JP2010514366A - ネットワーク障害検出および保護切替 - Google Patents

Abstract

【課題】切り替え時間の短縮を可能に、これによってネットワーク障害での中断後に顧客に通信の高速回復をもたらす光スイッチを提供する。
【解決手段】
高速で通信を別経路に切り替え、この通信の切り替えでは、設定する光通信経路１５２，１５４を介して結合された光スイッチ１０２，１０４において光信号の光パワーを検出し、および第１光スイッチ１０２と第２光スイッチ１０４との間の少なくとも１つの光通信経路１５２，１５４を、第１および第２光スイッチ１０２，１０４の少なくとも１つの光パワーがしきい値レベルより低下すると、部分的に、物理層トリガリングを介して代替の通信経路１５６，１５８に切り替える。
【選択図】図１

Description

関連特許

本願は、2006年12月20日出願の米国特許仮出願第60/876,348号の利益を主張するものであり、上記出願の全開示内容は参照により本明細書に引用したものとする。

本発明は、ネットワークスイッチ、特にネットワーク障害検出および保護切替に関する。

ファイバ切断、機器障害および劣化は多くの破壊および機能停止を引き起こす。多くの場合、ネットワーク構成要素（例えば、スイッチおよびネットワークアドミニストレータ（ネットワーク管理者またはネットワーク管理部））が機器故障部分周辺のスイッチと通信するため、障害回復時間は遅くなる。企業および消費者がネットワーク故障に耐えられないことが多くなっているため、ダウンタイム（作業中止時間）は収益損失と信用低下の両方に起因して通信事業者には極めて高コストになる。その結果、通信事業者は絶えず、このようなファイバ障害からネットワークを保護し、保護帯域幅のより効率的な利用によってコストを低減するための、より優れた方法を模索している。

本発明の例示的な実施形態は、光通信経路を経由して結合（接続）された光スイッチにおいて光信号の光パワー（光強度）を検出することによって、光通信経路を切り替える方法および対応する装置に関する。例示的な実施形態は、さらに、第１および第２の光スイッチの少なくとも１つにおける光パワーがしきい値よりも低下すると、第１光スイッチと第２光スイッチの間の少なくとも１つの光通信経路において、部分的に物理層トリガを介して、スイッチに代替の光通信経路に切り替えさせる。物理層トリガに応答して自律的に切り替えるスイッチによって、ネットワーク障害回復時間が短縮される。

上記内容は、添付図面に示すように、本発明の例示的な実施形態の以下のより詳細な説明から明らかとなろう。図面では、同一参照符号は図面全体を通して同一部分を指す。図は必ずしも縮尺通りではなく、本発明の実施形態を説明することに重点を置いている。

トラフィック経路ファイバおよび保護経路ファイバによって光学的に結合された光スイッチであって、入力光ポートに光パワー検出器を備えた光スイッチの概略図である。 図１のスイッチについてのプロセスフローチャートであって、トラフィック経路障害を検出して保護経路ファイバに切り替える処理を示すフローチャートである。 トラフィック経路および保護経路によって光学的に結合された光スイッチであって、出力（出口）光ポートに光パワー検出器を備えた光スイッチの概略図である。 図３のスイッチについてのプロセスフローチャートであって、トラフィック経路またはスイッチマトリクスの障害を検出して保護経路ファイバに切り替える処理を示すフローチャートである。 トラフィック経路および保護経路によって光学的に結合された光スイッチであって、出力（出口）光ポートおよび入力（入口）光ポートの両方に光パワー検出器を備えた光スイッチの概略図である。 図５のスイッチについてのプロセスフローチャートであって、トラフィック経路障害を検出して保護経路ファイバに切り替える処理を示すフローチャートである。 図５のスイッチについてのプロセスフローチャートであって、スイッチマトリクスの障害を検出して保護経路ファイバに切り替える処理を示すフローチャートである。 トラフィック経路双方向ファイバおよび保護経路双方向ファイバによって光学的に結合された光スイッチであって、出力（出口）方向における各ポートにおける光パワーを検出する光パワー検出器を備えた光スイッチの概略図である。 図７のスイッチについてのプロセスフローチャートであって、トラフィック経路またはスイッチマトリクスの障害を検出して保護経路ファイバに切り替える処理を示すフローチャートである。 トラフィック経路双方向ファイバおよび保護経路双方向ファイバによって光学的に結合された光スイッチであって、出力（出口）方向および入力（入口）方向の両方における各ポートにおける光パワーを検出する光パワー検出器を備えた光スイッチの概略図である。 図９のスイッチについてのプロセスフローチャートであって、トラフィック経路の障害を検出して保護経路ファイバに切り替える処理を示すフローチャートである。 図９のスイッチについてのプロセスフローチャートであって、スイッチマトリクスの障害を検出して保護経路ファイバに切り替える処理を示すフローチャートである。 ２つの送信機／受信機間のトラフィック経路および複数の保護経路を提供するように光学的に結合された光スイッチの概略図である。

以下に本発明の例示的な実施形態を説明する。障害検出を物理層において光スイッチに組み込むことにより、保護切替速度が大幅に大きくなる。既存の保護切替システムには、通常、複雑な構成のオーバーヘッドチャネルまたはパケット通信を用いるネットワークにおけるノード間の上位レベル通信すなわち信号伝送が関係している。本発明の実施形態では、光ラインにおける障害を内部で検出できる光パワー検出器を備えたインテリジェント光スイッチを有することによって、障害検出およびネットワーク保護切替の速度を増加する。ネットワーク障害は、一般に、光パワーの損失または低下をもたらす。インテリジェント光スイッチは、障害が検出されると、トラフィックファイバペアから保護ファイバペアに自律的に切り替える。この切替によって、他のインテリジェント光スイッチも光パワーの損失または低下を検出し、これらスイッチは保護ファイバペアに自律的に切り替える。ネットワーク障害または切替イベントによって発生する光パワー損失はそれぞれ物理層トリガとなり、このトリガによって、本発明の実施形態によるインテリジェント光スイッチはトラフィックファイバから保護ファイバに自律的に切り替える。動作ラインが保護経路プールを共有できることにより、実施形態は、また、ファイバの利用度を向上させる。

複数の最悪例のファイバ破壊に対して自動的に保護されるネットワークを設計することは困難で高いコストを要する。その結果、多くのネットワーク保護構成は典型的には、単一ファイバ障害に対する自動保護を提供するのみである。これの背景にある理由は、修理作業者が単一障害の直後に派遣されて、別の障害が発生する前に望みを持ちながら問題箇所を修理するからである。伝送ライン全体およびネットワークの可用性計算の多くは、第１障害が修理される前に発生する第２障害の確率によって左右される。

地震およびハリケーンのような大きな災害は多くの場合、ネットワークに多数のファイバ破壊を引き起こす可能性がある。「共有プール」の概念は、保護経路がセットアップされた後に、現用経路（working path）と同一方法で保護経路を単に監視することによって多数のファイバ破壊からネットワークを保護する困難なタスクに拡張される。これにより、トラフィック搬送保護経路を共有プールの残りの資源によって保護することができる。ネットワークが、セットアップされた保護経路または正規の現用ラインのいずれかにおいて第２のファイバ破壊を受ける場合、トラフィックは自動的にそのプールから別の保護経路に切り替えられる。「共有プール」構成はまた、多重ファイバ障害から保護することによってネットワークの可用性を向上させる。

ネットワークが容認できる障害数は予備のファイバプールのサイズによって決定される。すべての偶発事態を保護できるシステムは存在しないが、自動的に再構成できて多重ファイバ障害から回復できるネットワークを有することによって、全体の可用性を大幅に向上させることができる。

本発明の実施形態は、ＳＯＮＥＴのような従来のシステムにおける既存の保護切替方法に対して置き換えるか、またはこれを補足するのに用いることができる。実際に一実施形態では、ファイバ障害を処理する補強として既存のシステムに組み込むことができる。例えば、光スイッチは、上述のように物理層のトリガを経由して障害を伝達できるが、さらに、標準の通信チャネルを介して上位レベルのネットワーク制御プレーンとインタフェース接続してもよい。ファイバ破壊の場合、本発明の例示的な実施形態によるスイッチは、自動的に事前定義されたルールに従って障害箇所周辺で通信トラフィックフローを再構成し、次にアップストリームインタフェースを経由して上位レベルの制御プレーンに通知する。逆に言えば、上位レベルの制御プレーンはスイッチに命令を出して、非ファイバの障害が生じた場合には再構成し、またはメンテナンス動作のために自動保護切替機能を停止させる。本発明の実施形態により、現用トラフィックラインは、上位レベルのネットワーク制御層からの介入を必要とせずに、いくつかの保護経路を効果的に共有できる。

本発明の実施形態は、通信経路の両端に一対の光スイッチを有する。各スイッチは光パワー検出器を装備し、これにより、上位レベルのネットワーク制御プレーンまたは複雑な信号伝送の介入を必要とせずに、光パワーの低下または損失を引き起こすネットワーク障害から防御する。

図１は１つの例示的な実施形態のネットワーク図１００である。障害１２２が、各スイッチ１０２、１０４内の光パワー検出器１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６を用いてそのスイッチ内で検出される。各スイッチ１０２、１０４はそのスイッチ内で障害１２２を検出して反応するように構成されている。スイッチは独立して作動して障害１２２を検出し、保護切替を開始する。

スイッチは、各スイッチ１０２、１０４内のインテリジェントスイッチコントローラ１１８、１２０を用いてファイバ障害１２２を検出し、光スイッチ１０２、１０４の受信ポート１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、１３４における光パワー損失を監視する。この例示的な実施形態では、インテリジェントスイッチコントローラ１１８、１２０は協働して、ライン光パワーの読み取り、切替機能、切替に対する事前定義されたル−ルの記憶、および外部の上位レベルのネットワーク構成要素との通信を実行する。

内部の切替制御によって複数の現用経路が保護経路プールを共有できるため、ここに開示した本発明の例示的な実施形態は保護ファイバ経路を効率的に使用できる。各現用経路に対する厳密な保護経路は、ファイバの障害が発生する前に定義される必要はない。光スイッチはいずれの保護経路が使用中であるかを常に認識しているため、次に利用可能な保護経路を容易に選択し、その後上位のネットワーク制御層にネットワーク再構成を報告する。これらの上位層は更新された保護切替基準を任意の時点においてダウンロードできる。

次に利用可能な保護経路をいかに選択するかの例示的な方法は、様々な手段によって決定される。例えば、１つの簡単な方法では、ダークファイバ（敷設されていながら稼働されていないファイバ）の保護経路を事前に設定して、障害を軽減するようにこれらダークファイバが割り当てられる順序を事前決定する。このプロトコルによって、スイッチに接続された複数の現用経路が、保護ファイバおよび経路の共通プールを効率的に共有できる。

ラインペア（線対）の両方のファイバが障害またはパワー低下を受けると、両方のスイッチは入力ポートにおけるパワー損失を検出し、自動的にラインを切り替える。

本願における有用な光スイッチの２つの特徴は、低損失と高速切替時間である。低損失は伝送ライン欠陥量への影響を最小にし、高速切替時間は、上位レベルの制御プレーン層が介入する前に切替が完了することを保証する。

保護切替は、中間スイッチまたはノードホップの数とは独立していてもよい。複数の光スイッチが経路内に含まれている場合、経路端のスイッチのみが保護切替を実行するのに必要とされる。しかし、中間スイッチまたはノードホップの数が増加すると、光なしで切替が可能であるスイッチ、すなわち「ダークファイバスイッチ」を使用することが有利になる。ダークファイバスイッチを備えた構成のネットワークにおいて、ネットワーク経路内のダークファイバスイッチは、切替イベントが発生すると同時にスイッチ自体を調整できる。これによって、ネットワーク経路内のスイッチの数に関係なく、切替イベントを実行するために単一スイッチに対して要求される時間とほぼ等しい、総合切替時間となる。これに反して、ネットワークがダークファイバスイッチを備えずに構成されている場合、スイッチは、光信号が存在して初めてスイッチ自体が調整できる。したがって、各スイッチは、調整する前に、ネットワーク経路内の前段のスイッチが調整するのを待たなければならない。このため、総合切替時間は、単一スイッチが切替イベントを実行するのに必要な時間に、ネットワーク経路内のスイッチの数を乗算した時間程度にまで増加する。

物理層のトリガは、これまで、光信号を保護経路に迂回させるネットワーク障害またはスイッチによって生じる、光パワーの損失または低下であるとして説明してきた。しかし、ネットワーク端におけるスイッチ間の物理層のトリガは、トラフィック信号の振幅、位相、または周波数の変調を用いる、より高性能なシステムを利用してもよい。ネットワーク端におけるスイッチ間の物理層のトリガはまた、非通信信号によって達成される。

＜入力パワー検出器を備えた光スイッチを使用する例示の実施形態＞
より詳細に図１を参照して、２つの光スイッチ１０２、１０４は、ポート１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、１４０、１４２、１４４、１４６と、光パワー検出器１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６と、スイッチマトリクス１４８、１５０と、インテリジェント光スイッチコントローラ１１８、１２０とを備える。ポート１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、１４０、１４２、１４４、１４６は、各スイッチ１０２、１０４へのファイバ接続点を構成する。光検出器１０６、１０８、１１０、１１２、１１４、１１６はスイッチ入力ポート１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、１３４に配置され、これら光検出器は方向性を有して図の矢印の方向における光パワーを検出する。スイッチマトリクス１４８、１５０は完全なノンブロック型スイッチマトリクスである。対称ＮｘＮまたは非対称ＮｘＭスイッチマトリクス１４８、１５０を使用してもよい。各スイッチのインテリジェントスイッチコントローラ１１８、１２０は、スイッチ内の光パワーの読み取り、切替機能、切替に対する事前定義されたルールの記憶、および外部の上位レベルのネットワーク構成要素との通信を統合調整する。事前定義された保護経路１５６、１５８は通信インタフェース（図示せず）を経由して常にダウンロードまたは変更でき、スイッチは、任意の形式の通信チャネルを経由して、すべての保護構成の変更、スイッチ設定および診断を報告できる。スイッチはネットワーク障害１２２に反応するように手動または自動の方式で構成される。インテリジェントスイッチコントローラ１１８、１２０は、１つまたは２つの方向の光パワー損失を特定するという観点から各ノードにおいて自律的に作動する。これにより、スイッチマトリクス１４８、１５０は、それぞれ、光信号を現用経路１５２、１５４から保護経路１５６、１５８に切り替える。

スイッチ１０２、１０４は主トラフィックラインペア１５２、１５４および保護ラインペア１５６、１５８で相互接続されることによって、ネットワーク内に構成される。主トラフィックラインペア１５２、１５４および保護ラインペア１５６、１５８はそれぞれ、例えば、西向きファイバ１５４、１５８および東向きファイバ１５２、１５６を含む。２つの光スイッチ１０２、１０４は、西向きおよび東向きのファイバペアを経由して接続される。西側トランスポンダ１６４は、ポート１２４に接続された送信機（ＴＸ）およびポート１３６に接続された受信機（ＲＸ）において光スイッチ１０２に接続されている。同様に、東側トランスポンダ１６６は、ポート１３４および１４６にそれぞれ接続されたＴＸおよびＲＸにおいて光スイッチ１０４のポート１３４および１４６に接続されている。スイッチ１０２と１０４との間の事前定義された保護経路１５６、１５８は、スイッチ１０２のポート１４０とスイッチ１０４のポート１３２の間に接続された東向き保護ファイバ１５６と、スイッチ１０２のポート１２８とスイッチ１０４のポート１４４の間に接続された西向きファイバ１５８とで接続されている。

光伝送経路端におけるＴＸおよびＲＸのノード１６４、１６６でのファイバ障害の検出と、ファイバ障害を回避するためのトラフィックフローの変更についての制御プレーン技術とは文献に詳細に記載されているが、複数ファイバを組み合わせて移行することによる、ローカル（スイッチ内での）検出および保護切替の開始ならびにスイッチ間の物理層のトリガの組合せは、ここでは従来の検出および障害の訂正と区別される。

ネットワーク１００内でネットワーク障害１２２が発生する以前は、スイッチ１０２、１０４は、主トラフィックラインペア１５２、１５４を経由して、トランスポンダ１６４、１６６からの通信トラフィック信号をルーティングしている。障害１２２が発生してスイッチ１０２、１０４によって検出された後、スイッチは通信トラフィック信号を、保護ラインペア１５６、１５８に自律的に切り替える。

図２は、図１のネットワーク構成に関して、障害１２２が検出される方法およびネットワーク保護切替が実行される方法を示すフローチャートである。障害は、伝送ラインにおける光パワーの損失をもたらす、任意のファイバまたは機器の故障または劣化として定義される。例えば、西向きファイバ１５４の光ラインパワーを変化させる障害１２２（または劣化）が発生すると、その障害は光パワー検出器１０８によって検出される。障害１２２または劣化は、例えば、光スイッチ１０４の経路の故障、光ラインの故障、またはスイッチ１０２の入力ポートの故障などの、検出器前段のトラフィックラインの光学経路内の任意の通常の障害誘発条件によって引き起こされている可能性がある。この例では、光パワー損失は、西向きトラフィックファイバ１５４上のファイバ障害１２２によって発生し、このパワー損失はパワー検出器１０８で検出される。

障害１２２を検出するのに使用できる多くの基準が存在する。１つの基準は絶対基準レベルである。この絶対基準レベルでは、所定のパワーレベルが選択されて、このパワーが所定のレベルよりも低下すると障害が宣言される。別の基準は相対基準レベルである。この相対基準レベルでは、所定のパワー低下が選択されて、このパワーが所定の量まで低下すると障害が宣言される。多くの他の方法も用いられる。例えば、所定の時間長さ内でパワーしきい値のレベルまたは変化が超えるまで障害の宣言を遅らせる方法、または光パワーをある期間にわたり比較する方法がある。

ステップ２０２においてスイッチ１０２が障害を検出した後、スイッチ１０２はステップ２０４において東向きおよび西向きのトラフィック経路１５２、１５４の両方を、対応する東向きおよび西向きの保護経路１５６、１５８に切り替える。東向きトラフィックライン１５２から東向き保護経路１５６への切替が、ステップ２１４において、対応する光パワー検出器１１２で検出されるパワー損失を生じさせる、物理層のトリガをもたらす。スイッチ１０４は次に、東向きおよび西向きのトラフィックファイバの両方を所定の保護経路１５６、１５８に切り替えて、ステップ２１６においてトラフィック接続を再確立する。

保護スイッチの完全性は、光パワー検出器１１０および１１４においてパワーを監視することによって確認される。ステップ２０６および２１８において、両方のスイッチ１０２および１０４は所定の時間待機して、保護切替２０４、２０６を完了する。ステップ２１０および２２０における待機期間後に、光パワー検出器１１０、１１４においてパワーが検出されていない場合、保護切替は正常に完了しなかったとして、各スイッチはこの保護切替に対して、ステップ２０８、２２２において保護切替エラーフラグを設定する。保護切替のイベントおよび状態は、ステップ２１２、２２４において通信チャネルを経由して上位ネットワーク層に送信される。

スイッチはまた、保護切替エラーが発生した場合に、例えば所与の速度で複数の保護経路を切り替えるような、事前プログラムされた動作リストを有する。最終的に、スイッチ１０２、１０４内のインテリジェントスイッチコントローラ１１８、１２０が、上位レベルのネットワーク制御プレーン１６０、１６２に結果を報告する。スイッチ１０２、１０４は、ネットワーク接続の状態の変更、光パワー読み取り、保護切替エラーフラグ、他のスイッチ状態フラグおよび任意の他の関連情報などの情報を報告してもよい。

スイッチ１０２、１０４が、ＴＸ １６４、１６６のパワーを監視している入力パワー検出器１０６、１１６も有するため、スイッチ１０２、１０４は、それぞれのローカル（当該スイッチ付属の）ＴＸ １６４、１６６のレーザが故障しているか否かを判定でき、ネットワーク制御プレーン１６０、１６２に通知し、これによって、該当する機器の修理または上位レベルのネットワーク保護切替が実行される。この実施形態では、入力光パワー検出器１０６および出力光パワー検出器１１６が、ＴＸ １６４、１６６における発光源レーザが故障しているか否かを検出できる。光スイッチ１０２、１０４はまた、ＴＸ １６４、１６６の故障が特定されると、バックアップトランスポンダ（図示せず）に自動的に切り替えるようにプログラムされる。再度、このスイッチは構成変更を上位レベルのネットワーク制御層に通知してもよい。

ＴＸ故障のこの特殊事例を処理する別の方法は、保護切替エラーが発生する場合または別の事前定義された動作が発生する場合に、スイッチ１０２、１０４を最初の構成に戻してリセットする。別の方法は、適宜、上位レベル制御プレーン１６０、１６２によってスイッチを単にリセットする。

ファイバ障害１２２の検出および保護切替制御が各ノードのスイッチハードウェア内でローカルに実行されるため、このメカニズムは高速である。故障はファイバ経路端におけるスイッチの１つにおいて検出される。切替順序は、障害が、東向きファイバ経路１５２、１５６または西向きファイバ経路１５４、１５８のいずれで生じているかに依存する。

代替の例示的な実施形態は、インテリジェントスイッチコントローラ１１８、１２０が、また、他の光スイッチとの間で直接通信して、多数の他の光スイッチ間でのさらなる光切替を協働で実行できる。

＜出力パワー検出器を備えた光スイッチを使用する例示の実施形態＞
出力（出口）ポートの光パワー検出器を使用する監視によって、入力（入口）光パワー検出器を使用するよりも、トランスポンダ間の接続経路のより大きい部分における障害を検出できる。スイッチ上に入力（入口）ポート光パワー検出器のみを用いる監視では、検出器がスイッチマトリクス直前の入力ポートにあるため、ＲＸの前のスイッチマトリクスにおける故障を検出できない。

図３は、出力パワー検出器３０６、３０８、３１０、３１２、３１４、３１６を備えて構成された、スイッチ３０２および３０４でのネットワーク接続を示す。スイッチ３０２、３０４は、トラフィックファイバペア１５２、１５４および保護ファイバペア１５６、１５８で相互接続されている。

障害１２２、３２２の検出および保護切替における動作は、図１の入力パワー検出の場合と同様であって、図４のフローチャートにおいて説明されており、動作は図２のフローチャートと同様であり、簡略化のために詳細には説明しないが、フローチャートから直接理解される。この場合、スイッチの障害がスイッチ３０２のマトリクス内で発生すると、その障害は出力パワー検出器３０６によって検出される。このようにして、出力光パワー検出器３０８および３１２は、スイッチマトリクス３４８、３５０またはＴＸ １６４、１６６における障害を検出する。

＜入力パワー検出器および出力検出器を備えたスイッチを使用する例示の実施形態＞
光スイッチ内の入力および出力の光パワー検出器の両方を使用する監視によって、出力検出器を備える場合と同一の光学経路部分にわたる障害を検出でき、さらに障害の位置を決定することができる。

図５は、光スイッチ５０２、５０４内に入力光パワー検出器５０６、５０９、５１１、５１２、５１４、５１７および出力光パワー検出器５０７、５０８、５１０、５１３、５１５、５１６の両方を備えた本発明の実施形態を示す。入力光パワー検出器５０６、５０９、５１１、５１２、５１４、５１７および出力光パワー検出器５０７、５０８、５１０、５１３、５１５、５１６の両方を使用して、接続経路に沿ったそれぞれの位置における光パワー読み取りを比較することにより、障害位置がＴＸ １６４、１６６、ラインペア１５２、１５４もしくは１５６、１５８、またはスイッチマトリクス５４８、５５０の１つ内に存在することを判定できる。

障害の位置は、トラフィックライン１５２、１５４に接続するスイッチ５０２および５０４の入力ポート５２４、５２６、５２８、５３０、５３２、５３４および出力ポート５３６、５３８、５４０、５４２、５４４、５４６において検出された光パワーを読み取り比較することによって判定される。これは、例えば、光学経路の送信機端から開始して光パワー検出器５１７、５１３、５０９、５０７において検出された光パワーを連続的に比較し、パワー低下が検知されるまでラインに沿って光学検出器を連続的に読み取ることにより達成される。障害１２２、５２２は、パワー低下を検知した検出器と光パワー低下を検知しない前段の検出器との間に位置する。入力光パワー検出器５０６、５０９、５１１、５１２、５１４、５１７および出力光パワー検出器５０７、５０８、５１０、５１３、５１５、５１６の両方を使用する保護切替の動作は、設備障害１２２を検出する図６Ａのフローチャートに示され、図６Ｂはスイッチ経路の障害５２２を検出するフローチャートを示す。いずれの場合も、保護切替は、図２のフローチャートと同様であり、簡略化のために詳細には説明しない。保護切替は、図６Ａおよび６Ｂにおけるフローチャートから直接理解される。

コントローラ５１８、５２０は、入力光パワー検出器および出力光パワー検出器の両方を使用して検出器の光パワーを比較することにより、障害の位置を決定できる。
１．光パワー検出器５１７がパワー低下を検出する場合、障害は光パワー検出器５１７の前段の接続経路内に位置する。障害はＴＸ １６６またはＴＸ １６６とスイッチ５０４との間の接続ライン１７４内に位置する。
２．パワー低下が光パワー検出器５１３によって検出され、光パワー検出器５１７で検出された光パワーが変化しない場合、障害はスイッチ５０４内に位置する。
３．パワー低下が光パワー検出器５０９で検出され、光パワー検出器５１３で検出された光パワーが変化しない場合、障害１２２はスイッチ５０２と５０４との間のトラフィックライン１５４内に位置する。
４．光パワー低下が光パワー検出器５０７で検出され、光パワー検出器５０９で検出された光パワーが変化しない場合、障害５２２はスイッチ５０２内に位置する。
５．上位レベル制御プレーン１６０、１６２は、ＲＸ １６４が故障しているかを、ラインに沿って各光パワー検出器に問い合わせることによって判定できる。ラインのいずれの個所でも障害が検出されない場合、障害はＲＸ １６４内またはスイッチ５０２のポート５３６とＲＸ １６４の間のライン１７０上に位置する。

ここに述べた障害判定方法は、また、光パワー検出器５０６、５０８、５１２、５１６を使用する反対方向においても適用できる。

＜スイッチポート当たり１つの光検出器を備えた光スイッチを使用する双方向ファイバシステムにおける例示の実施形態＞
図７は、単一ファイバ光回線７５２、７５６上の双方向トラフィックについてのスイッチ７０２、７０４の動作を示す。ここで、各スイッチ７０２，７０４はスイッチポート７２４、７２６、７２８、７３０、７３２、７３４当たり１つの単一方向光パワー検出器７０６、７０８、７１０、７１２、７１４、７１６を有する。双方向ファイバシステムでは、東向きおよび西向きのトラフィックの両方は、例えば同一光ファイバ７５２または７５６を共有する。障害７２２、７２３は各スイッチ７０２、７０４内でローカルに光パワーを監視することによって検出される。トラフィックファイバ７５２上のファイバ設備の障害７２２は、光パワー検出器７０６および光パワー検出器７１６の両方において検出される光パワーの低下を引き起こす。この場合、コントローラ７１８、７２０は、スイッチ７０２、７０４をそれぞれポート７２８、７３２に切り替えて、保護経路７５６を使用する。この保護切替に対するフローチャートを図８に示しており、これは図２のフローチャートと同様であり、簡略化のために詳細には説明しないが、図８のフローチャートから理解される。

スイッチ７０２、７０４内の光パワー検出器７０８、７１２は、ＴＸ ７６４、７６６からの入力パワーが低下しているかを判定できる。

代替の実施形態では、検出器の方向性を逆にできる。すなわち出力光パワー検出器は入力光パワー検出器に置き換えられる。

＜スイッチポート当たり複数の光検出器を備えた光スイッチを使用する双方向ファイバシステムにおける本発明の実施形態＞
図９は、単一ファイバ光回線７５２、７５６上の双方向トラフィックについてのスイッチ９０２、９０４の動作を示す。ここで、各ポート９２４、９２６、９２８、９３０、９３２、９３４は双方向光パワー検出器９０６、９０７、９０８、９１０、９１１、９１２、９１３、９１４、９１５、９１６、９１７を有する。これら検出器は、各２つの検出器を任意のポートにおいて有し、２つの検出器は互いに逆方向の方向性を備える、。追加の検出器によって、障害の検出および障害の位置の判定の両方が可能になる。入力パワー検出器および出力光パワー検出器の両方を用いて、接続経路に沿ってそれぞれのポートにおいて検出された光パワーを比較することにより、障害の位置７２２、９２３がＴＸ ７６４、７６６、ライン７５２、またはスイッチマトリクス９４８、９５０の１つ内に存在することを判定できる。

主ファイバ７５２上のファイバ障害７２２またはスイッチマトリクス９４８、９５０の１つにおける障害９２３は、光パワー検出器９０７および光パワー検出器９１６の両方において検出される光パワーの低下を引き起こす。この場合、スイッチ９０２、９０４の両方はそれぞれポート９２８、９３２に切り替えて、保護経路７５６を使用する。この保護スイッチに対するフローチャートは図１０Ａおよび１０Ｂに示される。いずれの場合も、保護切替は図２のフローチャートと同様であり、簡略化のために詳細には説明しない。保護切替は図１０Ａおよび１０Ｂにおけるフローチャートから理解される。

障害の位置は、トラフィックライン７５２上のスイッチ９０２および９０４の両方の入力ポートおよび出力ポートから光パワーを読み取り比較することによって判定される。これは、光学経路の送信機端７６４、７６６から開始して光パワー検出器の測定値を比較し、光パワー低下が検知されるまでラインに沿って光パワー検出器９０６、９０８、９１２、９１６または９１７、９１３、９０９、９０７を連続的に読み取ることによって達成される。障害は、パワー低下を検知した検出器とパワー損失を検知しない前段の検出器との間に位置する。

＜双方向ファイバシステム上でスイッチポート当たり２つの検出器を使用して検出器の光パワーを比較することにより障害の位置を判定する＞
コントローラ９１８、９２０は検出器の光パワーを比較することによって障害の位置を判定する。
１．光パワー検出器９１７が光パワー低下を検出する場合、障害は光ポート９３４の前段の接続経路内に位置する。障害は、ＴＸ ７６６、またはＴＸ ７６６とポート９３４との間の接続ライン７７０内に位置する。
２．パワー低下が光パワー検出器９１３で検出され、光パワー検出器９１７で検出された光パワーが変化しない場合、障害（図示せず）はスイッチ９０４内に位置する。
３．パワー低下が光パワー検出器９０９で検出され、光パワー検出器９１３で検出された光パワーが変化しない場合、障害７２２はスイッチ９０２と９０４との間のファイバ７５２内に位置する。
４．パワー低下が光パワー検出器９０７で検出され、光パワー検出器９０９で検出された光パワーが変化しない場合、障害９２３はスイッチ９０２内に位置する。

代替として、各ポートにおける２つの光検出器の実装が、単一の双方向検出器に集約される場合もある。

＜多重障害に対する保護＞
本発明の実施形態は、多重ネットワーク障害に対する保護の様々な課題に適用される。これは、保護経路がセットアップされた後に主トラフィック経路と同一方法で保護経路を監視し、保護経路が予備のファイバ経路の残りのプールを使用可能にすることによって達成される。その後に保護経路内でファイバ故障が発生すると、通信トラフィックはプール内の別の保護経路に自動的に切り替える。この構成は、ネットワーク全体の信頼性および可用性を大幅に向上できる。

このように、ローカルな（スイッチ内の）切替制御によって現用ファイバ経路が所定の基準に基づく複数の保護ファイバ経路を共有できることから、保護経路の効率的な使用が可能になる。ファイバ障害が発生するよりも前に厳密な保護経路が事前決定されている必要はない。このメカニズムは、単に、所定の階層に基づいて各ノード経路の中から次に利用可能なファイバ経路を選択するだけである。ローカルな（内部の）保護切替は、常にいずれの保護経路が使用中であるかを認識しているため、次の利用可能な経路を簡単に選択して、すべての保護経路が使用中である場合、上位ネットワーク制御層に報告する。保護切替の状態に関する情報は切替要素によって上位レベルのネットワーク制御プレーンに中継され、保護切替基準は上位レベルのネットワーク制御層からダウンロードできる。

特定の現用ファイバの故障に対して使用される厳密な保護ファイバは事前決定されている必要はない。次の利用可能な保護経路を選択する方法は様々な手段によって決定できる。例えば、１つの簡単な方法では、保護経路を事前にセットアップしてこれら保護経路が割当てられる順序を事前決定して障害を軽減する。これにより、スイッチに接続された複数の現用経路が保護ファイバおよび経路の共通のプールを効率的に共有できる。

多重ネットワーク障害に対する保護の実例は図１１に示されている。図１１は５つのスイッチ１１０２、１１０４、１１０６、１１０８、１１１０を備えたネットワーク１１００を示し、これらスイッチには入力光パワー検出器１１１２、１１１４、１１１６、１１１８、１１２０、１１２２、１１２４、１１２６、１１２８が設けられている。トランスポンダ１１６４、１１６６が主トラフィックファイバペア１１３０を経由して最初に接続され、多くの他のトランスポンダペア（図示せず）間で共有できる、３つの事前定義された保護経路１１３４、１１３６、１１３８のプールを有する。事前定義された保護経路１１３４、１１３６、１１３８が事前にセットアップされ、高速の保護切替が可能になる。
トラフィックおよび保護経路ファイバペア接続：
主トラフィック経路１１３０：スイッチ１１０２からスイッチ１１０４
保護経路１ １１３４：スイッチ１１０２からスイッチ１１０６からスイッチ１１０４
保護経路２ １１３６：スイッチ１１０２からスイッチ１１０８からスイッチ１１０６からスイッチ１１１０からスイッチ１１０４
保護経路３ １１３８：スイッチ１１０２からスイッチ１１０８からスイッチ１１１０からスイッチ１１０４

スイッチ１１０２とスイッチ１１０４の間の主トラフィック経路１１３０で障害１１４０が発生すると、その障害はスイッチ１１０２において光パワー検出器１１１４で検出され、自動保護切替が保護経路１１３４に対して実行される。保護経路１１３４が確立された後、その保護回路はプール内の残りのセットアップされていない保護経路ペア１１３６、１１３８によって監視されて保護される。スイッチ１１０２とスイッチ１１０６の間の保護経路１１３４上で障害１１４２が発生すると、その障害はスイッチ１１０２において光パワー検出器１１１６で検出され、保護経路１１３６に対して自動保護切替が実行される。最後に、スイッチ１１１０と１１０４との間の保護経路１１３６上で障害１１４４が発生すると、その障害はスイッチ１１０４において光パワー検出器１１２８で検出され、保護経路１１３８に対して自動保護切替が実行される。

３つのネットワーク障害１１４０、１１４２、１１４４はまた、連続的ではなく同時に発生することもある。スイッチは、保護経路エラーが発生する場合、次の利用可能な保護経路に自動的に移行するように事前プログラム化されている。この場合、３つの障害が同時に発生すると、スイッチ１１０２および１１０４は保護経路１１３４に最初に切り替える。保護経路１１３４で保護切替エラーが発生すると、スイッチ１１０２および１１０４は自動的に保護経路１１３６に切り替える。最後に、保護経路１１３６で保護経路エラーが発生すると、スイッチ１１０２および１１０４は保護経路１１３８に正常に保護切替えする。この場合（保護切替エラーが存在する場合）には、切替時間の違いに対応するように、切替待機時間が調整される場合もある。

上位レベル制御システムは、光スイッチ内の検出器からのパワー読み取りを他のネットワーク性能の監視および障害検出の基準と組み合わせて、ネットワーク再構成を決定することができる。ネットワークにおいて、検出器構成がそれぞれ異なるスイッチを保護切替に任意の方法で組み合わせることができる。

多重障害から保護する方法はまた、入力検出器および出力検出器の任意の組み合わせを使用する光スイッチを備えたネットワーク、または検出器構成および切替特性がそれぞれ異なるスイッチを寄せ集めたネットワークに適用できる。

多重障害から保護する方法はまた、スイッチポート当たり単一または２つの検出器の任意の組み合わせを使用する光スイッチを用いた双方向ファイバシステムを有するネットワーク、または検出器の組み合わせおよび切替特性がそれぞれ異なるスイッチを寄せ集めたネットワークに適用できる。

本発明を例示的な実施形態に関して詳細に図示し、説明してきたが、当業者であれば、形態および詳細における様々な変更を添付の請求項に含まれる本発明の範囲から逸脱することなく実行できることは理解されるであろう。

１２４，１２６，１２８，１３０，１３２，１３４ 第１の複数光ポート
１３６，１３８，１４０，１４２，１４４，１４６ 第２の複数光ポート
１４８，１５０ スイッチマトリクス
１０６，１０８，１１０，１１２，１１４，１１６ 光パワー検出器
１１８，１２０ コントローラ

Claims (31)

1. 第１の複数光ポートと、
   第２の複数光ポートと、
   前記第１の複数光ポートの光ポートを前記第２の複数光ポートの光ポートに光学的に接続するスイッチマトリクスと、
   前記第１の複数光ポートおよび前記第２の複数光ポートの光ポートに配置された光パワー検出器と、
   光パワーが、あるしきい値レベルよりも低いことを光パワー検出器が検出することに応答して、前記スイッチマトリクスが、前記第１の複数光ポートのうちの第１光ポートを前記第２の複数光ポートのうちの第１光ポートから切断し、前記第１の複数光ポートのうちの前記第１光ポートを前記第２の複数光ポートのうちの第２光ポートに接続するコントローラとを備えた光スイッチ。
2. 請求項１において、前記第１の複数光ポートの前記光ポートおよび前記第２の複数光ポートの前記光ポートはペアのポートとして構成され、前記ペアの一方のポートは光信号を送信し、前記ペアの他方のポートは光信号を受信する、光スイッチ。
3. 請求項２おいて、前記光パワー検出器は、光信号を受信する前記他方のポートに配置され、前記他方のポートにおいて受信された光信号の光パワーを測定する、光スイッチ。
4. 請求項２において、前記光パワー検出器は、光信号を送信する前記一方のポートに配置され、前記一方のポートにおいて送信された光信号の光パワーを測定する、光スイッチ。
5. 請求項２において、前記光パワー検出器は、光信号を送信する前記一方のポートと光信号を受信する前記他方のポートの両方に配置され、
   前記一方のポートにおける前記光パワー検出器は、前記一方のポートにおいて送信された光信号の光パワーを測定し、
   前記他方のポートにおける前記光パワー検出器は、前記他方のポートにおいて受信された光信号の光パワーを測定する、光スイッチ。
6. 請求項５において、前記コントローラは、さらに、前記第１の複数光ポートうちの１つのポートの光パワー検出器において検出されたパワーと、前記第１の複数光ポートのうちの前記１つのポートが前記スイッチマトリクスを経由して接続された、前記第２の複数光ポートのうちの１つのポートの光パワー検出器において検出されたパワーとを比較し、
   前記コントローラは、さらに、あるしきい値レベルを超える検出光パワーの差を、ネットワーク制御プレーンを経由してネットワーク管理者に報告する、光スイッチ。
7. 請求項１において、前記第１の複数光ポートの光ポートおよび前記第２の複数光ポートの光ポートは光信号を送信および受信する、光スイッチ。
8. 請求項７において、前記光パワー検出器は、前記第１の複数光ポートおよび前記第２の複数光ポートの前記光ポートに配置され、送信方向および受信方向の少なくとも１つにおける光パワーを測定する、光スイッチ。
9. 請求項７において、２つの光パワー検出器が、前記第１の複数光ポートおよび前記第２の複数光ポートの前記光ポートのそれぞれに配置され、前記２つの光パワー検出器の１つは前記送信方向における光パワーを測定し、前記２つの光パワー検出器の１つは前記受信方向における光パワーを測定する、光スイッチ。
10. 請求項９において、前記コントローラは、さらに、前記第１の複数光ポートうちの１つの光ポートと、前記第１の複数光ポートのうちの前記１つのポートが前記スイッチマトリクスを経由して接続された前記第２の複数光ポートのうちの１つの光ポートとの間の検出光パワーを比較し、
    前記コントローラは、さらに、あるしきい値レベルを超える検出光パワーの差を、ネットワーク制御プレーンを経由してネットワークアドミニストレータに報告するように構成されている、光スイッチ。
11. 請求項１において、前記コントローラは、さらに、光パワー検出器が前記しきい値レベルよりも低い光パワーを検出したことをネットワーク制御プレーンを経由してネットワークアドミニストレータに報告する、光スイッチ。
12. 請求項１において、前記コントローラは、光パワーが前記しきい値レベルよりも低いことを、前記第１の複数光ポートのうちの前記光ポートおよび前記第２の複数光ポートのうちの前記第２光ポートにおける光パワー検出器が指定された期間内において検出することに応答して、前記スイッチマトリクスに、前記第１の複数光ポートのうちの前記第１光ポートを前記第２の複数光ポートのうちの前記第２光ポートから切断させ、前記第１の複数光ポートうちの前記第１光ポートを前記第２の複数光ポートのうちの第３光ポートに接続させる、光スイッチ。
13. 請求項１において、前記スイッチマトリクスは、接続された前記光ポートに光信号が存在しない場合に、前記第１の複数光ポートの光ポートを前記第２の複数光ポートの光ポートに接続する、光スイッチ。
14. 光通信経路を切り替える方法であって、
    第１の複数光ポートおよび第２の複数光ポートを有する光スイッチにおいて光信号の光パワーを検出する工程と、
    前記第１の複数光ポートのうちの第１光ポートと前記第２の複数光ポートのうちの第１光ポートとの間の少なくとも１つの光通信経路上の光パワーを検出する工程と、
    前記光通信経路上の検出光パワーが、あるしきい値レベル未満に低下したことに応答して、前記第１の複数光ポートのうちの前記第１光ポートとの光通信経路を、前記第２の複数光ポートのうちの前記第１光ポートから前記第２の複数光ポートのうちの第２光ポートに切り替える工程とを備えた、光通信経路の切替方法。
15. 請求項１４において、前記第１の複数光ポートのうちの第１光ポートと前記第２の複数光ポートのうちの第１光ポートとの間の少なくとも１つの光通信経路上の光パワーを検出する工程が、前記第１の複数光ポートの前記第１光ポートと前記第２の複数光ポートの前記第１光ポートの少なくとも１つにおける送信方向のパワーを検出する、光通信経路の切替方法。
16. 請求項１４において、前記第１の複数光ポートのうちの第１光ポートと前記第２の複数光ポートのうちの第１光ポートとの間の少なくとも１つの光通信経路上の光パワーを検出する工程が、前記第１の複数光ポートの前記第１光ポートと前記第２の複数光ポートの前記第１光ポートの少なくとも１つにおける受信方向のパワーを検出する、光通信経路の切替方法。
17. 請求項１４において、前記第１の複数光ポートのうちの第１光ポートと前記第２の複数光ポートのうちの第１光ポートとの間の少なくとも１つの光通信経路上の光パワーを検出する工程が、前記第１の複数光ポートの前記第１光ポートと前記第２の複数光ポートの前記第１光ポートの少なくとも１つにおける送信方向および受信方向のパワーを検出する、光通信経路の切替方法。
18. 請求項１７において、さらに、
    前記第１の複数光ポートのうちの前記第１光ポートおよび前記第２の複数光ポートのうちの前記第１光ポートにおいて検出された光パワーを比較する工程と、
    あるしきい値レベルを超える検出光パワーの差を、ネットワーク制御プレーンを経由してネットワークアドミニストレータに報告する工程とを備えた、光通信経路の切替方法。
19. 請求項１４において、さらに、
    前記第１の複数光ポートのうちの前記第１光ポートと前記第２の複数光ポートのうちの前記第２光ポートとの間の光通信経路の光パワーが、前記しきい値レベルよりも低いことを指定された期間内において検出することに応答して、前記第１の複数光ポートのうちの前記第１光ポートとの前記少なくとも１つの光通信経路を、前記第２の複数光ポートのうちの前記第２光ポートから前記第２の複数光ポートのうちの第３光ポートに切り替える工程を備えた、光通信経路の切替方法。
20. 請求項１４において、前記第１の複数光ポートのうちの前記第１光ポートとの前記少なくとも１つの光通信経路を、前記第２の複数光ポートのうちの前記第１光ポートから前記第２の複数光ポートのうちの第２光ポートに切り替える工程が、
    光パワーが存在しない場合に、前記第２の複数光ポートのうちの前記第１光ポートから前記第２の複数光ポートのうちの第２光ポートに切り替える、光通信経路の切替方法。
21. 複数の光ポートを有する第１光スイッチと、
    複数の光ポートを有する第２光スイッチと、
    前記第１光スイッチと前記第２光スイッチのそれぞれの光ポートに接続された主光通信経路と、
    前記第１光スイッチと前記第２光スイッチのそれぞれの光ポートに接続された保護光通信経路と、
    前記第１光スイッチの各光ポートおよび前記第２光スイッチの各光ポートにおける光パワー検出器と、
    前記主光通信経路の１つに接続された少なくとも１つのポートにおける検出パワーが、あるしきい値レベル未満に低下したことに応答して、前記主光通信経路の１つに接続されたポートから前記保護光通信経路うちの第１番目の経路に接続されたポートに、前記第１光スイッチおよび前記第２光スイッチが光通信を自律的に切り替えるようにさせる、前記第１光スイッチおよび前記第２光スイッチにおけるコントローラとを備えた、光信号切替システム。
22. 請求項２１において、前記保護光通信経路は少なくとも２つの保護光通信経路を含み、
    前記第１光スイッチおよび前記第２光スイッチにおける前記コントローラは、さらに、前記保護光通信経路のうちの第１番目の経路のポートにおける光パワーが、前記しきい値レベルよりも低いことを指定された期間内において検出することに応答して、前記保護光通信経路のうちの前記第１番目の経路に接続されたポートから前記保護光通信経路のうちの第２番目の経路に、前記第１光スイッチおよび前記第２光スイッチが光通信を自律的に切り替えるようにさせる、光信号切替システム。
23. 請求項２１において、前記主光通信経路および前記保護光通信経路は、それぞれ、双方向に信号を搬送する単一光ファイバを有し、各経路は前記第１光スイッチの単一の光ポートおよび前記第２光スイッチの単一の光ポートに接続されている、光信号切替システム。
24. 請求項２１において、前記主光通信経路および前記保護光通信経路は、それぞれ、ペアの光ファイバを有し、前記ペアの第１光ファイバは第１方向に光信号を搬送し、前記ペアの第２光ファイバは前記第１方向とは反対の第２方向に光信号を搬送し、各光ファイバペアは、前記第１光スイッチの２つの光ポートおよび前記第２光スイッチの２つの光ポートに接続されている、光信号切替システム。
25. 請求項２１において、前記第１光スイッチの各光ポートおよび前記第２光スイッチの各光ポートにおける光パワー検出器は、送信方向および受信方向の少なくとも１つにおいて光パワーを測定する、光信号切替システム。
26. 請求項２１において、さらに、
    前記第１光スイッチおよび前記第２光スイッチのそれぞれからネットワークアドミニストレータへの通信経路を備え、
    前記第１光スイッチおよび前記第２光スイッチにおける前記コントローラは、光ポートにおける前記しきい値レベルよりも低い検出光パワーを前記ネットワークアドミニストレータに報告する、光信号切替システム。
27. 請求項２６において、前記第１光スイッチおよび前記第２光スイッチにおける前記コントローラは、スイッチマトリクスを跨って接続された前記スイッチの２つのポートの検出光パワーを比較し、
    前記コントローラは、前記２つの比較ポートにおける光パワーの差が、あるしきい値レベルを超えることに応答して、この光パワーの差を前記ネットワークアドミニストレータに報告する、光信号切替システム。
28. 請求項２７において、前記コントローラは、さらに、光ポートにおいて検出された光パワーを前記ネットワークアドミニストレータに報告し、
    前記ネットワークアドミニストレータは、前記第１スイッチおよび第２光スイッチの光パワー検出器における光パワーを比較して、障害の位置を判定する、光信号切替システム。
29. トラフィック信号の光パワーおよび物理層トリガを検出する光検出器をそれぞれ有する第１スイッチノードおよび第２スイッチノードと、
    トラフィック信号に障害が発生すると、第１方向における光通信を現用経路から保護経路に切り替え、前記第２方向における前記第２スイッチノードでの物理層トリガによって、第２方向における光通信を現用経路から保護経路に切り替えるコントローラであって、各スイッチノード内で自律的に動作する、第１コントローラおよび第２コントローラとを備えたネットワーク。
30. 物理層トリガに応答して、光通信経路の一部のペアを切り替える工程を備えた、光切替方法。
31. 請求項３０において、さらに、
    前記切替を、制御層切替を提供する制御プレーンに報告する工程を備えた、光切替方法。

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