが可能であり、Ntrを大幅に削減できる。特に、Vが小さい時には、多数のノードをCPに集約しても遅延制約を満足できるためDをより小さくでき、Ntrの削減効果が大きい。
As shown in FIGS. 5 and 6, the FSR value was F 0 = 2 only for P-NW when r = 0.8 and V = 1.15 × 10 13 bps, but all other points F 0 = 1. P-NW is N tr = (N + k) (D + k) F. However, since external traffic is not aggregated by CP, N tr increases as the ratio of the amount of external traffic increases (r decreases).
Further, N tr increases as the allowable delay time γ is smaller because the load per wavelength channel needs to be suppressed. AWG-NW is N tr = (N + k) 2 F, and is determined by the number of nodes N and the number of POP cores k. The required k value increases as the total traffic amount V increases, but in the evaluated V range, 1 ≦ k ≦ 5 when r = 0.2, and 1 ≦ k ≦ 2 when r = 8, Both are smaller than N = 100. Therefore, N is dominant, and regardless of V, approximately N 2 = 10000 transceivers are required. On the other hand, the P-NW can appropriately set the number of CPs (SP) according to V, and can greatly reduce N tr . In particular, when V is small, the delay constraint can be satisfied even if a large number of nodes are aggregated into the CP, so that D can be made smaller and the effect of reducing N tr is great.

最後に、総ネットワークコストを比較する。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無視できる。そこで、AWG−NWのコスト構成要素として、トランシーバと波長多重分離装置のみを考える。P−NWは、これらに加えてCPとSPが必要となる。しかし、CPとSPの必要数はDで他のデバイスの必要数と比較して少なく、これらのデバイスのコスト自体も小さいので考慮しない。トランシーバの相対コストをCtr、波長当たりの波長多重分離装置の相対コストをCdmとする。現状の価格を考慮して、Ctr=10、Cdm=1と設定する。 Finally, compare the total network cost. Since the transmission distance is short on the network scale in the metro area, the cost related to transmission of optical cores, optical amplifiers and the like can be ignored compared to the cost of the node. Therefore, only the transceiver and the wavelength multiplexing / demultiplexing device are considered as cost components of the AWG-NW. P-NW requires CP and SP in addition to these. However, the necessary number of CPs and SPs is D, which is smaller than the necessary number of other devices, and the cost of these devices is small, so it is not considered. Let C tr be the relative cost of the transceiver, and C dm be the relative cost of the wavelength demultiplexing device per wavelength. Considering the current price, C tr = 10 and C dm = 1 are set.

図7、図8および図9は、ノード数を定めた場合の総ネットワークコストを示す特性図である。
ここでは、それぞれN=50,100,200とした場合の総ネットワークコストが示されている。N=50におけるP−NWのみ、評価した総トラヒック量Vの範囲においてFSR値の変化が見られ、V≦3.8TbpsのときF=1となり、4.6≦V≦8.0TbpsのときF=2となり、V≧9.5TbpsのときF=3となり、FSR値が増加する地点において、総コストの急増が見られた。他の全ての点において、F=1であった。
7, 8 and 9 are characteristic diagrams showing the total network cost when the number of nodes is determined.
Here, the total network cost is shown when N = 50, 100, and 200, respectively. Only P-NW at N = 50 shows a change in FSR value in the range of the evaluated total traffic volume V. When V ≦ 3.8 Tbps, F 0 = 1, and when 4.6 ≦ V ≦ 8.0 Tbps F 0 = 2 and when V ≧ 9.5 Tbps, F 0 = 3, and the total cost increased rapidly at the point where the FSR value increased. At all other points, F 0 = 1.

P−NWはAWG−NWと比較して、Vが小さいときのコスト削減効果が大きい。Vの増加に伴ってDが増加し、トランシーバ数などの削減効果が小さくなるため、コスト削減効果も低減する。また、ノード数Nの増加に対して、P−NWの総ネットワークコストはあまり増加しないのに対して、AWG−NWの総ネットワークコストは大きく増加する。
従って、Nが大きなほどP−NWのコスト削減効果が大きくなるため、大規模なMANほどカプラによるノード集約は有利になる。
P-NW has a greater cost reduction effect when V is smaller than AWG-NW. As V increases, D increases, and the reduction effect such as the number of transceivers becomes small, so the cost reduction effect also decreases. Also, as the number of nodes N increases, the total network cost of the P-NW does not increase so much, whereas the total network cost of the AWG-NW increases greatly.
Accordingly, since the cost reduction effect of the P-NW increases as N increases, node aggregation by the coupler is more advantageous for a large-scale MAN.

(トラヒックの一部がマルチキャストである場合)
図10は、総トラヒック量Vに対する総トランシーバ数の関係特性図であり、図11は同じくVに対する必要FSR値Fの関係特性図であり、図12は同じくVに対する総ネットワークコストの関係特性図である。
前節では、トラヒックが全てユニキャストである場合について評価を行ったが、本節では、内部トラヒックの一部がマルチキャストである場合について評価する。本節では、全て、N=100、r=0.5、γ=1.0×10−3秒とした。
マルチキャストサイズの最大値をG=50、内部トラヒックのユニキャスト比率をu=0.2と0.5とした場合の総トラヒック量Vに対する総トランシーバ数Ntrの関係が、図10に示されている。
(When part of the traffic is multicast)
10 is a relationship characteristic diagram of the total number of transceivers with respect to the total traffic amount V, FIG. 11 is also a relationship characteristic diagram of the required FSR value F 0 with respect to V, and FIG. 12 is also a relationship characteristic diagram of the total network cost with respect to V. It is.
In the previous section, we evaluated the case where all the traffic is unicast, but in this section we evaluate the case where a part of the internal traffic is multicast. In this section, N = 100, r = 0.5, and γ = 1.0 × 10 −3 seconds.
FIG. 10 shows the relationship between the total number of transceivers N tr and the total traffic amount V when the maximum multicast size is G = 50 and the unicast ratio of internal traffic is u = 0.2 and 0.5. Yes.

また、マルチキャストサイズの最大値をG=50、内部トラヒックのユニキャスト比率u=0.2と0.5とした場合の総トラヒック量Vに対する必要FSR値Fの関係が、図11に示されている。uが小さなほど、マルチキャストトラヒックが増加し、実質的なネットワーク負荷が増加するため、両特性とも増加する。特に、P−NWは負荷の増加に対してCPでのパケット衝突が急増するため、設置CP(SP)数Dを2以上にするために必要なFSR値が大きく増加し、その結果、Ntrの増加度合いも大きい。 FIG. 11 shows the relationship of the required FSR value F 0 with respect to the total traffic V when the maximum multicast size is G = 50 and the internal traffic unicast ratio u = 0.2 and 0.5. ing. The smaller u is, the more multicast traffic increases and the actual network load increases, so both characteristics increase. In particular, in the P-NW, packet collisions at the CP rapidly increase with an increase in load, so that the FSR value required to increase the number of installed CP (SP) D to 2 or more greatly increases. As a result, N tr The degree of increase is also large.

最後に、u=0.5、G=50としたときの総トラヒック量Vに対する総ネットワークコストの関係図が、図12に示されている。
全トラヒックがユニキャストの場合(図8)と比較して、P−NWの総ネットワークコストは増加しているが、マルチキャストトラヒックが混在する場合にも、Vが数Tbpsに満たない領域では、本発明のコスト優位性が確認された。
Finally, FIG. 12 shows a relationship diagram of the total network cost with respect to the total traffic V when u = 0.5 and G = 50.
Compared to the case where all traffic is unicast (FIG. 8), the total network cost of the P-NW is increased, but even when multicast traffic is mixed, in the region where V is less than several Tbps, The cost advantage of the invention was confirmed.

以上説明した本発明の実施形態は、汎用または専用のコンピュータにより実現される。すなわち、ネットワーク構成方法の手順をプログラム化し、このプログラムをコンピュータで実行することにより、コンピュータの演算器を起動させて各演算式を算出し、目的のネットワークを構成する。
また、本実施形態で説明したAWGシングルホップWDMネットワーク構成方法をプログラム化して、完成したプログラムをCD−ROMなどの記録媒体に格納しておけば、コンピュータに上記記録媒体を装着し、そのコンピュータにプログラムをインストールして実行させることで、本発明を容易に実現することができる。また、ネットワークを介して他のコンピュータにプログラムをダウンロードすることで、本発明のプログラムを汎用化することも可能である。
The embodiment of the present invention described above is realized by a general-purpose or dedicated computer. That is, the procedure of the network configuration method is programmed, and this program is executed by the computer, thereby starting up the computing unit of the computer, calculating each arithmetic expression, and configuring the target network.
Also, if the AWG single-hop WDM network configuration method described in this embodiment is programmed and the completed program is stored in a recording medium such as a CD-ROM, the recording medium is mounted on the computer, and the computer is loaded with the recording medium. The present invention can be easily realized by installing and executing the program. It is also possible to generalize the program of the present invention by downloading the program to another computer via a network.

本発明の一実施形態に係るネットワークのシステム内部の構成図である。It is a block diagram inside the system of the network which concerns on one Embodiment of this invention. 従来におけるAWGネットワークの構成図である。It is a block diagram of the conventional AWG network. カプラを用いてAWG規模の低減を図ったAWGネットワークシステムの構成図である。It is a block diagram of the AWG network system which aimed at reduction of the AWG scale using the coupler. 本発明の一実施形態に係るネットワークの全体接続図である。1 is an overall connection diagram of a network according to an embodiment of the present invention. 総トラヒック量に対する総トランシーバ数の特性図(1)である。It is a characteristic view (1) of the total number of transceivers with respect to the total traffic amount. 総トラヒック量に対する総トランシーバ数の特性図(2)である。It is a characteristic figure (2) of the total number of transceivers with respect to the total traffic amount. 総トラヒック量に対する総コスト比の特性図(1)である。It is a characteristic view (1) of the total cost ratio with respect to a total traffic amount. 総トラヒック量に対する総コスト比の特性図(2)である。It is a characteristic view (2) of the total cost ratio with respect to a total traffic amount. 総トラヒック量に対する総コスト比の特性図(3)である。FIG. 6 is a characteristic diagram (3) of a total cost ratio with respect to a total traffic amount. 総トラヒック量に対する総トランシーバ数の特性図である。It is a characteristic figure of the total number of transceivers with respect to the total traffic amount. 総トラヒック量に対するFSR値の特性図である。It is a characteristic view of the FSR value with respect to the total traffic amount. 総トラヒック量に対する総コスト比の特性図である。It is a characteristic view of the total cost ratio with respect to the total traffic amount.

符号の説明Explanation of symbols

100:ノードs
101:トランシーバ
102:波長多重分離装置
200:カプラm
300:AWG
400:スプリッタn
500:ノードr
501:波長多重装置
502:トランシーバ
11〜TDM:トランスミッタ
11〜RDM:レシーバ
CP1〜CPD:カプラ
SP1〜SPD:スプリッタ
100: Nodes
101: Transceiver 102: Wavelength demultiplexing device 200: Coupler m
300: AWG
400: Splitter n
500: Node r
501: Wavelength multiplexer 502: Transceiver T 11 through T DM: Transmitter R 11 to R DM: Receiver CP1~CPD: Coupler SP1~SPD: Splitter

Claims (8)

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前記AWGに接続する構成のネットワーク構成方法において、
コンピュータの演算器を起動することにより、予めメモリに書き込まれたトラヒック量と、該メモリに書き込まれた許容パケット転送遅延時間を読み出し、該許容パケット転送遅延時間を満足する範囲で、該トラヒック量から総必要トランシーバ数を最小化する設置カプラ数を下式により算出することを特徴とするAWGシングルホップWDMネットワーク構成方法。
Figure 2006148396
(ただし、D(k)はCP(SP)数の許容最小値、*Mは1つのCP(SP)に収容されるノード数の最大値、Nはノード数)
In a network configuration method of a configuration in which a plurality of nodes are aggregated by a coupler in an AWG single-hop WDM network targeted for a MAN using an AWG as a hub node, and then connected to the AWG.
By starting the computing unit of the computer, the traffic amount written in the memory in advance and the allowable packet transfer delay time written in the memory are read, and within the range satisfying the allowable packet transfer delay time, from the traffic amount An AWG single-hop WDM network configuration method, characterized in that the number of installed couplers that minimizes the total number of required transceivers is calculated by the following equation.
Figure 2006148396
(Where D (k) is the minimum allowable number of CP (SP), * M is the maximum number of nodes accommodated in one CP (SP), and N is the number of nodes)
請求項1に記載のAWGシングルホップWDMネットワーク構成方法において、
前記メモリに予め書き込まれた静的な交流トラヒック行列を読み出し、該交流トラヒック行列から内部トラヒックを運ぶ各波長チャネル上に流れるトラヒック量を下式により算出し、
各波長チャネルにおけるパケット平均転送遅延時間を導出し、
そこから、与えられた許容平均パケット転送遅延を満足するためのFSRの最小値と、そのときの最大収容可能ノード数を算出することを特徴とするAWGシングルホップWDMネットワーク構成方法。
Figure 2006148396
(ただし、vは内部トラヒック量の最大値、FはFSR、dは内部トラヒック量、rは内部トラヒック量比率、Vは総トラヒック量)
Figure 2006148396
(ただし、Tは平均パケット転送遅延時間、τはパケット転送成功時の平均転送遅延時間、τは平均再送待ち時間、Gは再送を含めたチャネル負荷、Rはラウンドトリップ時間、Mは収容ユーザ数)
Figure 2006148396
Figure 2006148396
Figure 2006148396
(ただし、F0はFSRの最小値、γは遅延制約)
The AWG single-hop WDM network configuration method according to claim 1,
Reading out the static AC traffic matrix pre-written in the memory, and calculating the traffic amount flowing on each wavelength channel carrying internal traffic from the AC traffic matrix by the following equation:
Deriving the average packet transfer delay time in each wavelength channel,
An AWG single-hop WDM network configuration method characterized in that the minimum value of FSR for satisfying a given allowable average packet transfer delay and the maximum number of nodes that can be accommodated at that time are calculated.
Figure 2006148396
(Where v 1 is the maximum internal traffic volume, F is FSR, d I is the internal traffic volume, r is the internal traffic volume ratio, and V is the total traffic volume)
Figure 2006148396
(Where T is the average packet transfer delay time, τ 1 is the average transfer delay time when the packet transfer is successful, τ 2 is the average retransmission wait time, G is the channel load including retransmission, R is the round trip time, and M is the capacity. Number of users)
Figure 2006148396
Figure 2006148396
Figure 2006148396
(However, F0 is the minimum value of FSR, and γ is a delay constraint.)
請求項1に記載のAWGシングルホップWDMネットワーク構成方法において、
前記メモリに予め書き込まれた静的な交流トラヒック行列を読み出し、該交流トラヒック行列から外部トラヒックを運ぶ各波長チャネル上に流れるトラヒック量を下式により算出し、
各波長チャネルにおけるパケット平均転送遅延時間を算出し、
そこから、与えられたPOP心線数から、与えられた許容平均パケット転送遅延を満足するための最大収容可能ノード数を算出することを特徴とするAWGシングルホップWDMネットワーク構成方法。
Figure 2006148396
(ただし、dは任意のノードからPOP、もしくはPOPからノードに流れる外部トラヒック量、rは総トラヒック量Vのうち内部トラヒックの占める比率)
Figure 2006148396
Figure 2006148396
Figure 2006148396
The AWG single-hop WDM network configuration method according to claim 1,
A static AC traffic matrix pre-written in the memory is read, and the amount of traffic flowing on each wavelength channel carrying external traffic from the AC traffic matrix is calculated by the following equation:
Calculate the packet average transfer delay time in each wavelength channel,
Then, from the given number of POP cores, the maximum number of nodes that can be accommodated to satisfy the given allowable average packet transfer delay is calculated.
Figure 2006148396
(Where d E is the amount of external traffic flowing from any node to POP or from POP to node, and r is the ratio of internal traffic to the total traffic amount V)
Figure 2006148396
Figure 2006148396
Figure 2006148396
請求項2または3に記載のAWGシングルホップWDMネットワーク構成方法において、
前記で得られた2つの最大収容可能ノード数に関する制約条件を満足するためのPOP心線数と、設置カプラ数の組みを下式により算出し、
総トランシーバ数が最小となる値を、各々POP心線数および設置カプラ数として採用することを特徴とするAWGシングルホップWDMネットワーク構成方法。
Figure 2006148396
Figure 2006148396
Figure 2006148396
Figure 2006148396
(ただし、σ(*M)はパケット送出確率の最大値、vは波長チャネル上に流れる内部トラヒック量の最大値、γは平均パケット転送遅延の許容値、rは総トラヒック量Vのうち内部トラヒック占有比率、G,εは〔数7〕参照)
In the AWG single hop WDM network configuration method according to claim 2 or 3,
Calculate the set of the number of installed POP cores and the number of installed couplers for satisfying the constraints on the two maximum accommodated nodes obtained above by the following equation:
A method for configuring an AWG single-hop WDM network, wherein a value that minimizes the total number of transceivers is adopted as the number of POP cores and the number of installed couplers, respectively.
Figure 2006148396
Figure 2006148396
Figure 2006148396
Figure 2006148396
(Where σ (* M) is the maximum value of the packet transmission probability, v I is the maximum value of the internal traffic flowing on the wavelength channel, γ is the allowable value of the average packet transfer delay, and r is the internal of the total traffic V Traffic occupation ratio, G and ε (see [Equation 7])
請求項1に記載のAWGシングルホップWDMネットワーク構成方法において、
前記メモリに予め書き込まれた静的な交流トラヒック行列を読み出し、内部トラヒックの一部がマルチキャストトラヒックである場合を対象に、該静的な交流トラヒック行列から内部トラヒックを運ぶ各波長チャネル上に流れるトラヒック量を下式により算出し、
各波長チャネルにおけるパケット平均転送遅延時間を算出し、
そこから、与えられた許容平均パケット転送遅延を満足するためのFSRの最小値とそのときの最大収容可能ノード数を算出することを特徴とするAWGシングルホップWDMネットワーク構成方法。
Figure 2006148396
Figure 2006148396
Figure 2006148396
Figure 2006148396
The AWG single-hop WDM network configuration method according to claim 1,
The static AC traffic matrix pre-written in the memory is read, and the traffic flowing on each wavelength channel carrying the internal traffic from the static AC traffic matrix is targeted for the case where a part of the internal traffic is multicast traffic. Calculate the amount by the following formula,
Calculate the packet average transfer delay time in each wavelength channel,
An AWG single-hop WDM network configuration method, comprising: calculating a minimum value of FSR for satisfying a given allowable average packet transfer delay and a maximum number of nodes that can be accommodated at that time.
Figure 2006148396
Figure 2006148396
Figure 2006148396
Figure 2006148396
請求項3または5に記載のAWGシングルホップWDMネットワーク構成方法において、
前記で得られた2つの最大収容可能ノード数に関する制約条件を満足するためのPOP心線数と、設置カプラ数の組みを算出し、
総トランシーバ数が最小となる値を、各々POP心線数および設置カプラ数として採用することを特徴とするAWGシングルホップWDMネットワーク構成方法。
The AWG single-hop WDM network configuration method according to claim 3 or 5,
Calculate the set of the number of POP cores and the number of installed couplers for satisfying the constraint on the two maximum accommodated nodes obtained above,
A method for configuring an AWG single-hop WDM network, wherein a value that minimizes the total number of transceivers is adopted as the number of POP cores and the number of installed couplers, respectively.
請求項1〜6のいずれかに記載のAWGシングルホップWDMネットワーク構成方法の手順を、コンピュータに実行させるためのAWGシングルホップWDMネットワーク構成用プログラム。   An AWG single-hop WDM network configuration program for causing a computer to execute the procedure of the AWG single-hop WDM network configuration method according to claim 1. 請求項7に記載のAWGシングルホップWDMネットワーク構成用プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium on which the AWG single-hop WDM network configuration program according to claim 7 is recorded.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008211728A (en) * 2007-02-28 2008-09-11 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Awg single hop wdm network backup plane constitution method and network system employing same

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