JP2015015558A

JP2015015558A - 光伝送システム

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Publication number: JP2015015558A
Application number: JP2013140332A
Authority: JP
Inventors: 聡太吉田; Sota Yoshida; 仁美伊藤; Hitomi Ito
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2015-01-22
Anticipated expiration: 2033-07-04
Also published as: JP6192388B2

Abstract

【課題】光伝送の多方路化で各シェルフのＳＶのシェルフ間通信負荷が増大し、上位シェルフのＳＶが下位シェルフのＳＶと接続するツリー構成では上位シェルフになるほどＳＶの処理負荷が高くなり、多量のデータ送受信時は管理装置との警報通知や制御要求処理が迅速に行われず、一定周期でのパッケージの監視処理も実行されない。
【解決手段】ＳＶにシェルフ間メッセージの送受信を処理するそれぞれの送受信タスクを持ち、シェルフ間通信時に送受信タスクは受信メッセージ数及び送信メッセージ数をカウントし、一定値になると動作を止め、他のタスクに権限を渡す構成とすることで、シェルフ間通信負荷が高い場合にも優先度の低いメッセージ処理を遅らせ、優先度の高い警報通知や制御メッセージを確実に処理する。
【選択図】図４

Description

この発明は複数のシェルフからなるマルチシェルフ構成をとる光伝送システムに関するものである。

ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）伝送を適用した光ネットワークの高信頼化及び耐障害性向上のために、光アドドロップ多重ノード（ＲＯＡＤＭ：Reconfigurable Optical add／Drop）や光クロスコネクト（ＯＸＣ：Optical CrossConnect）等の光伝送ノードの多方路化が進められている。

図１に光伝送ノードの構成例を示す。光伝送システムにおいて、シェルフとは複数のパッケージを一まとまりとした管理単位であり、光伝送ノードは通常複数のシェルフからなるマルチシェルフ構成をとる。シェルフ内監視制御を行う監視ユニットＳＶ(Supervisory、以下単にＳＶと称す)はＣＰＵ(Central Processing Unit）を具備し、例えばクライアント装置からの信号を収容するインタフェースカードなどのシェルフ内の各種パッケージの監視制御を行う。またＳＶはネットワークインタフェースを具備し、ＤＣＮ（Data Communication Network）を介してネットワーク管理装置(以下単に管理装置と称す)１００と接続される。管理装置１００と接続されたＳＶは、管理装置１００からの光伝送ノードへの設定情報の受信及びノード内パッケージの警報及びイベント情報などを管理装置１００に通知する。また各シェルフのＳＶと管理装置１００と接続されるＳＶとの間で監視制御情報の送受を可能とするために、各シェルフのＳＶはＬ２レベルのパケット転送を提供するＨＵＢカードで接続される。

特願２０１０−０２８３９４号公報

多方路化により１ノードあたりに実装可能なインタフェースカードの枚数が増える、これにより１ノードあたりのシェルフ数も増え、各シェルフのＳＶのシェルフ間通信負荷が増大する。図３に示すとおり、シェルフ間通信接続構成は管理装置とのインタフェースをとるＳＶを接続の最上位として、上位シェルフのＳＶが下位シェルフのＳＶと接続するツリー構成をとる。本接続構成では上位シェルフのＳＶにいけばいくほどシェルフ間通信処理によるＣＰＵ処理負荷が高くなる。特にプログラムダウンロードやシステムデータのダウンロードなど、サイズの大きいデータの送受信が行われた場合、管理装置への警報通知や管理装置からの制御要求処理が迅速に行われないこと、また一定周期間隔でのパッケージの監視処理が実行されなくなるという問題がある。また最下位シェルフのＳＶと最上位シェルフのＳＶでＣＰＵ処理能力が異なるため、各シェルフのＳＶの共通化ができず、装置コストが増大するという問題がある。

通信データ量を削減する方法として、たとえば特許文献１に記載の発明ではネットワーク末端装置と最上位の処理サーバの間にパケットデータの情報処理が可能な分散処理ノードを複数配置し、サーバ処理を代行することで、上位のネットワークの負荷低減を可能となる。しかし図１に示す構成のように最上位サーバである管理装置でのみ処理を行う構成では適用できない。

上述した課題を解決し目的を達成するために、本発明に係る光伝送システムは、システム全体を管理する管理装置に接続されるシェルフを最上位のシェルフとして複数のシェルフをツリー構成に接続し、各シェルフは自シェルフ内を制御する監視ユニット（SV)と、クライアントを収容する複数のIFと、シェルフとの通信を提供するHUBを備え、監視ユニット（SV)はCPU,メモリ部、FPGAを含み、シェルフ間メッセージの送受信を処理するそれぞれの送受信タスクを持ち、送信タスクと受信タスクはそれぞれ、リアルタイムに処理を必要とするメッセージ処理用の高優先送信タスクと受信タスク及びリアルタイムの処理を必要としない低優先送信タスクと受信タスクを備え、シェルフ間通信時に低優先送信タスクと受信タスクは受信メッセージ数及び送信メッセージ数をカウントし、一定値になると動作を止め、他のタスクに権限を渡し、優先度の低いメッセージ処理を遅らせ、優先度の高いメッセージの処理を可能する。

この発明の光伝送システムによれば、シェルフ間通信負荷が高い場合にも優先度の低いメッセージ処理の実行を中断し優先度の高いメッセージ処理や一定周期で実行する必要のある処理を確実に実行することを可能となる。

この発明による実施の形態１における光伝送ノードの機能構成を示す図である。光伝送ノードのシェルフの構成例を示す図である。この発明による実施の形態１におけるシェルフの接続構成を示す図である。各シェルフのＳＶが具備するソフトウエアの構成例を示す図である。シェルフ間通信メッセージの構成例を示す図である。シェルフ間メッセージ送信動作の説明用の図である。シェルフ間通信メッセージ受信動作の説明用の図である。

以下に、本発明の光伝送システムにかかる光伝送ノード及びノード内通信制御方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１に実施の形態１における光伝送システムの光伝送ノードの機能構成を示す。光伝送ノードは複数のパッケージを実装するスロットを有する複数のシェルフから構成されるマルチシェルフ構成をとる。シェルフ１１０でシェルフの機能構成を説明する。なお図１ではシェルフ１１０以外にも複数シェルフを記載しているが、各シェルフの機能構成は同一である。

シェルフ１１０は、シェルフ内監視制御を行うＳＶ１１１と、複数のクライアント収容部であるＩＦ１１２−１〜ＩＦ１１２−ｎとシェルフ間通信を提供するＨＵＢ１１３で構成される。
ＳＶ１１１はＣＰＵを具備し、後述するＩＦ１１２−１〜１１２−ｎなど、シェルフに実装される各種カードの監視制御を行う。またＳＶ１１１はネットワークＩＦを具備し、ＤＣＮ１０１を介して管理装置１００と接続され、後述するシェルフ間通信を用いて、管理装置１００と各種設定制御メッセージを受信や装置内で検出した警報や定期的に収集する性能情報を管理装置１００に通知する。

ＩＦ１１２−１〜１１２−ｎは、ＩＰルーターやＬ２スイッチなどのクライアント装置と接続され、１０ＧｂＥ（１０ Gigabit Ethernet）やＧｂＥ（Gigabit Etherneｔ）などのEthernet（登録商標）やSONET／SDH（Synchronous Optical Network／Syncronouｓ Digital Hierarchy）信号などのクライアントを収容し、ＩＴＵ−Ｔで規定されているＯＴＵ（Optical Transport Unit）フレームにマッピングし、電気／光変換により波長信号に変換し、伝送路ファイバへ出力する波長変換機能を有する。逆に伝送路ファイバから入力される波長信号に対しては、上述と逆変換を行う機能を有する。

ＨＵＢ１１３はＬ２レベルのスイッチ転送を提供するカードであり、ＳＶ１１１とＨＵＢ１１３は内部ＬＡＮ（Local Area Network）１ａで接続され、またＨＵＢ１１３は外部ＬＡＮ１１４−１〜１１４−ｎで他シェルフのＳＶ（図１ではＳＶ１２１とＳＶ１３１）と接続される。これにより各シェルフのＳＶ間で監視制御メッセージの送受信が可能となる。

次にシェルフ内の具体的な構成例について説明する。図２は光伝送ノードのシェルフの構成例を示す図である。ＳＶ１１１はＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ部、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を含み、シェルフ内に実装されているＩＦ１１２−１〜１１２−ｎの設定制御を行う。またＳＶ１１１は管理装置１００と接続するためのＬＡＮポート１１ａを具備し、ＳＶ１１１はＬＡＮポート１１ａを介して管理装置１００と接続され、管理装置１００と設定制御メッセージの送受信や光伝送ノードにて検出した警報や性能情報を管理装置１００に通知する。またＳＶ１１１は他シェルフのＳＶと接続するためのシェルフ間通信用のＬＡＮポート１１ｂを具備し、ＬＡＮポート１１ｂは他シェルフのＨＵＢカードのＬＡＮポート１１ｃと接続され、ＳＶ間で上述の管理装置１００からの設定制御メッセージや警報情報や性能情報の通知の送受信を行う。

ＨＵＢカード１１３はＬａｙｅｒ２スイッチングを行うＬ２スイッチを含み、シェルフ間ＬＡＮ接続用のポート１１ｃを複数具備し、他シェルフのＳＶのシェルフ間通信用のＬＡＮポート１１ｂと接続される。またＨＵＢカード１１３は同一シェルフ内のＳＶと内部ＬＡＮ１ａで接続される。

図３は実施の形態１におけるシェルフのＳＶの接続構成を示す。シェルフのＳＶの接続構成は、管理装置１００と接続されるシェルフを最上位シェルフとし最上位シェルフのＳＶが、複数の下位シェルフのＳＶと接続するツリー構成となる。図３ではＤＣＮ１０１を介して管理装置１００と接続され、管理装置１００とインタフェースをとるＳＶ３０１が実装される最上位シェルフおいて、その下位シェルフのＳＶとしてＳＶ３０２、ＳＶ３０３、ＳＶ３０４が接続され、またＳＶ３０３が実装されるシェルフの下位シェルフとしてＳＶ３０５、ＳＶ３０６、ＳＶ３０７、ＳＶ３０８が接続され、さらに、ＳＶ３０５の下位シェルフとしてＳＶ３０９、ＳＶ３１０、ＳＶ３１１が、ＳＶ３０８の下位シェルフとしてＳＶ３１２、ＳＶ３１３、ＳＶ３１４が接続される例である。あるＳＶに接続される下位シェルフのＳＶはＨＵＢカードのシェルフ間通信用ＬＡＮポートにより決定される。

なお、図３においては、ＳＶの符号を３０１〜３１４で示したが、このＳＶは図１、図２に示されるＳＶ１１１、ＳＶ１２１、ＳＶ１３１、ＳＶ１４１、ＳＶ１５１、ＳＶ１６１、ＳＶ１７１に相当するもので、図３のＳＶ３０１は図１のＳＶ１１１に、図３のＳＶ３０２、ＳＶ３０３は図１のＳＶ１２１、ＳＶ１３１に、図３のＳＶ３０５、ＳＶ３０６は図１のＳＶ１６１、ＳＶ１７１に相当する。ここで、図３において、図１、図２と符号を変えたのは、ＳＶの上位、下位の概念を分りやすくするためである。

各シェルフのＳＶは光伝送ノード内で一意となるシェルフ番号が付与される。
管理装置１００に接続される最上位シェルフのＳＶは、光伝送ノード内のシェルフ間接続関係情報を保持する。図３において、最上位シェルフのＳＶ３０１がシェルフ間接続関係情報を保持し、シェルフの増減設が行われた際にシェルフ間接続関係情報を更新する。
また管理装置１００に接続される最上位シェルフ以外のＳＶは、自シェルフに接続される上位シェルフのシェルフ番号と自シェルフに接続される複数の下位シェルフのシェルフ番号を保持する。図３において中継シェルフのＳＶ３０５は接続される上位シェルフのＳＶに付与されているシェルフ番号が３０３であり、接続される下位シェルフのＳＶのシェルフ番号が３０９、３１０、３１１であることを記録する。

各シェルフのＳＶが具備するソフトウエアの構成を図４に示す。
シェルフ間通信を司るシェルフ間通信タスク４０１はシェルフ間通信制御タスク４０２と低優先受信タスク４０３及び高優先受信タスク４０４と低優先送信タスク４０５及び高優先送信タスク４０６の複数のサブタスクで構成される。
シェルフ間通信制御タスク４０２はシェルフ内実装パッケージを制御する装置制御タスク４２０や管理装置１００とメッセージ送受信を行う管理装置ＩＦタスク４１０とインタフェースをとるタスクである。

低優先受信タスク４０３及び高優先受信タスク４０４はシェルフ間通信メッセージの受信処理を行うタスクであり、低優先送信タスク４０５及び高優先送信タスク４０６はシェルフ間通信メッセージの生成及び送信処理を行うタスクである。
上述のように受信タスク及び送信タスクは高優先メッセージ用と低優先データ用にそれぞれ１つ設けられる。高優先メッセージ用の高優先受信タスク４０４及び高優先送信タスク４０６は装置設定制御や警報通知などリアルタイム転送が必要なメッセージの送受信を行うタスクであり、低優先メッセージ用の低優先受信タスク４０３及び低優先メッセージ用の低優先送信タスク４０５はプログラム更新データのダウンロードなどリアルタイム性を要求しない大量のデータを一度に転送するメッセージの送受信を行うタスクである。

次にシェルフ間メッセージの送受信処理を図５、図６及び図７を用いて説明する。
まず、図６によりシェルフ間メッセージ送信動作を説明する。この例はあるシェルフのＳＶがシェルフ内で検出した警報を管理装置１００に接続される最上位シェルフのＳＶ３０１へ通知する場合である。

装置制御タスク４２０はシェルフ内に実装されているＩＦカードで検出する警報情報を定期的に監視する。装置制御タスク４２０は警報を検出すると、シェルフ間通信制御タスク４０２に対してタスク間メッセージを送信する（６０１）。
タスク間メッセージを受信したシェルフ間通信制御タスク４０２は、自シェルフが管理装置１００に接続される最上位シェルフ以外であるから、ＳＶに保持されている自シェルフに接続される上位シェルフのシェルフ番号と自シェルフに接続される複数の下位シェルフのシェルフ番号をを参照し転送先シェルフを特定する。またメッセージＩＤより送信データの優先度を決定し、警報通知のようにリアルタイム転送が必要な送信データの場合は高優先送信タスク４０６に対してシェルフ間メッセージ送信要求を送信し、プログラムロードのようにリアルタイム転送が不要な送信データの場合は低優先送信タスク４０５に対してシェルフ間メッセージ送信要求を送信する（６０２又は６０３）。
この例では、シェルフ内で検出した警報を管理装置１００に接続される最上位シェルフのＳＶ３０１へ通知する場合であるから、高優先送信タスク４０６に対してシェルフ間メッセージ送信要求を送信する（６０３）。

シェルフ間メッセージ送信要求を受信した高優先送信タスク４０６は図５に示すシェルフ間通信メッセージを生成する。シェルフ間通信メッセージ内の要求元シェルフ番号は送信元シェルフのＳＶを識別するためのフィールドであり、自シェルフのＳＶに付与されているシェルフ番号を入れる。要求先シェルフ番号は宛先シェルフのＳＶを識別するためのフィールドであり、最上位シェルフのＳＶに付与されているシェルフ番号を入れる。
メッセージＩＤはまたプログラムダウンロードのようにサイズの大きいデータの場合、データを複数のメッセージに分割して他シェルフへ送信を行い、受信側では分割されたメッセージを結合させて１つのデータにする。シェルフ間通信メッセージ内の総分割数はデータを分割した時の分割総数を示し、シーケンス番号はデータを分割した時、送信順に付与したシーケンシャルな番号である。メッセージ長は送信するメッセージの長さを入れる。シェルフ間通信メッセージを生成した送信タスク４０６はＯＳ４３０の提供するソケットストリーム送信ＡＰＩをコールし、他シェルフに対してメッセージ送信を行う（６０４又は６０５）。

この時、送信タスク４０６は連続で送信したメッセージのバイト数をカウントアップする。連続して送信するメッセージバイト数が規定バイト数に到達すると、それ以上の送信は行わず、連続で送信したメッセージバイト数を０に設定し、ＯＳ４３０提供のウエイト関数をコールすることで、送信タスクはウエイト状態となる。これにより、送信タスクが一定バイト数連続してメッセージを送信すると送信タスク以外にタスクスイッチが発生し、他のタスクが動作することが可能となる。例えば、プログラムダウンロードのようにサイズの大きいデータを複数のメッセージに分割して他シェルフへ低優先送信タスク４０５で送信している場合は、高優先メッセージの送信タスク４０６、低優先受信タスク４０３、高優先受信タスク４０４や装置制御タスク４２０が動作することが可能となる。

図７を用いてシェルフ間通信メッセージ受信動作を説明する。これはあるシェルフのＳＶが他シェルフのＳＶからシェルフ間通信メッセージを受信した例である。
受信タスク（４０３又は４０４）はＯＳ４３０提供のソケットストリーム受信ＡＰＩで他シェルフのＳＶからメッセージ受信があると判断したら、タスク間通信メッセージ内のメッセージ長分のバッファをＳＶのメモリ部に獲得し、他シェルフからのシェルフ間通信メッセージをメモリ部のバッファにコピーする（７０１又は７０２）。また受信タスクは受信したメッセージをシェルフ間通信制御タスク４０２に対して送信する（７０３又は７０４）。

この時、受信タスクは連続で受信したシェルフ間通信メッセージのバイト数をカウントアップする。連続して受信したメッセージバイト数が規定バイト数に到達すると、それ以上の受信は行わず、連続で受信したメッセージバイト数を０に設定し、ＯＳ４３０提供のウエイト関数をコールすることで、受信タスクはウエイト状態となる。これにより、受信タスクが一定バイト数連続してメッセージを受信すると受信タスク以外にタスクスイッチが発生し、他のタスクが動作することが可能となる。例えば、低優先受信タスク４０３がシェルフ間通信メッセージの受信動作をしている場合、高優先又は低優先送信タスク４０６、４０５、高優先受信タスク４０４や装置制御タスク４２０が動作することが可能となる。

シェルフ間通信メッセージを受信したシェルフ間通信制御タスク４０２は、受信メッセージ内の要求先シェルフ番号を参照し、要求先シェルフ番号が自シェルフのシェルフ番号と一致する場合、メッセージＩＤを参照し該当するタスクに対してメッセージ送信を行う（７０５）。

要求先シェルフ番号が自シェルフのシェルフ番号と一致しない場合、他シェルフへのメッセージと判断し、タスク間通信メッセージを受信したシェルフ間通信制御タスク４０２は、自シェルフが管理装置１００に接続される最上位シェルフ以外である場合、ＳＶに保持されている自シェルフに接続される上位シェルフのシェルフ番号と自シェルフに接続される複数の下位シェルフのシェルフ番号を参照し転送先シェルフを特定する。そして、警報通知のようにリアルタイム転送が必要な送信データの場合は高優先送信タスク４０６に対してシェルフ間メッセージ送信要求を送信し、プログラムロードのようにリアルタイム転送が不要な送信データの場合は低優先送信タスク４０５に対してシェルフ間メッセージ送信要求を送信する（７０６又は７０７）。

シェルフ間メッセージ送信要求を受信した送信タスク（４０６又は４０５）はＯＳ４３０の提供するソケットストリーム送信ＡＰＩをコールし、他シェルフに対してメッセージ送信を行い、メッセージ送信完了後受信したシェルフ間通信メッセージのバッファを解放する（７０８又は７０９）。この時、プログラムロードのようにリアルタイム転送が不要な送信データの場合は送信を受け持つ低優先送信タスク４０５は連続で送信したメッセージのバイト数をカウントアップする。連続して送信するメッセージバイト数が規定バイト数に到達すると、それ以上の送信は行わず、連続で送信したメッセージバイト数を０に設定し、ＯＳ４３０提供のウエイト関数をコールすることで、送信タスクはウエイト状態となる。これにより、送信タスクが一定バイト数連続してメッセージを送信すると送信タスク以外にタスクスイッチが発生し、他のタスクが動作することが可能となる。例えば、高優先メッセージの送信タスク４０６や高優先又は低優先受信タスク（４０４又は４０３）、装置制御タスク４２０が動作することが可能となる。

以上のように、マルチシェルフ構成の光伝送ノードにおいて、シェルフ間通信メッセージの優先度毎に送信及び受信を行うタスクを分けて、規定のバイト数だけ連続してメッセージの送信及び受信をした際に一定時間ウエイトすることで他のタスクが動作することを保証する。これによりプログラムダウンロードのように優先度の低い大量のデータを転送しシェルフ間通信の負荷が高い場合でも、警報通知や管理装置からの設定制御メッセージ処理等の優先度の高い処理を確実に実行することが可能となる。

この発明に係る光伝送システムは、ＷＤＭ伝送を適用した光アドドロップ多重ノードや光クロスコネクト等の光伝送ノードの多方路化が進められている光ネットワークの高信頼化及び耐障害性向上のために適用される可能性が高い。

１ａ；内部ＬＡＮ、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ；ＬＡＮポート、１００；管理装置、１０１；ＤＣＮ、１１０；シェルフ、１１１、１２１、１３１、１４１、１５１、１６１、１７１；ＳＶ、１１２−１〜１１２−ｎ；ＩＦ、１１３；ＨＵＢ、１１４−１〜１１４−ｎ；外部ＬＡＮ、３０１〜３１４；ＳＶ、４０１；シェルフ間通信タスク、４０２；シェルフ間通信制御タスク、４０３；低優先受信タスク、４０４；高優先受信タスク、４０５；低優先送信タスク、４０６；高優先送信タスク、４１０；管理装置ＩＦタスク、４２０；装置制御タスク、４３０；ＯＳ。

Claims

システム全体を管理する管理装置に接続されるシェルフを最上位のシェルフとして複数のシェルフをツリー構成に接続し、各シェルフは自シェルフ内を制御する監視ユニット（ＳＶ)と、クライアントを収容する複数のＩＦと、シェルフとの通信を提供するＨＵＢを備え、監視ユニットはＣＰＵ,メモリ部、ＦＰＧＡを含み、シェルフ間メッセージの送受信を処理するそれぞれの送受信タスクを持ち、送信タスクと受信タスクはそれぞれ、リアルタイムに処理を必要とするメッセージ処理用の高優先送信タスクと受信タスク及びリアルタイムの処理を必要としない低優先送信タスクと受信タスクを備え、シェルフ間通信時に低優先送信タスクと受信タスクは受信メッセージ数及び送信メッセージ数をカウントし、一定値になると動作を止め、他のタスクに権限を渡し、優先度の低いメッセージ処理を遅らせ、優先度の高いメッセージの処理を可能することを特徴とする光伝送システム。