JP2009188447A - 階層ヘッダを用いた光パケット処理方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ペイロードの光データ透過性を保ち、処理遅延の少ない階層ヘッダを用いた光パケット処理を提供する。
【解決手段】 付加的な情報を含む複数のヘッダ情報を予め定められた複数の階層に対してそれぞれ割り当てた階層ヘッダと、ペイロードとを含む光パケットを受信し、ペイロードを光電変換せず、階層ヘッダのみ光電変換して複数のヘッダ情報を取得する。階層ヘッダの階層のヘッダ情報に基づき、所定のヘッダ情報を読み出し又は書き換え又は書き込むことで光パケット送信、転送又は受信のためのヘッダ・ラベル処理又はパケット処理を実行して、出力用階層ヘッダを生成する。出力用階層ヘッダを光信号に変換し、受信した後に光電変換されていないペイロードと合成して出力光パケットを生成して出力する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、階層ヘッダを用いた光パケット処理方法及び装置に係り、特に、インターネットに光パケットネットワークを適用した際に、インターネットを構成する複数のＡＳ（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｓｙｓｔｅｍ）の境界においてペイロードの光データ透過性を保つための、光パケットネットワークにおける階層ヘッダを用いた光パケット処理方法及び装置に関する。なお、本明細書中、「ヘッダ」と「ラベル」は同様の意味として用いられる場合がある。

近年、ブロードバンドアクセスの普及や動画を中心とした新サービスの展開により、バックボーンネットワークにおけるトラフィック量は爆発的に増加している。しかし、現状の電気処理に基づくパケット転送機構において転送容量の増加を実現するには、消費電力の増大がボトルネックとなると指摘されている（非特許文献１）。

この課題を解決する一手段として、パケットの転送処理を光領域で実現する光パケットネットワーク技術の研究が進められている（非特許文献２）。光パケットネットワークでは高帯域利用率の達成が容易であり、さらにＯ／Ｅ・Ｅ／Ｏ変換を省略可能なため消費電力・装置コストの低減が見込まれる。しかし光デバイスには実用的なＲＡＭがなく複雑な演算処理も行えないため、経路探索がボトルネックとなる。そこで経路探索の単純化を図るため、宛先毎で経路表を検索する代わりに経路や出力ポートを示すヘッダ（ラベル）で転送表を検索するラベルスイッチ（非特許文献３、非特許文献４）の概念が応用されている。光パケットネットワーク技術では宛先情報の代わりとなるヘッダ（ラベル）の処理方式は極めて重要で、様々な研究が行われている。
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以上のように、インターネット利用者の爆発的な増加と伝送技術の発展により、インターネットトラフィックは急増の一途を辿っている。一方で、近年、光伝送技術の向上により１ファイバで２５．６Ｔｂｐｓもの大容量な帯域を提供できることが分かっている。しかし現状の電気処理のルータでは、電気処理の限界により、例えば、５０ＧＨｚ程度の処理しかできず、このような大容量の並列処理を行った場合は消費電力が莫大になり非現実的となる。

このような状況で、データが符号化された信号光を電気変換せずに転送する光ネットワーク技術が解決の一手法として研究されている。光ネットワークでは、転送データが光のまま転送されるため、ビットレートやフォーマットに依存しない光データの透過性が提供される。したがって光ネットワークでは、例えば、１０Ｇｂｐｓで使っていても、全く内部ノードの変更無しに、例えば、１００Ｇｂｐｓのデータを流すこともできる。

なお、ここで、「光データ透過性」とは、光の波長に符号化されたデータを中継ノード（ルータ）において光電変換せずに、光のまま処理することにより得られる、ビットレートフリー性、フォーマットフリー性を意味する。

一方、現在の電気変換を伴うネットワークやルータでは、入力された光信号は全て電気信号に変換され、送出の際に再度電気信号を光信号に変換する。このような、光電変換、電光変換の際に予め決められた特定のビットレートで変換機器等のデバイスが作られているため、例えば、１０Ｇｂｐｓのデータを流すために作られていたら、１００Ｇｂｐｓの容量に変更したい場合、全てのデバイスを入れ替えなくてはならない。

その中でも特に光パケットネットワーク技術は、パケット交換網であるインターネットとの親和性から大きな注目を集めている。光パケットネットワークでは、パケットを構成するヘッダ、ペイロードともに光領域で転送され、ヘッダの情報にしたがって中継ノードで交換される。ヘッダを処理する方式として、大きくヘッダを電気処理して行う方式とヘッダも光領域処理する方式がある。ヘッダを電気処理する場合は、柔軟な機能を提供できる反面、処理遅延が発生する。一方、全て光でヘッダ処理する場合は、光の速度で交換できる反面、光論理回路などの規模が大きくなるため柔軟な処理は比較的困難であるという特徴がある。一般的に光パケットネットワークはＩＰ層の下位層として動作し、光パケットネットワーク内で光パケットを交換するための特殊なヘッダを利用する。現状では単一光パケットネットワーク内で動作するヘッダしか考えられていない。

一方、インターネットは、管理ポリシーの異なる多数のＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｓｙｓｔｅｍ（ＡＳ）と呼ばれるネットワークが接続され構成される。ＡＳ境界では異なるポリシーを実現するために、各パケットの上位層情報を参照した上で、パケット破棄や内容変更するなどの処理を行い、そのポリシーを反映させる。

従来のヘッダ方式では、全てを光領域で処理することが主に研究されている。しかし光領域での処理は高速である一方、デバイスの制限によりネットワークスケールを大きくするためには非常に多数のデバイス数を必要とし、実現が難しい。

すなわち、例えば、光パケットネットワーク技術をインターネット規模で実現する際、このＡＳ境界において上位層情報を参照するために、各パケットをペイロードを含めて電気変換せねばならず、この場合ペイロードの光データ透過性は損なわれる。特にペイロードを分割し複数の波長に符号化する多波長光パケット交換技術では、ＡＳ境界において各波長を電気変換し、元のペイロードの構築処理をせねばならず、非常に処理コストが高い。

また、従来技術は主に単一光パケットネットワーク内を想定しているため、ＡＳ境界を超えた場合等を想定していない。したがって、光領域のペイロードの光電変換がＡＳ境界で発生し、光データ透過性を阻害する。

一般に、ＡＳ境界における処理として、現状のインターネットでは、主に次のような処理が行われる。
ａ．フィルタリング処理
ＡＳ境界では、隣接ＡＳからのトラフィックを監視し、必要に応じてパケットを破棄する。目的としては、ＤｏＳ攻撃（Ｄｅｎｉａｌ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ ａｔｔａｃｋ）対策やＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）共有やＰ２Ｐ（Ｐｅａｒ ｔｏ Ｐｅａｒ、Ｐｅｒｓｏｎａｌ ｔｏ Ｐｅｒｓｏｎａｌ）など特定アプリケーショントラフィックの制限などが挙げられる。これらを行うためには、ＩＰヘッダやＴＣＰヘッダ、必要に応じては更に上位層情報を参照する。
ｂ．負荷分散
隣接ＡＳからの入力トラフィックをＡＳ内部で同一の経路を通さないために、アプリケーションや優先度に依存して、異なる経路を適用することで負荷分散を行う。この際、それらのフローを認識するために、ＩＰ／ＴＣＰヘッダを参照する。
ｃ．ＱｏＳ（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）処理（ＤｉｆｆＳｅｒｖ処理）
ＮＧＮ（Ｎｅｘｔ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ、次世代ネットワーク）ではＤｉｆｆＳｅｒｖ技術を用いて通信トラフィックのＱｏＳ保証を実現している。ＤｉｆｆＳｅｒｖ技術では、ＡＳ境界となるＤｉｆｆＳｅｒｖ Ｄｏｍａｉｎの境界において、各パケットのＤＳＣＰ（ＤｉｆｆＳｅｒｖ Ｃｏｄｅ Ｐｏｉｎｔ）の示すクラスとそのフローの流量によって、異なるＤＳＣＰに変更する。この際ＩＰヘッダの内容を参照し、更にＤＳＣＰフィールドの変更も必要となる。

以上のように、インターネットは多くのＡＳ（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｓｙｓｔｅｍ）から成り立ち、各ＡＳでは異なるポリシーで運用されている。ＡＳの接続点となる境界においては、各ＡＳのポリシーに従い、フィルタリングやポリシングなどが行われる。この際、各入力パケットのＩＰ／ＴＣＰ（ネットワーク層／トランスポート層）やＩＰ層（ネットワーク層）などの上位層情報が必要となり、場合によっては、その情報の変更も必要であるので、これらの情報を参照するために光電変換される。したがって、この場合ＡＳ境界ではペイロードの光データ透過性を保持することが困難となる。

本発明は、以上の点に鑑み、ＡＳ境界を超えてエントツーエンド通信でペイロードの光データ透過性を保つようにした、階層ヘッダを用いた光パケット処理方法及び装置を提供することを目的とする。また、本発明は、ＡＳ境界において、光パケットのヘッダを電光変換しても、処理遅延の少ない階層ヘッダを用いた光パケット処理方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の解決手段によると、
ヘッダ又はペイロードの種類・属性情報、階層モデルの階層識別情報、転送経路上のネットワーク又はノードの識別情報、転送経路の転送順序情報のいずれか又は複数の付加的な情報を含む複数のヘッダ情報を予め定められた複数の階層に対してそれぞれ割り当てた階層ヘッダと、ペイロードとを含む光パケットを受信し、
前記ペイロードを光電変換せず、前記階層ヘッダのみ光電変換して複数のヘッダ情報を取得し、
前記階層ヘッダの少なくともひとつの階層のヘッダ情報に基づき、少なくともひとつのヘッダ情報を読み出し又は書き換え又は書き込むことで光パケット送信、転送又は受信のためのヘッダ・ラベル処理又はパケット処理を実行して、出力用階層ヘッダを生成し、
前記出力用階層ヘッダを光信号に変換し、受信した後に光電変換されていない前記ペイロードと合成して出力光パケットを生成して出力するようにした
階層ヘッダを用いた光パケット処理方法が提供される。

本発明の第２の解決手段によると、
ヘッダ又はペイロードの種類・属性情報、階層モデルの階層識別情報、転送経路上のネットワーク又はノードの識別情報、転送経路の転送順序情報のいずれか又は複数の付加的な情報を含む複数のヘッダ情報を予め定められた複数の階層に対してそれぞれ割り当てた階層ヘッダと、ペイロードとを含む光パケットを入力し、入力された光パケットを前記階層ヘッダの光ヘッダ信号と前記ペイロードの光ペイロード信号とに分離するヘッダ分離器と、
前記ヘッダ分離器により分離された光ヘッダ信号を入力し、前記階層ヘッダに対応する複数の同一の電気信号又は複数の階層のヘッダ情報毎に異なる階層ヘッダ電気信号に変換するヘッダ受信器と、
前記ヘッダ受信器から前記階層ヘッダ電気信号を入力し、前記階層ヘッダ電気信号に基づき、予め定められたヘッダ・ラベル処理又はパケット処理に従い、出力する光パケットの各階層のヘッダ情報を表す複数の出力階層ヘッダ電気信号を決定して出力するコントローラと、
前記コントローラからの出力階層ヘッダ電気信号に基づき、複数の階層のヘッダ情報を含み前記階層ヘッダと同じ形式の出力階層ヘッダ光信号を生成するヘッダ生成器と、
前記ヘッダ分離器からの光ペイロード信号と、前記ヘッダ生成器からの前記出力階層ヘッダ光信号とを合成して、出力光パケットを生成するパケット合成器と、
を備えた階層ヘッダを用いた光パケット処理装置が提供される。

本発明によると、ＡＳ境界を超えてエントツーエンド通信でペイロードの光データ透過性を保つようにした、階層ヘッダを用いた光パケット処理方法及び装置を提供することができる。また、本発明によると、ＡＳ境界において、光パケットのヘッダを電光変換しても、処理遅延の少ない階層ヘッダを用いた光パケット処理方法及び装置を提供することができる。

１．光パケットネットワークの概要
１−１．光パケットネットワーク
図１に、本実施の形態に関する一般的な光パケットネットワークの構成図を示す。
光パケットネットワークは、コアノード、エッジノード、ユーザノードなどから構成される。コアノードは、図主に光パケットを中継する。コアノードでは、ペイロードは電気に変換されずに光のまま転送される。ヘッダに関しては電気に変換され、予め定められた処理がされる。エッジノードは、光パケット以外のネットワークとの境界に位置し電気パケットとの変換を行う。ユーザノードは、送信したいデータを直接光パケットとして送信する。

図２に、ノード内処理の説明図を示す。一般的なパケット転送手順の一例を以下に示す。
ａ．エッジネットワークでは、既存のネットワークプロトコルに従いエッジノードまでパケットを転送する。
ｂ．エッジノードでは、光転送を実現するために必要な光ヘッダ（ラベル）やプリアンブルなどの情報をパケットに付与（光ヘッダ（ラベル）割り当て（光ヘッダ（ラベル）符号化））し、光パケットを生成する。
ｃ．光パケットネットワーク内の各中継ノードでは、光ヘッダ（ラベル）から経路情報を解析（光ヘッダ（ラベル）解析）し、光ヘッダ（ラベル）によって指定された経路に光パケットを転送する。このときペイロードの中身は参照されずヘッダ（ラベル）のみ解析される。なお、多くの光パケット転送機構で光パケットを転送する際にヘッダ（ラベル）情報の削除や書き換えを行う（ヘッダ（ラベル）更新）。
ｄ．宛先側のエッジノードでは、光パケットの光ヘッダ（ラベル）を削除し元のパケット形式に復元する。
以上の処理からもわかる通り、光パケットネットワークにおいて光ヘッダ（ラベル）処理は重要な役割を担う。

１−２． 光パケットネットワークにおけるヘッダ（ラベル）処理
光ヘッダ（ラベル）処理とは光ヘッダ（ラベル）割り当て、光ヘッダ（ラベル）解析、光ヘッダ（ラベル）更新の３つの処理を示す。
光ヘッダ（ラベル）割り当ては、既存ネットワークにおけるパケットの宛先情報に基づいて、光パケットネットワーク内での経路やノードの出力ポートを指定する光ヘッダ（ラベル）を生成し、パケットに割り当てることをいう。割り当て手法により帯域利用率やヘッダ（ラベル）の解析・更新手法、スケーラビリティなどが異なる。

光ヘッダ（ラベル）解析は、光ヘッダ（ラベル）を抽出して経路情報や出力ポート情報を識別することを指す。光ヘッダ（ラベル）解析処理は、光領域又は電子領域のどちらで行う場合も考えられる。電子デバイスで構成する場合、複雑な演算処理が可能、ＲＡＭが利用可能、集積化が可能、といったメリットがある。解析に用いるデバイスにより様々な符号化手法および識別回路構成が提案されている。

光ヘッダ（ラベル）更新は、光ヘッダ（ラベル）の交換（ラベルスワップ）や光ヘッダ（ラベル）の部分的な又は全部の訂正や削除等を行うことをいう。ヘッダ（ラベル）識別空間を減らして検出を高速化するためにネットワーク一意ではなくリンクで一意な識別子を用いてヘッダ（ラベル）としている場合、ヘッダ（ラベル）の競合を防ぐためにリンク毎にヘッダ（ラベル）を付け替える必要が生じる。そうした際にヘッダ（ラベル）の書き換え処理が必要となる。

２．光パケット処理装置（ノード）
２−１．光パケット処理装置
図３に、２ポート入力及び２ポート出力の光パケット処理装置（ノード）の構成図を示す。
光パケット処理装置（ノード）は、ヘッダ分離器１−１及び１−２、ヘッダ受信器２−１及び２−２、コントローラ３、ヘッダ生成器４−１及び４−２、パケット合成器（光カプラ）５−１及び５−２、光スイッチ６−１及び６−２、衝突回避機構７−１及び７−２、入力ポート８−１及び８−２、出力ポート９−１及び９−２、を備える。

ヘッダ分離器１−１及び１−２は、それぞれ、入力ポート８−１及び８−２から入力された階層ヘッダとペイロードを含む光パケットを階層ヘッダの光ヘッダ信号とペイロードの光ペイロード信号とに分離する。

ヘッダ受信器２−１及び２−２は、それぞれ、ヘッダ分離器１−１及び１−２により分離された光ヘッダ信号を入力し、階層ヘッダに対応する複数の同一の電気信号又は複数の階層のヘッダ情報毎に異なる電気信号に変換する。

ヘッダ生成器４−１及び４−２は、コントローラ３からの出力階層ヘッダ電気信号に基づき、複数のヘッダを含む出力階層ヘッダ光信号を生成する。
パケット合成器５−１及び５−２は、それぞれ、ヘッダ分離器１−１及び１−２からの光ペイロード信号と、第１ヘッダ生成器４−１及び４−２からの出力階層ヘッダ光信号とを合成して、出力光パケットを生成する。

光スイッチ６−１及び６−２は、コントローラ３からの光スイッチ制御信号による指定に従い、パケット合成器５−１からの出力光パケットと、パケット合成器５−２からの出力光パケットを、出力ポート９−１又は出力ポート９−２のいずれかに出力するように切り替える。
衝突回避機構７−１及び７−２は、複数の出力光パケットを、衝突回避機構制御信号に基づき、衝突を回避し指定の出力ポート９−１又は９−２から出力する。

コントローラ３は、ヘッダ受信器２−１及び２−２により変換された電気信号を入力し、入力された電気信号に基づき、予め定められたパケット処理に従い、出力する光パケットの各階層のヘッダ情報を表す出力階層ヘッダ電気信号を決定して出力する。また、コントローラ３は、ヘッダ受信器２−１及び２−２から入力された予め定められた階層のヘッダ情報の電気信号に基づき、予め定められた条件に従い、光パケットを出力する出力ポート９−１又は９−２を指定する光スイッチ制御信号を求める。また、コントローラ３は、出力光パケットが衝突しないようスケジューリングを行い、衝突回避機構制御信号を衝突回避機構７−１及び７−２に出力する。

２−２．ヘッダ分離器の構成例
図１２は、ヘッダ分離器の構成例を示す図である。
ヘッダ分離器１−１、１−２は、使用する階層パケットが単一波長か多波長かにより次のいずれかのように構成することができる。

（１）単一波長パケット用［図１２（ａ）］
ヘッダ分離器の第１の構成例は、次の構成を備える。
・単一波長上に階層ヘッダ及びペイロードが符号化されている光パケットを入力し、分岐する光カプラ（光分岐器）、
・光カプラにより分岐された一方の光パケットを入力し、階層ヘッダ及びペイロードを分離するための制御信号を出力する光スイッチ制御器、
・光カプラにより分岐された他方の光パケットを入力し、前記光スイッチ制御器からの制御信号に従い、該光パケットの階層ヘッダとペイロードとを分離する光スイッチ

（２）多波長パケット用（フィルタ）［図１２（ｂ）］
ヘッダ分離器の第２の構成例は、次の構成を備える。
・階層ヘッダとペイロードが異なる波長にエンコードされている光パケットを入力し、分岐する光カプラ（光分岐器）、
・光カプラにより分岐された一方の光パケットを入力し、階層ヘッダの伝送波長を透過する第１波長フィルタ、
・光カプラにより分岐された他方の光パケットを入力し、ペイロードの伝送波長を透過する第２波長フィルタ

（３）多波長パケット用（ＡＷＧ）［図１２（ｃ）］
ヘッダ分離器の第３の構成例は、階層ヘッダとペイロードが異なる波長にエンコードされている光パケットを入力し、階層ヘッダの伝送波長とペイロードの伝送波長を分離する第１波長合分波器を備える。また、ペイロードに複数波長を用いている場合は、第１波長合分波器が分離した複数伝送波長の複数のペイロードを多重する第２波長合分波器をさらに備えるようにしてもよい。波長合分波器は、光の多重化や分波する機能を持ったデバイスであり、例えば、ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ：アレイ導波路格子）等を用いることができる。

２−３．ヘッダ受信器及びヘッダ生成器
（１）ビット列を用いた階層ヘッダの場合
図１３に、ビット列を用いた階層ヘッダのヘッダ受信器（１）及びヘッダ生成器（１）の構成図を示す。

ヘッダ受信器（１）は、ＰＤ（フォトディテクタ）、分岐器を備える。ヘッダ受信器（１）では、光ヘッダ信号が入力され、ＰＤは、入力された光ヘッダ信号を電気信号に変換し、分岐器は、その電気信号を複数階層分コピー又は分岐して全階層の電気信号をコントローラに出力する。

それぞれの階層は、その階層が割り当てられたスロットにだけ情報があり、コントローラ内では、階層ごとに異なるスロットを参照する。コントローラは、対応テーブルを参照する等により予め定めたパケット処理・ヘッダ（ラベル）処理等に従い、各階層のヘッダ情報の電気信号を所定スロットに分けて（時間軸上に並べて）出力する。

ヘッダ生成器（１）は、加算器、ＬＤ（レーザーダイオード）等のレーザ、又は、ＬＤ等のレーザとＭＯＤ（変調器）による構成を備える。ヘッダ生成器（１）は、コントローラからの各階層のヘッダ情報の電気信号を入力し、加算器は、各階層が所定スロットに並ぶようにこれを和算してビット列の電気信号を生成し、ＬＤ等のレーザによる直接変調、あるいは、ＬＤ等のレーザ及びＭＯＤを含む構成等を用いて、階層ヘッダ光信号を生成する。

（２）符号分割多重を用いた階層ヘッダの場合
図１４に、符号分割多重を用いた階層ヘッダのヘッダ受信器（２）及びヘッダ生成器（２）の構成図を示す。
ヘッダ受信器（２）は、ＰＤ（フォトディテクタ）、分岐器、乗算器、符号発生器、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）を備える。ＰＤは、入力された光ヘッダ信号を電気信号に変換し、分岐器は、その電気信号を複数階層分コピー又は分岐し、乗算器及び符号発生器は、分岐した各信号に対してそれぞれ符号分割多重で使用される符号を乗算して、必要に応じてＢＰＦを介して、各階層の電気信号を得て、コントローラに出力する。

コントローラは、各階層のヘッダ情報に基づき、対応テーブルを参照する等により、予め定めたパケット処理・ヘッダ（ラベル）処理等に従い、各階層のヘッダ情報を読み取り、書き込み、又は、書き換えて出力する。

ヘッダ生成器（２）は、乗算器、符号発生器、加算器、可変減衰器、ＬＤ等のレーザ、ＬＮＭ（ＬＮ変調器）を備える。ヘッダ生成器（２）は、コントローラからの各階層のヘッダ情報の電気信号を入力し、乗算器及び符号発生器は、各信号に対してそれぞれ符号分割多重で使用される符号を乗算し、加算器は、各乗算した信号を和算して、必要に応じて可変減衰器等を経て、ＬＤ等のレーザとＬＮＭ等の変調器を含む構成等を用いて、階層ヘッダ光信号を生成する。

（３）周波数分割多重を用いた階層ヘッダの場合
図１５に、周波数分割多重を用いた階層ヘッダのヘッダ受信器（３）及びヘッダ生成器（３）の構成図を示す。
ヘッダ受信器（３）は、ＰＤ（フォトディテクタ）、分岐器、乗算器、周波数生器、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）を備える。ＰＤは、入力された光ヘッダ信号を電気信号に変換し、分岐器は、その電気信号を複数階層分コピー又は分岐し、乗算器及び周波数発生器は、分岐した各信号に対してそれぞれ周波数分割多重で使用される搬送波を乗算して、必要に応じてＬＰＦを介して、各階層の電気信号を得て、コントローラに出力する。

コントローラは、各階層のヘッダ情報に基づき、対応テーブルを参照する等により、予め定めたパケット処理・ヘッダ（ラベル）処理等に従い、各階層のヘッダ情報を読み取り、書き込み、又は、書き換えて出力する。

ヘッダ生成器（３）は、乗算器、周波数発生器、加算器、可変減衰器、ＬＤ等のレーザ、ＬＮＭ（ＬＮ変調器）等の変調器を備える。ヘッダ生成器（３）は、コントローラからの各階層のヘッダ情報の電気信号を入力し、乗算器及び周波数発生器は、各信号に対してそれぞれ周波数分割多重で使用される搬送波を乗算し、加算器は、各乗算した信号を和算して、必要に応じて可変減衰器等を経て、レーザと変調器を含む構成等を用いて、階層ヘッダ光信号を生成する。

２−４．衝突回避機構
図１６は、衝突回避機構の構成例を示す図である。
衝突回避機構は、様々な手法があるが、一般的には、例えば、入力が複数の出力タイミングになるように、いずれかのファイバ遅延線に切り替えるものである。この図は、入力Ｐポート、Ｍ段の光ファイバ遅延線を用いた衝突回避機構の構成例を示す。図示の構成では、複数の入力光スイッチ１〜Ｐ（この例では、１×（Ｍ＋１）スイッチ）と、複数の入力光スイッチ１〜Ｐからの出力をそれぞれ合流する出力タイミング数分の光カプラ０〜Ｍと、各光カプラ０〜Ｍに接続され異なる長さのファイバ遅延線を並べた構成と、複数のファイバ遅延線からひとつを選択して出力する出力光スイッチ（この例では、Ｍ×１スイッチ）を備える。コントローラは、出力光パケットが衝突しないようスケジューリングを行い、衝突回避機構制御信号を出力し、一方、衝突回避機構は、衝突回避機構制御信号に基づき、入力光スイッチ１〜Ｐで所望の遅延量に相当する光カプラのいずれかに光パケットを出力し、さらに出力光スイッチで光カプラその中から一つを選択することで、同じ出力ポートに出力される複数の光パケットの衝突を防ぐ。

２−５．補足
階層ヘッダ（ラベル）の送受信を行う光パケット処理装置（ノード）に関しては、コアノード（中継器）にあるものとエッジにあるものは同じ構成とすることができ、また、このような光パケット処理装置（ノード）は、コアノードでもエッジノードでも同様に利用される。なお、コントローラが実行する、ヘッダ（ラベル）処理・パケット処理は、例えば、上述のように、フィルタリング処理、負荷分散処理、ＱｏＳ処理、光ヘッダ（ラベル）割り当て処理、光ヘッダ（ラベル）解析処理、光ヘッダ（ラベル）更新処理、経路探索処理等の各種処理を含む。

３．階層ヘッダ方式
ここでは、階層ヘッダ方式の抽象的な構造を示す。具体的な実現例・適用例に関しては後述する（「７．階層ヘッダ方式の適用例」参照）。

図４に、階層ヘッダの説明図を示す。従来ヘッダ方式が図４（ａ）及び（ｃ）、本実施の形態の階層ヘッダを用いたものが図４（ｂ）及び（ｄ）である。
光パケットは、階層ヘッダとペイロードを含む。図４（ａ）は単一波長の光パケット、図４（ｃ）はペイロードを多波長に分割して構成する多波長光パケットの様子を示している。図４（ｂ）、（ｄ）はそれぞれに階層ヘッダ方式を適用した様子を示している。

図４（ｂ）の光パケットは、階層ヘッダとペイロードとが同一波長を用いた単一波長光パケットである。また、図４（ｄ）の光パケットは、階層ヘッダとペイロードとが異なる波長を用いた多波長光パケットである。さらに、この例では、ペイロードは、第１波長λ１〜第ｎ波長λｎを用いた第１ペイロード〜第ｎペイロードを含む。なお、多波長パケット交換では、比較的少ないデバイス数で広帯域な光パケットネットワークを構築することができる。

階層ヘッダは、付加的な情報を含む複数のヘッダ情報が予め定められた複数の階層にそれぞれ割り当てられている。付加的な情報としては、例えば、ヘッダ又はペイロードの種類、ヘッダ又はペイロードのデータ属性（音声、映像、ファイル識別子、等）、ヘッダ又はペイロードのＯＳＩ参照モデル等の階層モデルの階層識別子情報（アプリケーション層、ネットワーク層、データリンク層、物理層、ＩＰ層、ＴＣＰ層、等）、転送経路上のネットワーク又はノードの識別情報、転送経路の転送順序情報等の各種情報のうちいずれか又は複数を含むことができるが、これに限らず適宜付加的な情報を定めることができる。

従来の光パケット用ヘッダ方式では、特定ネットワーク内での転送しか考えていないため、単一のラベル（ヘッダ）のみを含む単純な構造しか取っていない。そして、従来のヘッダ方式は、単一光パケットネットワーク上で経路制御するために必要充分な機能しか持たず、ＡＳ境界を越えるような大きな光パケットネットワークを想定していない。一方、本実施の形態では、ヘッダ（ラベル）を複数含み階層構造を持たせることによって、また、各階層がどのようなヘッダ（ラベル）であるかということを示す、付加的な情報を予め定めることで、ノードのヘッダ（ラベル）処理において多様な機能を実現できる。
なお、階層ヘッダ（ラベル）は、予め固定された階層数分定めてもよいし、階層数を可変としてもよい。可変長とする際には、例えば、階層数を示すヘッダ（ラベル）を設けてもよい。

図５は、階層ヘッダの一例と、エッジノードで階層ヘッダが生成される様子を示す説明図である。
この例では、入力されたＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）フレームが、光パケットを構成する階層ラベル（ヘッダ）と光ペイロードに変換される様子を示している。この例では、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）／ＩＰ／ＴＣＰ／Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ層ヘッダが各階層Ｌ１〜Ｌ４に保存される。また、ノードでは、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）の宛先ＭＡＣアドレスなどから、光ネットワーク内でのヘッダ（ラベル）が決定され、階層０（Ｌ０）に保存される。このヘッダ（ラベル）は特定の光パケットネットワーク内で光パケット交換を行う上で必要な情報を含み、更に長さ情報等の付加情報も含むことができる。残りの階層は付加情報となり、ＡＳ境界等での処理の時に参照、変更されることができる。ＡＳ境界ではそれらの階層の情報を参照することで、光ペイロードを光電変換する必要がない。

このように、コントローラは、光ペイロードを光電変換せず、光ヘッダのみ光電変換して、前記階層ヘッダの予め定められた階層のヘッダ情報から上位層ヘッダの少なくとも一部を読み出し又は書き換え又は書き込むことで、ＡＳ境界でのヘッダ（ラベル）処理又はＭＰＬＳ等におけるパケット処理を実行することができる。

４．階層ヘッダ方式の実現例
次に、階層ヘッダ方式を実現する三つの例に関して説明する。
（１）ビット列による階層ヘッダ方式の実現
図６に、ビット列による階層ヘッダ方式の実現についての説明図を示す。
階層ヘッダを実現するための最も簡易な方法として、ビット列を用いて階層を表現する方法が挙げられる。この方法は、任意の速度で変調された信号をビット列と認識し、その内部に構造を持たせることにより階層を表現するため、非常に簡易に実現できる。

図示の例では、固定長ビットを用いた階層表現とストライピングを用いた階層表現
を各階層８ビットで４階層分Ｌａｙｅｒ１〜Ｌａｙｅｒ４を表している。両者とも、非常に簡易に処理可能であるが、新しく階層を追加する場合、最初に決めた階層表現の定義を変更しなくてはならない。

（２）光符号分割多重による階層ヘッダ方式の実現
図７に、光符号分割多重による階層ヘッダ方式の実現についての説明図を示す。
以下に、ＣＤＭ（符号分割多重）方式を用いた階層ヘッダの表現に関して説明する。

ＣＤＭＡは、データ毎に類似性のない符号で二次変調（信号の干渉を抑えるために一次変調直後に行う変調）を行うことで、同じ時間・周波数帯において多重通信を実現する技術である。図に多重数２のＣＤＭＡの一例を示す。送信側では、各データは一次変調でＮＲＺ信号に変調される。その後類似性の少ない符号（符号１、符号２）を各データに乗算し、それぞれを合わせて伝送する。このとき各符号の類似性が高いと受信側で正しく復号されない。受信側では、取り出したい信号に割り当てた符号と同じ符号を再び乗算することで、不必要な信号成分を削除する。最後にフィルタで符号成分を取り除くことで元のデータを復元することができる。

ＣＤＭＡの利点は、ネットワークの潜在的利用者（現在は通信を行っていないが通信する機能を有していていつでも使える状態にある利用者）が多い場合、その他の多重技術に比べ簡略なシステムとなることである。例えば、ＦＤＭＡやＴＤＭＡでは、通信要求が発生する毎にチャネルの中から一つを割り当てることで間欠的な利用者に対応しているが、動的なチャネル割り当てには複雑な処理が要求されるためシステムが大掛かりになる傾向がある。一方ＣＤＭＡでは、伝送媒体をチャネルという単位に区切っていないためチャネル割り当ての手続きは必要がなく、簡略なシステムで実現できる。もう一つの利点は、過負荷特性（通信系に設計値よりも過大な量の通信要求があった場合のシステム特性）が優れていることある。ＦＤＭやＴＤＭでは分割したチャネルを使い切ってしまうと、それ以上の通信は行えない。これに対してＣＤＭでは、１、２組程度の増加ではさほど問題なく増加分を収容できる。そのかわり全部の組の通信品質がおだやかに劣化する。

一方、ＣＤＭの欠点は、収容効率が比較的良くない点である。ＣＤＭは二次変調でスペクトラム拡散を施しているため利用帯域が広がる。そのためＦＤＭやＴＤＭに比べ１／５〜１／１０程度の通信収容効率となり、階層数の上限が比較的低くなる。

（３）周波数分割多重による階層ヘッダ方式の実現
図８に、周波数分割多重による階層ヘッダ方式の実現についての説明図を示す。
以下に、ＦＤＭ（周波数分割多重）方式を用いて階層ヘッダを表現する方法に関して説明する。

ＦＤＭ方式は、異なる複数の周波数の搬送波でデータを伝送する方式であるが、この周波数ごとに異なる階層のヘッダ情報を符号化することで階層ヘッダを実現する。
この図では、３階層のヘッダ情報をＦＤＭにより多重し、λ_０の波長を変調し、異なる波長λ_１に符号化されたペイロードとともに送信している。それぞれのヘッダ情報は、階層１のヘッダ情報Ｈｅａｄｅｒ１は搬送波ｆ_１、階層２のヘッダ情報は搬送波ｆ_２、階層３のヘッダ情報は搬送波ｆ_３に符号化される。

ＦＤＭ方式を用いた階層ヘッダの利点は、後から新しく階層が増えた場合は単純にもう一つの搬送波を用意すれば良く、拡張性が高い点である。更に周波数利用効率が高いため、多重数が多く見込める。

５．階層ヘッダ方式の適用例
ここでは、階層ヘッダを用いた適用例に関して述べる。
（１）階層ヘッダを用いたＡＳ境界処理
以下に、ＡＳ境界でのパケット処理に関して、どのように階層ヘッダによって解決するかを説明する。

ＡＳ境界では、これまで光ペイロードを光電変換しなくては上位層の情報を得ることができず、そのため光ペイロードの光透過性を犠牲にしなくてはならなかった。これにより、システム全体はペイロードのビットレートに合わせた構成を作る必要があった。例えば、光電変換器や変調器をペイロードのビットレートに合わせたものが必要になるため、ビットレートをあげた場合などにすべてを交換しなくてはならなかった。

しかし、図５に示すように、階層ヘッダ方式を用いて、上位層情報を予め階層ヘッダ内に格納することで、この階層ヘッダのみを光電変換して電気信号で処理することにより、ＡＳ境界では必要な情報を光ペイロードを光電変換しないで収集することが可能になる。

更に、ＤｉｆｆＳｅｒｖなどを実現する際に、上位層ヘッダの一部を書き換える必要がある場合は、階層ヘッダの一部の所定層のヘッダを変更し、最後光電変換されるノードにおいて、それをヘッダ又はペイロードに反映することで実現が可能となる。

（２）階層ヘッダを用いたＭＰＬＳヘッダスタック
ＩＰ経路制御に依存せずに、管理者の思うまま特定のフローを任意の経路に流す手法としてＭＰＬＳ（Ｍｕｌｔｉ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｌａｂｅｌ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）がある。ＭＰＬＳではラベルスタックという階層化が、広域なネットワークに対応するために定義されている。光パケットネットワークにおいてもＭＰＬＳを用いたラベルスイッチングが適用される例があるが、従来の方式ではラベルスタックを実現することが難しかった。

図９に、階層ヘッダをＭＰＬＳに適用することで解決する例の説明図を示す。
一般に、ＭＰＬＳでは、ＩＰヘッダとレイヤ２ヘッダとの間にＭＰＬＳヘッダを挿入することで、ネットワーク内のルータはこのヘッダ内のラベルを参照するだけで高速にスイッチングすることができる。そして、ネットワークの出口ルータで、このラベルがはがされる。こうして、ＭＰＬＳは、ネットワークの入口のルータと出口のルータとの間に専用パスを設定し、ＩＰプロトコルを透過させる。

そこで、本実施の形態では、ＭＰＬＳヘッダとして複数ラベルを含む階層ヘッダを用いる。そして、図示のように、ネットワークＮｅｔＡでは階層Ｌ０にラベルＡが付与され、ネットワークＮｅｔＡからネットワークＮｅｔＢに入力されたパケットに対して、ネットワークＮｅｔＢではラベルＢを挿入する際に、階層Ｌ０にラベルＢ、階層Ｌ１にラベルＡを割り当てて付与する（ラベルスタック）。ネットワークＮｅｔＢの出口では、この階層Ｌ０のラベルをはがして、階層Ｌ０にラベルＡを割り当てる（ラベルスワップ）。

このように、コントローラは、光ペイロードを光電変換せず、光ヘッダのみ光電変換して、前記階層ヘッダの予め定められた階層のヘッダ情報を読み出し又は書き換え又は書き込むことで、ＭＰＬＳにおけるラベル処理又はパケット処理を実行すること

（３）階層ヘッダを用いたＡＳレベル始点経路制御
一般に、長距離電話では、通信キャリアを指定できるようにすることで、キャリア間の価格競争を実現させ、低価格で同様のサービスを受けることができる。一方、インターネットでは、通信経路は宛先ＩＰアドレスにより一意的に決まり、したがってキャリア／ＩＳＰ間のサービス競争を実現させることはできない。これを実現させる研究はいくつかあるが、ＩＰの変更は非常に大きな変化を伴うために現実的ではない。本実施の形態では、光インターネットに置き換わったときに、これを階層ヘッダで実現する手法を提案する。

図１０に、階層ヘッダを用いたＡＳレベル始点経路制御についての説明図を示す。
この例では、図中の送信元Ｓは宛先Ｄにパケットを送信しようとする場合、ＡＳ２→ＡＳ４→ＡＳ６を通過させるように、階層ヘッダを図のように設定する。

各ＡＳ内では、次のＡＳに向かうためのヘッダ（ラベル）（宛先までの残りＡＳ数又は残り階層数を表すヘッダ（ラベル）（ｐｋｔ用ヘッダ（ラベル）））を用意して、階層０（Ｌ０）に設定し、転送経路中の複数のＡＳの識別情報を順次各階層Ｌ１〜Ｌ５に定めて、転送を行う。例えば、ＡＳ２では、まず階層１のを階層４に移動させ、階層２、３、４を一つずつ上位層に移動させ、ヘッダ（ラベル）内に用意された始点経路制御の残り階層数を一つ減らす。このｐｋｔ用ヘッダ（ラベル）の階層数が０になったときが宛先のＡＳに到着したときである。このようにすると、宛先Ｄは受け取ったパケットの階層ヘッダをみることで、全く同様の経路を逆に辿って送信元Ｓへパケットを送信することができる。

（４）階層ヘッダを用いたトレースバック
ＩＰネットワークでは、送り元アドレスを成り済ますことで、どこから実際にパケッ
トが流れてきているかを隠すことができる。これを悪用したＤｏＳ（Ｄｅｎｙ ｏｆ Ａｔｔａｃｋ）と呼ばれる攻撃が問題となっている。

図１１に、階層ヘッダを用いたトレースバックについての説明図を示す。これは、ＤｏＳを階層ヘッダにより解決する手法のひとつである。
この図ではＡＳ１からＡＳ５の間をパケットが流れている様子を示している。この階層ヘッダでは、階層Ｌ０に変換用ヘッダ（ラベル）としてＡＳの通過数を定め、以下、階層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・に順次通過ＡＳの識別情報が定められる。なお、交換用のヘッダ（ラベル）は任意のものでかまわない。各ＡＳの入口の境界ノードでは、階層Ｌ０の変換用ヘッダ（ラベル）にＡＳの通過数を加算し、階層Ｌ１、Ｌ２・・・のヘッダ情報にそのパケットがどのＡＳから来たのかを書き込むことで、最終的にＡＳ５では、そのパケットがＡＳ１→ＡＳ２→ＡＳ４という経路を辿ってきたことがわかる。

本発明は、以上説明した以外にも、任意の情報をヘッダ情報にそれぞれ定めた複数のヘッダ情報を各階層に割り当てることで、適宜の階層ヘッダを構成することができる。また、適用する形態も、ネットワークに応じて適宜実施することができる。

本実施の形態に関する一般的な光パケットネットワークの構成図。 ノード内処理の説明図。 ２ポート入力及び２ポート出力の光パケット処理装置（ノード）の構成図。 階層ヘッダの説明図。 階層ヘッダの一例と、エッジノードで階層ヘッダが生成される様子を示す説明図。 ビット列による階層ヘッダ方式の実現についての説明図。 光符号分割多重による階層ヘッダ方式の実現についての説明図。 周波数分割多重による階層ヘッダ方式の実現についての説明図。 階層ヘッダをＭＰＬＳに適用することで解決する例の説明図。 階層ヘッダを用いたＡＳレベル始点経路制御についての説明図。 階層ヘッダを用いたトレースバックについての説明図。 ヘッダ分離器の構成例を示す図。 ビット列を用いた階層ヘッダのヘッダ受信器（１）及びヘッダ生成器（１）の構成図。 符号分割多重を用いた階層ヘッダのヘッダ受信器（２）及びヘッダ生成器（２）の構成図。 周波数分割多重を用いた階層ヘッダのヘッダ受信器（３）及びヘッダ生成器（３）の構成図。 衝突回避機構の構成例を示す図。

符号の説明

１−１及び１−２ ヘッダ分離器、
２−１及び２−２ ヘッダ受信器、
３ コントローラ、
４−１及び４−２ ヘッダ生成器、
５−１及び５−２ パケット合成器（光カプラ）、
６−１及び６−２ 光スイッチ、
７−１及び７−２ 衝突回避機構、
８−１及び８−２ 入力ポート、
９−１及び９−２ 出力ポート

Claims (30)

1. ヘッダ又はペイロードの種類・属性情報、階層モデルの階層識別情報、転送経路上のネットワーク又はノードの識別情報、転送経路の転送順序情報のいずれか又は複数の付加的な情報を含む複数のヘッダ情報を予め定められた複数の階層に対してそれぞれ割り当てた階層ヘッダと、ペイロードとを含む光パケットを受信し、
   前記ペイロードを光電変換せず、前記階層ヘッダのみ光電変換して複数のヘッダ情報を取得し、
   前記階層ヘッダの少なくともひとつの階層のヘッダ情報に基づき、少なくともひとつのヘッダ情報を読み出し又は書き換え又は書き込むことで光パケット送信、転送又は受信のためのヘッダ・ラベル処理又はパケット処理を実行して、出力用階層ヘッダを生成し、
   前記出力用階層ヘッダを光信号に変換し、受信した後に光電変換されていない前記ペイロードと合成して出力光パケットを生成して出力するようにした
   階層ヘッダを用いた光パケット処理方法。
2. 前記光パケットは、前記階層ヘッダと前記ペイロードとが同一波長を用いた単一波長光パケットであることを特徴とする請求項１に記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理方法。
3. 前記光パケットは、前記階層ヘッダと前記ペイロードとが異なる波長を用いた多波長光パケットであることを特徴とする請求項１に記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理方法。
4. さらに、前記ペイロードは、第１波長を用いた第１ペイロードと、第２波長を用いた第２ペイロードを含むことを特徴とする請求項３に記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理方法。
5. 前記ヘッダ・ラベル処理・パケット処理は、フィルタリング処理、負荷分散処理、ＱｏＳ処理、光ヘッダ（ラベル）割り当て処理、光ヘッダ（ラベル）解析処理、光ヘッダ（ラベル）更新処理、経路探索処理のいずれかひとつ又は複数処理を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理方法。
6. 前記階層ヘッダの階層数は固定又は可変であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理方法。
7. 前記階層ヘッダは、光パケット交換用ラベル、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）及びＩＰ及びＴＣＰ及びＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ等の上位層ヘッダのひとつ又は複数のラベルを含み、
   前記光パケットを受信すると、光ペイロードを光電変換せず、光ヘッダのみ光電変換して、前記階層ヘッダの予め定められた階層のヘッダ情報から上位層ヘッダの少なくとも一部を読み出し又は書き換え又は書き込むことで、ＡＳ境界又はネットワーク境界又はノードでのラベル処理又はＡＳ境界又はネットワーク境界又はノードにおけるパケット処理を実行することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理方法。
8. 前記階層ヘッダは、ＭＰＬＳにおけるラベルスタック及びラベルスワップのための複数のラベルとして各階層のヘッダ情報を含み、
   前記光パケットを受信すると、光ペイロードを光電変換せず、光ヘッダのみ光電変換して、前記階層ヘッダの予め定められた階層のヘッダ情報を読み出し又は書き換え又は書き込むことで、ＭＰＬＳにおけるヘッダ・ラベル処理又はパケット処理を実行することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理方法。
9. 前記階層ヘッダは、転送経路制御の宛先までの残り階層数又はＡＳ又はネットワーク又はノード数を示す階層Ｌ０のラベル情報と、転送経路の複数のＡＳ又はネットワーク又はノードの識別情報を示す複数の階層Ｌ１、・・・、Ｌｎ（ｎ≧２）のラベル情報を含み、
   前記光パケットを受信すると、光ペイロードを光電変換せず、光ヘッダのみ光電変換して、前記階層ヘッダの階層Ｌ０のヘッダ情報を読み出して、数を１減算して書き換え、ヘッダ情報Ｌ１を宛先として転送し、階層Ｌ２以下のヘッダ情報を階層Ｌ１以下のヘッダ情報にシフトして書き換え、また、階層Ｌ０のヘッダ情報に従い宛先のＡＳ又はネットワーク又はノードであると判断することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理方法。
10. 宛先のノードは、階層ヘッダの各層のヘッダ情報Ｌ１、・・・、Ｌｎに従い、送信元までの転送経路を逆に探索すること又は送信元までパケットを送信することを特徴とする請求項９に記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理方法。
11. 前記階層ヘッダは、転送経路において経由したＡＳ又はネットワーク又はノード数を示す階層Ｌ０のラベル情報と、転送経路において経由した複数のＡＳ又はネットワーク又はノードの識別情報を示す複数の階層Ｌ１、・・・、Ｌｎ（ｎ≧２）のラベル情報を含み、
    前記光パケットを受信すると、光ペイロードを光電変換せず、光ヘッダのみ光電変換して、前記階層ヘッダの階層Ｌ０のヘッダ情報を読み出して、数を１加算して書き換え、光パケットを送信したＡＳ又はネットワーク又はノードの識別情報を順次次の階層Ｌ１以下のヘッダ情報に書き込むことで、受信ノードの前記ノードは発信元をトレースバックすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理方法。
12. ヘッダ又はペイロードの種類・属性情報、階層モデルの階層識別情報、転送経路上のネットワーク又はノードの識別情報、転送経路の転送順序情報のいずれか又は複数の付加的な情報を含む複数のヘッダ情報を予め定められた複数の階層に対してそれぞれ割り当てた階層ヘッダと、ペイロードとを含む光パケットを入力し、入力された光パケットを前記階層ヘッダの光ヘッダ信号と前記ペイロードの光ペイロード信号とに分離するヘッダ分離器と、
    前記ヘッダ分離器により分離された光ヘッダ信号を入力し、前記階層ヘッダに対応する複数の同一の電気信号又は複数の階層のヘッダ情報毎に異なる階層ヘッダ電気信号に変換するヘッダ受信器と、
    前記ヘッダ受信器から前記階層ヘッダ電気信号を入力し、前記階層ヘッダ電気信号に基づき、予め定められたヘッダ・ラベル処理又はパケット処理に従い、出力する光パケットの各階層のヘッダ情報を表す複数の出力階層ヘッダ電気信号を決定して出力するコントローラと、
    前記コントローラからの出力階層ヘッダ電気信号に基づき、複数の階層のヘッダ情報を含み前記階層ヘッダと同じ形式の出力階層ヘッダ光信号を生成するヘッダ生成器と、
    前記ヘッダ分離器からの光ペイロード信号と、前記ヘッダ生成器からの前記出力階層ヘッダ光信号とを合成して、出力光パケットを生成するパケット合成器と、
    を備えた階層ヘッダを用いた光パケット処理装置。
13. 前記ヘッダ分離器は、
    単一波長上に階層ヘッダ及びペイロードが符号化されている光パケットを入力し、分岐する光カプラと、
    前記光カプラにより分岐された一方の光パケットを入力し、階層ヘッダ及びペイロードを分離するための制御信号を出力する光スイッチ制御器と、
    前記光カプラにより分岐された他方の光パケットを入力し、前記光スイッチ制御器からの制御信号に従い、該光パケットの階層ヘッダとペイロードとを分離する光スイッチと
    を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理装置。
14. 前記ヘッダ分離器は、
    階層ヘッダとペイロードが異なる波長にエンコードされている光パケットを入力し、分岐する光カプラと、
    前記光カプラにより分岐された一方の光パケットを入力し、階層ヘッダの伝送波長を透過する第１波長フィルタと、
    前記光カプラにより分岐された他方の光パケットを入力し、ペイロードの伝送波長を透過する第２波長フィルタと
    を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理装置。
15. 前記ヘッダ分離器は、
    階層ヘッダとペイロードが異なる波長にエンコードされている光パケットを入力し、階層ヘッダの伝送波長とペイロードの伝送波長を分離する第１波長合分波器を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理装置。
16. 前記第１波長合分波器が分離した複数伝送波長の複数のペイロードを多重する第２波長合分波器を備えたことを特徴とする請求項１５に記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理装置。
17. 前記パケット合成器から光パケットを入力し、前記コントローラからの光スイッチ制御信号による指定に従い、第１の出力ポート又は第２の出力ポートのいずれかに該光パケットを出力する光スイッチをさらに備え、
    前記コントローラは、前記ヘッダ受信器から入力された予め定められた階層のヘッダ情報の電気信号に基づき、予め定められた条件に従い、光パケットを出力する出力ポートを指定する前記光スイッチ制御信号を求めること
    ことを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれかに記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理装置。
18. ビット列を用いた前記階層ヘッダに対して、
    前記ヘッダ受信器は、入力された光ヘッダ信号を電気信号に変換し、その電気信号を複数階層分コピー又は分岐して全階層の電気信号をコントローラに出力し、
    前記コントローラ内では、階層ごとに異なるスロットを参照し、予め定めたパケット処理・ラベル処理等に従い、各階層のヘッダ情報の電気信号を所定スロットに分けて又は時間軸上に並べて出力し、
    前記ヘッダ生成器は、前記コントローラからの各階層のヘッダ情報の電気信号を入力し、各階層のヘッダ情報が所定スロットに並ぶように処理してビット列の電気信号を生成し、階層ヘッダ光信号に変換する
    ことを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれかに記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理装置。
19. 符号分割多重を用いた階層ヘッダに対して、
    前記ヘッダ受信器は、入力された光ヘッダ信号を電気信号に変換し、その電気信号を複数階層分コピー又は分岐し、分岐した各信号に対してそれぞれ符号分割多重で使用される符号を乗算して、各階層の電気信号を得て、コントローラに出力し、
    前記コントローラは、各階層のヘッダ情報に基づき、予め定めたパケット処理・ラベル処理等に従い、各階層のヘッダ情報を読み取り、書き込み、又は、書き換えて出力し、
    前記ヘッダ生成器は、前記コントローラからの各階層のヘッダ情報の電気信号を入力し、各信号に対してそれぞれ符号分割多重で使用される符号を乗算し、各乗算した信号を和算して、階層ヘッダ光信号に変換することを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれかに記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理装置。
20. 周波数分割多重を用いた階層ヘッダに対して、
    前記ヘッダ受信器は、入力された光ヘッダ信号を電気信号に変換し、その電気信号を複数階層分コピー又は分岐し、分岐した各信号に対してそれぞれ周波数分割多重で使用される搬送波を乗算して、各階層の電気信号を得て、前記コントローラに出力し、
    前記コントローラは、各階層のヘッダ情報に基づき、予め定めたパケット処理・ラベル処理等に従い、各階層のヘッダ情報を読み取り、書き込み、又は、書き換えて出力し、
    前記ヘッダ生成器は、前記コントローラからの各階層のヘッダ情報の電気信号を入力し、各信号に対してそれぞれ周波数分割多重で使用される搬送波を乗算し、各乗算した信号を和算して、階層ヘッダ光信号に変換することを特徴とする請求項１２乃至１７のいずれかに記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理装置。
21. 前記光パケットは、前記階層ヘッダと前記ペイロードとが同一波長を用いた単一波長光パケットであることを特徴とする請求項１２乃至２０のいずれかに記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理装置。
22. 前記光パケットは、前記階層ヘッダと前記ペイロードとが異なる波長を用いた多波長光パケットであることを特徴とする請求項１２乃至２０のいずれかに記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理装置。
23. さらに、前記ペイロードは、第１波長を用いた第１ペイロードと、第２波長を用いた第２ペイロードを含むことを特徴とする請求項２２に記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理装置。
24. 前記コントローラが実行する、前記ラベル処理・パケット処理は、フィルタリング処理、負荷分散処理、ＱｏＳ処理、光ヘッダ（ラベル）割り当て処理、光ヘッダ（ラベル）解析処理、光ヘッダ（ラベル）更新処理、経路探索処理のいずれかひとつ又は複数処理を含むことを特徴とする請求項１２乃至２３のいずれかに記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理装置。
25. 前記階層ヘッダの階層数は固定又は可変であることを特徴とする請求項１２乃至２４のいずれかに記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理装置。
26. 前記階層ヘッダは、光パケット交換用ラベル、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）及びＩＰ及びＴＣＰ及びＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ等の上位層ヘッダのひとつ又は複数のラベルを含み、
    前記コントローラは、光ペイロードを光電変換せず、光ヘッダのみ光電変換して、前記階層ヘッダの予め定められた階層のヘッダ情報から上位層ヘッダの少なくとも一部を読み出し又は書き換え又は書き込むことで、ＡＳ境界又はネットワーク境界又はノードでのラベル処理又はＡＳ境界又はネットワーク境界又はノードにおけるパケット処理を実行することを特徴とする請求項１２乃至２５のいずれかに記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理装置。
27. 前記階層ヘッダは、ＭＰＬＳにおけるラベルスタック及びラベルスワップのための複数のラベルとして各階層のヘッダ情報を含み、
    前記コントローラは、光ペイロードを光電変換せず、光ヘッダのみ光電変換して、前記階層ヘッダの予め定められた階層のヘッダ情報を読み出し又は書き換え又は書き込むことで、ＭＰＬＳにおけるヘッダ・ラベル処理又はパケット処理を実行することを特徴とする請求項１２乃至２５のいずれかに記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理装置。
28. 前記階層ヘッダは、転送経路制御の宛先までの残り階層数又はＡＳ又はネットワーク又はノード数を示す階層Ｌ０のラベル情報と、転送経路の複数のＡＳ又はネットワーク又はノードの識別情報を示す複数の階層Ｌ１、・・・、Ｌｎ（ｎ≧２）のラベル情報を含み、
    前記コントローラは、光ペイロードを光電変換せず、光ヘッダのみ光電変換して、前記階層ヘッダの階層Ｌ０のヘッダ情報を読み出して、数を１減算して書き換え、ヘッダ情報Ｌ１を宛先として転送し、階層Ｌ２以下のヘッダ情報を階層Ｌ１以下のヘッダ情報にシフトして書き換え、また、階層Ｌ０のヘッダ情報に従い宛先のＡＳ又はネットワーク又はノードであると判断することを特徴とする請求項１２乃至２５のいずれかに記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理装置。
29. 宛先のノードの前記コントローラは、階層ヘッダの各層のヘッダ情報Ｌ１、・・・、Ｌｎに従い、送信元までの転送経路を逆に探索すること又は送信元までパケットを送信することを特徴とする請求項２８に記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理装置。
30. 前記階層ヘッダは、転送経路において経由したＡＳ又はネットワーク又はノード数を示す階層Ｌ０のラベル情報と、転送経路において経由した複数のＡＳ又はネットワーク又はノードの識別情報を示す複数の階層Ｌ１、・・・、Ｌｎ（ｎ≧２）のラベル情報を含み、
    前記コントローラは、光ペイロードを光電変換せず、光ヘッダのみ光電変換して、前記階層ヘッダの階層Ｌ０のヘッダ情報を読み出して、数を１加算して書き換え、光パケットを送信したＡＳ又はネットワーク又はノードの識別情報を順次次の階層Ｌ１以下のヘッダ情報に書き込むことで、受信ノードの前記コントローラは発信元をトレースバックすることを特徴とする請求項１２乃至２５のいずれかに記載の階層ヘッダを用いた光パケット処理装置。

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