JP2012165266A - 光パケット交換システム、光パケット交換装置、および光パケット送信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光パケット交換方式において、光パケット破棄確率を低減する。
【解決手段】光パケット交換装置１２は、宛先情報と使用波長情報とを有する光パケット信号を受信する第１入力部６２および第２入力部６３と、光パケット信号の方路を切り替える光スイッチ部６０と、受信した光パケット信号を分岐する分岐部と、分岐した光パケット信号のヘッダを解析して、宛先情報および使用波長情報を検出する解析部と、宛先情報に基づいて光パケット信号の時間的な競合を判定し、競合が発生している場合には、使用波長情報に基づいて光パケット信号の通過／破棄を判定する出力競合判定部７９とを備える。
【選択図】図１０

Description

本発明は、光パケット信号に付与された宛先情報に従って光スイッチを切り替えることにより、光パケット単位でのパケット交換を可能とする光パケット交換方式に関する。

波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）を用いた光伝送システムにおいて、波長選択スイッチ（ＷＳＳ：wavelength selective switch）等を用いることで、波長単位のパス切替を行う技術が実用化されている。その次の技術として、切替を行う単位を例えばＩＰパケット（１０ＧＥｔｈｅｒ（10 Gigabit Ethernet（登録商標））信号等）一つ一つという細かい単位とし、各々を光パケットという形式に変換して、超高速の光スイッチで方路切り替えを行う光パケット交換方式が検討されている（例えば、特許文献１参照）。

ＩＰパケットはデータが存在しない間は有意な情報が転送されておらず、その分だけ帯域が無駄になっているが、光パケット交換方式が実現すれば、データが存在しない時間帯を別のパケットが占有できることになる。従って、光パケット交換方式は、伝送路の帯域利用効率を飛躍的に高める可能性があり、将来の技術として有望視されている。

特開２００８−２３５９８６号公報

ところで、光パケット交換装置では、複数の入力部に同じタイミングで受信した複数の光パケット信号が、同じ出力部への出力を要求する場合がある。このような場合、光パケット交換装置は、先に受信した光パケット信号を有効としてスイッチングを行い、後に受信した光パケット信号を破棄する。このようにして破棄される光パケット信号が多くなると、通信品質が低下する。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、光パケット破棄確率を低減できる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の光パケット交換システムは、光パケット送信装置と、光パケット交換装置とを備える。光パケット送信装置は、受信したクライアント信号のパケット長を検出するパケット長検出部と、パケット長に応じて、クライアント信号の分割数および送信する光パケット信号に使用する波長を設定する設定部と、使用波長情報およびクライアント信号の宛先情報を含むヘッダを生成するヘッダ生成部と、クライアント信号を設定した分割数に従って分割して複数のパケット信号を生成する送信処理部と、少なくとも１つのパケット信号に生成したヘッダを挿入するヘッダ挿入部と、複数のパケット信号を設定した使用波長に従って複数の波長の光パケット信号に変換する電気／光変換部とを備える。光パケット交換装置は、複数の波長の光パケット信号が波長多重された光パケット信号を受信する複数の受信部と、受信した波長多重光パケット信号から、ヘッダを有する波長の光パケット信号を分岐する分岐部と、波長多重光パケット信号の方路を切り替える光スイッチ部と、分岐した光パケット信号のヘッダを解析して、宛先情報および使用波長情報を検出する解析部と、宛先情報に基づいて複数の受信部に入力した複数の波長多重光パケット信号の時間的な競合を判定し、競合が発生している場合には、使用波長情報に基づいて波長多重光パケット信号の通過／破棄を判定する出力競合判定部とを備える。

出力競合判定部は、複数の波長多重光パケット信号に時間的な競合が発生している場合であっても、波長に関して競合が発生していない場合には、複数の波長多重光パケット信号を共に通過させてもよい。

設定部は、パケット長が所定長未満の場合には、クライアント信号の分割数およびそれに対応する使用波長数を第１所定値に設定するとともに使用波長を所定の第１波長グループに設定し、パケット長が所定長以上の場合には、分割数および使用波長数を第１所定値よりも大きい第２所定値に設定するとともに使用波長を所定の第２波長グループに設定してもよい。また、第１波長グループと第２波長グループは、異なる波長配置を有してもよい。

複数の光パケット送信装置をノードとして備え、第１波長グループの波長配置がノード毎に異なってもよい。

光パケット送信装置は、パケット長と波長グループとを関連付けしたテーブルをさらに備えてもよい。

本発明の別の態様は、光パケット交換装置である。この装置は、複数の波長の光パケット信号が波長多重された光パケット信号を受信する複数の受信部であって、該光パケット信号が宛先情報と使用波長情報とを有する受信部と、受信した波長多重光パケット信号から、ヘッダを有する波長の光パケット信号を分岐する分岐部と、波長多重光パケット信号の方路を切り替える光スイッチ部と、分岐した光パケット信号のヘッダを解析して、宛先情報および使用波長情報を検出する解析部と、宛先情報に基づいて複数の受信部に入力した複数の波長多重光パケット信号の時間的な競合を判定し、競合が発生している場合には、使用波長情報に基づいて波長多重光パケット信号の通過／破棄を判定する出力競合判定部とを備える。

本発明のさらに別の態様は、光パケット送信装置である。この装置は、光パケット交換システムで用いられる光パケット送信装置であって、受信したクライアント信号のパケット長を検出するパケット長検出部と、パケット長に応じて、クライアント信号の分割数および送信する光パケット信号に使用する波長を設定する設定部と、使用波長情報およびクライアント信号の宛先情報を含むヘッダを生成するヘッダ生成部と、クライアント信号を設定した分割数に従って分割して複数のパケット信号を生成する送信処理部と、少なくとも１つのパケット信号に生成したヘッダを挿入するヘッダ挿入部と、複数のパケット信号を設定した使用波長に従って複数の波長の光パケット信号に変換する電気／光変換部とを備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を装置、方法、システム、プログラム、プログラムを格納した記録媒体などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、光パケット破棄確率を低減できる。

比較例に係る光パケット交換システムを示す図である。 比較例に係る光パケット送信装置の構成を示す図である。 比較例に係る光パケット受信装置の構成を示す図である。 比較例に係る光パケット交換装置の構成を示す図である。 図５（ａ）〜（ｃ）は、比較例に係る光パケット交換装置における出力競合判定を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る光パケット交換システムを示す図である。 本実施形態に係る光パケット送信装置の構成を示す図である。 波長配置の一例を示す図である。 本実施形態に係る光パケット受信装置の構成を示す図である。 本実施形態に係る光パケット交換装置の構成を示す図である。 図１１（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態に係る光パケット交換装置における出力競合判定を説明するための図である。 波長配置の別の例を示す図である。 使用波長情報を送信するためのビット構成の一例を示す図である。 使用波長情報を送信するためのビット構成の別の例を示す図である。 グループと波長構成とを関連付けるテーブルの一例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る光パケット交換システムについて説明する。まず、本実施形態に係る光パケット交換システムについて説明する前に、本発明者が従来開発してきた光パケット交換システムを比較例として説明する。

図１は、比較例に係る光パケット交換システム１１０を示す。図１に示すように、光パケット交換システム１１０は、光パケット送信装置１１１と、光パケット交換装置１１２と、光パケット受信装置１１３と、第１ＡＷＧ１１４と、第２ＡＷＧ１１５と、第１光増幅器１１６と、第２光増幅器１１７と、第１〜第４光伝送路１１８〜１２１とを備える。

光パケット送信装置１１１は、クライアント側から受信した１０ＧＥｔｈｅｒパケットの転送先を示す経路情報ヘッダ（パケット長、宛先情報、自ノードＩＤを含む）を生成し、パケットの先頭に付加した後、パケットのデータをｎ分割する。そして、分割したｎ個のデータを波長λ１〜λｎの光信号に載せ、ｎ波の光パケット信号として出力する。なお、Ｅｔｈｅｒ信号のパケット長に関わらず、Ｅｔｈｅｒパケットを分割する数はｎ（システムの使用できる最大波長数、例えばｎ＝４０）に固定されている。

光パケット送信装置１１１から出力されたｎ波の光パケット信号（波長λ１〜λｎ）は、第１ＡＷＧ１１４で合波された後、第１光増幅器１１６で増幅され、第２光伝送路１１９に出力される。

第２光伝送路１１９を伝搬した光パケット信号は、光パケット交換装置１１２の第２入力部１６３に入力される。また、光パケット交換装置１１２の第１入力部１６２には、ＷＤＭネットワークに接続された別の光パケット送信装置からの波長多重された光パケット信号が第１光伝送路１１８を介して入力される。

光パケット交換装置１１２は、光パケット信号に付与された宛先情報に従って、光パケット信号の方路を切り替える、２入力×２出力の光パケット交換装置である。光パケット交換装置１１２の第１出力部１６４には第３光伝送路１２０が接続され、第２出力部１６５には第４光伝送路１２１が接続されている。第３光伝送路１２０を伝搬した光パケット信号は、ＷＤＭネットワークに出力される。一方、第４光伝送路１２１を伝搬した光パケット信号は、第２光増幅器１１７で増幅された後、第２ＡＷＧ１１５で波長λ１〜λｎに分波される。第２ＡＷＧ１１５で分波されたｎ波の光パケット信号は、光パケット受信装置１１３に入力される。

光パケット受信装置１１３は、受信したｎ波の光パケット信号を元のＥｔｈｅｒパケットに復元して、クライアント側に出力する。

図２は、比較例に係る光パケット送信装置１１１の構成を示す。図２に示すように、光パケット送信装置１１１は、光／電気変換部１３０と、受信処理部１３２と、経路情報抽出部１３３と、シリアル／パラレル変換部１３４と、フレームメモリ１３５と、送信処理部１３６と、パケット長検出部１３７と、ルックアップテーブル１３８と、ヘッダ生成部１３９と、ヘッダ挿入部１４０と、第１〜第ｎ電気／光変換部１４１−１〜１４１−ｎとを備える。

光パケット送信装置１１１では、クライアント側から入力された１０ＧＥｔｈｅｒ信号は光／電気変換部１３０で電気信号に変換される。この電気のＥｔｈｅｒ信号のデータフォーマットはＭＡＣフレームである。その後、Ｅｔｈｅｒ信号は、受信処理部１３２にて所定の受信処理が行われる。その後、経路情報抽出部１３３は、Ｅｈｔｅｒ信号から経路情報を抽出する。この経路情報は、ルックアップテーブル１３８を参照することにより宛先情報に変換され、ヘッダ生成部１３９に入力される。また、パケット長検出部１３７は、受信したＥｈｔｅｒ信号のパケット長を抽出し、ヘッダ生成部１３９に出力する。

経路情報抽出部１３３から出力されたＥｈｔｅｒ信号は、シリアル／パラレル変換部１３４にてパラレル信号に変換された後、フレームメモリ１３５に記憶される。その後、Ｅｈｔｅｒ信号は、送信処理部１３６にてｎ等分に分割され、ｎ個のパケット信号が生成される。また送信処理部１３６からは、光パケットＩＤ／コピー情報がヘッダ生成部１３９に出力される。

ヘッダ生成部１３９は、パケット長、宛先情報、自ノードＩＤ、光パケットＩＤ／コピー情報に基づいて、経路情報ヘッダを生成する。生成された経路情報ヘッダは、ヘッダ挿入部１４０により、分割されたｎ個のパケット信号のうち一つのパケット信号に挿入される。そして、ｎ個のパケット信号は、それぞれ第１〜第ｎ電気／光変換部１４１−１〜１４１−ｎにより光信号に変換され、ｎ波（λ１〜λｎ）の光パケット信号として出力される。経路情報ヘッダが挿入された光パケット信号の波長を「ヘッダ波長」と呼ぶ。ここでは、ヘッダ波長＝λ１とする。

図３は、比較例に係る光パケット受信装置１１３の構成を示す。図３に示すように、光パケット受信装置１１３は、第１〜第ｎ光／電気変換部１５０−１〜１５０−ｎと、第１〜第ｎフレームメモリ１５１−１〜１５１−ｎと、ヘッダ処理部１５２と、パケット組立部１５３と、パケット識別部１５４と、ＭＡＣテーブル１５５と、出力制御部１５６と、電気／光変換部１５８とを備える。

光パケット受信装置１１３では、入力されたｎ波（λ１〜λｎ）の光パケット信号がそれぞれ第１〜第ｎ光／電気変換部１５０−１〜１５０−ｎにより電気のパケット信号に変換される。また、ヘッダ処理部１５２は、ヘッダ波長λ１の光パケット信号に対応するパケット信号の経路情報ヘッダから、パケット情報、パケット長、ＥＣＣ（Error Check Code）エラーを抽出し、パケット信号の正常性判断を行う。

第１〜第ｎ光／電気変換部１５０−１〜１５０−ｎから出力されたｎ個のパケット信号は、それぞれ第１〜第ｎフレームメモリ１５１−１〜１５１−ｎに蓄えられる。パケット組立部１５３は、ヘッダ処理部１５２からのパケット情報、パケット長、ＥＣＣエラーを参照して、パケット組み立てを行う。パケット識別部１５４は、パケット組立部１５３の出力からＥｔｈｅｒパケットを識別し、Ｅｔｈｅｒパケットを抜き取る。出力制御部１５６は、ＭＡＣテーブル１５５を参照して、パケット識別部１５４から出力されたＥｔｈｅｒパケット内の宛先ＭＡＣアドレスを、ＭＡＣテーブル１５５に登録されているＭＡＣアドレスに付け替える。その後、Ｅｔｈｅｒパケットは電気／光変換部１５８に入力される。電気／光変換部１５８に入力されるＥｔｈｅｒ信号のデータフォーマットは、ＭＡＣフレームである。電気／光変換部１５８は、Ｅｔｈｅｒパケットを光信号に変換し、クライアント側に出力する。

図４は、比較例に係る光パケット交換装置１１２の構成を示す。図４に示すように、光パケット交換装置１１２は、光スイッチ部１６０と、光スイッチ制御部１６１と、第１入力部１６２と、第２入力部１６３と、第１入力側光増幅器１６６と、第２入力側光増幅器１６７と、第１分波器１７０と、第２分波器１７１と、第１光遅延線１７２と、第２光遅延線１７３と、第１出力側光増幅器１６８と、第２出力側光増幅器１６９と、第１出力部１６４と、第２出力部１６５とを備える。また、光スイッチ制御部１６１は、第１光／電気変換部１７４と、第２光／電気変換部１７５と、第１解析部１７６と、第２解析部１７８と、出力競合判定部１７９とを備える。

光パケット交換装置１１２は、クライアント側またはネットワーク側からＷＤＭ信号として入力した光パケット信号から経路情報ヘッダを抽出する。そして、該経路情報ヘッダを基に出力先を決定し、光スイッチ部１６０にて出力先を切り替える。

第１入力部１６２および第２入力部１６３には、波長多重されたｎ波の光パケット信号が入力される。ここでは、第１入力部１６２に入力される光パケット信号の波長をλ１_１〜λ１_ｎとし、第２入力部１６３に入力される光パケット信号の波長をλ２_１〜λ２_ｎとする。入力される光パケット信号は、自ノードのクライアント部または別ノードのクライアント部からのＥｈｔｅｒ信号が、図２に示すような光パケット送信装置で変換されたものである。

入力された光パケット信号は、光レベル調整用の第１入力側光増幅器１６６、第２入力側光増幅器１６７で増幅された後、ヘッダ波長の光パケット信号（ここでは、λ１_１とλ２_１）のみが第１分波器１７０、第２分波器１７１で光分岐される。分岐した波長λ１１とλ２１の光パケット信号は、光スイッチ制御部１６１に入力される。一方、波長多重光パケット信号は、第１光遅延線１７２、第２光遅延線１７３を介して光スイッチ部１６０に入力される。

分岐したヘッダ波長λ１_１とλ２_１の光パケット信号は、第１光／電気変換部１７４、第２光／電気変換部１７５でそれぞれ電気のパケット信号に変換された後、第１解析部１７６、第２解析部１７８にて経路情報ヘッダが解析され、宛先情報が検出される。

出力競合判定部１７９は、検出された宛先情報に基づいて光パケット信号の通過／破棄を判定し、該判定結果に基づいて光スイッチ部１６０に光スイッチ制御信号を出力する。

第１光遅延線１７２、第２光遅延線１７３は、光スイッチ制御部１６１が光スイッチ制御信号を生成するのに要する時間だけ、波長多重光パケット信号を遅延させる。第１光遅延線１７２、第２光遅延線１７３を設けることにより、光パケット信号が光スイッチ部１６０に到着するタイミングに合わせて、光スイッチ部１６０のオン／オフを制御できる。

光スイッチ部１６０は、２×２の光スイッチであり、第１〜第４光ゲートスイッチ１８０〜１８３と、４つの光カプラ１８４〜１８７とを備える。光ゲートスイッチとしては、半導体光増幅器（ＳＯＡ）を用いたものを利用できる。第１〜第４光ゲートスイッチ１８０〜１８３は、光スイッチ制御部１６１からの光スイッチ制御信号によりオン／オフが制御される。光パケット交換装置１１２では、１つのヘッダ波長の光パケット信号から抽出された宛先情報を基に、波長多重されたｎ波の光パケット信号の全てが一度に方路切替される。

図５（ａ）〜（ｃ）は、光パケット交換装置１１２における出力競合判定を説明するための図である。図５（ａ）は、第１入力部１６２に入力した光パケット信号を示し、図５（ｂ）は、第２入力部１６３に入力した光パケット信号を示し、図５（ｃ）は、第１出力部１６４から出力された光パケット信号を示す。入力した光パケット信号１−１、１−２および２−１は、いずれも第１出力部１６４を出力先としているとする。

図５に示すように、まず第１入力部１６２に光パケット信号１−１が入力され、次に第２入力部１６３に光パケット信号２−１が入力され、最後に第１入力部１６２に光パケット信号１−２が入力されている。光パケット信号１−１は先着の信号であるので、出力競合判定部１７９は、光パケット信号１−１を第１出力部１６４に出力する。言い換えると、出力競合判定部１７９は、光スイッチ部１６０の光ゲートスイッチ１８０をオンとし、第１入力部１６２から第１出力部１６４へのパスを開放する（その他のパスは閉じる）。

しかしながら、第２入力部１６３に入力した光パケット信号２−１は、第１入力部１６２に入力された光パケット信号１−１と時間的に競合している。つまり、時間的に重なっている。この場合、出力競合判定部１７９は、光パケット信号２−１を破棄する。言い換えると、出力競合判定部１７９は、光パケット信号２−１が入力する光ゲートスイッチ１８２と１８３をオフのままとする。

次に第１入力部１６２に入力した光パケット信号１−２は、光パケット信号２−１とデータ部分が重なっているが、光パケット信号２−１が既に破棄されているので、出力競合判定部１７９は、光パケット信号１−２を第１出力部１６４に出力する。

このように、光パケット交換装置では、複数の入力部から同じタイミングで光パケット信号を受信し、同じ出力方路への出力要求を受けた場合に、光パケット信号の一部での輻輳するときは、先に受信した光パケット信号を通過させ、後に受信した光パケット信号を破棄する。また、光パケット交換方式では、Ｅｈｔｅｒ信号をｎ波の光パケット信号に分割後、全波長を一度に方路切り替えするため、一波でもデータが輻輳した場合は全波長に搭載されたデータを破棄することとなり、光パケット破棄確率が高い。そこで、以下に説明する本発明の実施形態では、光パケット破棄確率を低減できる光パケット交換システムを提案する。

図６は、本発明の実施形態に係る光パケット交換システム１０を示す。図６に示すように、光パケット交換システム１０は、光パケット送信装置１１と、光パケット交換装置１２と、光パケット受信装置１３と、第１ＡＷＧ１４と、第２ＡＷＧ１５と、第１光増幅器１６と、第２光増幅器１７と、第１〜第４光伝送路１８〜２１とを備える。光パケット交換システム１０の基本的な構成は図１に示す光パケット交換システム１１０と類似するので、ここでは詳細な説明を省略する。

図７は、本実施形態に係る光パケット送信装置１１の構成を示す。図７に示すように、光パケット送信装置１１は、光／電気変換部３０と、受信処理部３２と、経路情報抽出部３３と、シリアル／パラレル変換部３４と、フレームメモリ３５と、送信処理部３６と、パケット長検出部３７と、ルックアップテーブル３８と、ヘッダ生成部３９と、設定部８８と、関連付テーブル８９と、第１〜第ｎヘッダ挿入部４０−１〜４０−ｎと、第１〜第ｎ電気／光変換部４１−１〜４１−ｎとを備える。光パケット送信装置１１は、Ｅｔｈｅｒ信号／光パケット変換装置として機能する。

光パケット送信装置１１において、クライアント側から入力された１０ＧＥｔｈｅｒ信号は、光／電気変換部３０で電気信号に変換される。この電気のＥｔｈｅｒ信号のデータフォーマットはＭＡＣフレームである。その後、Ｅｔｈｅｒ信号は、受信処理部３２にて所定の受信処理が行われる。その後、経路情報抽出部３３は、Ｅｈｔｅｒ信号から経路情報を抽出する。この経路情報は、ルックアップテーブル３８を参照することにより宛先情報に変換され、ヘッダ生成部３９に入力される。また、パケット長検出部３７は、受信したＥｔｈｅｒ信号のパケット長を抽出し、ヘッダ生成部３９に出力する。また本実施形態では、パケット長検出部３７は設定部８８にもパケット長を出力する。

設定部８８は、パケット長に応じて、受信したＥｔｈｅｒ信号の分割数と、送信する光パケット信号に使用する波長とを設定する。より具体的には、設定部８８は、パケット長が所定の基準パケット長未満の場合には、分割数およびそれに対応する使用波長数を第１所定値ｍに設定し、使用波長を所定の第１波長グループ（波長λ１〜λｍ）に設定する。また、パケット長が基準パケット長以上の場合には、分割数およびそれに対応する使用波長数を第２所定値ｎ−ｍに設定し、使用波長を所定の第２波長グループ（波長λｍ＋１〜λｎ）に設定する。ここで、ｎはシステムの使用できる最大波長数であり、ｍはｍ＜ｎ−ｍとなる２以上の整数である。また、第１波長グループと第２波長グループは、異なる波長配置を有するように、言い換えると波長が重複しないように設定される。

図８は、波長配置の一例を示す。図８では、基準パケット長＝１５１９バイト、最大波長数ｎ＝４０、第１所定値ｍ＝１０、第２所定値ｎ−ｍ＝３０である。図８に示すように、Ｅｔｈｅｒ信号のパケット長が１５１９バイト未満（６４〜１５１８バイト）の場合、設定部８８は、分割数および使用波長数を１０に設定し、使用波長を第１波長グループ（λ１〜λ１０）に設定する。また、Ｅｔｈｅｒ信号のパケット長が１５１９バイト以上（１５１９〜９６００バイト）の場合、設定部８８は、分割数および使用波長数を３０に設定し、使用波長を第２波長グループ（λ１１〜λ４０）に設定する。１０ＧＥｔｅｈｒ等では、１５１８バイトまでのパケットは「通常パケット」と呼ばれ、それ以上のパケットは「ジャンボパケット」と呼ばれる。つまり、通常パケットの場合には分割数および使用波長数が小さくされ、ジャンボパケットの場合には分割数および使用波長数が大きくされる。

関連付テーブル８９には、上記のようにパケット長と波長グループとを関連付けしたテーブルが記載されている。設定部８８は、パケット長が入力された場合、関連付テーブル８９を参照して使用する波長グループを設定する。

ヘッダ生成部３９は、パケット長、宛先情報、自ノードＩＤ、および使用波長を収集し、経路情報ヘッダを生成する。

経路情報抽出部３３から出力されたＥｈｔｅｒ信号は、シリアル／パラレル変換部３４にてパラレル信号に変換された後、フレームメモリ３５に記憶される。その後、送信処理部３６は、Ｅｔｈｅｒ信号を設定部８８にて設定した分割数に従って分割し、複数のパケット信号を生成する。すなわち、Ｅｔｈｅｒ信号が通常パケットの場合にはｍ等分に分割され、ジャンボパケットの場合にはｎ−ｍ等分に分割される。

Ｅｔｈｅｒ信号が通常パケットの場合、ｍ個に分割されたパケット信号は、それぞれ第１〜第ｍヘッダ挿入部４０−１〜４０−ｍに入力される。第１ヘッダ挿入部４０−１は、入力されたパケット信号にヘッダ生成部３９にて生成された経路情報ヘッダを挿入する。また、第２〜第ｍヘッダ挿入部４０−２〜４０−ｍは、入力されたパケット信号にダミーヘッダを挿入する。第１〜第ｍ電気／光変換部４１−１〜４１−ｍは、それぞれ第１〜第ｍヘッダ挿入部４０−１〜４０−ｍからのパケット信号を光信号に変換し、波長λ１〜λｍの光パケット信号を送信する。ここでは、λ１がヘッダ波長となる。

一方、Ｅｔｈｅｒ信号が通常パケットの場合、ｎ−ｍ個に分割されたパケット信号は、それぞれ第ｍ＋１〜第ｎヘッダ挿入部４０−ｍ＋１〜４０−ｎに入力される。第ｍ＋１ヘッダ挿入部４０−ｍ＋１は、入力されたパケット信号にヘッダ生成部３９にて生成された経路情報ヘッダを挿入する。また、第ｍ＋２〜第ｎヘッダ挿入部４０−ｍ＋２〜４０−ｎは、入力されたパケット信号にダミーヘッダを挿入する。第ｍ＋１〜第ｎ電気／光変換部４１−ｍ＋１〜４１−ｎは、それぞれ第ｍ＋１〜第ｎヘッダ挿入部４０−ｍ＋１〜４０−ｎからのパケット信号を光信号に変換し、波長λｍ＋１〜λｎの光パケット信号を送信する。ここでは、λｍ＋１がヘッダ波長となる。

なお、本実施形態では、波長λ１とλｍ＋１をヘッダ波長としているが、ヘッダ波長は適宜変更可能である。図７では、ヘッダ波長が変更可能であることを表すために、ヘッダ生成部３９から第１ヘッダ挿入部４０−１および第ｍ＋１ヘッダ挿入部４０−ｍ＋１以外のヘッダ挿入部に向かう破線矢印が描かれている。

図９は、本実施形態に係る光パケット受信装置１３の構成を示す。図９に示すように、光パケット受信装置１３は、第１〜第ｎ光／電気変換部５０−１〜５０−ｎと、第１〜第ｎフレームメモリ５１−１〜５１−ｎと、ヘッダ処理部５２と、パケット組立部５３と、パケット識別部５４と、ＭＡＣテーブル５５と、出力制御部５６と、電気／光変換部５８とを備える。光パケット受信装置１３は、光パケット／Ｅｔｈｅｒ信号変換装置として機能する。

光パケット受信装置１３において、元のＥｔｈｅｒ信号が通常パケットである波長λ１〜λｍの光パケット信号は、第１〜第ｍ光／電気変換部５０−１〜５０−ｍに入力され、電気のパケット信号に変換される。一方、元のＥｔｈｅｒ信号がジャンボパケットである波長λｍ＋１〜λｎの光パケット信号は、第ｍ＋１〜第ｎ光／電気変換部５０−ｍ＋１〜５０−ｎに入力され、電気のパケット信号に変換される。

ヘッダ処理部５２は、ヘッダ波長λ１またはλｍ＋１の光パケット信号から変換されたパケット信号の経路情報ヘッダから、使用波長、パケット情報、パケット長、ＥＣＣ（Error Check Code）エラーを抽出し、パケット組立部５３に送信する。

第１〜第ｎ光／電気変換部５０−１〜５０−ｎから出力されたパケット信号は、それぞれ第１〜第ｎフレームメモリ５１−１〜５１−ｎに蓄えられる。パケット組立部５３は、ヘッダ処理部５２からの使用波長、パケット情報、パケット長、ＥＣＣエラーに基づいて、パケット組み立てを行う。パケット識別部５４は、パケット組立部５３の出力からＥｔｈｅｒパケットを識別し、Ｅｔｈｅｒパケットを抜き取る。パケット識別部５４は、Ｅｔｈｅｒ信号の宛先アドレス、送信元アドレス、長さ／タイプ、データの各フィールドから計算したＣＲＣ（Cyclic Redundancy Check）値であるＦＣＳ(Frame Check Sequence)の読み出しと自局で計算したＣＲＣ値の比較を行うことにより、パケット異常検出を行い、異常の場合はデータを破棄する。

出力制御部５６は、ＭＡＣテーブル５５を参照して、パケット識別部５４から出力されたＥｔｈｅｒパケット内の宛先ＭＡＣアドレスを、ＭＡＣテーブル５５に登録されているＭＡＣアドレスに付け替える。その後、Ｅｔｈｅｒパケットは電気／光変換部５８に入力される。電気／光変換部５８に入力されるＥｔｈｅｒ信号のデータフォーマットは、ＭＡＣフレームである。電気／光変換部５８は、Ｅｔｈｅｒパケットを光信号に変換し、クライアント側に出力する。

図１０は、本実施形態に係る光パケット交換装置１２の構成を示す。図１０に示すように、光パケット交換装置１２は、光スイッチ部６０と、光スイッチ制御部６１と、第１入力部６２と、第２入力部１６３と、第１入力側光増幅器６６と、第２入力側光増幅器６７と、第１分波器７０と、第２分波器７１と、第３分波器９０と、第４分波器９１と、第１光遅延線７２と、第２光遅延線７３と、第１出力側光増幅器６８と、第２出力側光増幅器６９と、第１出力部６４と、第２出力部６５とを備える。また、光スイッチ制御部６１は、第１光／電気変換部７４と、第２光／電気変換部７５と、第３光／電気変換部９２と、第４光／電気変換部９３と、第１解析部７６と、第２解析部７８と、第３解析部９４と、第４解析部９５と、出力競合判定部７９とを備える。

光パケット交換装置１２は、クライアント側またはネットワーク側からＷＤＭ信号として入力した光パケット信号から経路情報ヘッダを抽出する。そして、該経路情報ヘッダを基に出力先を決定し、光スイッチ部６０にて出力先を切り替える。

第１入力部６２および第２入力部６３には、波長多重された光パケット信号が入力される。第１入力部６２に入力される光パケット信号の波長をλ１_１〜λ１_ｎ（元のＥｔｈｅｒ信号が通常パケットの場合はλ１_１〜λ１_ｍ（第１波長グループ）、元のＥｔｈｅｒ信号がジャンボパケットの場合はλ１_ｍ＋１〜λ１_ｎ（第２波長グループ））とし、第２入力部６３に入力される光パケット信号の波長をλ２_１〜λ２_ｎ（元のＥｔｈｅｒ信号が通常パケットの場合はλ２_１〜λ２_ｍ（第１波長グループ）、元のＥｔｈｅｒ信号がジャンボパケットの場合はλ２_ｍ＋１〜λ２_ｎ（第２波長グループ））とする。入力される光パケット信号は、自ノードのクライアント部または別ノードのクライアント部からのＥｈｔｅｒ信号が、図７に示すような光パケット送信装置で変換されたものである。

第１入力側光増幅器６６、第２入力側光増幅器６７に波長λ１_１〜λ１_ｍ、λ２_１〜λ２_ｍの波長多重光パケット信号（元のＥｔｈｅｒ信号が通常パケット）が入力された場合、該光パケット信号は、光レベル調整用の第１入力側光増幅器６６、第２入力側光増幅器６７で増幅された後、ヘッダ波長λ１_１とλ２_１の光パケット信号のみが第１分波器７０、第２分波器７１で光分岐される。分岐したヘッダ波長λ１_１とλ２_１の光パケット信号は、光スイッチ制御部６１に入力される。その後、ヘッダ波長λ１_１とλ２_１の光パケット信号は、それぞれ第１光／電気変換部７４、第２光／電気変換部７５で電気信号に変換された後、第１解析部７６、第２解析部７８にて経路情報ヘッダが解析され、宛先情報と使用波長情報が検出される。一方、第１分波器７０、第２分波器７１を通過した波長多重光パケット信号は、第１光遅延線７２、第２光遅延線７３を介して光スイッチ部６０に入力される。

また、第１入力側光増幅器６６、第２入力側光増幅器６７に波長λ１_ｍ＋１〜λ１_ｎ、λ２_ｍ＋１〜λ２_ｎの波長多重光パケット信号（元のＥｔｈｅｒ信号がジャンボパケット）が入力された場合、該光パケット信号は、第１入力側光増幅器６６、第２入力側光増幅器６７で増幅された後、ヘッダ波長λ１_ｍ＋１とλ２_ｍ＋１の光パケット信号のみが第３分波器９０、第４分波器９１で光分岐される。分岐したヘッダ波長λ１_ｍ＋１とλ２_ｍ＋１の光パケット信号は、光スイッチ制御部６１に入力される。その後、ヘッダ波長λ１_ｍ＋１とλ２_ｍ＋１の光パケット信号は、それぞれ第３光／電気変換部９２、第４光／電気変換部９３で電気信号に変換された後、第３解析部９４、第４解析部９５にて経路情報ヘッダが解析され、宛先情報と使用波長情報が検出される。一方、第３分波器９０、第４分波器９１を通過した波長多重光パケット信号は、第１光遅延線７２、第２光遅延線７３を介して光スイッチ部６０に入力される。

出力競合判定部７９は、各解析部にて検出された宛先情報に基づいて、第１入力側光増幅器６６、第２入力側光増幅器６７に入力した波長多重光パケット信号の時間的な競合を判定し、競合が発生している場合には、使用波長情報に基づいて波長多重光パケット信号の通過／破棄を判定する。そして、該判定結果に基づいて光スイッチ部６０に光スイッチ制御信号を出力する。

第１光遅延線７２、第２光遅延線７３は、光スイッチ制御部６１が光スイッチ制御信号を生成するのに要する時間だけ、波長多重光パケット信号を遅延させる。第１光遅延線７２、第２光遅延線７３を設けることにより、光パケット信号が光スイッチ部６０に到着するタイミングに合わせて、光スイッチ部６０のオン／オフを制御できる。

光スイッチ部６０は、２×２の光スイッチであり、第１〜第４光ゲートスイッチ８０〜８３と、４つの光カプラ８４〜８７とを備える。光ゲートスイッチとしては、半導体光増幅器（ＳＯＡ）を用いたものを利用できる。第１〜第４光ゲートスイッチ８０〜８３は、光スイッチ制御部６１からの光スイッチ制御信号によりオン／オフが制御される。

図１１（ａ）〜（ｃ）は、光パケット交換装置１２における出力競合判定を説明するための図である。図１１（ａ）は、第１入力部６２に入力した光パケット信号９６を示し、図１１（ｂ）は、第２入力部６３に入力した光パケット信号９７を示し、図１１（ｃ）は、第１出力部６４から出力された光パケット信号を示す。入力した光パケット信号９６および９７は、いずれも第１出力部６４を出力先としているとする。

図１１に示すように、まず第１入力部６２に光パケット信号９６が入力され、次に第２入力部６３に光パケット信号９７が入力されている。光パケット信号９６は先着の信号であるので、出力競合判定部７９は、光パケット信号９６を第１出力部６４に出力する。

図１１に示すように、光パケット信号９６の後に第２入力部６３に入力した光パケット信号９７は、光パケット信号９６と時間的に競合している。この時間的な競合は、検出した宛先情報に基づき判定できる。本実施形態においては、出力競合判定部は、光パケット信号９６と９７とに時間的な競合が発生している場合であっても、波長に関して競合が発生していない場合には、光パケット信号９６と９７を共に第１出力部６４に出力する。光パケット信号９６は、第１波長グループ（波長λ１_１〜λ１_ｍ）の波長多重光パケット信号であり、光パケット信号９７は、第２波長グループ（λ２_ｍ＋１〜λ２_ｎ）の波長多重光パケット信号である。従って、光パケット信号９６と９７は波長に関しては競合しておらず、合波しても共存が可能である。光パケット信号９７は、上述の比較例においては破棄されるはずの光パケット信号である。なお、光パケット信号９６と９７の使用波長が競合している（波長が重複している）場合には、先に入力された光パケット信号を通過させ、後の光パケット信号を破棄する処理を行う。

このように、本実施形態によれば、複数の光パケット信号に時間的な競合が発生している場合であっても、波長に関して競合が発生していない場合には同一の出力先への通過を許可することで、上述の比較例であれば破棄されていたはずの光パケット信号を通過させることができる。その結果、パケット破棄確率を低減できる。

光パケット交換装置における基本的な出力方路としてネットワーク出力及びクライアント出力の２つが考えられる。ネットワーク側に出力される場合は図１１で示すように、波長競合がないときには同じ入力タイミングであっても同一出力方路に送信される。しかしながら、クライアント側に出力される場合には、同一タイミングで異なる光パケット信号が光パケット／Ｅｔｈｅｒ信号変換装置に入力される場合があるため、光パケット／Ｅｔｈｅｒ信号変換装置内でのＥｔｈｅｒ信号変換時の競合回避が必要となる。

競合回避の方法としては次の二つがある。一つは光パケット／Ｅｔｈｅｒ信号変換装置内において、各光パケット信号のヘッダ波長の入力タイミングを確認し、入力タイミングの早い光パケット信号を優先し、遅い光パケット信号を破棄する方法である。もう一つの方法は光パケット交換装置の出力競合判定部において、二つの入力光パケット信号が同一タイミングで入力し、波長競合がなく、且つクライアント側への宛先を持つ場合は、波長競合判定を行わず、出力競合判定のみで入力タイミングが早い光パケットをクライアント側に出力するものである。上記の二つの方法は入力タイミングが早い光パケット信号を優先的に通す方法であるが、光パケット／Ｅｔｈｅｒ信号変換装置における各光パケット信号のフレームメモリ部に十分な余裕がある場合には、二つの入力光パケット信号をフレームメモリ部に蓄え、入力タイミングの順にＥｔｈｅｒ信号に変換する方法もある。

図１２は、波長配置の別の例を示す。実際の光パケット交換システムにおいては、複数の光パケット送信装置、光パケット交換装置、光パケット受信装置がノードとして設けられており、ネットワークを構成している。このような複数のノードを備える光パケット交換システムにおいては、第１波長グループの波長配置をノード毎に異ならせてもよい。つまり、Ｅｔｈｅｒ信号が通常パケットの場合に使用する波長をノード毎に異ならせるのである。

図１２は、ノード数を４、最大波長数を４０波としたときに、第１ノードにおいて通常パケットの送信に第１波長グループ（λ１〜λ１０）を使用し、第２ノードにおいて通常パケットの送信に第２波長グループ（λ１１〜λ２０）を使用し、第３ノードにおいて通常パケットの送信に第３波長グループ（λ２１〜λ３０）を使用し、第４ノードにおいて通常パケットの送信に第４波長グループ（λ３１〜λ４０）を使用することを示している。

このようにＥｔｈｅｒ信号のパケット長が通常パケットの場合に使用する波長配置をノード毎に変更することにより、光パケット交換装置において競合により通常パケットが破棄される確率を低減できる。つまり、例えば第１ノードからの光パケット信号（第１波長グループ）と第２ノードからの光パケット信号（第２波長グループ）とが光パケット交換装置で時間的に競合した場合でも、使用している波長グループが異なるので波長に関しては競合せず、一方の光パケット信号を破棄せずに同一の出力先に送信できる。これはネットワーク上で使用するＥｔｈｅｒ信号に通常パケットが多い場合には特に有効である。

図１３は、使用波長情報を送信するためのビット構成の一例を示す。本例では、図１３に示すように、ＷＤＭ波長数全てに１ビット単位の情報を付加する。ＷＤＭの最大波長数が４０波の場合は、４０ビットが必要となる。使用波長のビットは「１」とし、不使用波長のビットは「０」とする。このような使用波長情報をヘッダに付加することにより、光パケット交換装置や光パケット受信装置に使用波長情報を送信できる。

図１４は、使用波長情報を送信するためのビット構成の別の例を示す。本例では、波長グループの数を固定にし、その波長グループ数に応じたビット数を用意している。図１４に示すように、波長グループ数を８とした場合、３ビットで使用波長情報を送信できる。各装置内のメモリには、グループ名と、該グループに属する波長とを関連付けるテーブルが格納されている。

図１５は、グループと波長構成とを関連付けるテーブルの一例を示す。図１５のようなテーブルを用いることにより、使用波長情報を送信するためのビット数を小さくできる。波長グループが８つである場合は３ビットの情報で使用波長の判別が可能である。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せによりいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１０ 光パケット交換システム、 １１ 光パケット送信装置、 １２ 光パケット交換装置、 １３ 光パケット受信装置、 ３０ 光／電気変換部、 ３２ 受信処理部、 ３３ 経路情報抽出部、 ３４ シリアル／パラレル変換部、 ３６ 送信処理部、 ３７ パケット長検出部、 ３９ ヘッダ生成部、 ４０ ヘッダ挿入部、 ５２ ヘッダ処理部、 ５３ パケット組立部、 ５４ パケット識別部、 ５６ 出力制御部、 ５８ 電気／光変換部、 ６０ 光スイッチ部、 ６１ 光スイッチ制御部、 ６２ 第１入力部、 ６３ 第２入力部、 ６４ 第１出力部、 ６５ 第２出力部、 ７０ 第１分波器、 ７１ 第２分波器、 ７２ 第１光遅延線、 ７３ 第２光遅延線、 ７４ 第１光／電気変換部、 ７５ 第２光／電気変換部。

Claims (11)

1. 受信したクライアント信号のパケット長を検出するパケット長検出部と、
   パケット長に応じて、クライアント信号の分割数および送信する光パケット信号に使用する波長を設定する設定部と、
   使用波長情報およびクライアント信号の宛先情報を含むヘッダを生成するヘッダ生成部と、
   クライアント信号を設定した分割数に従って分割して複数のパケット信号を生成する送信処理部と、
   少なくとも１つのパケット信号に生成したヘッダを挿入するヘッダ挿入部と、
   複数のパケット信号を設定した使用波長に従って複数の波長の光パケット信号に変換する電気／光変換部と、を備える光パケット送信装置と、
   複数の波長の光パケット信号が波長多重された光パケット信号を受信する複数の受信部と、
   受信した波長多重光パケット信号から、ヘッダを有する波長の光パケット信号を分岐する分岐部と、
   波長多重光パケット信号の方路を切り替える光スイッチ部と、
   分岐した光パケット信号のヘッダを解析して、宛先情報および使用波長情報を検出する解析部と、
   宛先情報に基づいて複数の前記受信部に入力した複数の波長多重光パケット信号の時間的な競合を判定し、競合が発生している場合には、使用波長情報に基づいて波長多重光パケット信号の通過／破棄を判定する出力競合判定部と、を備える光パケット交換装置と、
   を備えることを特徴とする光パケット交換システム。
2. 前記出力競合判定部は、複数の波長多重光パケット信号に時間的な競合が発生している場合であっても、波長に関して競合が発生していない場合には、複数の波長多重光パケット信号を共に通過させることを特徴とする請求項１に記載の光パケット交換システム。
3. 前記設定部は、パケット長が所定長未満の場合には、クライアント信号の分割数およびそれに対応する使用波長数を第１所定値に設定するとともに使用波長を所定の第１波長グループに設定し、パケット長が所定長以上の場合には、分割数および使用波長数を第１所定値よりも大きい第２所定値に設定するとともに使用波長を所定の第２波長グループに設定することを特徴とする請求項１または２に記載の光パケット交換システム。
4. 第１波長グループと第２波長グループは、異なる波長配置を有することを特徴とする請求項３に記載の光パケット交換システム。
5. 複数の前記光パケット送信装置をノードとして備え、
   第１波長グループの波長配置がノード毎に異なることを特徴とする請求項３または４に記載の光パケット交換システム。
6. 前記光パケット送信装置は、パケット長と波長グループとを関連付けしたテーブルをさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光パケット交換システム。
7. 複数の波長の光パケット信号が波長多重された光パケット信号を受信する複数の受信部であって、該光パケット信号が宛先情報と使用波長情報とを有する受信部と、
   受信した波長多重光パケット信号から、ヘッダを有する波長の光パケット信号を分岐する分岐部と、
   波長多重光パケット信号の方路を切り替える光スイッチ部と、
   分岐した光パケット信号のヘッダを解析して、宛先情報および使用波長情報を検出する解析部と、
   宛先情報に基づいて複数の前記受信部に入力した複数の波長多重光パケット信号の時間的な競合を判定し、競合が発生している場合には、使用波長情報に基づいて波長多重光パケット信号の通過／破棄を判定する出力競合判定部と、
   を備えることを特徴とする光パケット交換装置。
8. 前記出力競合判定部は、複数の波長多重光パケット信号に時間的な競合が発生している場合であっても、波長に関して競合が発生していない場合には、複数の波長多重光パケット信号を共に通過させることを特徴とする請求項７に記載の光パケット交換装置。
9. 光パケット交換システムで用いられる光パケット送信装置であって、
   受信したクライアント信号のパケット長を検出するパケット長検出部と、
   パケット長に応じて、クライアント信号の分割数および送信する光パケット信号に使用する波長を設定する設定部と、
   使用波長情報およびクライアント信号の宛先情報を含むヘッダを生成するヘッダ生成部と、
   クライアント信号を設定した分割数に従って分割して複数のパケット信号を生成する送信処理部と、
   少なくとも１つのパケット信号に生成したヘッダを挿入するヘッダ挿入部と、
   複数のパケット信号を設定した使用波長に従って複数の波長の光パケット信号に変換する電気／光変換部と、
   を備えることを特徴とする光パケット送信装置。
10. 前記設定部は、パケット長が所定長未満の場合には、クライアント信号の分割数およびそれに対応する使用波長数を第１所定値に設定するとともに使用波長を所定の第１波長グループに設定し、パケット長が所定長以上の場合には、分割数および使用波長数を第１所定値よりも大きい第２所定値に設定するとともに使用波長を所定の第２波長グループに設定することを特徴とする請求項９に記載の光パケット送信装置。
11. 第１波長グループと第２波長グループは、異なる波長配置を有することを特徴とする請求項１０に記載の光パケット送信装置。

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