JP2017135461A - 加入者終端装置、局側終端装置、光信号伝送装置および通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】通信レートを低下させることなく、光信号伝送装置の切替の誤検出を防止可能な加入者終端装置を得ること。【解決手段】１つまたは複数のＯＮＵと、ＯＮＵと光通信を行うＯＳＵを複数備えたＯＬＴと、を含む通信システムにおけるＯＮＵであって、ＯＳＵから受信したフレームから、監視対象フレームを抽出する受信部１２と、監視対象フレームから送信元のＯＳＵのアドレスである送信元アドレスを抽出するＭＰＣＰ処理部１３と、送信元アドレスに基づいて、自装置と通信を行うＯＳＵが切り替えられたか否かを検出する切替検出部１４と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、光通信を行う加入者終端装置、局側終端装置、光信号伝送装置および通信システムに関する。

従来、ＰＯＮ（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）システムは、複数個の加入者終端装置であるＯＮＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）を１個の局側終端装置であるＯＬＴ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）で収容でき、ＯＮＵとＯＬＴとを１対１で接続する光アクセスシステムと比較して通信サービスを低価格で加入者へ提供できることから、国内外で普及が進んでいる。

通信システムでは一般的に稼働率の高さが要求されており、通信システムの稼働率を高めるための一方策として構成要素の冗長化が挙げられる。ＰＯＮシステムでは、ＯＬＴが、光ファイバおよび光スプリッタなどを介してＯＮＵと通信を行う光信号伝送装置であるＯＳＵ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｕｎｉｔ）を複数備えることで、構成要素を冗長化できる。このような場合に、ＯＮＵにおいて、ＯＬＴ側で自装置と通信を行うＯＳＵが切り替えられたことを検出する方法が、非特許文献１および特許文献１において開示されている。

非特許文献１の９．３節では、ＯＳＵおよびＯＮＵの基本的な状態遷移、送受信されるメッセージなどが規定されている。ＯＮＵは、無効な光信号の検出、またはＯＳＵからイーサネット（登録商標）フレームを規定時間受信しないことの検出により、ＯＳＵの切替を検出する。

また、特許文献１において、ＯＮＵは、非特許文献２に記載の方式によりデータが暗号化された暗号化フレームのＳｅｃＴＡＧ（ＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ） Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ＴＡＧ）に含まれるＳＣＩ（Ｓｅｃｕｒｅ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）の変化、すなわちＳＣＩの上位４８ｂｉｔに格納されている送信側の機器のＭＡＣアドレスの変化の検出により、ＯＳＵの切替を検出する。または、ＯＮＵは、ＳｅｃＴＡＧに含まれるＡＮ（Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ Ｎｕｍｂｅｒ）の変化により、ＯＳＵの切替を検出する。

特開２０１４−１３１２６４号公報

ＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ） Ｐ１９０４．１／Ｄ３．４ ２０１３年 ＩＥＥＥ Ｓｔｄ ８０２．１ＡＥ ２００６年

しかしながら、非特許文献１では、ＯＮＵが無効な光信号の検出によりＯＳＵの切替を検出する場合、例えば、ＮＴＴ技術資料館の光ＣＡＴＳ（ＣＡｂｌｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｓｐｌｉｃｉｎｇ）システム（http://www.hct.ecl.ntt.co.jp/exhibitions/panel/pdf/2_Ea_3_2-2.pdf）に記載の光ファイバケーブル切替接続システムを用いて光ファイバが切り替えられた際、切替検出の条件を満たすことから誤ってＯＳＵの切替を検出し、不要な通信停止が発生するおそれがある、という問題があった。

また、特許文献１では、ＯＳＵが暗号化フレームのＳｅｃＴＡＧ内にｏｐｔｉｏｎとしてＳＣＩを付与する必要がある。そのため、全ての暗号化フレームにＳＣＩ分の８ｂｙｔｅが加算され、ＯＳＵからＯＮＵへの通信レートが低下する、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、通信レートを低下させることなく、光信号伝送装置の切替の誤検出を防止可能な加入者終端装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、１つまたは複数の加入者終端装置と、加入者終端装置と光通信を行う光信号伝送装置を複数備えた局側終端装置と、を含む通信システムにおける加入者終端装置である。加入者終端装置は、光信号伝送装置から受信したフレームから、監視対象フレームを抽出する受信部を備える。また、加入者終端装置は、監視対象フレームから送信元の光信号伝送装置のアドレスである送信元アドレスを抽出する処理部を備える。また、加入者終端装置は、送信元アドレスに基づいて、自装置と通信を行う光信号伝送装置が切り替えられたか否かを検出する切替検出部を備えることを特徴とする。

本発明にかかる加入者終端装置は、通信レートを低下させることなく、光信号伝送装置の切替の誤検出を防止できる、という効果を奏する。

ＯＮＵおよびＯＬＴを含む通信システムの構成例を示す図 ＯＬＴが備えるＯＳＵの構成例を示すブロック図 ＯＮＵの構成例を示すブロック図 ＯＬＴのＯＳＵにおける秘匿対象のデータの暗号化処理を示すフローチャート ＳＣＩ生成部で生成されるＳＣＩおよび暗号化処理部で生成される初期化ベクトルを示す図 ネットワーク装置から送信されるイーサネットフレーム、暗号化処理部で生成される暗号化フレーム、およびＳｅｃＴＡＧの構成を示す図 ＯＮＵでのＯＳＵ切替検出処理を示すフローチャート ＯＮＵでの暗号化データの復号処理を示すフローチャート ＯＬＴにおけるＯＳＵ切替処理を示すシーケンス図 ＯＮＵの処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図 ＯＮＵの処理回路をＣＰＵおよびメモリで構成する場合の例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる加入者終端装置、局側終端装置、光信号伝送装置および通信システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかるＯＮＵおよびＯＬＴを含む通信システムの構成例を示す図である。ＰＯＮシステムである通信システム６は、Ｚ個のＯＮＵであるＯＮＵ１−１〜１−Ｚと、Ｚ個の光ファイバである光ファイバ２−１〜２−Ｚと、Ｎ個の光分配器である光分配器３−１〜３−Ｎと、Ｎ個の光ファイバである光ファイバ４−１〜４−Ｎと、ＯＬＴ５と、を備える。ＮおよびＺは１以上の整数であり、Ｚ≧Ｎとする。図１に示すＪおよびＫは１以上の整数であり、Ｚより小さい整数とする。以降の説明において個々の構成を区別する必要のない場合、ＯＮＵ１−１〜１−ＺをＯＮＵ１、光ファイバ２−１〜２−Ｚを光ファイバ２、光分配器３−１〜３−Ｎを光分配器３、光ファイバ４−１〜４−Ｎを光ファイバ４と称することがある。

ＯＮＵ１−１〜１−Ｚは、加入者宅などに設置され、加入者が有する端末と接続する加入者側終端装置である。光ファイバ２−１〜２−Ｚは、ＯＮＵ１−１〜１−Ｚと光分配器３−１〜３−Ｎとの間を接続する光通信用の通信線である。光分配器３−１〜３−Ｎは、光ファイバ４−１〜４−Ｎから入力された光信号を分岐して光ファイバ２−１〜２−Ｚへ出力する。また、光分配器３−１〜３−Ｎは、光ファイバ２−１〜２−Ｚから入力された光信号を光ファイバ４−１〜４−Ｎへ出力する。光ファイバ４−１〜４−Ｎは、光分配器３−１〜３−ＮとＯＬＴ５との間を接続する光通信用の通信線である。ＯＬＴ５は、ルーターなどのネットワーク装置から受信したイーサネットフレームを電気信号から光信号に変換して宛先の端末が接続するＯＮＵ１へ送信し、ＯＮＵ１から受信したイーサネットフレームを光信号から電気信号に変換してネットワーク装置へ送信する局側終端装置である。以降の説明においてイーサネットフレームをフレームと称することがある。

図１に示す通信システム６では、ＯＮＵ１−１〜１−ＺおよびＯＬＴ５が、光ファイバ２−１〜２−Ｚ、光分配器３−１〜３−Ｎ、および光ファイバ４−１〜４−Ｎを介して光信号のフレームの送受信による光通信を行う。通信システム６では、ＯＬＴ５からＯＮＵ１−１〜１−Ｚへ光信号のフレームを送信するときの通信を下り通信とし、ＯＮＵ１−１〜１−ＺからＯＬＴ５へ光信号のフレームを送信するときの通信を上り通信とする。なお、図１に示す通信システム６では、ＯＮＵ１がＺ個あるが、一例であり、ＯＮＵ１は１個でもよい。

つぎに、ＯＬＴ５の構成について説明する。ＯＬＴ５は、集線部５１と、Ｎ個のＯＳＵであるＯＳＵ５２−１〜５２−Ｎと、予備系ＯＳＵ５３と、Ｎ個の光分配器である光分配器５４−１〜５４−Ｎと、光スイッチ部５５と、切替制御部５６と、を備える。以降の説明において個々の構成を区別する必要のない場合、ＯＳＵ５２−１〜５２−ＮをＯＳＵ５２、光分配器５４−１〜５４−Ｎを光分配器５４と称することがある。

集線部５１は、ネットワーク装置と接続し、ネットワーク装置から受信されたフレームを、フレームの宛先の端末が接続するＯＮＵ１を収容、すなわち接続するＯＳＵ５２または予備系ＯＳＵ５３へ出力する。また、集線部５１は、ＯＳＵ５２または予備系ＯＳＵ５３から入力されたフレームを、ネットワーク装置へ送信する。

ＯＳＵ５２−１〜５２−Ｎは、ＯＮＵ１−１〜１−Ｚと光通信を行う光信号伝送装置である。ＯＳＵ５２−１〜５２−Ｎは、集線部５１から入力されたフレーム内の秘匿対象のデータを暗号化し、暗号化された秘匿対象のデータである暗号化データを含む暗号化フレームを電気信号から光信号に変換してＯＮＵ１へ送信する。また、ＯＳＵ５２−１〜５２−Ｎは、ＯＮＵ１から受信された暗号化フレームを光信号から電気信号に変換し、暗号化フレーム内の暗号化データを復号し、復号後の秘匿対象のデータを含むフレームを集線部５１へ出力する。ＯＳＵ５２−１〜５２−Ｎは、通常時に使用される現用系のＯＳＵである。各ＯＳＵ５２は、光分配器５４、光ファイバ４、光分配器３および光ファイバ２を介して、１個または複数個のＯＮＵ１と接続する。ＯＳＵ５２、およびＯＳＵ５２と接続するＯＮＵ１には、１対１のセキュアチャネルが設定され、セキュアチャネル内で秘匿通信を行うことができる。図１に示す秘匿通信区間が、ＯＳＵ５２およびＯＮＵ１がセキュアチャネルにより秘匿通信を行う区間となる。

予備系ＯＳＵ５３は、ＯＳＵ５２−１〜５２−Ｎのいずれかで障害が検出された場合などに、障害などが検出されたＯＳＵ５２に代わってＯＳＵとして動作する光信号伝送装置である。予備系ＯＳＵ５３は、ＯＳＵ５２−１〜５２−Ｎが動作中は待機状態にあり、動作を停止しているものとする。なお、ＯＬＴ５は、図１では予備系ＯＳＵ５３を１個備えているが、一例であり、２個以上の予備系ＯＳＵ５３を備えてもよい。

光分配器５４−１〜５４−Ｎは、接続する光ファイバ４−１〜４−Ｎのうちの１個の光ファイバ４から入力された光信号を分岐して、接続するＯＳＵ５２−１〜５２−Ｎのうちの１個のＯＳＵ５２および光スイッチ部５５へ出力する。また、光分配器５４−１〜５４−Ｎは、ＯＳＵ５２−１〜５２−Ｎまたは光スイッチ部５５から入力された光信号を、接続する光ファイバ４−１〜４−Ｎのうちの１個の光ファイバ４へ出力する。

光スイッチ部５５は、光分配器５４−１〜５４−Ｎから入力された光信号の出力先を制御するＮ対１のスイッチである。光スイッチ部５５は、予備系ＯＳＵ５３が動作している場合、障害などにより予備系ＯＳＵ５３が代わりに動作しているＯＳＵ５２と接続する光分配器５４から入力された光信号を予備系ＯＳＵ５３へ出力する。また、光スイッチ部５５は、予備系ＯＳＵ５３から入力された光信号を、障害などにより予備系ＯＳＵ５３が代わりに動作しているＯＳＵ５２と接続する光分配器５４へ出力する。なお、光スイッチ部５５は、現用系のＯＳＵ５２−１〜５２−Ｎが正常に動作している場合、すなわち予備系ＯＳＵ５３が動作を停止している場合、予備系ＯＳＵ５３へ光信号を出力しなくてもよいし、いずれかの光分配器５４−１〜５４−Ｎから入力された光信号を予備系ＯＳＵ５３へ出力してもよい。

切替制御部５６は、ＯＬＴ５全体の動作を制御する。切替制御部５６は、ＯＳＵ５２−１〜５２−Ｎの状態を監視し、ＯＳＵ５２−１〜５２−ＮのいずれかのＯＳＵ５２で障害などのＯＳＵ切替の切替要因が検出された場合、切替要因が検出されたＯＳＵ５２に代わって予備系ＯＳＵ５３が動作するよう制御する。また、切替制御部５６は、予備系ＯＳＵ５３が動作している場合、光スイッチ部５５における光信号の出力先を制御し、集線部５１におけるネットワーク装置から受信したフレームの出力先を制御する。

このように、ＯＬＴ５は、複数の光信号伝送装置であるＯＳＵ、すなわちＯＳＵ５２−１〜５２−Ｎおよび予備系ＯＳＵ５３を備えている。なお、図１において、ＯＮＵ１−１〜１−Ｚ、ＯＳＵ５２−１〜５２−Ｎ、および予備系ＯＳＵ５３は、各々異なるＭＡＣアドレスを持っているものとする。

ＯＬＴ５が備えるＯＳＵ５２−１〜５２−Ｎおよび予備系ＯＳＵ５３の構成について詳細に説明する。ここでは、ＯＳＵ５２−１〜５２−Ｎおよび予備系ＯＳＵ５３は同一構成のため、ＯＳＵ５２−１を例にして説明する。図２は、本発明の実施の形態にかかるＯＬＴ５が備えるＯＳＵ５２−１の構成例を示すブロック図である。ＯＳＵ５２−１は、上位回線ＩＦ（ＩｎｔｅｒＦａｃｅ）部２１と、暗号化処理部２２と、ＭＰＣＰ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｏｉｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）処理部２３と、ＳＣＩ生成部２４と、送信部２５と、光送受信部２６と、受信部２７と、復号処理部２８と、切替制御ＩＦ部２９と、を備える。

上位回線ＩＦ部２１は、上位の集線部５１との間でフレームの入力および出力を行う。上位回線ＩＦ部２１は、集線部５１から入力されたフレームを暗号化処理部２２へ出力する。また、上位回線ＩＦ部２１は、復号処理部２８から入力されたフレームを集線部５１へ出力する。

暗号化処理部２２は、集線部５１から入力されたネットワーク装置からのフレームに格納されている秘匿対象のデータを、ＳＣＩ生成部２４で生成された下りＳＣＩ、および接続するＯＮＵ１と共通の暗号鍵を用いて暗号化する暗号化処理を行う。

ＭＰＣＰ処理部２３は、ＭＰＣＰのプロトコルによる信号制御を行う処理部である。ＭＰＣＰ処理部２３は、ＯＮＵ１−１〜１−ＺとのＭＰＣＰによる接続を維持するため、定期的にＭＡＣコントロールフレームの一種であるＧＡＴＥフレームなどを生成する。また、ＭＰＣＰ処理部２３は、ＳＣＩ生成部２４に対して、下り通信における秘匿通信で使用する下りセキュアチャネルの識別子である下りＳＣＩの生成に使用する自ＯＳＵ５２−１のＭＡＣアドレス、上り通信における秘匿通信で使用する上りセキュアチャネルの識別子である上りＳＣＩの生成に使用する接続するＯＮＵ１のＭＡＣアドレス、および接続するＯＮＵ１毎にＯＳＵ５２−１と各ＯＮＵ１との間で通信を行うために設定されるロジカルリンクの識別子であるＬＬＩＤ（Ｌｏｇｉｃａｌ Ｌｉｎｋ ＩＤｅｎｔｉｆｉｅｒ）を通知する。

ＳＣＩ生成部２４は、下り通信の場合、ＭＰＣＰ処理部２３から通知された自ＯＳＵ５２−１のＭＡＣアドレスおよびＬＬＩＤを用いて下りＳＣＩを生成し、生成した下りＳＣＩを暗号化処理部２２へ通知する。また、ＳＣＩ生成部２４は、上り通信の場合、ＭＰＣＰ処理部２３から通知された接続するＯＮＵ１のＭＡＣアドレスおよびＬＬＩＤを用いて上りＳＣＩを生成し、生成した上りＳＣＩを復号処理部２８へ通知する。

送信部２５は、暗号化処理部２２において暗号化された秘匿対象のデータである暗号化データを含む暗号化フレーム、およびＭＰＣＰ処理部２３で生成されたＭＡＣコントロールフレームを多重し、多重後のフレームに対して、ＯＳＩ（Ｏｐｅｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）参照モデルにおける物理レイヤレベルでのフレーム処理、すなわちヘッダなどを付与する処理および変調処理などを行って、光送受信部２６へ出力する。なお、送信部２５は、暗号化処理部２２からの暗号化フレーム、またはＭＰＣＰ処理部２３からのＭＡＣコントロールフレームのいずれか一方のフレームのみが入力された場合、フレームを多重する処理は省略する。

光送受信部２６は、送信部２５から入力されたフレームを電気信号から光信号に変換し、光信号のフレームを光ファイバ４へ出力する。また、光送受信部２６は、光ファイバ４から入力されたフレームを光信号から電気信号に変換し、電気信号のフレームを受信部２７へ出力する。

受信部２７は、光送受信部２６から入力された電気信号のフレームに対して、ＯＳＩ参照モデルにおける物理レイヤレベルでのフレーム処理、すなわちヘッダなどを除去する処理および復調処理などを行って、暗号化フレームおよびＭＡＣコントロールフレームを抽出する。受信部２７は、抽出したＭＡＣコントロールフレームをＭＰＣＰ処理部２３へ出力し、抽出した暗号化フレームを復号処理部２８へ出力する。

復号処理部２８は、受信部２７から入力された暗号化フレームに格納されている暗号化データを、ＳＣＩ生成部２４で生成された上りＳＣＩ、および接続するＯＮＵ１と共通の暗号鍵を用いて復号する復号処理を行う。

切替制御ＩＦ部２９は、ＯＬＴ５の切替制御部５６からの指示に基づいて、ＭＰＣＰ処理部２３および光送受信部２６の動作を制御し、ＳＣＩの生成、光信号の出力などを制御する。

つぎに、ＯＮＵ１−１〜１−Ｚの構成について詳細に説明する。ここでは、ＯＮＵ１−１〜１−Ｚは同一構成のため、ＯＮＵ１−１を例にして説明する。図３は、本発明の実施の形態にかかるＯＮＵ１−１の構成例を示すブロック図である。ＯＮＵ１−１は、光送受信部１１と、受信部１２と、ＭＰＣＰ処理部１３と、切替検出部１４と、ＳＣＩ生成部１５と、復号処理部１６と、回線ＩＦ部１７と、暗号化処理部１８と、送信部１９と、を備える。

光送受信部１１は、光ファイバ２から入力されたフレームを光信号から電気信号に変換し、電気信号のフレームを受信部１２へ出力する。また、光送受信部１１は、送信部１９から入力されたフレームを電気信号から光信号に変換し、光信号のフレームを光ファイバ２へ出力する。

受信部１２は、光送受信部１１から入力された電気信号のフレームに対して、ＯＳＩ参照モデルにおける物理レイヤレベルでのフレーム処理、すなわちヘッダなどを除去する処理および復調処理などを行って、暗号化フレームおよびＭＡＣコントロールフレームを抽出する。受信部１２は、抽出したＭＡＣコントロールフレームをＭＰＣＰ処理部１３へ出力し、抽出した暗号化フレームを復号処理部１６へ出力する。

ＭＰＣＰ処理部１３は、ＭＰＣＰのプロトコルによる信号制御を行う処理部である。ＭＰＣＰ処理部１３は、自ＯＮＵ１−１と、接続するＯＳＵ５２−１との間で通信を行うために設定されるロジカルリンクの識別子であるＬＬＩＤを管理し、ＬＬＩＤをＳＣＩ生成部１５へ通知する。また、ＭＰＣＰ処理部１３は、入力されたＭＡＣコントロールフレームの送信元ＭＡＣアドレスからＭＡＣコントロールフレームを送信した送信元のＯＳＵ５２−１のＭＡＣアドレスを抽出し、抽出したＯＳＵ５２−１のＭＡＣアドレスを切替検出部１４へ通知する。また、ＭＰＣＰ処理部１３は、上り通信を行う場合には、上りＳＣＩの生成に使用する自ＯＮＵ１−１のＭＡＣアドレスをＳＣＩ生成部１５へ通知する。ＭＰＣＰ処理部１３は、ＭＡＣコントロールフレームの一種であるＲＥＰＯＲＴフレームなどを生成する。

切替検出部１４は、ＭＰＣＰ処理部１３から通知されたＭＡＣコントロールフレームの送信元のＯＳＵ５２−１のＭＡＣアドレスに基づいて、ＯＬＴ５において自ＯＮＵ１−１と通信を行うＯＳＵ５２−１が切り替えられたか否かを判断する。切替検出部１４は、ＭＰＣＰ処理部１３から通知されたＭＡＣコントロールフレームの送信元のＯＳＵ５２−１のＭＡＣアドレスをＳＣＩ生成部１５へ通知する。

ＳＣＩ生成部１５は、下り通信の場合、切替検出部１４から通知されたＭＡＣコントロールフレームの送信元のＯＳＵ５２−１のＭＡＣアドレス、およびＭＰＣＰ処理部１３から通知されたＬＬＩＤを用いて下りＳＣＩを生成し、生成した下りＳＣＩを復号処理部１６へ通知する。また、ＳＣＩ生成部１５は、上り通信の場合、ＭＰＣＰ処理部１３から通知された自ＯＮＵ１−１のＭＡＣアドレスおよびＬＬＩＤを用いて上りＳＣＩを生成し、生成した上りＳＣＩを暗号化処理部１８へ通知する。

復号処理部１６は、受信部１２から入力された暗号化フレームに格納されている暗号化データを、ＳＣＩ生成部１５で生成された下りＳＣＩ、および接続するＯＳＵ５２−１と共通の暗号鍵を用いて復号する復号処理を行う。

回線ＩＦ部１７は、接続する端末との間でフレームの入力および出力を行う。回線ＩＦ部１７は、復号処理部１６によって復号された秘匿対象のデータを含むフレームを端末へ送信する。また、回線ＩＦ部１７は、端末から受信されたフレームを暗号化処理部１８へ出力する。

暗号化処理部１８は、回線ＩＦ部１７から入力された端末からのフレームに格納されている秘匿対象のデータを、ＳＣＩ生成部１５で生成された上りＳＣＩ、および接続するＯＳＵ５２−１と共通の暗号鍵を用いて暗号化する暗号化処理を行う。

送信部１９は、暗号化処理部１８において暗号化された秘匿対象のデータである暗号化データを含む暗号化フレーム、およびＭＰＣＰ処理部１３で生成されたＭＡＣコントロールフレームを多重し、多重後のフレームに対して、ＯＳＩ参照モデルにおける物理レイヤレベルでのフレーム処理、すなわちヘッダなどを付与する処理および変調処理などを行って、光送受信部１１へ出力する。なお、送信部１９は、暗号化処理部１８からの暗号化フレーム、またはＭＰＣＰ処理部１３からのＭＡＣコントロールフレームのいずれか一方のフレームのみが入力された場合、フレームを多重する処理は省略する。

つづいて、ＯＬＴ５とＯＮＵ１との間で行われるフレームの送受信において、送信するフレームに含まれる秘匿対象のデータを暗号化する処理について説明する。ここでは、一例として、ＯＬＴ５からＯＮＵ１−１へフレームを送信する場合に、ＯＬＴ５において秘匿対象のデータを暗号化する処理について説明する。

ＯＬＴ５において、集線部５１は、ネットワーク装置からＯＮＵ１−１と接続する端末宛に送信されたフレームを受信すると、フレームに格納されている宛先ＭＡＣアドレス、ＶＬＡＮ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）タグ、宛先ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）アドレスなどの情報に基づいて、宛先の端末が接続するＯＮＵ１−１を識別し、宛先の端末と接続するＯＮＵ１−１を収容、すなわち宛先の端末と接続するＯＮＵ１−１と接続する現用系のＯＳＵ５２−１へフレームを転送する。

ここで、ＯＳＵ５２−１および接続するＯＮＵ１−１は、１対１のセキュアチャネルを有している。予め上りと下りのセキュアチャネルを個別に規定するが、下りセキュアチャネルの識別子である下りＳＣＩのＳｙｓｔｅｍ ＩｄｅｎｔｉｆｉｅｒにはＯＳＵ５２−１のＭＡＣアドレスを用い、上りセキュアチャネルの識別子である上りＳＣＩのＳｙｓｔｅｍ ＩｄｅｎｔｉｆｉｅｒにはＯＮＵ１−１のＭＡＣアドレスを用いることとする。また、ＳＣＩのＰｏｒｔ Ｎｕｍｂｅｒには、例えば、非特許文献１の７．２節に記載のように、ＯＮＵ１−１のＬＬＩＤを用いることとする。このように下りおよび上りのＳＣＩの生成方法を決定することで、ＯＳＵ５２−１およびＯＮＵ１−１では、各々が上りおよび下りのＳＣＩを生成することができる。そのため、ＯＳＵ５２−１およびＯＮＵ１−１では、暗号化フレームに付与されるＳｅｃＴＡＧ内に、ｏｐｔｉｏｎとしてＳＣＩを付与しないで暗号化フレームを送信することが可能となる。

図４は、本発明の実施の形態にかかるＯＬＴ５のＯＳＵ５２−１における秘匿対象のデータの暗号化処理を示すフローチャートである。まず、ＯＳＵ５２−１では、ＳＣＩ生成部２４が、前述の生成方法により、下りセキュアチャネルの下りＳＣＩを生成する（ステップＳ１）。ＳＣＩ生成部２４は、生成した下りＳＣＩを暗号化処理部２２へ通知する。図５は、本発明の実施の形態にかかるＳＣＩ生成部で生成されるＳＣＩおよび暗号化処理部で生成される初期化ベクトルを示す図である。なお、図５では上り通信および下り通信の区別をしていない記載にしているが、以降の説明では下り通信の場合について説明する。前述のように、ＳＣＩ生成部２４は、Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒには暗号化を行う機器のＭＡＣアドレス、すなわちＯＳＵ５２−１のＭＡＣアドレスを用い、Ｐｏｒｔ Ｎｕｍｂｅｒには接続するＯＮＵ１−１のＬＬＩＤを用いて下りＳＣＩを生成する。ＳＣＩ生成部２４は、ＯＳＵ５２−１のＭＡＣアドレスを下りＳＣＩの一部にして下りＳＣＩを生成する。

ＯＳＵ５２−１では、暗号化処理部２２に、上位回線ＩＦ部２１経由で集線部５１からＯＮＵ１−１と接続する端末宛のフレームが入力されると、暗号化処理部２２は、フレームに含まれる秘匿対象のデータを暗号化する。暗号化処理部２２では、まず、下りＳＣＩを用いて、図５に示す初期化ベクトルを生成する（ステップＳ２）。初期化ベクトルは、暗号化処理において使用されるビット系列である。初期化ベクトルにおいて、ＳＣＩはＳＣＩ生成部２４で生成された下りＳＣＩであり、Ｐａｃｋｅｔ Ｎｕｍｂｅｒは暗号化を施したフレームの累積数であり、暗号ブロックカウンタは暗号アルゴリズムにより生成されるカウンタ値である。暗号アルゴリズムは、例えば、秘匿対象のデータの長さによってカウンタ値が決まるようなアルゴリズムなどがあるが、これに限定されるものではない。ただし、ＯＮＵ１−１と同じ暗号アルゴリズムとする。暗号化処理部２２は、ＳＣＩ生成部２４で生成された下りＳＣＩに、Ｐａｃｋｅｔ Ｎｕｍｂｅｒおよび暗号ブロックカウンタを設定して付与することで初期化ベクトルを生成する。

暗号化処理部２２は、つぎに、図６に示すＳｅｃＴＡＧを生成する（ステップＳ３）。図６は、本発明の実施の形態にかかるネットワーク装置から送信されるイーサネットフレーム、暗号化処理部で生成される暗号化フレーム、およびＳｅｃＴＡＧの構成を示す図である。ネットワーク装置から送信されるイーサネットフレームは一般的な構成である。イーサネットフレームは、宛先ＭＡＣアドレスであるＤＡ（Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ Ａｄｄｒｅｓｓ）、送信元ＭＡＣアドレスであるＳＡ（Ｓｏｕｒｃｅ Ａｄｄｒｅｓｓ）、暗号化処理部２２において暗号化処理の対象となる秘匿対象のデータ、およびエラー検出用のＦＣＳ（Ｆｒａｍｅ Ｃｈｅｃｋ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）により構成される。

暗号化処理部２２によって暗号化された秘匿対象のデータである暗号化データを含む暗号化フレームの構成は、前述の非特許文献２に記載されている構成と同様である。暗号化フレームにおいて、ＤＡおよびＳＡはイーサネットフレームのＤＡおよびＳＡをコピーしたものである。また、ＳｅｃＴＡＧおよび改ざん検出のためのＩＣＶ（Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ Ｃｈｅｃｋ Ｖａｌｕｅ）は暗号化処理部２２で生成して付与するものである。また、暗号化データは暗号化処理部２２がイーサネットフレームの秘匿対象のデータを暗号化したデータである。また、ＦＣＳは暗号化処理部２２が再計算して付与するものである。

暗号化処理部２２が生成するＳｅｃＴＡＧにおいて、ＭＡＣｓｅｃ ＥｔｈｅｒＴｙｐｅは固定値０ｘ８８Ｅ５である。ＴＣＩ（ＴＡＧ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）およびＳＬ（Ｓｈｏｒｔ Ｌｅｎｇｔｈ）は非特許文献１の９．５および９．７により一意に決まる。ＡＮ（Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ Ｎｕｍｂｅｒ）は異なるＳＡ（Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）を用いる際の識別子として使い、暗号化を行う機器、ここではＯＳＵ５２−１が決定する。Ｐａｃｋｅｔ Ｎｕｍｂｅｒは初期化ベクトル生成時のものと同じである。

暗号化処理部２２は、ＳｅｃＴＡＧ内にＳＣＩ、ここでは、下りＳＣＩを付与せずに暗号化フレームを生成する。この場合、ＯＮＵ１−１では、受信した暗号化フレームには下りＳＣＩが付与されていないことになる。なお、前述の特許文献１に記載のＳｅｃＴＡＧでは、図６に示すＰａｃｋｅｔ Ｎｕｍｂｅｒの右側に、さらにｏｐｔｉｏｎとして６４ｂｉｔ（８ｂｙｔｅ）のＳＣＩが付与されている。

暗号化処理部２２は、初期化ベクトル、ＳｅｃＴＡＧ、入力されたイーサネットフレームの宛先および送信元のＭＡＣアドレスに基づいて、暗号化関数を用いた暗号アルゴリズムにより疑似乱数を生成し、生成した疑似乱数と図６に示す秘匿対象のデータとの排他的論理和演算により暗号化処理を行う（ステップＳ４）。暗号化処理部２２は、暗号化処理により、図６に示す暗号化データを生成する。また、暗号化処理部２２は、初期化ベクトル、ＳｅｃＴＡＧ、および入力されたイーサネットフレームの秘匿対象のデータに基づいて、ハッシュ関数を用いてＩＣＶを生成する（ステップＳ５）。暗号化処理部２２は、暗号化関数およびハッシュ関数の演算において、ＯＳＵ５２−１とＯＮＵ１−１との間で共通の暗号鍵を使用する。共通の暗号鍵をＯＳＵ５２−１およびＯＮＵ１−１に配布する方法については特に限定せず、従来同様の一般的な方法でよい。

暗号化処理部２２は、生成したＳｅｃＴＡＧ、ＩＣＶ、暗号化データ、および入力されたイーサネットフレームの宛先および送信元のＭＡＣアドレスを用いてＦＣＳを再計算する（ステップＳ６）。そして、暗号化処理部２２は、イーサネットフレームのＤＡおよびＳＡ、生成したＳｅｃＴＡＧ、暗号化データ、ＩＣＶ、およびＦＣＳを用いて暗号化フレームを生成し、生成した暗号化フレームを送信部２５へ出力する（ステップＳ７）。

ＯＳＵ５２−１において、ＭＰＣＰ処理部２３は、接続する各ＯＮＵ１とのＭＰＣＰのプロトコルに基づく接続を維持するため、定期的にＭＡＣコントロールフレームの一種であるＧＡＴＥフレームを生成し、生成したＧＡＴＥフレームを送信部２５へ出力する。ここでは、ＧＡＴＥフレームを秘匿通信の対象外とし、ＯＳＵ５２−１において暗号化処理を行わないものとする。

送信部２５は、暗号化処理部２２から入力された暗号化フレームおよびＭＰＣＰ処理部２３から入力されたＧＡＴＥフレームを多重し、多重後のフレームに物理レイヤ処理を施して、すなわちヘッダなどを付与する処理および変調処理などを行って光送受信部２６へ出力する。

光送受信部２６は、送信部２５から入力されたフレームを電気信号から光信号に変換し、変換後の光信号のフレームを、光ファイバ４−１、光分配器３−１、および光ファイバ２−１経由でＯＮＵ１−１へ送信する。

ＯＮＵ１−１は、光送受信部２６から送信された光信号のフレームを、光ファイバ４−１、光分配器３−１、および光ファイバ２−１経由で受信する。

ＯＮＵ１−１において、光送受信部１１は、受信した光信号のフレームを電気信号のフレームに変換し、変換した電気信号のフレームを受信部１２へ出力する。

ＯＮＵ１−１でのＯＳＵ切替検出処理について説明する。図７は、本発明の実施の形態にかかるＯＮＵ１−１でのＯＳＵ切替検出処理を示すフローチャートである。受信部１２は、光送受信部１１から入力された電気信号のフレームに物理レイヤ処理を施して、すなわちヘッダなどを除去する処理および復調処理などを行って、ＯＳＵ５２−１で生成された暗号化フレームおよびＧＡＴＥフレームを抽出する。受信部１２は、抽出したＧＡＴＥフレームをＭＰＣＰ処理部１３へ出力し、抽出した暗号化フレームを復号処理部１６へ出力する（ステップＳ１１）。

ＭＰＣＰ処理部１３は、入力されたＧＡＴＥフレームの送信元ＭＡＣアドレスから、ＧＡＴＥフレームを生成したＯＳＵ５２−１のＭＡＣアドレスを抽出し、抽出したＯＳＵ５２−１のＭＡＣアドレスを切替検出部１４へ通知する（ステップＳ１２）。また、ＭＰＣＰ処理部１３は、自ＯＮＵ１−１のＬＬＩＤをＳＣＩ生成部１５へ通知する。

切替検出部１４は、ＭＰＣＰ処理部１３から通知されたＯＳＵ５２−１のＭＡＣアドレスが、前回通知されたＯＳＵのＭＡＣアドレスと同じかどうか判断する（ステップＳ１３）。切替検出部１４は、ここでは、ＭＰＣＰ処理部１３から通知されたＯＳＵ５２−１のＭＡＣアドレスが前回通知されたＯＳＵ５２−１のＭＡＣアドレスと同じため（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、ＯＬＴ５においてＯＳＵ切替が生じていないと判断する（ステップＳ１４）。なお、ＭＰＣＰ処理部１３から通知されたＯＳＵのＭＡＣアドレスが前回通知されたＯＳＵのＭＡＣアドレスから変化していた場合については後述する。切替検出部１４は、ＭＰＣＰ処理部１３から通知されたＯＳＵ５２−１のＭＡＣアドレスをＳＣＩ生成部１５へ通知する。

ＯＮＵ１−１での暗号化データの復号処理について説明する。図８は、本発明の実施の形態にかかるＯＮＵ１−１での暗号化データの復号処理を示すフローチャートである。ＳＣＩ生成部１５は、切替検出部１４から通知されたＯＳＵ５２−１のＭＡＣアドレスおよびＭＰＣＰ処理部１３から通知されたＬＬＩＤに基づいて下りＳＣＩを生成する（ステップＳ２１）。ＳＣＩ生成部１５は、前述のＯＳＵ５２−１のＳＣＩ生成部２４と同様の方法により、すなわち、ＯＳＵ５２−１のＭＡＣアドレスを下りＳＣＩの一部にして下りＳＣＩを生成する。ＳＣＩ生成部１５は、生成した下りＳＣＩを復号処理部１６へ通知する。

復号処理部１６は、ＳＣＩ生成部１５から通知された下りＳＣＩ、受信部１２から入力された暗号化フレームのＳｅｃＴＡＧ内のＰａｃｋｅｔ Ｎｕｍｂｅｒ、およびＯＳＵ５２−１の暗号化処理部２２と同じ暗号アルゴリズムにより生成されるカウンタ値を用いて、初期化ベクトルを生成する（ステップＳ２２）。復号処理部１６で生成された初期化ベクトルは、ＯＳＵ５２−１の暗号化処理部２２で生成された初期化ベクトルと同じである。

復号処理部１６は、生成した初期化ベクトル、入力された暗号化フレームのＳｅｃＴＡＧ、入力された暗号化フレームの宛先および送信元のＭＡＣアドレスに基づいて、暗号化関数を用いた暗号アルゴリズムにより疑似乱数を生成し、生成した疑似乱数と図６に示す暗号化データとの排他的論理和演算により復号処理を行う（ステップＳ２３）。復号処理部１６は、復号処理により図６に示す秘匿対象のデータを生成する。また、復号処理部１６は、生成した初期化ベクトル、入力された暗号化フレームのＳｅｃＴＡＧ、および入力された暗号化フレームの暗号化データに基づいて、ハッシュ関数を用いてＩＣＶを生成し、入力された暗号化フレームのＩＣＶとの同一性を確認する（ステップＳ２４）。復号処理部１６は、同一性が確認できた暗号化フレームを正規のフレームとして、暗号化フレームからＳｅｃＴＡＧおよびＩＣＶを除去する（ステップＳ２５）。そして、復号処理部１６は、暗号化データを復号された秘匿対象のデータに置き換え、秘匿対象のデータを含むフレームを生成し、生成したフレームを回線ＩＦ部１７へ出力する（ステップＳ２６）。復号処理部１６は、ＯＳＵ５２−１の暗号化処理部２２と同様、暗号化関数およびハッシュ関数の演算において、ＯＳＵ５２−１とＯＮＵ１−１との間で共通の暗号鍵を使用する。なお、復号処理部１６は、暗号化フレームのＳｅｃＴＡＧの内容も確認するが、確認処理は非特許文献２に記載の確認処理と同様のため、詳細な説明については省略する。

回線ＩＦ部１７は、復号処理部１６から入力されたフレームを、接続する宛先の端末へ送信する。

図１に示す光通信システム６では、光ファイバ４−１が共有されているため、光分配器３−１の配下のＯＮＵ１では、フレームの宛先の端末と接続するＯＮＵ１−１以外のＯＮＵ１でもフレームを受信でき、暗号化フレームを抽出することができる。しかしながら、ＯＮＵ１−１以外のＯＮＵ１では、ＯＳＵ５２−１およびＯＮＵ１−１のみが持つ共通鍵を持たないことから、正しい復号処理を行うことができず、ＯＳＵ５２−１からＯＮＵ１−１へ送信されたフレーム内のデータを盗み見ることはできない。

このように、ネットワーク装置からＯＮＵ１−１と接続する端末宛に送信されたフレームに対して、ＯＳＵ５２−１が秘匿対象のデータを暗号化して送信し、ＯＮＵ１−１で復号することにより、光通信システム６では、下り通信において秘匿通信が可能となる。

なお、上り通信において秘匿通信を行う場合、ＯＮＵ１−１で秘匿対象のデータを暗号化し、ＯＳＵ５２−１で暗号化データを復号することになる。ＯＮＵ１−１における暗号化処理は、前述のＯＳＵ５２−１の暗号化処理と同様であり、ＯＳＵ５２−１における復号処理は、前述のＯＮＵ１−１の復号処理と同様である。具体的に、ＯＮＵ１−１における暗号化処理は、図４に示す暗号化処理のフローチャートにおいて、ステップＳ１の「下りＳＣＩ生成」を「上りＳＣＩ生成」に変更したものと同様である。また、ＯＳＵ５２−１における復号処理は、図８に示す復号処理のフローチャートにおいて、ステップＳ２１の「下りＳＣＩ生成」を「上りＳＣＩ生成」に変更したものと同様である。

上り通信において秘匿通信を行う場合、上りＳＣＩのＭＡＣアドレスにはＯＮＵ１−１のＭＡＣアドレスを利用する。ＯＮＵ１−１では、ＳＣＩ生成部１５が、ＭＰＣＰ処理部１３から通知された自ＯＮＵ１−１のＭＡＣアドレスおよびＯＮＵ１−１のＬＬＩＤを用いて、上りＳＣＩを生成する。ＳＣＩ生成部１５は、生成した上りＳＣＩを暗号化処理部１８へ通知する。ＯＳＵ５２−１では、ＭＰＣＰ処理部２３において、ＭＰＣＰによるＯＮＵ１−１の発見処理においてＯＮＵ１−１のＭＡＣアドレスを認識することができる。ＭＰＣＰ処理部２３は、このときに取得したＯＮＵ１−１のＭＡＣアドレスおよびＬＬＩＤをＳＣＩ生成部２４へ通知する。ＳＣＩ生成部２４は、ＭＰＣＰ処理部２３から通知されたＯＮＵ１−１のＭＡＣアドレスおよびＯＮＵ１−１のＬＬＩＤを用いて、上りＳＣＩを生成する。ＳＣＩ生成部２４は、生成した上りＳＣＩを復号処理部２８へ通知する。

つづいて、ＯＬＴ５において、ＯＮＵ１−１と通信を行うＯＳＵをＯＳＵ５２−１から予備系ＯＳＵ５３に切り替える切替処理について説明する。ここで、ＯＳＵ５２−１から予備系ＯＳＵ５３にＯＳＵを切り替える切替要因については限定せず、ＯＳＵ５２−１において障害が発生したことでもよいし、保守者による切替命令でもよい。図９は、本発明の実施の形態にかかるＯＬＴ５におけるＯＳＵ切替処理を示すシーケンス図である。切替制御部５６は、ＯＳＵ５２−１〜５２−Ｎの状態を監視し、ＯＮＵ１−１と通信を行っているＯＳＵ５２−１において切替要因を検出する（ステップＳ３１）。この場合、切替制御部５６は、ＯＮＵ１−１と通信を行うＯＳＵをＯＳＵ５２−１から予備系ＯＳＵ５３に切り替える制御を行う。

切替制御部５６は、まず、切替前にＯＮＵ１−１と接続するＯＳＵ５２−１から、ＯＳＵ５２−１が接続するＯＮＵ１−１の情報を収集し（ステップＳ３２）、収集したＯＮＵ１−１の情報を、切替後にＯＮＵ１−１と接続することになる予備系ＯＳＵ５３へ通知する（ステップＳ３３）。ＯＮＵ１−１の情報としては、ＯＮＵ１−１のＭＡＣアドレス、ＬＬＩＤ、共通鍵などが挙げられる。切替制御部５６は、ＯＳＵ５２−１の切替制御ＩＦ部２９を介して、ＯＳＵ５２−１のＭＰＣＰ処理部２３からＯＮＵ１−１の情報を収集し、予備系ＯＳＵ５３の切替制御ＩＦ部２９を介して、ＯＳＵ５２−１から収集したＯＮＵ１−１の情報を、予備系ＯＳＵ５３のＭＰＣＰ処理部２３へ通知する。このように、切替制御部５６は、切替要因を検出してから、共通鍵などのＯＮＵ１−１の情報を予備系ＯＳＵ５３へ通知する。予備系ＯＳＵ５３は、各ＯＮＵ１−１〜１−Ｚについての共通鍵などの情報を予め取得しておく必要はない。そのため、予備系ＯＳＵ５３では、運用開始時において共通鍵の設定などの事前準備を省略することができる。予備系ＯＳＵ５３は、ＯＮＵ１−１との通信で使用する下りＳＣＩを、ＯＳＵ５２−１のＭＡＣアドレスとは異なる自予備系ＯＳＵ５３のＭＡＣアドレスおよびＯＮＵ１−１のＬＬＩＤにより生成する。前述のように、ＯＳＵ５２−１〜５２−Ｎおよび予備系ＯＳＵ５３は同様の構成のため、予備系ＯＳＵ５３では、ＳＣＩ生成部２４が、下りＳＣＩを生成する。予備系ＯＳＵ５３のＭＰＣＰ処理部２３は、共通鍵の情報を直接またはＳＣＩ生成部２４経由で、暗号化処理部２２および復号処理部２８へ通知する。

切替制御部５６は、つぎに、例えば非特許文献１の９．３節のＦｉｇｕｒｅ ９−２０に記載の手順に従って、集線部５１に対して、集線部５１が持つ宛先識別情報について、ＯＳＵ５２−１の部分を予備系ＯＳＵ５３へ変更することを指示する（ステップＳ３４）。これにより、ＯＳＵ５２−１には集線部５１から秘匿対象のデータを含むフレームが入力されないことから、ＯＳＵ５２−１から秘匿対象のデータが暗号化された暗号化データを含む暗号化フレームの送信が停止する。

また、切替制御部５６は、ＯＳＵ５２−１へ光信号の送信を停止するよう指示する（ステップＳ３５）。これにより、ＯＳＵ５２−１からのＧＡＴＥフレームの送信が停止する。ＯＳＵ５２−１からのＧＡＴＥフレームの送信停止に伴い、ＯＳＵ５２−１と接続するＯＮＵ１−１からのフレームの送信が停止することになる。

また、切替制御部５６は、光スイッチ部５５に対して光信号の選択経路の切替、すなわち経路変更を指示する（ステップＳ３６）。具体的に、切替制御部５６は、光スイッチ部５５に対して光分配器５４−１から入力された光信号のフレームを予備系ＯＳＵ５３へ出力するよう指示し、予備系ＯＳＵ５３から入力された光信号のフレームを光分配器５４−１へ出力するよう指示する。これにより、予備系ＯＳＵ５３は、ＯＮＵ１−１などと接続する光分配器５４−１と接続することができる。

また、切替制御部５６は、予備系ＯＳＵ５３に対して、光信号の送信開始、具体的には、ＧＡＴＥフレームの送信開始、およびＯＳＵ切替の切替完了を示す終了メッセージであるＨＯＬＤＯＶＥＲメッセージの送信を指示する（ステップＳ３７）。なお、ＨＯＬＤＯＶＥＲメッセージは、非特許文献１の９．３節に定義されているＭＡＣコントロールフレームであり、ここでは秘匿対象ではないものとする。

上記の切替制御部５６の制御により、ＯＳＵ５２−１は動作を停止して待機状態になり、待機状態であった予備系ＯＳＵ５３は動作を開始する。

予備系ＯＳＵ５３では、ＭＰＣＰ処理部２３がＧＡＴＥフレームを生成し、送信部２５がＧＡＴＥフレームにヘッダなどを付与する処理および変調処理などを行って、光送受信部２６が電気信号から光信号に変換して、ＯＮＵ１側へ光信号のＧＡＴＥフレームを送信する（ステップＳ３８）。

予備系ＯＳＵ５３がＧＡＴＥフレームの送信を開始すると、ＯＮＵ１−１は、予備系ＯＳＵ５３から送信されたＧＡＴＥフレームを受信する。ＯＮＵ１−１では、光送受信部１１が、受信したフレームを光信号から電気信号へ変換し、受信部１２へ出力する。

図７のフローチャートにおいて、受信部１２は、光送受信部１１から入力されたフレームからヘッダなどを除去する処理および復調処理などを行ってＧＡＴＥフレームを抽出し、抽出したＧＡＴＥフレームをＭＰＣＰ処理部１３へ出力する（ステップＳ１１）。

ＭＰＣＰ処理部１３は、入力されたＧＡＴＥフレームの送信元ＭＡＣアドレスから、ＧＡＴＥフレームを生成した予備系ＯＳＵ５３のＭＡＣアドレスを抽出し、抽出した予備系ＯＳＵ５３のＭＡＣアドレスを切替検出部１４へ通知する（ステップＳ１２）。また、ＭＰＣＰ処理部１３は、自ＯＮＵ１−１のＬＬＩＤをＳＣＩ生成部１５へ通知する。

切替検出部１４は、ＭＰＣＰ処理部１３から通知された予備系ＯＳＵ５３のＭＡＣアドレスが、前回通知されたＯＳＵのＭＡＣアドレスと同じかどうか判断する（ステップＳ１３）。切替検出部１４は、ここでは、ＭＰＣＰ処理部１３から通知されたＭＡＣアドレスが予備系ＯＳＵ５３のＭＡＣアドレスであり、前回通知されたＯＳＵ５２−１のＭＡＣアドレスから変化があったことを検出し（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ＯＬＴ５においてＯＳＵ切替が生じたと判断する（ステップＳ１５）。切替検出部１４は、通知された予備系ＯＳＵ５３のＭＡＣアドレスをＳＣＩ生成部１５へ通知する。

図９のシーケンス図に戻って、予備系ＯＳＵ５３では、ＭＰＣＰ処理部２３がＨＯＬＤＯＶＥＲフレームを生成し、送信部２５がＨＯＬＤＯＶＥＲフレームにヘッダなどを付与する処理および変調処理などを行って、光送受信部２６が電気信号から光信号に変換して、ＯＮＵ１側へ光信号のＨＯＬＤＯＶＥＲフレームを送信する（ステップＳ３９）。その後、ＯＮＵ１−１と予備系ＯＳＵ５３との間で通信が開始される。

予備系ＯＳＵ５３のＭＰＣＰ処理部２３は、ＯＳＵ切替処理が完了したことを示す切替完了のメッセージを切替制御ＩＦ部２９経由で、切替制御部５６へ通知する（ステップＳ４０）。以上の動作により、ＯＳＵ５２−１の切替要因を検出した切替制御部５６は、ＯＳＵ５２−１から予備系ＯＳＵ５３への切替が完了したことを認識する（ステップＳ４１）。

ここで、集線部５１の宛先情報変更から予備系ＯＳＵ５３のＨＯＬＤＯＶＥＲメッセージ送信までは、ネットワーク装置からＯＮＵ１−１と接続する端末への通信は停止している。すなわち、予備系ＯＳＵ５３が暗号化フレームを送信することはないため、ＯＮＵ１−１が暗号化フレームを受信することもない。そのため、ＯＮＵ１−１では、予備系ＯＳＵ５３から暗号化フレームを受信するまでに、予備系ＯＳＵ５３のＭＡＣアドレスを用いた下りＳＣＩを生成して用意しておくことができる。

予備系ＯＳＵ５３は、ＨＯＬＤＯＶＥＲメッセージ送信後、集線部５１から下りフレームが受信された場合、前述のＯＳＵ５２−１と同様、暗号化処理部２２が、初期化ベクトルの生成、ＳｅｃＴＡＧの生成、秘匿対象のデータの暗号化処理、およびＩＣＶの生成を行う。これらの処理に用いられる下りＳＣＩは、図４に示すように、予備系ＯＳＵ５３のＭＡＣアドレスおよびＯＮＵ１−１のＬＬＩＤから構成される。なお、ＳｅｃＴＡＧ内のＡＮについては、ＯＮＵ１−１がフレーム内のＡＮを使えることから予備系ＯＳＵ５３が独自で決めてよい。Ｐａｃｋｅｔ Ｎｕｍｂｅｒは、ＳＣＩが変更することから、初期値に戻して初期値からカウントする。

以上の処理を行うことで、ＯＮＵ１−１では、ＯＳＵ切替が発生したことを検知でき、誤検出無くＯＳＵ切替の検出が可能となる。ＯＮＵ１−１は、ＯＳＵの切替前においてはＯＳＵ５２−１との間で秘匿通信を行うことができ、ＯＬＴ５において自ＯＮＵ１−１と通信を行うＯＳＵが切り替えられた場合に、切替後の予備系ＯＳＵ５３との間で秘匿通信を継続して行うことができる。

なお、上記の説明では、ＯＮＵ１−１のＭＰＣＰ処理部１３は、ＯＳＵ５２−１または予備系ＯＳＵ５３のＭＡＣアドレスをＭＡＣコントロールフレームであるＧＡＴＥフレームの送信元ＭＡＣアドレスから抽出しているが、一例であり、これに限定されるものではない。ＭＰＣＰ処理部１３は、例えば、同じくＭＡＣコントロールフレームであるＨＯＬＤＯＶＥＲフレームの送信元ＭＡＣアドレスから抽出してもよく、定期的にＯＳＵ５２−１または予備系ＯＳＵ５３が生成して送信するＩＥＥＥ ８０２．３で規定されている運用、管理および保守のためのフレームであるＯＡＭ（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ）フレームの送信元ＭＡＣアドレスから抽出してもよい。このように、ＯＮＵ１−１では、ＯＬＴ５でＯＳＵ切替が発生したことを検知するため、ＯＬＴ５側から受信したフレームのうち送信元ＭＡＣアドレスを監視する対象のフレーム、すなわち監視対象フレームを、ＧＡＴＥフレームなどのＭＡＣコントロールフレームである制御フレーム、または、運用、管理および保守のためのフレームとする。ＯＮＵ１−１では、複数の種類のフレームを監視対象フレームにすることで、１種類のフレームを監視対象フレームにする場合よりも確実に、ＯＬＴ５でＯＳＵ切替が発生したことを検知することができる。

つづいて、ＯＮＵ１−１のハードウェア構成について説明する。ＯＮＵ１−１において、光送受信部１１は光電気変換回路および電気光変換回路により実現される。受信部１２、回線ＩＦ部１７および送信部１９は、例えば、インタフェース回路により実現される。以降の説明では、ＯＮＵ１−１の構成のうち、ＭＰＣＰ処理部１３、切替検出部１４、ＳＣＩ生成部１５、復号処理部１６および暗号化処理部１８の部分について説明する。

ＯＮＵ１−１において、ＭＰＣＰ処理部１３、切替検出部１４、ＳＣＩ生成部１５、復号処理部１６および暗号化処理部１８の各機能は、処理回路により実現される。すなわち、ＯＮＵ１−１は、ＭＡＣコントロールフレームから送信元ＭＡＣアドレスを抽出し、ＯＬＴ５におけるＯＳＵ切替を検出し、ＳＣＩを生成し、暗号化データを復号し、秘匿対象のデータを暗号化するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）およびメモリであってもよい。

図１０は、本発明の実施の形態にかかるＯＮＵ１−１の処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図である。処理回路が専用のハードウェアである場合、図１０に示す処理回路９１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものが該当する。ＭＰＣＰ処理部１３、切替検出部１４、ＳＣＩ生成部１５、復号処理部１６および暗号化処理部１８の各部の機能各々を処理回路９１で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路９１で実現してもよい。

図１１は、本実施の形態にかかるＯＮＵ１−１の処理回路をＣＰＵおよびメモリで構成する場合の例を示す図である。処理回路がＣＰＵ９２およびメモリ９３で構成される場合、ＭＰＣＰ処理部１３、切替検出部１４、ＳＣＩ生成部１５、復号処理部１６および暗号化処理部１８の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９３に格納される。処理回路では、メモリ９３に記憶されたプログラムをＣＰＵ９２が読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、ＯＮＵ１−１は、処理回路により実行されるときに、ＭＡＣコントロールフレームから送信元ＭＡＣアドレスを抽出するステップ、ＯＬＴ５におけるＯＳＵ切替を検出するステップ、ＳＣＩを生成するステップ、暗号化データを復号するステップ、秘匿対象のデータを暗号化するステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９３を備える。また、これらのプログラムは、ＭＰＣＰ処理部１３、切替検出部１４、ＳＣＩ生成部１５、復号処理部１６および暗号化処理部１８の手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、ＣＰＵ９２は、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、またはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などであってもよい。また、メモリ９３とは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などが該当する。

なお、ＭＰＣＰ処理部１３、切替検出部１４、ＳＣＩ生成部１５、復号処理部１６および暗号化処理部１８の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。例えば、ＭＰＣＰ処理部１３、切替検出部１４およびＳＣＩ生成部１５については専用のハードウェアとしての処理回路９１でその機能を実現し、復号処理部１６および暗号化処理部１８についてはＣＰＵ９２がメモリ９３に格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現することが可能である。

このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

なお、ＯＮＵ１−１の構成について説明したが、ＯＬＴ５の構成についても同様である。ＯＬＴ５において、集線部５１はインタフェース回路、光分配器５４は分配回路、光スイッチ部５５はスイッチ回路により実現される。また、ＯＳＵ５２および予備系ＯＳＵ５３のうち、上位回線ＩＦ部２１、送信部２５および受信部２７は、例えば、インタフェース回路により実現される。光送受信部２６は光電気変換回路および電気光変換回路により実現される。従って、ＯＬＴ５の切替制御部５６については、図１０および図１１に示す構成により実現される。また、ＯＳＵ５２および予備系ＯＳＵ５３の暗号化処理部２２、ＭＰＣＰ処理部２３、ＳＣＩ生成部２４、復号処理部２８および切替制御ＩＦ部２９については、図１０および図１１に示す構成により実現される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ＯＬＴ５内のＯＳＵ５２およびＯＮＵ１がフレーム内の秘匿対象のデータを暗号化した暗号化フレームを送受信することで秘匿通信を行う場合に、ＯＳＵ５２およびＯＮＵ１は、ＯＳＵ５２および各ＯＮＵ１との間で個別に確立されるセキュアチャネルの識別子であるＳＣＩを、データの暗号化を行う機器のＭＡＣアドレスおよびＯＮＵ１毎に異なるＬＬＩＤを用いて生成する。そして、ＯＮＵ１は、ＯＳＵ５２または予備系ＯＳＵ５３から送信されるＭＡＣコントロールフレームからＯＳＵ５２または予備系ＯＳＵ５３のＭＡＣアドレスを抽出し、抽出したＭＡＣアドレスに基づいて、ＯＬＴ５側で自ＯＮＵ１と通信を行うＯＳＵが切り替えられたか否かを検出することとした。これにより、ＯＳＵ５２または予備系ＯＳＵ５３が送信する暗号化フレームにＳＣＩを付与しなくても、ＯＮＵ１では、誤ったＯＳＵ切替の検出を防止することが可能である。また、ＯＮＵ１はＭＡＣコントロールフレームのＭＡＣアドレスを用いてＳＣＩを生成できることから、ＯＳＵ５２または予備系ＯＳＵ５３において送信する暗号化フレームにＳＣＩを付与しなくてもよく、その結果、通信システム６において、通信レートの低下を抑えることができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１−１〜１−Ｚ ＯＮＵ、２−１〜２−Ｚ，４−１〜４−Ｎ 光ファイバ、３−１〜３−Ｎ，５４−１〜５４−Ｎ 光分配器、５ ＯＬＴ、６ 通信システム、１１，２６ 光送受信部、１２，２７ 受信部、１３，２３ ＭＰＣＰ処理部、１４ 切替検出部、１５，２４ ＳＣＩ生成部、１６，２８ 復号処理部、１７ 回線ＩＦ部、１８，２２ 暗号化処理部、１９，２５ 送信部、２１ 上位回線ＩＦ部、２９ 切替制御ＩＦ部、５１ 集線部、５２−１〜５２−Ｎ ＯＳＵ、５３ 予備系ＯＳＵ、５５ 光スイッチ部、５６ 切替制御部。

Claims (13)

1. １つまたは複数の加入者終端装置と、前記加入者終端装置と光通信を行う光信号伝送装置を複数備えた局側終端装置と、を含む通信システムにおける前記加入者終端装置であって、
   前記光信号伝送装置から受信したフレームから、監視対象フレームを抽出する受信部と、
   前記監視対象フレームから送信元の光信号伝送装置のアドレスである送信元アドレスを抽出する処理部と、
   前記送信元アドレスに基づいて、自装置と通信を行う光信号伝送装置が切り替えられたか否かを検出する切替検出部と、
   を備えることを特徴とする加入者終端装置。
2. 前記監視対象フレームは、制御フレーム、または運用、管理および保守のためのフレームである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の加入者終端装置。
3. 前記光信号伝送装置との間の秘匿通信で使用するセキュアチャネルの識別子であるセキュアチャネル識別子を生成するセキュアチャネル識別子生成部と、
   前記セキュアチャネル識別子、および前記光信号伝送装置と共通の暗号鍵を用いて、前記光信号伝送装置から受信した暗号化フレームに含まれる暗号化データを復号する復号処理部と、
   を備え、
   前記受信部は、前記光信号伝送装置から受信したフレームから、前記暗号化フレームを抽出して前記復号処理部へ出力し、
   光信号伝送装置の切替前においては切替前の光信号伝送装置との間で秘匿通信を行い、自装置と通信を行う光信号伝送装置が切り替えられた場合に、切替後の光信号伝送装置との間で秘匿通信を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の加入者終端装置。
4. 前記セキュアチャネル識別子生成部は、前記光信号伝送装置のアドレスを前記セキュアチャネル識別子の一部にして前記セキュアチャネル識別子を生成する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の加入者終端装置。
5. 前記暗号化フレームには、前記セキュアチャネル識別子が付与されていない、
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の加入者終端装置。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の加入者終端装置と通信を行う局側終端装置であって、
   各々が異なるアドレスをもつ複数の前記光信号伝送装置と、
   前記光信号伝送装置の状態を監視し、前記加入者終端装置と通信を行う光信号伝送装置を切り替える場合、切替前に前記加入者終端装置と接続する光信号伝送装置から接続する加入者終端装置の情報を取得し、取得した加入者終端装置の情報を、切替後に前記加入者終端装置と接続することになる光信号伝送装置へ通知する切替制御部と、
   を備えることを特徴とする局側終端装置。
7. 前記光信号伝送装置は、
   前記加入者終端装置との間の秘匿通信で使用するセキュアチャネルの識別子であるセキュアチャネル識別子を生成するセキュアチャネル識別子生成部と、
   前記セキュアチャネル識別子、および前記加入者終端装置と共通の暗号鍵を用いて秘匿対象のデータを暗号化し、暗号化された秘匿対象のデータである暗号化データを含む暗号化フレームを生成する暗号化処理部と、
   を備えることを特徴とする請求項６に記載の局側終端装置。
8. 前記セキュアチャネル識別子生成部は、自光信号伝送装置のアドレスを前記セキュアチャネル識別子の一部にして前記セキュアチャネル識別子を生成する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の局側終端装置。
9. 前記暗号化処理部は、前記セキュアチャネル識別子を付与せずに前記暗号化フレームを生成する、
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の局側終端装置。
10. 請求項１から５のいずれか１つに記載の加入者終端装置と通信を行う局側終端装置が備える光信号伝送装置であって、
    前記加入者終端装置との間の秘匿通信で使用するセキュアチャネルの識別子であるセキュアチャネル識別子を生成するセキュアチャネル識別子生成部と、
    前記セキュアチャネル識別子、および前記加入者終端装置と共通の暗号鍵を用いて秘匿対象のデータを暗号化し、暗号化された秘匿対象のデータである暗号化データを含む暗号化フレームを生成する暗号化処理部と、
    を備えることを特徴とする光信号伝送装置。
11. 前記セキュアチャネル識別子生成部は、自装置のアドレスを前記セキュアチャネル識別子の一部にして前記セキュアチャネル識別子を生成する、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の光信号伝送装置。
12. 前記暗号化処理部は、前記セキュアチャネル識別子を付与せずに前記暗号化フレームを生成する、
    ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の光信号伝送装置。
13. 請求項１または２に記載の加入者終端装置と請求項６に記載の局側終端装置とを含む、または、請求項３，４または５のいずれか１つに記載の加入者終端装置と請求項７，８または９のいずれか１つに記載の局側終端装置とを含むことを特徴とする通信システム。

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