JP2016149665A

JP2016149665A - 負荷分散装置

Info

Publication number: JP2016149665A
Application number: JP2015026007A
Authority: JP
Inventors: 由美子妹尾; Yumiko Senoo; 智暁吉田; Tomoaki Yoshida
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2035-02-13
Also published as: JP5922814B1

Abstract

【課題】本発明は、下りトラフィックだけでなく、上りトラフィックにも着目し、下り負荷と上り負荷の両方に着目して、ＯＬＴ内のＯＳＵ間の動的負荷分散を行うことを目的とする。【解決手段】本発明は、複数のＯＳＵ８１と複数のＯＮＵ９２が接続された光通信網において、ＯＮＵ９２のトラフィックを割り当てられたＯＳＵ８１への負荷を分散する負荷分散装置であって、ＯＮＵ９２毎の上りトラフィック量及び下りトラフィック量をそれぞれ別々に収集し、ＯＮＵ９２毎の上りトラフィック量及び下りトラフィック量の合計トラフィック量を用いてＯＳＵ８１毎の合計トラフィック量を算出し、ＯＳＵ８１毎の合計トラフィック量が均一になるように、各ＯＳＵ８１に接続されるＯＮＵ９２を決定する。【選択図】図５

Description

本発明は、複数の親ノードと複数の子ノードが接続された光通信網において、子ノードのトラフィックを割り当てられた親ノードへの負荷を分散する負荷分散装置に関する。

１本の回線の容量を複数のユーザで共有する集線を行うことで、光ファイバや収容局側装置を複数のユーザで共有することが可能である。その結果、経済的なネットワークの実現が可能となり、高速光アクセス回線が広く普及することとなった。しかし、近年、ブロードバンドユーザ１人当たりの平均トラフィックの１０００倍以上のトラフィックを発生させるヘビーユーザの存在が確認されており、集線時のヘビーユーザの帯域占有により、帯域占有された一部の収容局側装置のトラフィック負荷が増大するという課題が生じている。

これに対し、収容局側装置（ＯＳＵ：ＯｐｔｉｃａｌＳｕｂｓｃｒｉｂｅｒＵｎｉｔ）間でトラフィック負荷の分散が可能である波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮ（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ／ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ−ＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ）の研究が行われている（非特許文献１）。

図１に、一般的な波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムを示す。波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムは、１台のＯＬＴ（ＯｐｔｉｃａｌＬｉｎｅＴｅｒｍｉｎａｌ）９１と光スプリッタ９３を介して接続される複数台のＯＮＵ（ＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋＵｎｉｔ）９２で構成される。ＯＮＵ９２は、波長可変型光送受信器（ＴＲｘ）２２とＭＡＣ２１で構成される。ＯＬＴ９１は、＃１〜＃ＫのＯＳＵ８１とスイッチ（ＳＷ）８２で構成される。

ＯＳＵ＃１〜ＯＳＵ＃Ｋは、ＯＳＵ８１毎にそれぞれ異なる波長（λ_１〜λ_Ｋ）に割当られた光送受信器１２とＭＡＣ１１を含む。１台のＯＳＵ８１は、同一の波長を割当てられた単数、もしくは、複数台のＯＮＵ９２と通信しており、ＯＮＵ９２内の波長可変ＴＲｘ２２の送受信波長を変更することで、ＯＮＵ９２が通信するＯＳＵ８１を変更する、言い換えると、ＯＳＵ８１とＯＮＵ９２間の論理接続を変更することができる。また、ＯＳＵ８１とＯＮＵ９２間はＭＰＣＰ（ＭｕｌｔｉｐｏｉｎｔＣｏｎｔｒｏｌＰｒｏｔｏｃｏｌ）を用いてリンクを確立しているため、各ＯＮＵ９２の上り信号と下り信号は同一のＯＳＵ８１へ収容される。

この波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮにおいて、高負荷のＯＳＵ８１に論理接続するＯＮＵ９２を、低負荷のＯＳＵ８１へ論理接続するように、ＯＮＵ９２内の送受信波長を切り替えることで、ＯＳＵ８１間の負荷を分散できる。これまで我々は、波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮに対して、複数ＯＳＵ８１間の下りトラフィック負荷を分散するために、ＯＮＵ９２にＯＳＵ８１を割り当てる、つまり、ＯＮＵ９２に波長を割当てる動的負荷分散アルゴリズムを提案している（非特許文献２）。非特許文献２では、送受信波長の変更頻度をできるだけ抑制しつつ、複数ＯＳＵ８１間の下りトラフィック負荷を均一化できる。

図２に、下りトラフィック負荷の動的負荷分散を可能とする波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステム構成を示す。動的負荷分散を実現するために、図１の一般的な波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムに加えて、波長切替を制御するための波長切替制御部８３と、負荷の偏りを測定するために下りトラフィック量をＯＮＵ９２毎に測定する下りトラフィックカウンタを備える。図２では、ＯＬＴ９１が波長切替制御部８３を備え、ＯＳＵ８１が下りトラフィックカウンタを備える例を示した。１台のＯＳＵ８１と論理接続する最大ＯＮＵ９２の台数をＪとすると、各ＯＳＵ８１内に下りトラフィックカウンタ＃１〜＃Ｊを備える。動的負荷分散の動作を以降に説明する。

まず、ＯＳＵ８１内の下りトラフィックカウンタは、ＯＳＵ８１と論理接続するＯＮＵ９２の一定時間における下りトラフィック量を測定する。測定した下りトラフィックカウンタ値は、ＯＳＵ８１内のトラフィックカウンタから波長切替制御部８３へ送信される。トラフィックカウンタの測定値を受信した波長切替制御部８３は、複数ＯＳＵ８１間の下り負荷が均一に近づくよう、ＯＮＵ９２にＯＳＵ８１を再割当する。

続いて、波長切替制御部８３は、ＯＮＵ９２とＯＳＵ８１の再割当結果をＳＷ８２と全ＯＳＵ８１へ送信する。ＳＷ８２は、受信した再割当結果に従って、各ＯＮＵ９２宛ての信号を出力するポートをＯＮＵ９２毎にそれぞれ設定する。また、ＯＳＵ８１は受信した再割当結果に従って、ＯＮＵ９２内の送受信波長の変更指示をＯＮＵ９２へ送信する。送受信波長の変更指示を受信したＯＮＵ９２は、波長可変型光送受信器２２の送受信波長を変更する。この時点で、ＯＮＵ９２の論理接続先ＯＳＵ８１の変更が完了する。このように、ＯＮＵ９２の論理接続先ＯＳＵ８１を変更することで、複数ＯＳＵ８１間の負荷を均一化できる。

図３及び図４に、図２のシステム構成におけるトラフィックの動的負荷分散の実施例を示す。図３にＯＮＵ９２への下りトラフィック負荷のＯＳＵ８１再割当による変化を示し、図４にＯＮＵ９２への上りトラフィック負荷のＯＳＵ８１再割当による変化を示す。枠内の数字はＯＮＵの番号を示す。一例として、ＯＳＵ８１が３台、ＯＮＵ９２が５台であり、初期状態として、ＯＳＵ＃１にＯＮＵ＃１、ＯＮＵ＃２及びＯＮＵ＃３が、ＯＳＵ＃２にＯＮＵ＃４及びＯＮＵ＃５が論理接続している場合を想定する。加えて、ＯＮＵ＃１、ＯＮＵ＃２、ＯＮＵ＃３、ＯＮＵ＃４、及び、ＯＮＵ＃５の下りトラフィック量を、それぞれ、１１、８、１５、３、及び、１９と想定し、ＯＮＵ＃１、ＯＮＵ＃２、ＯＮＵ＃３、ＯＮＵ＃４、及び、ＯＮＵ＃５の上りトラフィック量を、それぞれ、８、４、２０、４、及び、３と仮定する。

図３（ａ）〜図３（ｄ）に、動的負荷分散動作の一例を示す。動的負荷分散制御により、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すようにＯＮＵ＃３の論理接続をＯＳＵ＃１からＯＳＵ＃３へ変更し、図３（ｃ）及び図３（ｄ）に示すようにＯＮＵ＃４の論理接続をＯＳＵ＃２からＯＳＵ＃３へ変更することで、下り負荷を分散できる。すなわち、本実施形態で想定したトラフィック量の場合は、再割当前の下りトラフィック量は、図３（ａ）に示すように、ＯＳＵ＃１、ＯＳＵ＃２、及び、ＯＳＵ＃３で、それぞれ、３４、２１、０で不均一であった状態を、再割当結果の下りトラフィック量は、図３（ｄ）に示すように、ＯＳＵ＃１、ＯＳＵ＃２、及び、ＯＳＵ＃３で、それぞれ、１９、１９、及び、１８で均一に近づけることができる。

しかし、ＯＮＵ＃１の論理接続をＯＳＵ＃１からＯＳＵ＃３へ、ＯＮＵ＃４の論理接続をＯＳＵ＃２からＯＳＵ＃３へ変更することで、上り負荷の偏りを解消することはできない。すなわち、本実施形態で想定したトラフィック量の場合は、再割当前の上りトラフィック量は、図４（ａ）に示すように、ＯＳＵ＃１、ＯＳＵ＃２、及び、ＯＳＵ＃３で、それぞれ、３２、７、０で不均一であり、再割当結果の上りトラフィック量も、図４（ｄ）に示すように、ＯＳＵ＃１、ＯＳＵ＃２、及び、ＯＳＵ＃３で、それぞれ、１２、３、２４で不均一である。このように、下り負荷を分散することで、上り負荷が偏ってしまう場合が生じる。

一般的に、上りの平均トラフィックは下りの平均トラフィックに比べて１０分の１程度であるため（非特許文献３）、上りと下りの最大伝送帯域が等しいようなアクセスシステムでは、下り回線の方が輻輳しやすい。そこで、図２のシステム構成のように、下りトラフィックのみに着目して動的負荷分散を行うことは有効である。しかし、上りの最大伝送帯域が下りの最大伝送帯域に比べて小さいようなアクセスシステムでは、上り回線も下り回線と同様に輻輳が生じやすい場合が考えられる。例えば、上りの最大伝送帯域が下りの最大伝送帯域の１０分の１の場合、上りの平均トラフィックが下りの平均トラフィックに比べて１０分の１であっても、上り回線と下り回線に同様に輻輳が発生しやすい。そのような状況で、インターネット使用に関するユーザエクスペリエンスを向上させるためには、下りトラフィックだけでなく、上りトラフィックにも着目し、下り負荷と上り負荷の両方に着目して動的負荷分散を行う必要がある。

ＫａｚｕｔａｋａＨａｒａ，ＨｉｒｏｔａｋａＮａｋａｍｕｒａ，ＳｈｕｎｊｉＫｉｍｕｒａ，ＭａｎａｂｕＹｏｓｈｉｎｏ，ＳｕｓｕｍｕＮｉｓｈｉｈａｒａ，ＳｈｉｎｙａＴａｍａｋｉ，Ｊｕｎ−ｉｃｈｉＫａｎｉ，ＮａｏｔｏＹｏｓｈｉｍｏｔｏ，ａｎｄＨｉｓａｙａＨａｄａｍａ，"Ｆｌｅｘｉｂｌｅｌｏａｄｂａｌａｎｃｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｕｓｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｂａｎｄｗｉｄｔｈａｌｌｏｃａｔｉｏｎ（ＤＷＢＡ）ｔｏｗａｒｄ１００Ｇｂｉｔ／ｓ−ｃｌａｓｓ−ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮ" ，ＥＣＯＣ，Ｔｕ．３．Ｂ．２，２０１０．ＹｕｍｉｋｏＳｅｎｏｏ，ＳｈｉｎＫａｎｅｋｏ，ＴｏｍｏａｋｉＹｏｓｈｉｄａ，ＮａｏｔｏＹｏｓｈｉｍｏｔｏ，ＪｕｎＳｕｇａｗａ，ＴｏｓｈｉｙｕｋｉＯｄａｋａ，ＳｈｕｎｊｉＫｉｍｕｒａ，ＨｉｄｅａｋｉＫｉｍｕｒａ，"Ｄｙｎａｍｉｃ−Ｌｏａｄ−ＢａｌａｎｃｉｎｇＡｌｇｏｒｉｔｈｍＳｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇｔｈｅＮｕｍｂｅｒｏｆＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＲｅａｌｌｏｃａｔｉｏｎｓｆｏｒ λ−ｔｕｎａｂｌｅＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮ"，ＥＣＯＣ２０１４，Ｔｕ．１．２．２，２０１４総務省，平成２５年版情報通信白書，トラヒックの状況，ｈｔｔｐ．ｗｗｗ．ｓｏｕｍｕ．ｇｏ．ｊｐ／ｊｏｈｏｔｓｕｓｉｎｔｏｋｅｉ／ｗｈｉｔｅｐａｐｅｒ／ｊａ／ｈ２５／ｈｔｍｌ／ｎｃ２４５３２０．ｈｔｍｌ

本発明は、下りトラフィックだけでなく、上りトラフィックにも着目し、下り負荷と上り負荷の両方に着目して、ＯＬＴ内のＯＳＵ間の動的負荷分散を行うことを目的とする。

本発明に係る負荷分散装置は、複数の親ノードと複数の子ノードが接続された光通信網において、子ノードのトラフィックを割り当てられた親ノードへの負荷を分散する負荷分散装置であって、子ノード毎の上りトラフィック量及び下りのトラフィック量をそれぞれ別々に収集し、子ノード毎の上りトラフィック量及び下りの合計トラフィック量を用いて親ノード毎のトラフィック量を算出し、親ノード毎のトラフィック量が均一になるように、各親ノードに接続される子ノードを決定する。

本発明に係る負荷分散装置では、各親ノードに接続される子ノードを決定する際に、親ノード毎のトラフィック量が均一に近づくような、割当先の親ノードを変更する子ノードを選択し、選択した子ノードの割当先を変更した後の上り帯域又は下り帯域が予め定められた上限を超えるか否かを判定し、上り帯域又は下り帯域が前記上限を超えない場合は割当先の親ノードを変更し、上り帯域又は下り帯域が前記上限を超える場合は割当先の親ノードを変更しないことが好ましい。

本発明に係る負荷分散装置では、親ノード毎のトラフィック量を算出する際に、前記上りトラフィック量若しくは前記下りトラフィック量又はこれらの両方に重み係数を掛けた合計トラフィック量を用いて親ノード毎のトラフィック量を算出することが好ましい。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、下りトラフィックだけでなく、上りトラフィックにも着目し、下り負荷と上り負荷の両方に着目して、ＯＬＴ内のＯＳＵ間の動的負荷分散を行うことができる。

波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムの一例である。下りトラフィック負荷の動的負荷分散を行う波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムの一例である。本発明に関連する下りトラフィックの動的負荷分散例であり、（ａ）は再割当前を示し、（ｂ）はＯＮＵ＃３の割り当てをＯＳＵ＃１からＯＳＵ＃３に変更した後を示し、（ｃ）はＯＮＵ＃４の割り当てをＯＳＵ＃２からＯＳＵ＃３に変更した後を示し、（ｄ）は再割当結果を示す。本発明に関連する上りトラフィックの動的負荷分散例であり、（ａ）は再割当前を示し、（ｂ）はＯＮＵ＃３の割り当てをＯＳＵ＃１からＯＳＵ＃３に変更した後を示し、（ｃ）はＯＮＵ＃４の割り当てをＯＳＵ＃２からＯＳＵ＃３に変更した後を示し、（ｄ）は再割当結果を示す。実施形態１に係る波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムの構成例である。実施形態１に係る動的負荷分散例であり、（ａ）は再割当前を示し、（ｂ）は再割当結果を示す。本発明の実施形態において用いるパラメータである。実施形態１に係るＯＮＵ−ＯＳＵ割当のフローチャートである。下りのトラフィック量が下りの最大伝送帯域を超えるような動的負荷分散の一例であり、（ａ）は再割当前を示し、（ｂ）は再割当結果を示す。図９に示す動的負荷分散を行った場合の上り負荷であり、（ａ）は再割当前を示し、（ｂ）は再割当結果を示す。実施形態２に係るＯＮＵ−ＯＳＵ割当のフローチャートである。実施形態３に係る動的負荷分散例であり、（ａ）は再割当前を示し、（ｂ）は再割当結果を示す。実施形態３における再割当後のトラフィック量であり、（ａ）は上り負荷を示し、（ｂ）は下り負荷を示す。実施形態３に係るＯＮＵ−ＯＳＵ割当のフローチャートである。重みづけを行った場合の上りと下りの合計負荷であり、（ａ）は再割当前を示し、（ｂ）は再割当結果を示す。重みづけを行った場合の再割当結果であり、（ａ）は上り負荷を示し、（ｂ）は下り負荷を示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（第１の実施形態）
図５に、上り負荷と下り負荷の動的負荷分散を可能とする波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムを示す。図５に示すシステム構成では、図２のシステム構成に加えて、ＯＳＵ８１内に全ＯＮＵ９２の一定時間における上りトラフィック量をＯＮＵ９２毎に測定する、上りトラフィックカウンタ＃１〜＃Ｊを備える。ＯＮＵ９２は子ノードとして機能し、ＯＳＵ８１は親ノードとして機能する。本発明の実施形態に係る負荷分散装置は、波長切替制御部８３と同等の機能を備える任意の装置であり、例えばＯＬＴ９１である。

まず、ＯＳＵ８１内の下りトラフィックカウンタ、及び、上りトラフィックカウンタは、全ＯＮＵ９２の一定時間における下りトラフィック量、及び、上りトラフィック量を測定する。測定した下りトラフィックカウンタ値と上りトラフィックカウンタ値は、ＯＳＵ８１内のトラフィックカウンタから波長切替制御部８３へ送信される。トラフィックカウンタの測定値を受信した波長切替制御部８３は、ＯＳＵ８１毎のトラフィック量を算出し、複数ＯＳＵ８１間の下りと上りの合計負荷が均一に近づくよう、ＯＮＵ９２にＯＳＵ８１を再割当する。

続いて、波長切替制御部８３は、ＯＮＵ９２とＯＳＵ８１の再割当結果をスイッチ８２と全ＯＳＵ８１へ送信する。スイッチ８２は、受信した再割当結果に従って、各ＯＮＵ９２宛ての信号を出力するポートをＯＮＵ８１毎にそれぞれ設定する。また、ＯＳＵ８１は受信した再割当結果に従って、ＯＮＵ９２内の送受信波長の変更指示を送信する。送受信波長の変更指示を受信したＯＮＵ９２は、波長可変型光送受信器２２の送受信波長を変更する。このようにして、ＯＮＵ９２の論理接続先ＯＳＵ８１を変更することで、複数ＯＳＵ８１間の負荷を均一化できる。

図６に動的負荷分散の実施例を示す。図６（ａ）は再割当前の上り及び下りの合計トラフィック量を示し、図６（ｂ）は再割当後の上り及び下りの合計トラフィック量を示す。本例でも、図３及び図４と同様に、ＯＳＵ８１が３台、ＯＮＵ９２が５台であり、初期状態として、ＯＳＵ＃１にＯＮＵ＃１，＃２及び＃３が、ＯＳＵ＃２にＯＮＵ＃４及び＃５が論理接続している場合を想定する。上りトラフィック量を塗りつぶしの四角で、下りトラフィック量を白塗りの四角で示す。本例では、上りトラフィック量と下りトラフィック量を足し合わせた、上りと下りの合計トラフィック量に着目し、上りと下りの合計トラフィック量が均一化するように、ＯＮＵ９２にＯＳＵ８１を再割当する。図６では、ＯＮＵ＃３の論理接続先をＯＳＵ＃１からＯＳＵ＃３へ変更することで、複数ＯＳＵ間の上りと下りの合計負荷を分散する。

本例でも、図３及び図４と同様に、ＯＮＵ＃１、ＯＮＵ＃２、ＯＮＵ＃３、ＯＮＵ＃４、及び、ＯＮＵ＃５の下りトラフィック量を、それぞれ、１１、８、１５、３、及び、１９と想定し、ＯＮＵ＃１、ＯＮＵ＃２、ＯＮＵ＃３、ＯＮＵ＃４、及び、ＯＮＵ＃５の上りトラフィック量を、それぞれ、８、４、２０、４、及び、３と想定する。この時、ＯＮＵ＃１、ＯＮＵ＃２、ＯＮＵ＃３、ＯＮＵ＃４、及び、ＯＮＵ＃５の上りトラフィック量と下りトラフィック量を足し合わせた合計トラフィック量は、それぞれ、１９、１２、３５、７、及び、２２である。すなわち、本実施例で想定したトラフィック量の場合は、再割当前の合計トラフィック量は、図６（ａ）に示すように、ＯＳＵ＃１、ＯＳＵ＃２、及び、ＯＳＵ＃３で、それぞれ、６６、２９、０で不均一であった状態を、再割当結果の合計トラフィック量は、図６（ｂ）に示すように、ＯＳＵ＃１、ＯＳＵ＃２、及び、ＯＳＵ＃３で、それぞれ、３１、２９、３５で均一に近づけることができる。

図７に、図５の波長切替制御部８３で用いるＯＮＵ−ＯＳＵ割当を決定するフローチャート内で用いるパラメータを示す。「ｋ」はＯＳＵ８１の識別番号であり、ｋの設定範囲はｋ＝１，２，・・・，Ｋである。「ｊ」はＯＮＵ９２の識別番号であり、ｊの設定範囲はｊ＝１，２，・・・，Ｊである。「ｘ_{ｋ，ｊ，上り}」は、ＯＳＵ＃ｋに割り当てられたＯＮＵ＃ｊの上りトラフィック量である。「ｘ_{ｋ，ｊ，下り}」は、ＯＳＵ＃ｋに割り当てられたＯＮＵ＃ｊの下りトラフィック量である。「ｊ＿ｋ」は、ＯＳＵ＃ｋに割り当てられている全ＯＮＵ数である。「ｘ_ｊ，ｋ」は、ＯＳＵ＃ｋに割当られているＯＮＵ＃ｊの上りと下りの合計トラフィック量である。「Ｘ_ｋ」は、ＯＳＵ＃ｋの上りと下りの合計負荷である。「Ｈ＿ｋ」は、Ｘ_ｋを昇順にソートした際のｋ番目のＯＳＵ番号である。「ｐ」は、均一性の目標値である。「α」は、選択されたＯＮＵ９２の上りと下りの合計トラフィック量である。

続いて、図８に、図５の波長切替制御部８３で用いるＯＮＵ−ＯＳＵ割当を決定するフローチャートを示す。フローチャートは、ステップＳ１からステップＳ８で構成される。
ステップＳ１：ＯＳＵ＃ｋに割り当てられたＯＮＵ＃ｊの上りと下りの合計トラフィック量ｘ_ｋ，ｊを算出する。具体的には、式１を実行する。
（数１）
ｘ_ｋ，ｊ＝ｘ_{ｋ，ｊ，上り}＋ｘ_{ｋ，ｊ，下り} ・・（式１）

ステップＳ２：ｘ_ｋ，ｊを用いて、ＯＳＵ８１毎の合計トラフィック量Ｘ_ｋを算出する。具体的には、式２を実行する。
（数２）
Ｘ_ｋ＝ｘ_ｋ，１＋ｘ_ｋ，２＋・・・＋ｘ_{ｋ，ｊ＿ｋ} ・・（式２）

ステップＳ３：Ｘ_ｋを昇順にソートし、Ｘ_ｋを昇順にソートした際のｋ番目のＯＳＵ番号である、Ｈ＿ｋを記憶する。

ステップＳ４：ＯＳＵ番号Ｈ＿ｋの上りと下りの合計負荷が目標とする均一性を満たしているか判断する。具体的には、式３を実行する。
（数３）
Ｘ_Ｈ＿Ｋ ≦ ｐ×Ｘ_Ｈ＿１・・（式３）

ステップＳ５：最適な移動量（Ｘ_Ｈ＿Ｋ−Ｘ_Ｈ＿１）／２を算出する。

ステップＳ６：Ｘ_Ｈ＿Ｋに含まれるｘ_{Ｈ＿Ｋ，ｊ}の中から（Ｘ_Ｈ＿Ｋ−Ｘ_Ｈ＿１）／２に合計トラフィック量が最も近い１台のＯＮＵ９２を選択する。選択したＯＮＵ９２の上りと下りの合計トラフィック量であるｘ_ｋ，ｊをαとする。

ステップＳ７：ステップＳ６にて選択したＯＮＵ９２をＯＳＵ＃Ｈ＿ＫからＯＳＵ＃Ｈ＿１へ再割当した場合、均一性は向上するかどうかを判断する。具体的には、式４を実行する。
（数４）
０＜α＜（Ｘ_Ｈ＿Ｋ−Ｘ_Ｈ＿１）・・（式４）

ステップＳ８：ステップＳ６にて選択したＯＮＵ９２をＯＳＵ＃Ｈ＿１に再割当する。

本実施形態例では、ステップＳ４、及び、ステップＳ７に示したように、それぞれ、目標とする均一性に到達した場合、及び、均一性が向上しない場合は計算を終了させる判断を行う。更に、計算終了の判断として、設定された演算量に到達した場合や設定した演算時間に到達した場合でもよい。

このように、図８のフローチャートで示すＯＮＵ９２−ＯＳＵ８１の割当では、ステップＳ１からステップＳ８において、トラフィック負荷が最大のＯＳＵ８１からトラフィック負荷が最低のＯＳＵ８１へ、トラフィック負荷が最大のＯＳＵ８１の合計トラフィック量と、トラフィック負荷が最低のＯＳＵ８１の合計トラフィック量の差の半分に最も近いＯＮＵ９２を再割当する動作を繰り返す。従って、複数のＯＳＵ８１間のトラフィック負荷を均一化するために最も効果的な１つのＯＮＵ９２の波長変更を繰り返すことになる（非特許文献２）ため、送受信波長の変更頻度をできるだけ抑制しつつ、複数のＯＳＵ８１間の下りトラフィック負荷を均一化することができる。

更に、本実施形態では、図５のシステム構成のように、新たにＯＳＵ８１内に上りトラフィック量をＯＮＵ９２毎に測定するトラフィックカウンタを備え、且つ、図８のＯＮＵ９２−ＯＳＵ８１割当のフローチャートを用いることで、上りと下りの合計トラフィック量を複数のＯＳＵ８１間で均一化することができる。従って、上りと下りの合計の空き帯域が均一化されるため、上りのスループットと下りのスループットの合計に対して、異なるＯＳＵ８１に収容されるＯＮＵ９２間に公平なサービス品質、例えば最大スループット、を提供することができる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、上りと下りの合計トラフィック量を複数ＯＳＵ８１間で均一化することができるが、上りトラフィック量が上りの最大伝送帯域を超える、もしくは、下りトラフィック量が下りの最大伝送帯域を超える場合が起こりうる。

図９及び図１０に、下りトラフィック量が下りの最大伝送帯域を超えるような動的負荷分散の一例を示す。図９に、上りと下りの合計トラフィック量の再割当前（ａ）と再割当結果（ｂ）を示す。図１０に、再割当前（ａ）と再割当後（ｂ）の上りトラフィック量を示す。本例では、再割当前は、図９（ａ）に示すように、ＯＮＵ＃１〜＃４がＯＳＵ＃１に、ＯＮＵ＃５〜＃６がＯＳＵ＃２に、ＯＮＵ＃７〜＃８がＯＳＵ＃３に論理接続している。そして、再割当結果は、図９（ｂ）に示すように、ＯＮＵ＃１、＃２、＃３がＯＳＵ＃１に、ＯＮＵ＃５、＃６がＯＳＵ＃２に、ＯＮＵ＃７、＃８、＃４がＯＳＵ＃３に論理接続している。図９より、再割当により、複数のＯＳＵ８１間の上りと下りの合計トラフィック量は均一に近づいている。しかし、図１０（ｂ）の上りトラフィック量の再割当結果に着目すると、ＯＳＵ＃３に論理接続するＯＮＵ＃７とＯＮＵ＃８とＯＮＵ＃４の合計トラフィック量が上り最大伝送帯域を超えている。このように合計トラフィック量が最大伝送帯域を超えた場合、遅延やパケットロスの原因となりうる。

そこで、上り、もしくは、下りトラフィック量がそれぞれの最大伝送帯域を超えないようなＯＮＵ９２−ＯＳＵ８１割当のフローチャートを図１１に示す。フローチャートは、ステップＳ１〜ステップＳ８，Ｓ２１，Ｓ２２で構成される。本例でのフローチャートは、実施形態１の図８で示したフローチャートにステップＳ２１とステップＳ２２を追加した構成である。ステップＳ２１とステップＳ２２を以下で説明する。

ステップＳ２１：ステップＳ６にて選択したＯＮＵ９２を再割当した場合に、上り帯域が上限を超えないかを判断する。具体的には、式５を実行する。
（数５）
ｘ_{Ｈ＿Ｋ，１，上り}＋ｘ_{Ｈ＿Ｋ，２，上り}＋・・＋ｘ_{Ｈ＿Ｋ，ｊ＿ｋ，上り}＋ｘ_{Ｈ＿１，選択したＯＮＵ，上り}
≦上り最大伝送帯域・・（式５）
上り帯域が上限を超えない場合（Ｓ２１においてＹｅｓ）、ステップＳ２２へ移行する。一方、上り帯域が上限を超える場合（Ｓ２１においてＮｏ）、ＯＮＵ９２−ＯＳＵ８１割当を終了する。

ステップＳ２２：ステップＳ６にて選択したＯＮＵ９２を再割当した場合に、下り帯域が上限を超えないかを判断する。具体的には、式６を実行する。
（数６）
ｘ_{Ｈ＿Ｋ，１，下り}＋ｘ_{Ｈ＿Ｋ，２，下り}＋・・＋ｘ_{Ｈ＿Ｋ，ｊ＿ｋ，下り}＋ｘ_{Ｈ＿１，選択したＯＮＵ，下り}
≦下り最大伝送帯域・・（式６）
下り帯域が上限を超えない場合（Ｓ２２においてＹｅｓ）、ステップＳ８へ移行する。一方、下り帯域が上限を超える場合（Ｓ２２においてＮｏ）、ＯＮＵ９２−ＯＳＵ８１割当を終了する。

このように、図１１のフローチャートで示すＯＮＵ９２−ＯＳＵ８１割当フローチャートでは、ステップＳ２１またはステップＳ２２において、それぞれ、上り帯域、または、下り帯域が上限を超えないかを判断し、超えない場合は再割当を行い、超える場合は再割当を行わない。従って、上り、または、下り帯域が上限を超えてしまうような再割当を防ぐことができ、動的負荷分散を行うことによる、上り、もしくは、下りのフレームの損失を阻止することができる。

（第３の実施形態）
前述したように、上りの平均トラフィック量は下りの平均トラフィック量の１０分の１程度であるため、上りトラフィック量と下りトラフィック量を足し合わせた合計トラフィック量に着目してＯＮＵ９２にＯＳＵ８１を再割当する第１の実施形態では、ほぼ下りトラフィック量に基づいて、再割当を行ってしまう場合がある。

図１２に、本実施形態における動的負荷分散の一例を示す。図１２に、上りと下りの合計トラフィック量の再割当前と再割当結果を示す。図１３に、再割当後の上りトラフィック量と下りトラフィック量を示す。本例では、ＯＳＵ８１が３台、ＯＮＵ９２が５台であり、初期状態として、ＯＮＵ＃１〜＃４がＯＳＵ＃１に、ＯＮＵ＃５〜＃６がＯＳＵ＃２に、ＯＮＵ＃７〜＃８がＯＳＵ＃３に論理接続している。そして、再割当結果は、図１２（ｂ）及び図１３（ｂ）に示すように、ＯＮＵ＃４、＃３がＯＳＵ＃１に、ＯＮＵ＃５、＃６がＯＳＵ＃２に、ＯＮＵ＃７、＃８、＃１、＃２がＯＳＵ＃３に論理接続している。

加えて、ＯＮＵ＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃７、＃８の下りトラフィック量を、それぞれ、１０５、８０、３１０、１０５、１１２、３４１、１３４、６０と想定し、ＯＮＵ＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃７、＃８の上りトラフィック量を、それぞれ、４、４、２１、４、２２、１６、９、３５と想定する。この時、ＯＮＵ＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃７、＃８の上りトラフィック量と下りトラフィック量を足し合わせた合計トラフィック量は、１０９、８４、３３１、１０９、１３４、３５７、１４３、９５である。このような場合、再割当前の上りと下りの合計トラフィック量は、ＯＳＵ＃１、＃２、＃３で、それぞれ、６３３、４９１、２３８で不均一である。このように不均一な状態から、第１の実施形態に示した動的負荷分散制御により、ＯＮＵ＃１とＯＮＵ＃２の論理接続をＯＳＵ＃１からＯＳＵ＃３へ変更することで、再割当結果の合計トラフィック量は、ＯＳＵ＃１、＃２、＃３で、それぞれ、４４０、４９１、４３１となり、上りと下りの合計トラフィック量を複数ＯＳＵ８１間で均一に使づけることができる。

この時の下りと上りのトラフィック量について、再度、別々に検討する。本例において、再割当前の下りトラフィック量は、ＯＳＵ＃１、＃２、＃３で、それぞれ、６００、４５３、１９４であり、再割当前の上りトラフィック量は、ＯＳＵ＃１、＃２、＃３で、それぞれ、３３、３８、４４である。再割当前の下りトラフィック量、及び、上りトラフィック量のフェアネスインデックスは、０．８５、及び、０．９８である。

一方で、再割当結果の下りトラフィック量は、ＯＳＵ＃１、＃２、＃３で、それぞれ、４１５、４５３、３７９であり、再割当結果の上りトラフィック量は、ＯＳＵ＃１、＃２、＃３で、それぞれ、２５、３８、５２である。再割当結果の下りトラフィック量、及び、上りトラフィック量のフェアネスインデックスは、０．９９、及び、０．９２である。尚、フェアネスインデックスは最大値である１に近いほど、均一性が高いことを示す。従って、下りトラフィック量はほぼ均一化されているが、上りトラフィック量は下りトラフィック量に比べて不均一のままである。すなわち、下りトラフィック量と上りトラフィック量に大きな差がある場合、トラフィック量が大きな方に依存して動的負荷分散が行われてしまう。

このような場合に対して、本実施形態では、上りトラフィック量、もしくは、下りトラフィック量に係数Ａを掛けて、重みづけを行う。上りトラフィック量に係数Ａを掛ける場合の、ＯＮＵにＯＳＵを割当てるフローチャートを図１４に示す。フローチャートは、ステップＳ３１からステップＳ８で構成される。本例でのフローチャートは、実施形態１の図８で示したフローチャートのステップＳ１をＳ３１に変更した構成である。ステップＳ３１を以下で説明する。

ステップＳ３１：ＯＳＵ＃ｋに割り当てられたＯＮＵ＃ｊの上りと下りの合計トラフィック量ｘ_ｋ，ｊを算出する。算出の際には、上りトラフィック量の係数Ａを掛ける。具体的には、式７を実行する。
（数７）
ｘ_ｋ，ｊ＝Ａ・ｘ_{ｋ，ｊ，上り}＋ｘ_{ｋ，ｊ，下り} ・・（式７）

一例として、上りトラフィック量にＡ＝１０を掛けた時を以降に示す。図１５及び図１６に一例を示す。図１５に、Ａ＝１０を掛けて、重みづけを行った後の、上りと下りの合計負荷の再割当前と再割当結果を示す。図１６に、もともとの測定値の再割当後の上り負荷と下り負荷を示す。

本例では、ＯＳＵ８１が３台、ＯＮＵ９２が５台であり、初期状態として、ＯＮＵ＃１〜＃４がＯＳＵ＃１に、ＯＮＵ＃５〜＃６がＯＳＵ＃２に、ＯＮＵ＃７〜＃８がＯＳＵ＃３に論理接続している。そして、再割当結果は、ＯＮＵ＃１、＃２、＃３がＯＳＵ＃１に、ＯＮＵ＃５、＃６がＯＳＵ＃２に、ＯＮＵ＃７、＃８、＃４がＯＳＵ＃３に論理接続している。

加えて、ＯＮＵ＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃７、＃８の下りトラフィック量を、それぞれ、１０５、８０、３１０、１０５、１１２、３４１、１３４、６０と想定し、重みづけを行った場合のＯＮＵ＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃７、＃８の上りトラフィック量を、それぞれ、４０、４０、２１０、４０、２２０、１６０、９０、３５０と想定する。この時、ＯＮＵ＃１、＃２、＃３、＃４、＃５、＃６、＃７、＃８の上りトラフィック量と下りトラフィック量を足し合わせた合計トラフィック量は、１４５、１２０、５２０、１４５、３３２、５０１、２２４、４１０である。

このような場合、再割当前の上りと下りの合計トラフィック量は、図１５（ａ）に示すように、ＯＳＵ＃１、＃２、＃３で、それぞれ、９３０、８３３、６３４で不均一である。このように不均一な状態から、第１の実施形態に示した動的負荷分散制御により、ＯＮＵ＃４の論理接続をＯＳＵ＃１からＯＳＵ＃３へ変更することで、再割当結果の合計トラフィック量は、図１５（ｂ）に示すように、ＯＳＵ＃１、＃２、＃３で、それぞれ、７８５、８３３、７７９となり、上りと下りの合計トラフィック負荷を複数ＯＳＵ間で均一に使づけることができる。

この再割当結果の下りと上りのトラフィック量について、再度、別々に検討する。本例において、再割当前の下りトラフィック量は、図１６（ｂ）に示すように、ＯＳＵ＃１、＃２、＃３で、それぞれ、４９５、４５３、２９９である。再割当前の上りトラフィック量は、図１６（ａ）に示すように、ＯＳＵ＃１、＃２、＃３で、それぞれ、２９、３８、４８である。再割当前の下りトラフィック量、及び、上りトラフィック量のフェアネスインデックスは、０．９６、及び、０．９６である。

以上より、重みづけを行わない場合の再割当結果のフェアネスインデックスと重みづけを行った場合の再割当結果のフェアネスインデックスを比べると、重みづけを行った場合の方が再割当結果の上りと下りのトラフィック量のフェアネスインデックスの差が小さい。従って、本実施形態で示したフローチャートを用いることで、上りと下りの合計トラフィック量を複数のＯＳＵ８１間で均一化しつつ、且つ、上りトラフィック量と下りトラフィック量の均一性の差を是正することができる。更に、重みづけを行うことで、サービス種別に応じて、上り通信、もしくは、下り通信のどちらかを重視した動的負荷分散を行うこともできる。

本発明は情報通信産業に適用することができる。

１１、２１：ＭＡＣ
１２：光送受信器
２２：波長可変型光送受信器
８１：ＯＳＵ
８２：スイッチ
８３：波長切替制御部
９１：ＯＬＴ
９２：ＯＮＵ
９３：光スプリッタ

Claims

複数の親ノードと複数の子ノードが接続された光通信網において、子ノードのトラフィックを割り当てられた親ノードへの負荷を分散する負荷分散装置であって、
子ノード毎の上りトラフィック量及び下りトラフィック量をそれぞれ別々に収集し、
子ノード毎の上りトラフィック量及び下りトラフィック量の合計トラフィック量を用いて親ノード毎の合計トラフィック量を算出し、
親ノード毎の合計トラフィック量が均一になるように、各親ノードに接続される子ノードを決定する、
負荷分散装置。
各親ノードに接続される子ノードを決定する際に、
親ノード毎の合計トラフィック量が均一に近づくような、割当先の親ノードを変更する子ノードを選択し、
選択した子ノードの割当先を変更した後の上り帯域又は下り帯域が予め定められた上限を超えるか否かを判定し、
上り帯域又は下り帯域が前記上限を超えない場合は割当先の親ノードを変更し、
上り帯域又は下り帯域が前記上限を超える場合は割当先の親ノードを変更しない、
請求項１に記載の負荷分散装置。
親ノード毎の合計トラフィック量を算出する際に、
前記上りトラフィック量若しくは前記下りトラフィック量又はこれらの両方に重み係数を掛けた合計トラフィック量を用いて親ノード毎の合計トラフィック量を算出する、
請求項１又は２に記載の負荷分散装置。