JP2015516701A - ソフトウェア定義光ネットワーク - Google Patents

Abstract

ソフトウェア定義（ＳＤ）光ネットワークが開示されている。ＳＤ光回線終端装置（ＯＬＴ）は、グローバルＳＤコントローラ、グローバルＳＤコントローラと接続された１または複数のＳＤ ＯＬＴドライバ、および１または複数のＳＤ ＯＬＴドライバのそれぞれと接続された基盤ハードウェアコンポーネントを含む。

Description

本発明は、「ファイバ毎のセル数が１０００超の、ソフトウェア定義異種（ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ）１００Ｇｂ／ｓモバイルバックホール」というタイトルで、２０１２年６月２１日に出願された米国仮出願６１／６６２６２７の優先権を主張し、その内容は、参照することによってここに組み込まれる。

本発明は、ソフトウェア定義光ネットワークに関し、より具体的には、ソフトウェア定義（ＳＤ）光回線終端装置（ＯＬＴ）およびソフトウェア定義（ＳＤ）光ネットワーク装置（ＯＮＵ）に関する。

アーキテクチャとサービスの異種混合化との両方が、光ネットワークの分野で拡大し続けているため、ソフトウェア定義光学（すなわち、ソフトウェアを介したオンデマンド光ハードウェアの再構築）は、ネットワークの複雑さを管理するためにますます重要なツールとなり、費用対効果が増している。これは、事業者が、全く異なるものを含むアプリケーション固有のプラットフォームのセットよりもむしろ、異種サービスのための「卸売（ホールセール）ネットワーク」をますます持ちたがっている、光アクセス／メトロ／バックホールネットワークにおいて、特に重要である。しかしながら、現在のアーキテクチャでは、中央制御管理部および遠隔エンドユーザのトランシーバの両方がサービス固有の方法で設計および実装されている。その結果として、家庭、ビジネス、およびモバイルバックホールサービスに対して、同じ高価なファイバアクセスインフラを利用することは、ハードウェアおよび管理（すなわち、サービス品質、待ち時間等）の特異性の両方のために、非常に困難になっている。また、異なるタイプのモバイルバックホールサービスおよびプロトコル（例えば、一般デジタル光ファイバ無線（ＲｏＦ）シグナリング対ＩＰベースパケット交換）の、単一の光インフラへの集約は、同様に、光トランシーバ構造および性能における差異のために、複雑になっている。光トランシーバおよびソフトウェアベース管理／制御部の両方のソフトウェア定義アップグレードは、このため、費用効率の高いハードウェアの再構成を可能にし、最終的に、光アクセス／メトロ／バックホールネットワークにおいて、異種サービスの集約を実現するために、重要な方法である。

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以前の研究では、オープンフローのような新たなソフトウェア定義光ネットワーク要素制御プロトコルは、例えば、コア光ネットワークの分野で提案されてきた。この環境において、そのようなソフトウェア定義制御の目的は、単一のネットワーク内の異なるベンダ間におけるハードウェアに関連する差異を取り除き、新たなサービスの迅速な導入とコスト効率の向上の両方を可能にする、相互運用性、集中制御管理および制御を可能にすることである。ソフトウェア定義光トランシーバ機能は、各個別のポイントツーポイントリンクのパフォーマンスを最適化するように、物理的なトランシーバのパラメータ（例えば、変調フォーマット、スペクトル幅サイズ、前方誤り訂正符号化率など）をカスタマイズする方法として、長距離コア光ネットワークにおいて検討されている。同様の原理がまた、物理トランシーバパラメータ（例えば、スペクトル占有、送信電力など）が、マルチユーザ干渉の制約を受ける、高価な無線周波数（ＲＦ）スペクトルの利用を最適化するために修正され得る、ソフトウェア定義無線システム中で提案および利用されている。しかしながら、これら全ての場合において、異種サービスの提供は、主要な目的ではなく、基盤となる物理ハードウェアは、大部分は、固定された機能と、ソフトウェアで設定可能なオプションの比較的小さなセットを有するように設計されている。その結果、運用及び制御パラメータをソフトウェアで調整することはできるけれども、同じソフトウェア定義光トランシーバおよび管理構造が異なるアプリケーションのために使用することができるような物理的および上位層の差異は克服することができない。

我々は、光トランシーバを「スマートフォン」として取り扱い、異種サービス（例えば、家庭、ビジネス、様々なモバイルバックホールのシナリオ）を、光トランシーバプラットフォーム上でソフトウェアにより設定する方法で全て実行することができる、ソフトウェア定義アプリケーションとして取り扱う。言い換えると、ソフトウェア定義管理のアプローチは、これらのハードウェア機能ブロックのうちどれが目的の機能を実行するために起動されるのかを決定するために導入されるが、一方、光トランシーバの設計は、異なるサービスに対する物理的および上位層の要求を実行するために必要なハードウェア機能を含むことが提示されている。言い換えると、各光トランシーバは、各ハードウェアブロックが、ソフトウェアでローカルに制御されるネットワーク要素として取り扱われるが、集中化した方法で、ローカルなソフトウェア定義ネットワークとなる。グローバルなソフトウェアベースコントローラ（例えば、アクセス／メトロ／モバイルバックホール（ＭＢＨ）ネットワークの本社または光回線終端装置において、）によって、ローカルソフトウェアコントローラについての操作や命令が順番に発行されている。特に、グローバルなソフトウェア定義コントローラが、リモートソフトウェア定義トランシーバが何をすべきか決定する役割を負っているのに対して、ローカルソフトウェア定義コントローラは、光トランシーバ中のハードウェア要素のローカルな制御（すなわち、有効化、無効化、スケジューリング、操作パラメータの設定など）によって、どのようにしてこれを実行させるか決定する役割を有する。

提案された解決策は、単一の光「卸売」ネットワーク上に、異種サービスを集約することを可能にする方法で、処理する機能の集中化と分散との間の魅力的なバランスを引き起こす。例えば、グローバル制御、管理およびアプリケーション特異性を集中化し、物理層の情報を分散することによって、スマートなソフトウェア定義光トランシーバの１組のセットは、特定の機能を実装するために、家庭、ビジネス、ＭＢＨ、特定の目的などのサービスのために用いられ、後天的に、オンデマンドなソフトウェアを用いて設定される。この方法では、マスマーケットボリュームとデジタル信号処理（ＤＳＰ）ベースのネットワーク／トランシーバのアップグレードのコスト効率が、ネットワークの複雑さとコストの両方を低減するために用いられる。

本発明の目的は、異種サービスを単一の光ネットワーク上に集約することを可能にする方法で、処理する機能の集中化と分散との間のバランスを達成することである。

本発明の一実施形態は、ソフトウェア定義（ＳＤ）光回線終端装置（ＯＬＴ）を含む。ＳＤ ＯＬＴは、グローバルソフトウェア定義（ＳＤ）コントローラと、グローバルＳＤコントローラに接続された１または複数のソフトウェア定義（ＳＤ）光回線終端装置（ＯＬＴ）ドライバとを含み、グローバルＳＤコントローラは、１または複数のＳＤ ＯＬＴドライバに伝送されるコマンドを発行することによって、１または複数のＳＤ ＯＬＴドライバを管理し、１または複数のＳＤ ＯＬＴドライバのそれぞれは、要求された機能を、基盤ハードウェアコンポーネント上で実装する。本発明の他の実施形態は、ソフトウェア定義（ＳＤ）光ネットワーク装置（ＯＮＵ）を含む。ＳＤ ＯＮＵは、ローカルソフトウェア定義（ＳＤ）コントローラと、ローカルＳＤコントローラに接続された１または複数のソフトウェア定義（ＳＤ）光ネットワーク装置（ＯＮＵ）ドライバと、１または複数のＳＤ ＯＮＵドライバのそれぞれと接続された基盤ハードウェアコンポーネントとを含み、ローカルＳＤコントローラは、１または複数のＳＤ ＯＮＵドライバに伝送されるコマンドを発行することによって、１または複数のＳＤ ＯＮＵドライバを管理し、１または複数のＳＤ ＯＮＵドライバのそれぞれは、要求された機能を基盤ハードウェアコンポーネント上で実装する。

また本発明の他の実施形態は、グローバルソフトウェア定義（ＳＤ）コントローラ、および１または複数のソフトウェア定義（ＳＤ）光回線終端装置（ＯＬＴ）ドライバを含むソフトウェア定義（ＳＤ）光回線終端装置（ＯＬＴ）と、ローカルソフトウェア定義(ＳＤ)コントローラおよび１または複数のソフトウェア定義（ＳＤ）光ネットワーク装置（ＯＮＵ）ドライバを含むソフトウェア定義（ＳＤ）光ネットワーク装置（ＯＮＵ）と、を有するソフトウェア定義（ＳＤ）光ネットワーク内で実行される通信方法を含む。通信方法は、１または複数のＳＤ ＯＬＴドライバおよび１または複数のＳＤ ＯＮＵドライバに伝送されるコマンドを発行することによって、１または複数のＳＤ ＯＬＴドライバおよび１または複数のＳＤ ＯＮＵドライバを管理することと、１または複数のＳＤ ＯＬＴドライバおよび１または複数のＳＤ ＯＮＵドライバのそれぞれと接続された基盤ハードウェアコンポーネント上で、要求された機能を実装することと、を含む。

異種サービスをサポートする光ネットワークプラットフォームを示している。ＯＸＣは、光クロスコネクトであり、ＲＯＡＤＭは、再構成可能な光挿入・分岐多重化装置であり、Ｅは、イーサネットスイッチであり、ＯＬＴは、光回線終端装置であり、ＢＳは、基地局である。また、ＦＴＴ（Ｂ／Ｃ／Ｈ）は、Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ （Ｂｕｓｉｎｅｓｓ／Ｃｕｒｂ／Ｈｏｍｅ）であり、ＤＳＬは、デジタル加入者線であり、ＯＮＵは、光ネットワーク装置である。 異種サービスの集約のための、提案されたソフトウェア定義光ネットワークを示している。ＳＤは、ソフトウェア定義であり、ＳＤ ＷＤＭ ＯＬＴは、ソフトウェア定義波長分割多重光回線終端装置である。 提案されたソフトウェア定義集中型光ネットワークアーキテクチャのハイレベルブロック図を示している。 ソフトウェア定義ＷＤＭ ＯＬＴ４００の詳細な処理ブロック図を示している。ＳＤはソフトウェア定義であり、Ｔｘは、トランスミッタであり、Ｏｐｔ．Ｍｏｄ．は、光変調器である。 ソフトウェア定義ＯＮＵ５００の詳細な操作ブロック図を示している。ＳＤはソフトウェア定義であり、ＯＮＵは光ネットワーク装置であり、ＴＯＦは波長可変光フィルタであり、ＰＤはフォトダイオードであり、ＡＤＣはアナログ／デジタル変換器であり、ＤＡＣはデジタル／アナログ変換器である。またＤＳＰはデジタル・シグナル・プロセッサであり、Ｒｘはレシーバであり、ＣＰＲＩは共通公共無線インタフェースであり、ＲＦは無線周波数である。 提案されたＳＤ異種ＭＢＨアーキテクチャをリアルタイムトラフィックシミュレーションと共に示している。 図６Ａの提案されたＳＤ異種ＭＢＨアーキテクチャ中の遅延を示している。 図６Ａの提案されたＳＤ異種ＭＢＨアーキテクチャ中のスループットを示している。 実験環境を示している。 図７の７０２、７０４、および７０６の位置それぞれにおける代表的な信号スペクトルを０．０１ｎｍの分解能で示している。 図７の７０２、７０４、および７０６の位置それぞれにおける代表的な信号スペクトルを０．０１ｎｍの分解能で示している。 図７の７０２、７０４、および７０６の位置それぞれにおける代表的な信号スペクトルを０．０１ｎｍの分解能で示している。 ビットエラーレート（ＢＥＲ）の結果を示している。

詳細な説明
提案されたアプローチのコンテキストを示し、その特徴を強調するために、家庭アクセス、ビジネス、およびモバイルバックホールサービスのための、光ネットワークのアーキテクチャが図１に示されている。図１に示されるように、光コアネットワーク１００からのトラフィックは、まず、一連の光ルーティングおよびスイッチングエレメント（例えば２０１、２０２、および２０３）を通って、光リングメトロネットワーク２００を横断する。ネットワークの最終セグメントにおいて、サービス固有のＯＮＵハードウェアを用いる異なるタイプのサービスを提供する必要性によって、いくつかの異なるタイプのリモート光ネットワーク装置（ＯＮＵｓ）、例えば３０１から３０５の存在が義務付けられている。また、単一の一般的なアプリケーションのコンテキスト中であっても、４＋Ｇモバイルバックホールは、例えば、スモールセル／ＩＰバックホールから一般デジタル光ファイバ無線シグナリングの範囲であり、異なるトランシーバが、異なる４＋Ｇ ＢＳサイト３０５について要求され得る。最後に、図１に示されるように、異なるアプリケーションが、ネットワーク管理を複雑にし、スケーラビリティおよびサービス集約を制限する、それぞれ異なる光ファイバのプラットフォームおよびアーキテクチャ上に存在する。

図１中のアーキテクチャの制限を克服するために、集約されたメトロ／アクセス／バックホールサービスのための、提案されたソフトウェア定義光ネットワークが図２に示されている。この場合、エンドユーザネットワークセグメント、例えば図１の２０２および２０３、と対面している、光メトロリングネットワークのルーティング／スイッチングハードウェアは、ＳＤ ＷＤＭ ＯＬＴ４００によって代替される。ＳＤ ＷＤＭ ＯＬＴ４００は、アプリケーションの特異性を抽象化し、ネットワーク管理を簡素化する、集中化した再構成可能なネットワークコントローラの役割を引き受けている。ＳＤ ＷＤＭ ＯＬＴ４００は、このため、全ての複雑な制御と、特定のアプリケーションの要求に合わせるために必要とされるスケジューリングの機能とを実行する。ＳＤ ＷＤＭ ＯＬＴ４００における集中化したＳＤ制御アプローチに起因して、ネットワークリソースの可視化およびシェアリングもまた可能になる。また、集中化したソフトウェア定義制御を波長分割多重（ＷＤＭ）と組み合わせることによって、ＳＤ ＷＤＭ ＯＬＴ４００は、必要ベースで、提案されたＳＤ ＯＮＵトランシーバ５００の拡張された機能を利用することによって、サービスを妨害しない方法で、サービスに依存した波長の割当および管理を実行することができる。ＳＤ ＯＮＵｓ５００の動作の背後にある考え方は、それらが、異なる特色（ｆｌａｖｏｒ）の新たなモバイルバックホールサービス、特定の目的／活動／データセンタのトラフィックフロー、および／または家庭アクセスのような複数の潜在的なアプリケーションをサポートするための、組み込みのハードウェア性能を有するということである。それらの機能のいずれがＳＤ ＯＮＵ５００を結局仮定に終わらせるかは、オンボードのＳＤ ＯＮＵトランシーバ自体のソフトウェア定義制御によって決定される。その結果、ＳＤ ＯＮＵ５００は、再構成可能な方法で、異なるアプリケーションを必要ベースで実行し、サポートするための、ハードウェア能力および十分な分散された知能を有するスマートデバイスとみなすことができる。提案されたＳＤ ＯＮＵｓ５００の拡張された機能は、大部分がデジタル領域であり、家庭およびモバイルＢＳ市場は大量のボリュームで動作しているため、異種サービスのために設定された共通のトランシーバを共有し、ファイバ分散ネットワーク上で動作するための能力は、コスト効率を改善し、新たなネットワークアプリケーションを迅速に導入することを可能にすることができるため、重要となり得る。

図３は、提案されたアーキテクチャを示している。図３に示されるように、アーキテクチャは、ＳＤ ＷＤＭ ＯＬＴ４００およびＳＤ ＯＮＵ５００のアーキテクチャを含み、スタンダードなシングルモードファイバ（ＳＳＭＦ）リンク４２０および受動スプリッタ４３０のような、残りのネットワーク要素は、コスト効率性に貢献する。

図４は、グローバルＳＤコントローラ４０１によって集中管理された複数の光および電子モジュールを含む、ＳＤ ＷＤＭ ＯＬＴ４００の詳細な動作原理を示している。この方法では、ＳＤ ＷＤＭ ＯＬＴ４００は、単一の物理位置に存在するソフトウェア定義ネットワークとみなされ得る。グローバルＳＤコントローラ４０１は、制御とデータプレーンとの間の一般ソフトウェア定義インタフェース（例えばオープンフロー［２］）を提供することから、複雑なリソーススケジューリングおよびサポートしている（例えば［３］の“ｍｅｔａ−ＭＡＣ”）異種システムのセットのためのタスクの管理を実行するために、様々なレベルの機能を考慮することができる。グローバルＳＤコントローラ４０１によって発行されたコマンドは、要求された機能を基盤ハードウェアコンポーネント上で実装するＳＤ ＯＬＴドライバ４０２に伝送される。この方法では、異なるサービス／アプリケーション間の異種混合性は、異なるＯＬＴトランスミッタ、例えば図４の４０３から４０６が、ＳＤ ＷＤＭ ＯＬＴ４００中にそれらの自然な形で全て共存することができるように、抽象化される。図４には、そのようなネイティブサービスのＮの共存が、一般性を失うことなく示されている。ＯＬＴトランスミッタ４０３から４０６のそれぞれからの電気信号出力が、変調された光信号がＮ個の波長候補のうちの任意の１つで実行され得るような、個々の光変調器４０７に印加される。図４に示されるように、この波長可変性は、ソフトウェア定義の方法でも達成することができる。特に、グローバルＳＤコントローラ４０１により実行される波長管理および割当は、まず、ＳＤ ＯＬＴドライバ４０２を介して、ＷＤＭレーザアレイモジュール４０８およびＮ×Ｎ波長スイッチ２０９に伝送される。ＷＤＭレーザアレイ４０８のソフトウェア定義制御は、そして波長不変性およびレーザ周波数可変性を確認することができ、Ｎ×Ｎ波長スイッチ４０９の使用は、任意の出力ポートに、与えられた波長を入力することを可能にする。この方法では、波長割当は、スケーラブルでフレキシブルな方法で実行され得る。最後に、４０７からの変調された複数の光出力は、ＷＤＭマルチプレクサ４１０を用いて組み合わされ、ＳＳＭＦリンク４２０上を送信される。

図５は、ローカルＯＮＵ側のＳＤコントローラ５０１によって集中管理されている、複数の光および電子モジュールを含むＳＤ ＯＮＵ５００の詳細な動作原理を示している。結果的に、ＳＤ ＯＮＵ５００は、単一の物理位置に存在するソフトウェア定義ネットワークとしてみなされ得る。しかしながら、グローバルＳＤコントローラ４０１と異なり、ローカルＳＤコントローラ５０１は、複雑なリソース管理を実行せず、むしろ、グローバルＳＤコントローラ４０１によって定義されたコマンドをローカルに管理および実行する役割を担っている。そうすることで、ローカルＳＤコントローラ５０１は、基盤ソフトウェア設定可能な光および電気ハードウェアの組み合わせを、サービスおよびリソース管理ターゲットセットに従って、グローバルＳＤコントローラ４０１により構成するために、ＳＤ ＯＮＵドライバ５０２と一般的なインタフェース（例えばオープンフロー）を通じて通信する。まず、４０１からの波長割当決定に応じて、ＴＯＦ５０３の波長帯域は、ローカルＳＤコントローラ５０１によって選択され、ＳＤ ＯＮＵドライバ５０２によって実行される。ＰＤ５０４による入力光信号の光検出に続いて、得られた電気信号は、ＳＤ ＯＮＵ５００がサポートするように構成されたサービスのタイプに応じて、いくつかのパスの候補のうちの１つをとることができる。この情報は、ローカルＳＤコントローラ５０１からいくつかの出力パスの候補のうちの１つを選択するために、ＳＤスイッチ５０５を構成するＳＤ ＯＮＵドライバ５０２に伝送される。図５のアーキテクチャにおいて、直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）ベースのモバイルバックホールのケースでは、例えば、５０５からの電気信号は、第２のソフトウェア定義スイッチ５１１によりＲＦアンテナ５１２に渡される前に、ＯＦＤＭＡ ＤＳＰ Ｒｘ５０９に続いて、ＡＤＣ５０６への入力となる。デジタル光ファイバ無線動作を可能にするために、他方では、ＳＤスイッチ５０５は、ＤＡＣ５０７にＰＤ５０４出力信号を渡し、ＤＡＣ出力は、第２のＳＤスイッチ５１１によって、ＲＦアンテナ５１２にルーティングされる前に、ＣＰＲＩ ＤＳＰ Ｒｘ５１０によって処理されるだろう。最後に、ＳＤスイッチ５０５をＰＤ出力において構成して電気信号を設計した特殊目的のＲｘ５０８に終端することによって、特殊目的のアプリケーションもまた、ＳＤ ＯＮＵ５００によってサポートすることができる。一般性を失くことなく、追加の出力パスがＳＤスイッチ５０５出力に追加され得ることは、特筆すべきである。さらに、ＳＤ ＯＮＵドライバ４０２はまた、ＳＤ ＯＮＵ（５００）アプリケーションのターゲットセットに応じて、光学および／または電子モジュールの異なるサブセット上、または基盤ハードウェアモジュールのフルセット上のいずれかで実装することができる。

ＯＬＴおよびＯＮＵｓ中における、ソフトウェア定義光トランシーバモジュールは、図３−５において、４００および５００でそれぞれ示される。特に、図４のＳＤ ＷＤＭ ＯＬＴモジュール４００において、解決策は、図４のＳＤ ＷＤＭ ＯＬＴトランシーバの主なハードウェアブロックを、トランシーバ自体はローカライズされたネットワークであるかのように、集中管理するためにグローバルＳＤコントローラ４０１を使用することを含む。この特徴は、適切な物理層の抽象化によって、ソフトウェア再構成可能な動作も異種サービスの共存も両方可能にする、ＳＤ ＷＤＭ ＯＬＴ（すなわち、４０３から４０７）の主な電気および光ハードウェアブロック上にインストールされたＳＤ ＯＬＴドライバ４０２によって達成される。最後に、４０１および４０２は、ＷＤＭレーザアレイと、図４の４０８および４０９の波長スイッチとに印加され、ソフトウェア定義波長トランスペアレンシーは、異なる光アクセス／バックホール／特殊目的サービスを単一のプラットフォーム上に集約するために達成され得る。同様に、ＳＤ ＯＮＵ５００において、解決策は、ローカルＳＤコントローラ５０１と、ＳＤ ＯＮＵドライバ５０２と、ＳＤスイッチ５０５および５１１とを使用することを含み、光および電子ハードウェアモジュールを、それらがローカルソフトウェア定義ネットワーク中の要素であるかのように、集中管理し、この方法において、それらをＯＮ／ＯＦＦし、それらをソフトウェアで再構成可能な、アプリケーション特有の方法で操作する。例えば、ＳＤ ＯＮＵローカルネットワークを介した入力／出力信号パスとして、５０４，５０５，５０６，５０９および５１１を選択することによって、ＳＤローカルコントローラ５０１およびＳＤドライバ５０２は、ＳＤ ＯＮＵをＯＦＤＭＡベースのモバイルバックホールトランシーバとして操作するだろう。ＳＤ ＯＮＵローカルネットワークを介した入力／出力信号パスとして、５０４，５０５，５０７，５１０および５１１を選択することによって、ＳＤローカルコントローラ５０１およびＳＤドライバ５０２は、一方、ＳＤ ＯＮＵをＣＰＲＩベースのトランシーバとして操作するだろう。この方法において、異種タイプの光バックホールトラフィックのためのソフトウェア再構成可能な動作は、同じ基盤光ハードウェアトランシーバを用いて達成される。最後に、入力信号を５０８において終端することによって、サービスサポートは、５０１および５０２によるソフトウェア定義の方法においても可能になる。この同じ一般原理は、一般性を失うことなく、他のサービスに拡張することができる。最後に、ローカルＳＤコントローラ５０１およびＳＤドライバ５０２はまた、図５中に示されるように、可変波長光フィルタ５０３のソフトウェア再構成可能な制御によって、入力信号の波長選択を可能にするために用いることができる。

機能ブロック４００および５００は、図３−５に示されるように、機能サブブロック４０１，４０２，４０８，４０９，５０１，５０２，５０５から５０７，および５１１によって可能になる。上述したように、これらの特徴は、協働して、光トランシーバがソフトウェア再構成可能なハードウェア要素のローカライズされたネットワークとして取り扱われるＯＬＴおよびＯＮＵｓの両方で、ソフトウェア定義光トランシーバアーキテクチャを可能にする。この方法において、同じ基盤トランシーバハードウェアが、光バックホール、家庭、および特殊目的（例えば、企業、データセンタなど）のアプリケーションを含む異種サービスを収容するために使用することができる。異なるサービスを単一の光ファイバプラットフォームに集約し、マスマーケットのボリュームとデジタル信号処理（ＤＳＰ）ベースのネットワーク／トランシーバのアップグレードのコスト効率とを生かすことで、フレキシブルな動作、新たなサービス／アプリケーションの迅速な導入、およびネットワークコストおよび複雑さの大幅な低減が達成され得る。

追加情報（Ａｐｐｅｎｄｉｘ）：さらなるシステム詳細

我々は、異種モバイルバックホール、一般性を持つこと、異なるＭＢＨモードにおいて動作することが可能なソフトウェア再構成可能なＯＬＴ／ＯＮＵトランシーバのための、第１のソフトウェア定義光アーキテクチャを提供する。スループット／遅延は、１００Ｇｂ／ｓの速度の利益を得、ファイバ毎１０２４ＯＮＵｓに対するサポートが確認される。

Ｉ．導入

４⁺Ｇモバイル技術の出現は、モバイルバックホール（ＭＢＨ）［１，４，５］のための光ファイバアクセスインフラを活用するために大きなインセンティブを作り出している。この点で大きな課題は、競合するシステムおよびコンポーネントレベルの要求があり、単一の光ファイバプラットフォームへのＭＢＨの集約を複雑にする、４⁺ＧＭＢＨシナリオの異種混合性である。例えば、ブロードキャストタイプの分散アンテナシステム（ＤＡＳ）または低密度２Ｇ／３Ｇバックホールのために、十分に集中化された処理が、シンプルで、低メンテナンスのリモートハードウェアを可能にするだけでなく、集中化されたリソースシェアリングとクラウド無線アクセスネットワーク（ＣＲＡＮ）のコンセプト［５］のための仮想化とを可能にする。しかしながら、この場合、デジタルＩ／Ｑサンプル（例えば、ＴＤＭベースのＰＯＮ［６］上のＣＰＲＩの形で）のエンドツゥーエンドの光バックホールは、帯域幅のオーバーヘッドの大きさのオーダーを要求し、電気領域の統計的多重化を妨げ、データ処理よりもむしろラウンドトリップ制御メッセージング上で厳密な待ち時間の量を見積もることができる。リモートセルサイトにおける分散処理を用いて、他方、ＯＦＤＭＡベースのＭＢＨ［１］のように、特に、高密度スモールセルＭＢＨのような緊急シナリオに対して有用である、１０Ｇｂ／ｓ／λを超える自然のデータレート、統計的多重化（例えば、イーサネット／ＩＰを介して）、および低減された待ち時間／ジッタが、生かされる。さらに、これらの違いにも関わらず、両方のタイプのＭＢＨは、フレキシブルで、コスト効率の高い共存が望まれるような、未来のネットワークにおいて要求され得る。

この追加情報において、我々は、必要に応じて異なるＭＢＨモード（例えば、ＣＰＲＩ ｖｓ． ＯＦＤＭＡ ＭＢＨ）で動作することができる、一般的な、ソフトウェア再構成可能なＯＬＴ／ＯＮＵトランシーバに基づいた、異種ＭＢＨのための第１のソフトウェア定義（ＳＤ）アプローチを提供する。固定ＸＧ−ＰＯＮバックホール上のＳＤアプローチのためになるスループットと遅延は、リアルタイムトラフィックシミュレーションを介して認証され、ファイバセル毎に１０２４カウントを有する１００Ｇｂ／ｓのデータレートは、経験的に、調節可能なＷＤＭ−ＯＦＤＭＡ−ＰＯＮセットアップを通じて認証され、ＷＤＭの可変性は、次世代のハイブリッドＴＤＭ／ＷＤＭ−ＰＯＮのために提案されたような可変光フィルタによって可能となる。ＳＤアプローチは、このため、単一の卸売オプショナルバックホールネットワーク上の、高いパフォーマンスの異種ＭＢＨにとって魅力的である。

ＩＩ．提案されたＳＤ ＭＢＨアーキテクチャおよびリアルタイムトラフィック評価

図６は、提案されたＳＤ ＭＢＨアーキテクチャを示しており、ＳＤ ＯＬＴおよびＯＮＵｓは、ソフトウェアを介して集中制御され、光および電子ハードウェアエレメントで構成されるローカルソフトウェア定義ネットワークとなる。ＳＤ ＯＬＴにおいて、グローバルＳＤリソース／サービス制御アルゴリズム（例えば、“Ｍｅｔａ−ＭＡＣ”［３］のような）は、ダイナミック帯域配分と、各ＯＬＴ Ｔｘインタフェースに対するＭＢＨサービスタイプ割当とを実行する。結果として得られた決定は、オープンフロー［７］のような一般的なＳＤプロトコルを用いて、Ｔｘインタフェースに通信される。そのＭＢＨタイプ（ＯＦＤＭＡ ｖｓ． ＣＰＲＩ）に応じて、ＤＳＰ ＴｘのそれぞれのＳＤドライバは、ＤＳＰ Ｔｘが実行する、要求された物理層機能の対応するセットを選択する（図６Ａ）。低波長設計の複雑さを有し、ファイバＯＮＵ当たり１０００を超えるカウントを可能にするために、λ１−λ４の波長を有する４つのＣＷレーザが、異種ＭＢＨシグナルの光強度変調（ＩＭ）のために用いられている。ＩＴＵ−Ｔグリッド要求によって制限されないフレキシブルなＭＢＨ波長設計を可能にする、λ１−λ４上の信号を組合せるために、４×１光カプラが用いられる。フィーダーファイバ当たり４Ｎ ＳＤ ＯＮＵｓの合計を可能にする、受動カプラ、ＳＳＭＦ、および１：Ｎ受動スプリッタ損失を補償するために、光増幅器が用いられる。ＳＤ ＯＮＵのそれぞれにおいて、ＯＬＴ側グローバルＳＤコントローラによって行われるリソース／サービス配分決定は、ＯＮＵ側ローカルＳＤインタフェースプロトコルによって単純にＳＤドライバに通信され、ＳＤ波長選択のために利用される可変光フィルタ（ＴＯＦ）をはじめとする、基盤光／電子ハードウェア要素を構成する。光検出に続いて、入力／出力（Ｉ／Ｏ）パスセレクタの形で１×２ＳＤスイッチは、ＭＢＨのトラフィックタイプを区別するために用いられる。ＯＦＤＭＡ ＭＢＨの場合、例えば、１×２ＳＤスイッチは、ＰＤおよびＡＤＣ間のＩ／Ｏピン配分を活性化し、ＰＤおよびＣＰＲＩ ＭＢＨ Ｒｘ間のＳＤ Ｉ／Ｏ接続は他の方法で形成される。（ＳＤ Ｉ／Ｏ接続はまた、スペースの制約のため図６には示されていない、アップストリーム操作を可能にするであろう。）最後に、２×１ＳＤスイッチは、無線信号伝送のためのＲＦフロントエンドへの単一の出力パスを選択するために用いられる。

提案されたＳＤ異種ＭＢＨアプローチを評価するために、自己相似トラフィック（Ｈ＝０．８）を用いたカスタムリアルタイムトラフィックシミュレーションと、ＯＮＵごとに１Ｇｂ／ｓピーク（ＬＴＥ−Ａのように）と、オーバープロビジョニング係数δ＝１．５とが、Ｍｅｔａ−ＭＡＣ［３］により実装されるグローバルＳＤリソース／サービス制御を有するＳＤ ＭＢＨのスループット／遅延を、ＸＧ−ＰＯＮのみを用いる非ＳＤ ＭＢＨのパフォーマンスと比較し、ＯＰＮＥＴモデラーにおいて構築および実行された。図６Ｃに示されるように、固定ＸＧ−ＰＯＮ ＭＢＨ（固定の７．３Ｇｂ／ｓレート）は、リアルタイムトラフィック分散に適合することも、統計的な多重化に生かすこともできず、結果として、帯域の無駄または不足となる。ＳＤアプローチは、しかしながら、リアルタイムトラフィック分析結果に厳密に従い、必要に応じて、可変帯域を供給する（図６Ｃにおけるダイナミックな８．２Ｇｂ／ｓのピーク）。ダイナミックなＳＤアプローチと共に、協調的な新たなトラフィック要求における遅延はまた、図６Ｂ中に示されるように、ＳＤダイナミックリソースプロビジョニングの周波数に応じて、１７−３５％削減された。

ＩＩＩ．実験の構成および結果

図７は、実験の構成を示し、図８Ａ−Ｃは、図７の７０２，７０４，および７０６の位置それぞれにおける代表的な信号スペクトルを示す。４つのＣＷ ＤＦＢレーザ信号（λ１＝１５４３．３４ｎｍ、λ２＝１５４４．１４ｎｍ、λ３＝１５４４．９４ｎｍ、λ４＝１５４５．７４ｎｍ）は、４×１光カプラにより混合され、直交でバイアスされた４０ＧＨｚのＩＭへ入力された。最も挑戦的な物理層ＭＢＨのシナリオをテストするために、４つのＣＷキャリアの全てが、ＣＰＲＩ特有の低レート［８］におけるＯＯＫ信号よりもむしろ、２５．１２５ＧＢ／ｓ／λのＯＦＤＭＡ信号によって変調された。ＯＦＤＭＡ信号（ＦＦＴサイズ２５６、１３４のアクティブなサブキャリア、１６−ＱＡＭシンボルマッピング、１０．８％のオーバーヘッド、５６２．５ＭＨｚのセンターガードバンド）は、オフラインで生成され、１２Ｇｓ／ｓのＡＷＧおよび９．５ＧＨｚにアップコンバートされたＲＦによって、継続的に出力された。総計１００．５Ｇｂ／ｓのＷＤＭ−ＯＦＤＭＡ信号は、ＥＤＦＡで増幅され、１：２５６受動スプリット（２４ｄＢの余分な減衰）に続く１．６４５ｋｍのＳＳＭＦ（ラストマイルバックホールシナリオ）上で、３．７ｄＢｍ／λの開始パワーで伝送された。２５６のＯＮＵｓ／λのサポートにより、４つのλのアーキテクチャは、フィーダファイバーごとに１０２４のトータルＯＮＵｓを可能にする。商用のＳＯＡ（２５ｄＢのゲイン、７．２ｄＢのノイズ指数）に続いて、０．５ｎｍＴＯＦは、２０ＧＨｚ帯ＰＤで受光する前に、ターゲット波長を選択するために用いられた。受信した信号のデジタル化は、オフラインで、ＢＥＲポイントごとに測定された０．２５Ｍビットに基づいて行われた自己検出処理と、５０ＧＳ／ｓのリアルタイムオシロスコープとを用いて行われた。図８Ｄは、１００．５Ｇｂ／ｓの可変ＷＤＭ−ＯＦＤＭＡ−ＰＯＮ構成に対するＢＥＲの実験結果をプロットしており、ＦＥＣ制限（ＢＥＲ＝２×１０^-3）のような４つの波長間の最小ＢＥＲ差は、全てのチャネルについて−２０ｄＢｍの受信パワーで達成されたことを確認する。最悪の場合の２４ｄＢのパワーバジェットが、提案された１００．５Ｇｂ／ｓのＭＢＨアーキテクチャについて確認された。

ＩＶ．結論

我々は、異なるＭＢＨモード（例えば、ＣＰＲＩ ｖｓ． ＯＦＤＭＡ ＭＢＨ）で動作可能な、一般的な、ソフトウェア再構成可能なＯＬＴ／ＯＮＵトランシーバを盛り込んだ、第１のソフトウェア定義の異種ＭＢＨアーキテクチャを提示してきた。このアプローチによるスループットと遅延の利益は、リアルタイムトラフィックシミュレーションを通じて確認され、ファイバセル数ごとに１０２４の、１００Ｇｂ／ｓの集約率が、可変ＷＤＭ−ＯＦＤＭＡ−ＰＯＮ構成を用いて、実験的に実証された。このアプローチは、このため、高パフォーマンスで、ソフトウェア再構成可能なＭＢＨサービスの集約に対して魅力的である。

上記は、あらゆる点で、説明のために、例示的であると理解されるべきであり、しかしながら、限定的に理解されるべきでない。そしてここで開示される本発明の範囲は、詳細な説明から決定されるのではなく、むしろ特許請求の範囲から、特許法により許容される全幅にしたがって解釈するように、決定される。ここに示され、説明される実施形態は、本発明の原理の説明のためのものであり、当業者であれば、本発明の範囲および考え方を逸脱しない限り、様々な変更を実施することができることは、理解されるべきである。当業者は、本発明の範囲および考え方を逸脱しない限り、様々な他の特徴の組み合わせを実施することもできる。

Claims (16)

1. グローバルソフトウェア定義（ＳＤ）コントローラと、
   前記グローバルＳＤコントローラと接続された、１または複数のソフトウェア定義（ＳＤ）光回線終端装置（ＯＬＴ）ドライバと、
   前記１または複数のＳＤ ＯＬＴドライバのそれぞれと接続された、基盤ハードウェアコンポーネントとを備え、
   前記グローバルＳＤコントローラは、前記１または複数のＳＤ ＯＬＴドライバに伝送されるコマンドを発行することで、当該１または複数のＳＤ ＯＬＴドライバを管理し、
   前記１または複数のＳＤ ＯＬＴドライバのそれぞれは、前記基盤ハードウェアコンポーネント上で要求された機能を実装する、ソフトウェア定義（ＳＤ）光回線終端装置（ＯＬＴ）。
2. 前記グローバルＳＤコントローラは、制御プレーンおよびデータプレーン間のソフトウェア定義（ＳＤ）インタフェースを提供する、請求項１に記載のＳＤ ＯＬＴ。
3. 前記ＳＤインタフェースは、オープンフローを含む、請求項２に記載のＳＤ ＯＬＴ。
4. 前記グローバルＳＤコントローラは、異種システムのセットに対する、リソーススケジューリングおよび管理タスクを実行する、請求項１に記載のＳＤ ＯＬＴ。
5. 前記基盤ハードウェアコンポーネントは、光回線終端装置（ＯＬＴ）トランスミッタを有する、請求項１に記載のＳＤ ＯＬＴ。
6. 前記光回線終端装置トランスミッタは、
   直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）モバイルバックホール（ＭＢＨ）トランスミッタと、
   時間分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）受動光ネットワーク（ＰＯＮ）トランスミッタと、
   共通公衆無線インタフェース（ＣＰＲＩ）モバイルバックホール（ＭＢＨ）トランスミッタと、
   エンタープライズまたはデータセンタトランスミッタと、のうち少なくともいずれか１つを有する、請求項５に記載のＳＤ ＯＬＴ。
7. ＯＬＴトランスミッタからの電気信号が光変調器に加えられ、
   変調された光信号は、複数の波長候補のいずれか１つで動作する、請求項５に記載のＳＤ ＯＬＴ。
8. 前記基盤ハードウェアコンポーネントは、波長スイッチまたはレーザアレイを有する、請求項１に記載のＳＤ ＯＬＴ。
9. 前記変調された光信号は、マルチプレクサを用いて多重化され、標準シングルモードファイバ（ＳＳＭＦ）リンクを介して送信される、請求項８に記載のＳＤ ＯＬＴ。
10. ローカルソフトウェア定義（ＳＤ）コントローラと、
    前記ローカルＳＤコントローラと接続された、１または複数のソフトウェア定義（ＳＤ）光ネットワーク装置（ＯＮＵ）ドライバと、
    前記１または複数のＳＤ ＯＮＵドライバのそれぞれと接続された、基盤ハードウェアコンポーネントと、を備え、
    前記ローカルＳＤコントローラは、前記１または複数のＳＤ ＯＮＵドライバに伝送されるコマンドを発行することによって、前記１または複数のＳＤＯＮＵドライバを管理し、
    前記１または複数のＳＤ ＯＮＵドライバのそれぞれは、前記基盤ハードウェアコンポーネント上で要求された機能を実装する、ソフトウェア定義（ＳＤ）光ネットワーク装置（ＯＮＵ）。
11. 受動スプリッタと、
    可変光フィルタ（ＴＯＦ）と、
    フォトダイオード（ＰＤ）と、
    第１のソフトウェア定義（ＳＤ）スイッチとをさらに備え、
    前記１または複数のＳＤ ＯＮＵドライバは、第１のＳＤ ＯＮＵドライバおよび第２のＳＤ ＯＮＵドライバを有し、前記ＴＯＦは、前記第１のＳＤ ＯＮＵドライバに接続され、前記第１のＳＤスイッチは、前記第２のＳＤ ＯＮＵドライバに接続され、
    前記ＴＯＦは、前記受動スプリッタから出力光信号を受けつけ、
    前記ＰＤは、前記ＴＯＦから出力光信号を受け付け、
    前記第１のＳＤスイッチは、前記ＰＤから出力電気信号を受け付け、出力パスの候補から１つを選択する、請求項１１に記載のＳＤ ＯＮＵ。
12. 前記１または複数のＳＤ ＯＮＵドライバは、第３のＳＤ ＯＮＵドライバをさらに備え、
    前記出力パスの候補は、
    アナログ−デジタルコンバータ（ＡＤＣ）と、
    直交周波数分割多重アクセス（ＯＦＤＭＡ）デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）と、
    前記第３のＳＤ ＯＮＵドライバと接続された第２のソフトウェア定義（ＳＤ）スイッチと、
    無線周波数（ＲＦ）アンテナと、を含み、
    前記ＡＤＣは、前記第１のＳＤスイッチから出力信号を受け付け、
    前記ＯＦＤＭＡ ＤＳＰは、前記ＡＤＣから出力信号を受け付け、
    前記第２のＳＤスイッチは、前記ＯＦＤＭＡ ＤＳＰから出力信号を受け付け、前記ＲＦアンテナは、前記第２のＳＤスイッチから出力信号を受け付ける、請求項１２に記載のＳＤ ＯＮＵ。
13. 前記１または複数のＳＤ ＯＮＵドライバは、第３のＳＤ ＯＮＵドライバをさらに備え、
    前記出力パスの候補は、
    デジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）と、
    共通公衆無線インタフェース（ＣＰＲＩ）デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）と、
    前記第３のＳＤ ＯＮＵドライバと接続された第２のソフトウェア定義（ＳＤ）スイッチと、
    無線周波数（ＲＦ）アンテナと、を含み、
    前記ＤＡＣは、前記第１のＳＤスイッチから出力信号を受け付け、
    前記ＣＰＲＩ ＤＳＰは、前記ＤＡＣから出力信号を受け付け、
    前記第２のＳＤスイッチは、前記ＯＦＤＭＡ ＤＳＰから出力信号を受け付け、
    前記ＲＦアンテナは、前記第２のＳＤスイッチから出力信号を受け付ける、請求項１２に記載のＳＤ ＯＮＵ。
14. 前記出力パスの候補は、
    時間分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）受信機を含み、
    前記ＴＤＭＡ受信機は、前記第２のＳＤスイッチから出力信号を受け付ける、請求項１２に記載のＳＤ ＯＮＵ。
15. 前記ローカルＳＤコントローラは、前記１または複数のＳＤ ＯＮＵドライバと、オープンフローインタフェースを介して通信し、サービスリソース管理ターゲットセットに応じて、グローバルソフトウェア定義（ＳＤ）コントローラによって、前記基盤ハードウェアコンポーネントを構成する、請求項１１に記載のＳＤ ＯＮＵ。
16. グローバルソフトウェア定義（ＳＤ）コントローラおよび１または複数のソフトウェア定義（ＳＤ）光回線終端装置（ＯＬＴ）ドライバを含む、ソフトウェア定義（ＳＤ）光回線終端装置（ＯＬＴ）と、ローカルソフトウェア定義（ＳＤ）コントローラおよび１または複数のソフトウェア定義（ＳＤ）光ネットワーク装置（ＯＮＵ）ドライバを含む、ソフトウェア定義（ＳＤ）光ネットワーク装置（ＯＮＵ）とを有する、ソフトウェア定義（ＳＤ）光ネットワークで実行される通信方法であって、
    前記通信方法は、
    前記グローバルＳＤコントローラおよび前記ローカルＳＤコントローラから、前記１または複数のＳＤ ＯＬＴドライバおよび１または複数のＳＤ ＯＮＵドライバのそれぞれに伝送されるコマンドを発行することによって、前記１または複数のＳＤ ＯＬＴドライバを管理することと、
    前記１または複数のＳＤ ＯＬＴドライバおよび前記１または複数のＳＤ ＯＮＵドライバのそれぞれに接続された、基盤ハードウェアコンポーネント上で、要求された機能を実装することと、を含む。

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