JP2013524599A - 光リング型ネットワークにおけるランダムギャップ挿入 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、各ノードが波長をドロップ及び追加できる複数のノードをネットワークリング上に備える、バースト送信光ファイバ波長ルーティングリング型ネットワーク及び方法を提供する。
【解決手段】ネットワークは、スケジューリング間隔中にネットワークリング上において各ノードからバースト送信モードで送信される波長を制御するための制御手段を有する。本発明は、スケジューリング間隔にわたる複数のギャップ間隔を生成するための乱数発生器を提供し、ギャップ間隔は、リング型ネットワークにおいて帯域幅への公平なアクセス及び公平な待ち時間を達成するために、異なるノードからの波長については、前記ギャップ内で波長を送信することを可能にする。
【選択図】図７

Description

本発明は、電気通信ネットワークに関する。一般に、本発明は、非同期的に伝送媒体を共用するノード間において、帯域幅への公平なアクセス及び公平な待ち時間を達成するための、制御システム及び方法に関する。詳細には、本発明は、光ファイババーストモードリング型ネットワーク（ｆｉｂｒｅ ｏｐｔｉｃ ｂｕｒｓｔ ｍｏｄｅ ｒｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ）を介するノード間において、帯域幅への公平なアクセス及び公平な待ち時間を達成するための、制御システム及び方法に関する。

光ファイババーストモードリング型ネットワークの典型的な事例は、進入送信サイドにおいて、波長可変レーザを使用し、このレーザは、リング上の特定のロケーションによって受信される特定の波長に同調される。リング上の異なるロケーションにおいて異なる波長をドロップ（ｄｒｏｐ）するために、光ファイバが使用される。このタイプのネットワークでは、共通の宛先を有する進入ネットワークトラフィックは、バーストに形成され、バーストは、バースト及びその中に含まれるトラフィックを宛先で取得できるように、正しい波長において送信される。

そのようなネットワークでは、宛先から最も遠い上流のロケーションが、その宛先に対する無競合のアクセスを有し、より近くの送信元をブロックし得るので、本質的な不公平が生じる。不公平が生じるのは、２つの送信元が、同じ波長においてバーストを追加（ａｄｄ（「アド」ともいう））して、それらのバーストが、光ファイバリング内の同じ位置に出現するようにはできないからである。これが発生したとすると、両方のバーストが破損され、それらの中に含まれる情報が失われる。これが発生するのを防ぐため、より近くのノードは、上流ノードと同時に送信しないことを保証しなければならない。明確にしておくと、「最も遠い」及び「より近い」という表現は、地理的な距離には関係しない。これらの表現は、一方向リングのトポロジにおけるノード位置について言及している。最も遠いノードは、宛先ノードから最も上流の地点でリングに接続するノードである。最も近いノードは、宛先ノードに隣接するノードである。この問題を日常的な事柄でたとえると、進入路から環状道路に入ろうとする自動車は、すでに環状道路を走っている自動車によって妨害されることがあり得る。

リング内のノード間の光ファイバスパンにおいて、各波長は、他の波長に干渉することができないが、２つの送信機が、同時に同じ波長において光ファイバスパン上に光バーストを乗せた場合、それらは、干渉し合い、破損されて、受信機において受信されることができない。これは、「衝突」と呼ばれるが、これらのバーストは、受信されず、失われたデータは、再送しなければならないので、衝突の発生は、回避されなければならない。衝突を回避するため、各ノードは、他のノードからのバーストによって占有されていない波長上にだけバーストを追加しなければならないが、これは、２つのノードが１つの宛先にバーストを送信したい場合に、同時に送信できないといった、競合をもたらす。

ネットワークは、データを破損する波長衝突を回避するために、どの時点においても、ネットワーク上のただ１つのノードだけしか同じ波長を追加できないことを要求する。波長衝突回避方式が、Ｉｎｔｕｎｅ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ Ｌｉｍｉｔｅｄに譲渡された、欧州特許第１７５９５５８号において開示されている。この衝突回避方式は、ネットワーク内の各ノードが、ネットワーク内で現在使用されている波長を監視することを可能にする。ノードにおいて、制御ユニットが、ネットワーク内のすべての波長送信データを継続的に監視し、その後、制御ユニットは、ネットワーク上でのアクセスのためにどの波長が利用可能であるかを決定し、ネットワーク上での送信のために追加波長を選択して、アクセスを可能にすることができる。各ノードは、ネットワーク上の他のノードと非同期的に動作するので、この機能は、各ノードが、中央制御を必要とせずに、独立に動作し、独立に利用可能な波長を監視できることを意味する。その後、受信ノードは、受信ノードにデータを送信しようと試みているすべてのノードに、メッセージングチャネル波長を使用して、バックオフ（ｂａｃｋ−ｏｆｆ）又はプッシュバック（ｐｕｓｈ−ｂａｃｋ）信号を送信する。このバックオフ信号は、データを送信しようと試みているすべてのノードによって受信され、その後、これらのノードの各々は、その受信ノードにデータを送信しようと試みている時間を、公平アルゴリズムを用いて短縮する。例えば、ノードは、５０％だけバックオフすることができるが、これは、ノードが、以前にその波長へのアクセスを試みていた時間の５０％だけ、同じことを試みるだけであることを意味する。この公平手法が有する問題は、それが、リング型ネットワーク内で帯域幅又は波長を使用するための効率的な方法ではないことである。このメカニズムは、それが調整された制御に依存する点で、すなわち、公平を達成するためには、送信元が受信機からプッシュバックメッセージを受信しなければならない点で、より複雑でもある。

バーストモード光リング型ネットワークのための波長アクセス制御の他のメカニズムは、同期光バーストモードリング型ネットワークにおけるタイムスロット化アクセスのスケジューリングを含む。「スロット化リング」の場合、リング上のすべてのノードは、厳しく同期が取れている必要がある。その場合、時間間隔は、各波長のためのスロットに分割され、集中スケジューラが、波長の特定のスロットへのアクセスを各ノードに割り当てる。スケジューリングは、分散型とすることができるが、すべてのノードは、正確に同じ決定を下す必要があり、したがって、スケジューリングは、依然として、グローバル通信と、集中バージョンにおいて行われるのと同じ、各ノードにおけるスケジューリング動作とを必要とする。波長アクセス制御のこの方法は、リング全体における同期を維持することと、アクセスをスケジュールすることの両方において、非常に複雑である。

したがって、同期、分散された情報、又は複雑なスケジューリング動作を必要としない、公平方式による、リング全体における波長アクセス制御を提供する必要がある。

欧州特許第１７５９５５８号

本発明によれば、添付の特許請求の範囲において提示されるような、各ノードが波長をドロップ及び追加できる複数のノードをネットワークリング上に含む、バースト送信光ファイバ波長ルーティングリング型ネットワーク（ｂｕｒｓｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｒｅ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｒｏｕｔｅｄ ｒｉｎｇ ｎｅｔｗｏｒｋ）及び方法が提供される。ネットワークは、スケジューリング間隔として知られる時間間隔中にリング上において各ノードからバースト送信モードでアクセスされる波長を制御又は管理するための制御手段を有する。本発明は、スケジューリング間隔にわたる複数のギャップ間隔を生成するための乱数発生器を提供し、ギャップ間隔は、リング型ネットワークにおいて帯域幅への公平なアクセス及び公平な待ち時間を達成するために、異なるノードからの波長については、前記ギャップ内で波長を送信することを可能にする。

本発明は、バースト光ネットワーク上のトラフィックフローの待ち時間を均一化し、トラフィックフローについてのスループット保証を提供するための手段である。

いずれのネットワークも、ネットワークのトポロジに起因する優先権をもつことができる優先的ルートを有する。トポロジは、達成された接続性の配置によって定義される。本発明は、ネットワークを介する異なるルートについての待ち時間の公平性を可能にするための手段を提供し、ランダムギャップ生成器の使用によって、スループットの公平性も維持する。本発明は、スケジューリング間隔全体にランダムに拡散するようにランダムギャップを割り当てて、異なる送信元がギャップ内で送信することを可能にすることにより、リングへのバーストアクセスを制御可能な方式でランダムにスケジュールすることによって、光ファイババーストモードリング型ネットワーク全体において、帯域幅への公平なアクセス及び公平な待ち時間を達成する。これは、公平性を保証するばかりでなく、データを動的に送信できるスケジューリング期間全体が利用されるので、遅延変動を低減して、ネットワークの総待ち時間を改善する。本発明の別の利点は、いかなる送信元も、他のいかなる送信元又は受信機と調整を行う必要がないことである。

一実施形態では、前記乱数発生器は、波長における前記ギャップの挿入及びサイズを、バーストを終了させ、決められた時間にわたって同じ波長におけるさらなる送信を阻止することによって制御する。

一実施形態では、乱数発生器は、スケジューリング間隔にわたってギャップをランダムに挿入することによって、どのような割り当てにも適合するように、バーストデータサイズ及びギャップサイズを制御するように構成される。

一実施形態では、ランダムギャップ生成器が、各ノードにおいて提供され、各生成器は、ネットワーク内の２つの異なるノードが、各スケジューリング間隔中、どの波長についても同じランダムギャップパターンを決して有することがないように、互いに異なる設定がなされる（ｏｆｆ−ｓｅｔ）。

一実施形態では、前記制御手段は、すべての波長において現在のデータアクティビティを追跡し、同じ波長における上流ノードによる送信を考え合わせて、ギャップ挿入パターンを動的に調整する。

一実施形態では、ランダムギャップ生成器は、リング内の各ノードからのバーストの送信に、疑似ランダム的に様々なサイズのギャップを挿入する。

一実施形態では、データバーストのサイズは、病的（ｐａｔｈｏｌｏｇｉｃａｌ）なトラフィックパターンが一様ランダムなパターンで置き換えられることを保証するために、前記ランダムギャップ生成器によって変調される。

一実施形態では、リング上の送信元−宛先ノードペア毎に２つの乱数発生器が提供され、第１の乱数発生器は、データバーストサイズ用であり、第２の乱数発生器は、ギャップサイズ用である。

一実施形態では、スケジューリング間隔は、疑似ランダムバイナリシーケンス（ｐｓｅｕｄｏ−ｒａｎｄｏｍ ｂｉｎａｒｙ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）の少なくとも１つのＰＲＢＳサイクルを完了するのに要する時間である。

一実施形態では、第１の乱数発生器は、データ用の第１のＰＲＢＳシーケンスを生成し、第２の乱数発生器は、ギャップサイズ用の第２のＰＲＢＳシーケンスを生成する。

一実施形態では、線形帰還シフトレジスタ（Ｌｉｎｅａｒ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｓｈｉｆｔ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）が、ＰＲＢＳ−８ビットパターンを生成し、それが、各ノードを出発する各バーストストリームのデータ／ギャップサイズを生成するために使用される。

一実施形態では、ＰＲＢＳ−８ビットパターンは、モジュレータを生成するために、１組の閾値と比較され、その後、モジュレータは、必要なデータ／ギャップサイズを生成するために、平均ブロックサイズパラメータに加算される。

一実施形態では、スケジューリング間隔毎にＰＲＢＳシーケンスを変化させるための手段が提供される。

一実施形態では、各ノードにおけるＲＧＩが異なるデータＰＲＢＳシード及びギャップＰＲＢＳシードを有することを保証することによって、２つの送信元がデータサイズ及びギャップサイズの同じ組み合わせシーケンスを出力しないことを保証するための手段が提供される。

一実施形態では、当該ノードによってドロップされるのに必要な波長を選択し、その波長においてバーストを送信することによって、任意のノードが任意の他のノードにデータを送信できるように、ノードの各々は、任意の波長において光のバーストを追加することができ、ただ１つの特定の波長をドロップする。

一実施形態では、前記バーストは、光ファイバリング上に追加され、その波長をドロップするように構成された宛先ノードにおいてドロップされる。

一実施形態では、スケジューリング間隔にわたって割り当てを提供するための手段であって、ノードにおいて、上流データによって妨げられるデータについての下流ノードの挙動を、データを送信するのに利用可能なスケジューリング間隔内のギャップを使用して補償するように構成される手段が提供される。ノードにおいて、データがブロックされた場合、前記手段は、割り当て及びランダムギャップ利用可能性を、次の利用可能なギャップまで持ち越すことができる。

一実施形態では、割り当ての前記持ち越しは、次のスケジューリング間隔まで割り当てを持ち越すことを含むことができる。

一実施形態では、乱数発生器は、スケジューリング間隔全体にわたって挿入されるデータ及びギャップの拡散が疑似ランダムとなるように、間隔内に決定論的な量のデータ及びギャップが生成されることを可能にする。

一実施形態では、リング型ネットワーク内の異なるノードにおけるスケジューリング間隔は、互いに同期している。

一実施形態では、リング型ネットワーク内の異なるノードにおけるスケジューリング間隔は、互いに非同期である。

一実施形態では、ネットワークにおける少なくとも１つのノードの波長アクセスを改善するために、当該送信元において波長を求める要求が間隔の終了時に依然として存在する場合、１つのスケジューリング間隔から次のスケジューリング間隔に未使用の波長割り当てを持ち越すことができる。

一実施形態では、スケジューリング間隔内では、データの挿入はランダムであり、間隔全体では、ギャップに対するデータの比が常に所望の帯域幅割り当てに等しくなるように、完全に決定論的である。

一実施形態では、スケジューリング間隔におけるギャップに対するデータの比が、所望の帯域幅の量となるように、間隔におけるデータ量及びギャップ量が、異なるように設定される。

別の実施形態では、ギャップが大量に必要とされ、データは少量しか必要とされない場合、間隔をより小さなセグメントに分割し、各間隔内に少なくとも１つのデータバーストが存在することを保証することによって、ランダム性を変化させて、スケジューリング間隔におけるランダム性をより一様にすることができる。これは、間隔全体の代わりに、間隔の小区画にジッタを縮小する。

上で説明した方式など、他の方式は、要求された異なる量の帯域幅に応じて、待ち時間及び経時的なジッタを変化させるように、考案することができ、これは、本質的には、すべてのノードにわたってギャップを非同期に保ちながら、ギャップの生成のランダムプロファイルを調整することである。これは、例えば、相互相関性は低いが、定められた時間間隔にわたって、データを均一又はほぼ均一に分布させる、ランダムなシーケンスを使用することによって行うことができる。

本発明の別の実施形態では、光ファイバネットワークに適した制御システムが提供され、前記制御システムは、スケジューリング間隔中にネットワーク上において２つ以上のノードの間でバースト送信モードにより送信される波長を制御するための手段を備え、前記制御手段は、スケジューリング間隔にわたって拡散する複数のランダムギャップ間隔を生成するための乱数発生器を備え、前記ギャップ間隔は、ネットワークにおいて帯域幅への公平なアクセス及び公平な待ち時間を達成するために、異なるノードからの波長については、前記ギャップ内で波長を送信することを可能にする。

公平な待ち時間は、当該波長にアクセスする別の上流ロケーションに待ち時間を注入することによって達成されることが理解されよう。すなわち、波長に無競合でアクセスできる上流ノードは、同じ波長にアクセスしようとして競合する下流ノードの平均待ち時間に等しい、上流ノードの平均待ち時間をもたらすギャップの挿入によって制約される。

本発明の原理は、リング上の相対的な位置とは無関係に送信元と宛先の間で帯域幅の異なる比を保証できるように、リング帯域幅への加重公平（ｗｅｉｇｈｔｅｄ ｆａｉｒ）なアクセスを提供することにも拡張することができる。

本発明のさらなる実施形態では、各ノードが波長をドロップ及び追加できる複数のノードをネットワークリング上に備えるバースト送信光ファイバ波長ルーティングリング型ネットワークのための方法が提供され、前記方法は、
スケジューリング間隔中にネットワークリング上において各ノードからバースト送信モードで送信される波長を制御するステップと、
スケジューリング間隔にわたって拡散する複数のランダムギャップ間隔を生成するステップであって、前記ギャップ間隔は、リング型ネットワークにおいて帯域幅への公平なアクセス及び公平な待ち時間を達成するために、異なるノードからの波長については、前記ギャップ内で波長を送信することを可能にする、ステップと、を含む。

記録媒体上、キャリア信号上、又はリードオンリメモリ上に具現できるコンピュータプログラムに、上記方法を実施させるためのプログラム命令を含む、コンピュータプログラムも提供される。

本発明は、添付の図面を参照しながら、もっぱら例を用いて行われる、本発明の実施形態についての以下の説明からより明瞭に理解されよう。

典型的な光リング型ネットワークを示す図である。 光リング型ネットワーク内のノードの簡略図である。 異なるノードに対する光リングにおける帯域幅割り当てのテーブルを示す図である。 スケジューリング間隔における光波長上の光バーストを示す図である。 ノード４が割り当てテーブルを完全に達成できない場合の、２つの波長上の光バーストを示す図である。 ノード４が割り当てテーブルを完全に達成できた場合の、２つの波長上の光バーストを示す図である。 送信元バースト発生器において利用されるＲＧＩ制御メカニズムのブロック図である。 ＰＲＢＳを使用するスケジューリング間隔についての制御のフローチャートである。

光ファイバリング型ネットワークの一例が、図１に示されており、［１０１］は、光ファイバケーブルのスパンによって接続された複数のノード［１０２］を有する、光ファイバリング型ネットワークを示している。ノードの各々は、［１０３］として示されるように、任意の波長においてバースト光を追加することができ、［１０４］として示されるように、ただ１つの特定の波長をドロップする。これは、任意のノードが、他の任意のノードによってドロップされるのに必要な波長を選択し、その波長においてバーストを送信することによって、他の任意のノードにデータを送信できることを意味する。その場合、このバーストは、光ファイバリング上に追加され、その波長をドロップするように構成された宛先ノードにおいてドロップされる。一般に、各ノードは、異なる波長をドロップするので、波長は、ノードアドレスに対応する。

この構成では、ノード当たり１つの送信機と１つの受信機しか存在せず、本明細書の以降のセクションでは、最大送信レート及び最大受信レートとして、１０Ｇｂｉｔ／ｓのデータレートが使用される。これは、任意の送信機又は受信機の最大容量が、いずれの時間間隔においても、１０Ｇｂｉｔ／ｓであることを意味する。

図２は、図１に示されたノード［１０２］に対応するノード［２０１］の簡略図を示している。示されるように、光ファイバ［２０２］が、入力及び出力に接続される。ドロップフィルタ［２０３］は、特定の波長を受信機［２０４］にドロップするために使用することができ、他のすべての波長が、ノードを通過して下流ノードに進むことを可能にする。波長可変フィルタ又は波長選択スイッチなど、波長をドロップするための他の構成も可能であることが理解されよう。送信機［２０５］は、レーザ及び変調器を用いて、バーストを生成し、レーザは、バーストのために必要とされる波長において光学的光を発生させ、変調器は、データパターン（典型的には１及び０）を光波に与える。これは、アドカプラ（ａｄｄ ｃｏｕｐｌｅｒ）［２０６］を用いて、光ファイバスルーパス（ｆｉｂｒｅ ｏｐｔｉｃ ｔｈｒｏｕｇｈ ｐａｔｈ）［２０２］と合成され、アドカプラ［２０６］は、ノード［２０１］からの出力のために、両方の信号をある比率で合成する。ファイバ上で現在どの波長がアクティブであるかを決定するために、キャリアセンスユニット（ｃａｒｒｉｅｒ ｓｅｎｓｅ ｕｎｉｔ）［２０７］が使用される。これは、以下でより詳細に説明される本発明による衝突回避方式において使用される。

図３は、例示的な割り当てテーブルを示しており、リング全体における要求のリストを処理して、リングにおいて許容可能な１組の割り当てを提供することができる。テーブル内に示される値は、送信時間の比率であり、テーブル内のどのエントリも、送信元（列）が宛先（行）に送信できる、間隔内の時間の比率を表している。各送信機及び各受信機の容量は、１０Ｇｂｉｔ／ｓに制限されるので、各行及び各列は、合計で１０Ｇｂｉｔ／ｓになるか、又は１０Ｇｂｉｔ／ｓの１００％未満にならなければならない。これは、二重確率行列（ｄｏｕｂｌｙ ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ ｍａｔｒｉｘ）又は二重サブ確率行列（ｄｏｕｂｌｙ ｓｕｂ ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ ｍａｔｒｉｘ）として定義され、すなわち、

であり、ここで、ｒ_ｉ，ｊは、送信元ノードｉから宛先ノードｊに向かう場合の帯域幅割り当て比であり、Ｎは、リング内の波長（ノード）の数である。

１つの波長におけるバーストパターンの一例が、図４に示されている。波長１［４０３］が、時間［４０４］との関係において示されており、ノード１における受信のために、波長１において、２つのノード［４０１］及び［４０２］からバーストが挿入されている。このパターンは、ノード３が波長１においてバーストを挿入した後、図１の観測点１［１０５］において見ることができる。バーストは、重なり合わず、ノード３は、ノード２のバーストとの衝突が発生しないように、波長１のアイドル期間中に送信する。ここで、衝突回避方式が使用される。図２に示されるキャリアセンスユニット［２０７］が使用され、キャリアセンスユニット［２０７］は、着信信号を各個別波長に分割し、各波長においてバーストが存在するかどうかを判定するために、フォトダイオードを用いて、各波長における光パワーを測定する。ノードは、波長に空きがある場合は、送信することができるが、波長に空きがない場合は、送信することができない。キャリアセンスユニットの出力はバーストを送信すべきかどうかを決定するために、ノードにおいて、各波長に対する要求及び割り当てと比較される。複数のバーストを送信できる場合、システムは、最長待ち行列、待ち行列内にいる最長時間、又は他の方法によって、優先順位を決定する。

図５は、図３に示された割り当てによって起こり得る結果を示しており、１つのノードが、他のノードが残した波長内のギャップを、自らのバーストを用いて満たそうと試みている。この例は、ノード２からのバースト［５０１］及びノード３からのバースト［５０３］がすでに存在する場合に、ノード４が波長１［５０７］及び波長２［５０８］上にバーストを追加した後の結果を示している。このパターンは、図１の観測点２［１０６］において見ることができる。ノード４がバーストを追加する前は、各波長において５０％の空き容量が存在する。ノード４は、波長１において５０％、波長２において５０％を挿入できるべきであるが、ノード３及びノード４からのバースト（及びギャップ）が整列しているので、そうすることができない。すなわち、波長１及び波長２ではスケジューリング間隔の５０％が空いているが、それらはともに、同時に発生しており、ノード４は、一度に１つの波長しか送信できないので、ノード４は、波長１において間隔の２５％を費やし、波長２において時間の２５％を費やす。これは、ノード４には波長１及び波長２の両方に対する５０％の割り当てが与えられ、それはどちらの波長の容量も超えていないが、ノード４は、実際には各波長の２５％にしかアクセスできないことを意味する。待ち行列が過負荷又は満杯である場合、ノードは、長い期間を満たす長いバーストを送出することができる。これに伴って２つの問題が生じる。第１に、他のノードも、類似のバーストをその長いバーストに整列させることがあるが、図５に示される場合と同様に、ファイバ上にバーストを乗せようと試みている下流ノードは、割り当てられた容量を達成するためには、同時に２つのバーストをファイバ上に乗せなければならないので、そうすることができない。したがって、システムは、割り当てテーブルは二重確率になっていても、ノードが所望のスループットを達成できないという点で、公平ではない。

第２に、異なるノードの待ち時間は、他のノードがリング上に乗せた大きなバーストによって影響されることがあり、異常な不公平な手段では、ローディング及びトラフィック状態によって待ち時間が影響され得るという結果をもたらす。ノード４の例では、ノード４が長い期間にわたって送信できないフェーズと、その後、多くを一緒に送信できるフェーズが存在するが、上流ノードは、トラフィックが待ち行列内に存在し、ノードが割り当てを得ているときはいつでも、送信することができる。

本発明の例示的な実施形態
図６は、先の例と同じシナリオにおける本発明の主要な態様を示している。このケースでは、上流ノードが送信すべきトラフィックを有し、割り当てを得ており、波長が空いているとしても、いくつかの期間中は上流ノードが送信を許可されないように、すべてのノードにおける送信の決定はランダム化されている。これは、図５に示された大きなバーストを複数のより小さなバーストに細分化する効果を有し、ノード３についても同様である。バーストが整列する確率は、より低くなり、ノード４は、今度はギャップを満たすことができ、５０％を超えるスループットを達成することができる。

本発明は、各送信元において使用され、バーストを終了させ、決められた時間中は同じ波長におけるさらなる送信を阻止することによって、波長におけるギャップの挿入及びギャップのサイズを制御する。したがって、本発明は、各送信元ノードにおいて、すべての波長におけるすべてのバーストのサイズ及びすべてのギャップのサイズを制御する。図３に示される例示的な割り当ての場合、ノード４が得る最悪ケースのアクセスは、図５に示されるように、５０％である。ノード２及びノード３において本発明を使用することによって、ギャップの一様ランダムな挿入が、ノード４のアクセスを７５％に高めることができる。しかし、これは、まだ公平とは見なされず、その理由は、ノード４が７５％を波長１と波長２の間で均等に分配した場合、３７．５％のアクセスは、ノード２及びノード３が獲得した５０％のアクセスよりも依然として低いからである。公平なアクセスを提供するため、ノード２及びノード３におけるアクセスは、３つのノードすべてに等しいアクセスが保証されるポイントまで引き下げられる。本発明を用いない場合、このポイントは６７％にあり、すなわち、ノード２及びノード３には、それぞれ、波長１及び波長２に対する３３％のアクセスが与えられる。これは、図５において説明されたシナリオを克服する。本発明が存在する場合、アクセスを８３％まで高めることができる。３つ以上の波長が係わる同等のシナリオの場合、本発明によって提供される利益はより大きい。波長の数がより多い場合、最悪ケースのシナリオでは、下流送信元は、５０％を超える時間にわたってブロックされることがあり、公平性を保証するアクセスにおいては、さらなる低下がもたらされる。対照的に、波長の数がより多い場合に本発明が使用されると、Ｎをシナリオにおける波長の数であるとして、下流ノードがブロックされる確率は、１／（２^Ｎ）まで低下するので、８３％を超えるアクセスを達成することができる。

ネットワークにおけるトラフィック要求は、時間とともに変化し得る。これは、図３に示される割り当ても同様に、時間とともに変化することを意味する。これに対処するため、本発明は、バーストサイズ及びギャップサイズを制御して、いずれの割り当てをも満たすように構成することができる。割り当てがｘ％になるようにプログラムされる場合、１−ｘ％のギャップが、ｘ％のバーストを分離するように、間隔にわたってランダムに挿入される。これに加えて、本発明は、すべての波長上における現在のアクティビティを追跡し、同じ波長における上流ノードによる送信を考え合わせて、ギャップ挿入パターンを動的に調整する。これは、各ノードが、他のノードが行っていることから独立であることを可能にし、すなわち、ノード２が、波長１において、競合することなく、３０％の割り当てを得ている場合、ノード２は、間隔の７０％を占めるギャップによってランダムに分離された、間隔の３０％を占めるバーストを送信する。ノード１も、波長１において、３０％の割り当てを得ている場合、ノード２は、ノード１によってブロックされる３０％の時間を監視し、釣り合いを取るために、自動的にギャップ挿入を４０％まで引き下げる。

ＲＧＩを一緒に混合するための代替手法は、波長における各送信元の帯域幅（バースト）割り当てを調整し、上流ギャップ割り当ての合計だけ各ノードのギャップ割り当てを減らすことである。第１の手法がグローバルな知識を必要としないのに対し、この手法は、すべての割り当てをすべてのノードに分配することを必要とするので、より複雑である。

ＲＧＩは、１つの送信元においてすべての割り当てを合併することができる。単一の送信元における波長当たり１つのＲＧＩインスタンスのグループは、すべてのＲＧＩインスタンスが同じ波長にアクセスする場合に行うのと同じ手法を使用して、出力パターンを合併し、すなわち、１つのＲＧＩインスタンスが送信しているとき、同じ送信元における他のすべてのＲＧＩは、ブロックされ、送信中の送信元によって使用される時間だけギャップ挿入比を自動的に低下させる。

例示的なＲＧＩメカニズムは、リング内の各ノードからのバーストの送信に、様々なサイズのギャップを疑似ランダムに挿入することによって、機能することができる。簡潔にするため、この例では、疑似ランダムという語をランダムという語で置き換えるが、２つは交換可能に使用することができる。ランダムギャップを生成するために、ＰＲＢＳ（疑似ランダムバイナリシーケンス）生成器を使用することができる。データバーストのサイズも、ＲＧＩメカニズムによって変調される。これは、病的なトラフィックパターンが、一様ランダムなパターンで置き換えられることを保証する。リング上には送信元−宛先ペア毎に２つの乱数発生器が存在し、１つはデータ（バースト）サイズ用の発生器であり、１つはギャップサイズ用の発生器である。したがって、各送信元には、宛先（波長）当たり１つのＲＧＩメカニズムが存在し、各ＲＧＩメカニズムは、２つの乱数発生器を有し、１つはギャップサイズ変調用であり、１つはデータサイズ変調用である。

システムの疑似ランダム性が原因で、異なるノードにおけるパターンに、何らかのレベルの同期が依然として発生し得る。長期にわたるいかなる同期も回避するために、データ／ギャップ挿入パターンを導き出すために使用されるシードが、各スケジューリング間隔の開始時に一度、ランダム化される。こうすることで、１つの送信元−宛先パターンが別のパターンと継続的に同期することを防止する。

間隔又はスケジューリング間隔は、１つのＰＲＢＳ（疑似ランダムバイナリシーケンス）サイクルが完了するのに要する時間である。例えば、ＰＲＢＳ−８生成器が使用される場合、１つはデータ用、１つはギャップ用の、２つの生成器が存在するならば、間隔は、（２^８−１）×２となる。

リング上の単一のフロー（送信元−宛先ペア）の送信を開始及び終了させるために、データ／ギャップメカニズムが使用される。フローは、送信するためには、０よりも大きなデータサイズを有さなければならない。バースト送信のたびに、データカウントが減らされる。送信されていないときは、ギャップカウントが減らされる。データカウントが０になった場合でも、ギャップカウントが０に達するまでは、データカウントがＲＧＩによって再び増やされることはない。その時点で、ギャップカウントも再び増やされる。これは、ＲＧＩによって決定された新しいデータサイズ毎に、少なくともギャップサイズの間は、フローも同様にオフになることを意味する。

図７は、送信元バースト生成器において利用されるＲＧＩ制御メカニズムのブロック図を示している。この送信元が送信できる波長（受信機）毎に、波長へのアクセスを制御するための、１つのＲＧＩインスタンス［７０１］が存在する。各スケジューリング間隔の開始時に、データ乱数発生器［７０２］及びギャップ乱数発生器［７０３］が各々、データサイズ生成器［７０４］及びギャップサイズ生成器［７０５］にそれぞれ渡される乱数を生成する。これらのブロックは、上で説明したデータサイズ及びギャップサイズ変調動作を実施する。バースト生成器［７０６］は、入力として、波長当たり１組のデータサイズ及びギャップサイズを、各ＲＧＩインスタンスから取得する。バースト生成器は、ＲＧＩデータサイズ、キャリアセンス［７０７］、及びデータ待ち行列サイズ［７０８］を使用して、次にどの波長上で送信すべきかを決定する。バーストが完了したとき、その波長におけるＲＧＩデータサイズが、バーストサイズだけ減らされる。このトランザクションは、他のすべての波長をブロックしていたので、他のすべてのＲＧＩのギャップサイズも、バーストサイズだけ減らされる。送信元が完全にブロックされる場合、その上で送信できるすべての波長は、キャリアセンスによって指示されるように、ビジーになるので、すべてのＲＧＩのギャップサイズが減らされる。ＲＧＩのギャップサイズが０に達したとき、データ乱数発生器及びギャップ乱数発生器は、次の乱数を提供するよう要求され、これらは、新しいデータサイズ及びギャップサイズを計算するために使用され、それらは、現在のサイズに加算される。ＰＲＢＳを使用するスケジューリング間隔に対する、ＲＧＩインスタンスにおける制御のフローが、図８に示されている。

リング上の送信元を出発する各バーストストリームのデータ／ギャップサイズを生成するために、線形帰還シフトレジスタが生成するＰＲＢＳパターンを使用することができる。例えば、ＰＲＢＳ−８シーケンスが使用される場合（タップ８、６、５、４）、モジュレータを生成するために、ＰＲＢＳ−８の８ビット数が１組の閾値と比較される。その後、必要なデータ／ギャップサイズを生成するために、モジュレータが平均ブロックサイズパラメータに加算される。もっぱら例として、以下の設定が選択された。ブロック単位＝２μｓ、平均ブロックサイズ＝２×ブロック単位＝４μｓ、モジュレータ＝｛０，１，−１，２，−２｝。注釈：−２は、ギャップ／データサイズがスキップされることに相当する。

上記の例において閾値及び関連モジュレータを計算するための式は、以下の通りである。
ｘ％＜５０である場合、
閾値１＝ｘ×２５５、データ／ギャップモジュレータ＝０
閾値２＝閾値１＋（ｘ／２×２５５）、データモジュレータ＝−１、ギャップモジュレータ＝１
閾値３＝閾値２＋（ｘ／２×２５５）、データモジュレータ＝１、ギャップモジュレータ＝−１
上記以外は、データモジュレータ＝−２、ギャップモジュレータ＝＋２
ｘ％≧５０である場合、
閾値１＝（（１００−ｘ）×２５５）、データ／ギャップモジュレータ＝０
閾値２＝閾値１＋（（１００−ｘ）／２×２５５）、データモジュレータ＝１、ギャップモジュレータ＝−１
閾値３＝閾値２＋（（１００−ｘ）／２×２５５）、データモジュレータ＝−１、ギャップモジュレータ＝１
上記以外は、データモジュレータ＝２、ギャップモジュレータ＝−２

以下の例は、帯域幅レベルが４０％である（５０％より低い）場合に、データ／ギャップ変調がどのように選択されるかを示している。
各ノードは、宛先毎に３つの閾値を有する。
閾値１＝４０％×２５５（注釈：２５５はＰＲＢＳ８サイクル長に等しい）
閾値２＝閾値１＋（（４０％／２）×２５５）
閾値３＝閾値２＋（（４０％／２）×２５５）
データの場合
閾値１を下回るＰＲＢＳ８値、モジュレータ＝０
閾値２を下回るＰＲＢＳ８値、モジュレータ＝−１
閾値３を下回るＰＲＢＳ８値、モジュレータ＝１
上記以外は、モジュレータ＝−２
ギャップの場合
閾値１を下回るＰＲＢＳ８値、モジュレータ＝０
閾値２を下回るＰＲＢＳ８値、モジュレータ＝１
閾値３を下回るＰＲＢＳ８値、モジュレータ＝−１
上記以外は、モジュレータ＝＋２

以下の例は、帯域幅レベルが７０％である（５０％より高い）場合に、データ／ギャップ変調がどのように選択されるかを示している。
各ノードは、宛先毎に３つの閾値を有する。
閾値１＝３０％×２５５
閾値２＝閾値１＋（（３０％／２）×２５５）
閾値３＝閾値２＋（（３０％／２）×２５５）
データの場合
閾値１を下回るＰＲＢＳ８値、モジュレータ＝０
閾値２を下回るＰＲＢＳ８値、モジュレータ＝１
閾値３を下回るＰＲＢＳ８値、モジュレータ＝−１
上記以外は、モジュレータ＝＋２
ギャップの場合
閾値１を下回るＰＲＢＳ８値、モジュレータ＝０
閾値２を下回るＰＲＢＳ８値、モジュレータ＝−１
閾値３を下回るＰＲＢＳ８値、モジュレータ＝１
上記以外は、モジュレータ＝−２

ギャップサイズが０である場合、データのための次のＰＲＢＳ−８値を使用して、閾値と比較し、モジュレータを計算する。このモジュレータは、変調されたブロックサイズを生成するために、平均ブロックサイズ（上記によれば２）に加算される。変調されたブロックサイズは、ブロック単位サイズ（２μｓ）を乗算される。その結果である新しいデータサイズが、現在のデータカウントに加算される。同じプロセスが、ギャップサイズのＰＲＢＳ生成器及び閾値パラメータを使用して、ギャップサイズについても同時に実施される。

ＰＲＢＳ−８パターンは、最大２５５の反復しないサイクルのシーケンス（ａ ｍａｘｉｍｕｍ ２５５ ｎｏｎ−ｒｅｐｅａｔｉｎｇ ｃｙｃｌｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）を生成する。最大サイクルは、すべての要素が一度アクセスされ、各サイクルにおいてただ一度だけ必要なランダム一様なパターンを提供することを保証する。これは、サイクルがどこから開始するかにも無関係である。

スケジューリング間隔が完了した場合、リング全体における各ＲＧＩメカニズムが、間隔毎に位置を変化させ続けることを保証するために、ＰＲＢＳ−８シードは、新しい開始値を取るように強制される。スケジューリング間隔は、ＰＲＢＳ−８シードが間隔の開始時における最初のシード値に戻った場合に完了する。

本発明の文脈では、「公平」とは、帯域幅へのアクセスを求めるすべての要求に対して、スケジューリング間隔中のアクセスがネットワーク全体で等しく提供されるという点で、ネットワーク内のどのパス又はノードも、別のパス又はノードよりも優先的な扱いを受けないことを意味する。

図面を参照して説明された本発明の実施形態は、コンピュータ装置、及び／又はコンピュータ装置内で実行されるプロセスを含む。しかし、本発明はまた、コンピュータプログラムにまで、特に本発明を実施するように構成された、キャリア上又はキャリア内に格納されたコンピュータプログラムにまで拡張される。プログラムは、ソースコード、オブジェクトコード、又は部分的にコンパイルされた形式、若しくは本発明による方法を実施する際に使用するのに適した他の任意の形式など、中間的なソースコード及びオブジェクトコードの形式を取ることができる。一実施形態では、ソースコードは、ＦＰＧＡデバイスをプログラムするために使用できる、ＲＴＬコードである。キャリアは、例えばＣＤ ＲＯＭなどのＲＯＭ、又は例えばフレキシブルディスク若しくはハードディスクなどの磁気記録媒体などの、記憶媒体を含むことができる。キャリアは、電気ケーブル若しくは光ケーブルを介して、又は無線若しくは他の手段によって送信できる、電気信号又は光信号とすることができる。本明細書では、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ、ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「含まれる（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ）」という語、又はその任意の変形と、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ、ｉｎｃｌｕｄｅｓ、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「含まれる（ｉｎｃｌｕｄｅｄ）」という語又はその任意の変形とは、完全に交換可能であると見なされ、それらにはすべて、可能な限り最も広い解釈が与えられ、その逆も同様である。本発明は、上で説明した実施形態に限定されず、構成及び細部の両面で変化させることができる。

Claims (27)

1. バースト送信光ファイバ波長ルーティングリング型ネットワークであって、
   各ノードが波長をドロップ及び追加できる、ネットワークリング上の複数のノードと、
   スケジューリング間隔中に前記ネットワークリング上において各ノードからバースト送信モードで送信される前記波長を制御するための制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段が、前記スケジューリング間隔にわたって拡散する複数のギャップ間隔を生成するための乱数発生器、を備え、
   前記ギャップ間隔は、前記リング型ネットワークにおいて帯域幅への公平なアクセス及び／又は公平な待ち時間を達成するために、異なるノードからの波長については、前記ギャップ内で波長を送信することを可能にする、
   バースト送信光ファイバ波長ルーティングリング型ネットワーク。
2. 前記乱数発生器が、波長における前記ギャップの挿入及びサイズを、バーストを終了させ、決められた時間にわたって同じ波長におけるさらなる送信を阻止することによって制御する、請求項１に記載のネットワーク。
3. 前記乱数発生器が、前記スケジューリング間隔にわたってギャップをランダムに挿入することによって、どのような割り当てにも適合するように、バーストデータサイズ及びギャップサイズを制御するように構成される、請求項１又は２に記載のネットワーク。
4. 各ノードがランダムギャップ生成器を備え、各ランダムギャップ生成器は、前記ネットワーク内の２つの異なるノードが、各スケジューリング間隔中、どの波長についても同じランダムデータ／ギャップパターンを決して有さないように、互いに異なる設定がなされる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のネットワーク。
5. 前記制御手段が、すべての波長において現在のデータアクティビティを追跡し、同じ波長における上流ノードによる送信を考え合わせて、ギャップ挿入パターンを動的に調整する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のネットワーク。
6. ランダムギャップ生成器が、前記リング内の各ノードからのバーストの送信に、疑似ランダム的に様々なサイズのギャップを挿入する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のネットワーク。
7. データバーストのサイズが、病的なトラフィックパターンが一様ランダムなパターンで置き換えられることを保証するために、前記ランダムギャップ生成器によって変調される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のネットワーク。
8. 前記リング上の送信元−宛先ノードペア毎に、２つの乱数発生器が設けられ、これらのうち第１の乱数発生器が、データバーストサイズ用であり、第２の乱数発生器が、ギャップサイズ用である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のネットワーク。
9. 前記スケジューリング間隔が、疑似ランダムバイナリシーケンスの少なくとも１つのＰＲＢＳサイクルを完了するのに要する時間である、請求項８に記載のネットワーク。
10. 前記第１の乱数発生器が、データ用の第１のＰＲＢＳシーケンスを生成し、前記第２の乱数発生器が、ギャップサイズ用の第２のＰＲＢＳシーケンスを生成する、請求項８に記載のネットワーク。
11. スケジューリング間隔毎にＰＲＢＳシーケンスを変化させるための手段を備える、請求項８〜１０のいずれか一項に記載のネットワーク。
12. 線形帰還シフトレジスタが、ＰＲＢＳ−８パターンを生成し、それが、各ノードを出発した各バーストストリームの前記データ／ギャップサイズを生成するために使用される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のネットワーク。
13. 前記ＰＲＢＳ−８ ８ビットパターンが、モジュレータを生成するために、１組の閾値と比較され、その後、前記モジュレータが、必要なデータ／ギャップサイズを生成するために、平均ブロックサイズパラメータに加算される、請求項１２に記載のネットワーク。
14. 当該ノードによってドロップされるのに必要な波長を選択し、その波長においてバーストを送信することによって、任意のノードが任意の他のノードにデータを送信できるように、前記ノードの各々は、任意の波長において光のバーストを追加することができ、ただ１つの特定の波長をドロップする、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のネットワーク。
15. 前記バーストが、光ファイバリング上に追加され、その波長をドロップするように構成された宛先ノードにおいてドロップされる、請求項１４に記載のネットワーク。
16. スケジューリング間隔にわたって割り当てを提供するための手段であって、ノードにおいて、上流データによって妨げられるデータについての下流ノードの挙動を、データを送信するのに利用可能な前記スケジューリング間隔内のギャップを使用して補償するように構成される手段を備える、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のネットワーク。
17. 前記ノードにおいて、データがブロックされた場合、前記手段が、割り当て及びランダムギャップ利用可能性を、次の利用可能なギャップまで持ち越す、請求項１６に記載のネットワーク。
18. 前記ネットワークにおける少なくとも１つのノードの波長アクセスを改善するために、送信元において波長を求める要求が間隔の終了時に依然として存在する場合、１つのスケジューリング間隔から次のスケジューリング間隔に未使用の割り当てを持ち越すことができる、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のネットワーク。
19. 前記乱数発生器が、スケジューリング間隔全体にわたって挿入されるデータ及びギャップの拡散が疑似ランダムとなるように、前記間隔内に決定論的な量の前記データ及びギャップが生成されることを可能にする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のネットワーク。
20. スケジューリング間隔内では、データの挿入はランダムであり、間隔全体では、ギャップに対するデータの比が常に所望の帯域幅割り当てに等しくなるように、完全に決定論的である、請求項１〜１９のいずれか一項に記載のネットワーク。
21. スケジューリング間隔におけるギャップに対するデータの比が、所望の帯域幅の量となるように、前記間隔におけるデータ量及びギャップ量が、異なるように設定される、請求項１〜１９のいずれか一項に記載のネットワーク。
22. 前記リング型ネットワーク内の異なるノードにおける前記スケジューリング間隔が、互いに同期している、請求項１〜２１のいずれか一項に記載のネットワーク。
23. 前記リング型ネットワーク内の異なるノードにおける前記スケジューリング間隔が、互いに非同期である、請求項１〜２２のいずれか一項に記載のネットワーク。
24. 光ファイバネットワークに適した制御システムであって、
    前記制御システムが、スケジューリング間隔中に前記ネットワーク上において２つ以上のノードの間でバースト送信モードにより送信される波長を制御するための制御手段、を備え、
    前記制御手段が、前記スケジューリング間隔にわたって拡散する複数のランダムギャップ間隔を生成するための乱数発生器、を備え、
    前記ギャップ間隔は、前記ネットワークにおいて帯域幅への公平なアクセス及び公平な待ち時間を達成するために、異なるノードからの波長については、前記ギャップ内で波長を送信することを可能にする、
    当該制御システム。
25. 複数のノードがネットワークリング上に存在し、各ノードが波長をドロップ及び追加できるバースト送信光ファイバ波長ルーティングリング型ネットワーク、のための方法であって、
    スケジューリング間隔中に前記ネットワークリング上において各ノードからバースト送信モードで送信される前記波長を制御するステップと、
    前記スケジューリング間隔にわたって拡散する複数のランダムギャップ間隔を生成するステップであって、前記ギャップ間隔は、前記リング型ネットワークにおいて帯域幅への公平なアクセス及び公平な待ち時間を達成するために、異なるノードからの波長については、前記ギャップ内で波長を送信することを可能にする、当該ステップと、
    を備える、当該方法。
26. コンピュータに請求項２５に記載の方法を実行させるためのプログラム命令、を含むコンピュータプログラム。
27. 記録媒体上、キャリア信号上、又は、リードオンリメモリ上に、具現される、請求項２６に記載のコンピュータプログラム。

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