JP3343906B2 - 光波ネットワーク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、光波ネットワーク
における遅延保証システムに関し、特に、光波アダプテ
ーションフレームを設け、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐ
ｒｏｔｏｃｏｌ）パケットを光波ネットワークのサービ
ス品質（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ：ＱＯ
Ｓ）に応じてフレーム化し、信号遅延を保証する遅延保
証システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、インターネットは単一のＱＯＳ
（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ）、即ち、使
用可能な帯域幅及び瞬間負荷に依存する遅延特性を備え
たベストエフォート（Ｂｅｓｔ Ｅｆｆｏｒｔ）型のみ
のサービスを提供してきた。アプリケーション別のＱＯ
Ｓ制御は、ネットワークインフラストラクチャを適切に
設定することによって実行されるものである。上述した
Ｓｈａｒｅ Ｒｉｄｅとタイマによる遅延保証の仕組み
は、現状のＩｎｔｅｒｎｅｔのｍａｊｏｒｉｔｙを占め
るベストエフォートのデータトラヒックのみ扱う場合で
あれば、各ノード毎に集約フロー別に基準フレーム長
と、タイムアウト値を適切な値に設定しておくだけで最
低帯域保証を満足できる見込みはある。

【０００３】図１１を参照して、Ｓｈａｒｅ Ｒｉｄｅ
とタイマによる遅延保証のみを供給する光波ネットワー
ク内のルーティング動作を説明する。発エッジノード
（１ｂ）と着エッジノード（１ｂ）間の転送網におい
て、遅延が最大になる場合は、発エッジノード（１ｂ）
と着エッジノード（１ｂ）間に位置する転送経路上の全
ての経由コアノード（１ｅ）においてスーパーフレーム
構築待ちが発生し、且つ全てのノードでタイムアウトが
発生した場合である。

【０００４】このとき、光波ネットワークの発エッジノ
ード・着エッジノード間で、ｎ×Ｔｄ時間の遅延が累積
する結果となる。ここで、ｎ段接続、スーパーフレーム
構築待ちタイムアウト（Ｔｄ）とし、装置内の固定遅延
は無視している。

【０００５】ところで、特開平６−３３４６８０号公報
（「通信方法」）に開示された技術は、音声や画像等、
帯域の保証を必要とする通信、および、データ等、多重
化保証による帯域の有効利用を必要とする帯域非保証型
通信の両方を単一の通信プロトコルで扱うと共に、揺ら
ぎ遅延時間の制限がある通信も同時に扱い、更に、バー
スト性の高いデータ通信も同時に扱うことを可能とす
る。具体的には、通信ノード相互間に呼受付制御を行う
手段を備え、ＡＴＭレイヤにおいてコネクションを設定
する。ここで、コネクションは、エンド・エンドの転送
経路であり、ＶＣ（仮想チャンネル）に対応する。

【０００６】又、特開平１０−９３６２４号公報（「パ
ケット伝送ネットワーク」）に開示された技術は、ネッ
トワークの輻輳の尺度として、相対ネットワーク待ち行
列化遅延ではなく、、絶対ネットワーク待ち行列化遅延
を使用し、パケット伝送ネットワーク用の拡張適応式速
度ベース輻輳制御システムを提供している。具体的に
は、エンド・エンドの転送遅延の総和を測定するため
に、テストサンプルトラヒックを定義して、送出速度の
動的制御を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平６−３
３４６８０号公報のコネクションを新規に張るために
は、一般的には、シグナリングプロトコルによるソフト
ウエア処理が知られている。ところが、このソフトウエ
ア処理の時間的なオーバーヘッドは、パケット転送の時
間に比べて非常に大きい。

【０００８】又、特開平１０−９３６２４号公報のアル
ゴリズムで送出速度の動的制御を行うと、ハードウェア
規模が大きくなる。すなわち、最小セル速度、ラウンド
トリップ時間、各種タイマのタイムアウト最大値、最低
速リンク容量等を算出するためには、ノード間の負荷状
況を通知し合うメッセージ交換手段や精度のよいタイマ
を各ノードに配置する必要がある。

【０００９】更に、音声トラヒック等のリアルタイムサ
ービスは、低いパケット遅延バリエーションと非常に低
いパケット損失によって特徴付けられるべきものである
から、上述した方法のみでは、ネットワークレベルでの
遅延保証を行うことはできない。

【００１０】そこで、本発明は、光波アダプテーション
フレームを設け、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏ
ｃｏｌ）パケットを光波ネットワークのサービス品質
（Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ：ＱＯＳ）に
応じてフレーム化し、信号遅延を保証することを課題と
している。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明は、同期光ネットワーク（ＳＯＮＥＴ）レイ
ヤの上位階層であると同時にインターネットプロトコル
（ＩＰ）レイヤの下位階層である光波アダプテーション
レイヤを含む光波ネットワークであって、前記光波アダ
プテーションレイヤは、エッジノードにおいて、ＩＰフ
ローを集約した光波アダプテーションフレームを構築す
る。

【００１２】すなわち、本発明においては、個々のレイ
ヤ３パケットデータグラム転送を行う転送網において、
統計多重効果を得るために、複数のレイヤ３パケットデ
ータグラムを規定長以上の転送コンテナとして合併する
アダプテーションフレームを設け、転送経路上の個々の
ノードにおいてサービスの差別化（Ｓｅｇｒｅｇａｔｉ
ｏｎ）を行い、ネットワークレベルでの遅延保証を実現
する。例えば、網運用業者（キャリア）が運用するコア
網のように多段に接続された大規模ネットワークに設置
され、経由する装置毎に伝送路遅延や装置内遅延が累積
するパケット交換網や蓄積交換型の装置において、エン
ド・ツー・エンド（Ｅｎｄ−ｔｏ−ｅｎｄ）で累積遅延
が予想される場合にも、遅延保証を可能とするために、
フローの集約化と遅延保証を対応づける。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。

【００１４】図１は、本発明を適用する光波ネットワー
クのブロック図である。図１に示すように、光波ネット
ワーク１ｅは、例えば既存網である加入者ネットワーク
１ａと相互接続され、加入者ネットワーク１ａからのＩ
Ｐ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）パケットを
光波アダプテーションフレームに収容するエッジノード
１ｂと、網内の中継転送処理を光波アダプテーションフ
レーム単位で行うコアノード１ｃを含む。

【００１５】光波ネットワーク１ｅは、波長パス１ｄで
接続される光波ノード１ｂにより構築される。

【００１６】波長パス１ｄは、光波ネットワーク内の隣
接する中継装置すなわちコアノード間を固定的に接続す
る仮想パス（ＶＰ）であり、ホップ・バイ・ホップ（ｈ
ｏｐｂｙ ｈｏｐ）の経路に相当する。この仮想パス
は、シグナリングプロトコル等のソフトウエア処理によ
らずにネットワーク運用者によって予め固定的に張られ
るものであり、新規のパケットを転送するたびに張られ
るものではない。

【００１７】光波ノードは、ＯＳＩ（Ｏｐｅｎ Ｓｙｓ
ｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）参照モデルでレイヤ規定
される多元的な加入者ネットワーク１ａ、例えばＩＰ
（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）、ＳＤＨ（Ｓ
ｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｈｉｅｒａｒ
ｃｈｙ）、ＡＴＭ（Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｔｒａ
ｎｓｆｅｒ Ｍｏｄｅ）等を収納する。

【００１８】光波ノードは、物理レイヤであるレイヤ
１、データリンクレイヤであるレイヤ２、呼制御・付加
機能レイヤであるレイヤ３の各々のプロトコル終端処理
を行う光波エッジノード１ｂとして機能するとともに、
光波ネットワークの網内装置として機能する。

【００１９】光波エッジノード１ｂ相互間、光波コアノ
ード１ｃ相互間、および光波エッジノード１ｂ・光波コ
アノード１ｃ間は、それぞれ波長パス１ｄにより接続さ
れる。

【００２０】光波ネットワーク１ｅは、既存のＷＤＭ
（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔ
ｉｐｌｅｘｉｎｇ）網の光クロスコネクト（Ｏｐｔｉｃ
ａｌｃｒｏｓｓ ｃｏｎｎｅｃｔ：ＯＸＣ）や光ＡＤＭ
（Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）装置等
の波長パスによって構築してもよい。既存のインフラス
トラクチャとの整合性に応じて導入コストを抑えること
も可能である。

【００２１】ムーアの法則によると、新しく開発される
チップの能力は、それ以前の最新チップの能力の約２倍
であり、そのペースは１８〜２４カ月であるという。も
し、この傾向が継続するならば、コンピュータの処理能
力は比較的短期間に指数関数的に増加することになる。
スイッチング性能（ＲＲＳ：Ｐａｃｋｅｔ ＰｅｒＳｅ
ｃｏｎｄ）もムーアの法則にほぼ比例して伸びている。
また、インターネットの普及により、ネットワークのト
ラヒック容量は、ムーアの法則を越える驚異的な速度
（年率１０００％の伸び）で上昇中であり、かつ今後も
続くと予想される。

【００２２】上記のギャップを埋める手法として、転送
単位としてのパケット長を大きくすると効果的である。
その理由は、スイッチング性能（ＰＰＳ）×平均パケッ
ト長＝ネットワーク転送容量となるからである。

【００２３】またパケット長を長くすると、現状技術で
も低コストで大容量スイッチを作ることが可能となる。
例えば、入力バッファ型スイッチの場合、転送単位がＡ
ＴＭセル５３バイト（Ｂｙｔｅ）から数１００バイトに
なるとスイッチング判定処理がその分簡素化できる。従
って、一般的にはもっと大きいスイッチサイズも現状技
術で実現できる。しかしながら、元々のパケット長を大
きくするには、ミドルウェア（ＴＣＰ／ＩＰ： Ｔｒａ
ｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏ
ｌ）等を変更する必要があるので、普及が難しい。そこ
で、本発明ではネットワークの各ノードで網内転送に合
わせた光波アダプテーションフレームを導入する。

【００２４】図２は、光波ネットワークに設置される各
ノード（エッジノード１ｂ、コアノード１ｃ）のプロト
コルスタックを示したものである。図２に示すように、
各ノードは、レイヤ３であるＩＰレイヤ２ａとレイヤ２
であるＳＯＮＥＴ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｏｐｔｉ
ｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）レイヤ２ｃの間に中間的なレ
イヤとして光波アダプテーションレイヤ（光波ＡＤＰ）
レイヤ２ｂが介在する。光波エッジノードＥＮは、加入
者網１ａからのＩＰパケット２ｅを終端し、光波ＡＤＰ
レイヤ２ｂにて、個々のＩＰパケット２ｅをグループ化
し、光波アダプテーションフレームを構築する。光波ア
ダプテーションフレームの構築において、宛先ネットワ
ークノード（ネットワークから宛先ユーザ網に出るＥｇ
ｒｅｓｓＮｏｄｅ）、ＱＯＳ（遅延優先用、ベストエフ
ォート用）単位に集約することにより、網内でのＱＯＳ
処理や転送判定処理が簡素化できる。

【００２５】６００Ｍｂｉｔ／ｓｅｃクラスのＳＴＭ４
やＯＣ１２の規格の高速回線で転送中となるＩＰフロー
の数は、１秒当たり１ミリオン（１００万個）に及び、
また個々のフローが生起、あるいは死滅する頻度は非常
に不安定である。しかしながら、個々のフローを集約し
た単位で捉えた場合は、非常に長い期間持続することが
知られている。ここで、フローとは、ネットワーク又は
サブネットワーク内を転送されるパケット群を指し、そ
の全てがサービスの品質（ＱＯＳ）を保証されるべきで
ある。フローは単一のアプリケーションセッションから
のパケットで構成されてもよいし、あるいは多数のアプ
リケーションセッションからの組み合わせのデータトラ
ヒックを含む集合体であってもよい。特に、光波ネット
ワークでは後者を集約フロー（Ａｇｇｒｅｇａｔｅｄ
Ｆｌｏｗ）と呼ぶ。また、光波アダプテーションフレー
ムに付与するフロー識別子は、パケットをフローに属す
るものとして一意に識別するために使用する。フロー識
別子の例としては、ＡＴＭにおける仮想チャンネルＶ
Ｃ、ＩＰ第６版におけるフローラベル、ＩＰ第４版にお
ける送信元のＩＰアドレス・プロトコル・ポート及び宛
先のＩＰアドレス・プロトコル・ポートの対等がある。

【００２６】キャリアの行う差別化サービス（ＤＳ：Ｄ
ｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅ：）は、
個々のフローに関し、契約種別、トラヒック種別、アプ
リケーション別等のサービス品質に応じて、ネットワー
ク転送の差別化を行うべきものである。ここで、アプリ
ケーション別とは、たとえば、電子メールやＦＡＸ等の
別、又は、より下位の階層においては、ＴＣＰ（Ｔｒａ
ｎｓｍｉｓｓｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ Ｐｒｏｔｏｃｏ
ｌ：ネットワークのトランスポート層のプロトコル）や
ＵＤＰ（Ｕｓｅｒ Ｄａｔａｇｒａｍ Ｐｒｏｔｏｃｏ
ｌ；信頼性を保証しないトランスポート層のプロトコ
ル）等の別をいう。そのために、各経由ノードでは、リ
ンク当たり数ミリオンから数１０ミリオンに及ぶフロー
を監視制御し、ネットワークサービス品質ＱＯＳを保証
する処理が必要となるが、大規模基幹網においては、通
過するノード数が多くなるので、経由ノード数毎に左記
のような処理を行うとスループットが低下する恐れがあ
る。

【００２７】これに対して本発明では、網内に設置され
るコアノードと比較して低速なインタフェースを持ち、
加入者網を直収するエッジノードで個々のＩＰフローを
光波ネットワーク内で定義される宛先光波ルータアドレ
ス毎やネットワークＱＯＳに集約した集約フローラベル
（Ａｇｇｒｅｇａｔｅｄ Ｆｌｏｗ Ｌａｂｅｌ）にマ
ッピングする手段を備え、個々のＩＰパケットを集約し
た光波ＡＤＰフレーム（３ａ）を構築し、光波ネットワ
ーク（１ｅ）内の転送単位とする。

【００２８】図３は、光波ＡＤＰレイヤでの光波フレー
ム構築例を示した概念図である。図３に示すように、光
波ネットワークのエッジノードでは、同一宛先に向かう
ＩＰパケット３ｆをグループ化し、個々のＩＰパケット
をａｇｇｒｅｇａｔｅ（集約）した光波ＡＤＰフレーム
３ａを構築する。同一方路に向かう音声パケット３ｇ
は、前記データトラヒック主体の光波ＡＤＰフレーム３
ａとは、Ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ（差別化）された別の
光波ＡＤＰフレーム３ａに集約する。

【００２９】図３に示すように光波エッジノードでは、
加入者側で個々のＩＰフローを監視し、それらを光波ネ
ットワーク内で定義される宛先光波ルータアドレス毎に
集約した集約フローラベルにマッピングする手段を備え
ている。左記手段により、光波ノードは光波ネットワー
ク内で定義される集約されたフローのみ監視し、優先度
に応じた制御を実施すれば良いため、非常に高速なイン
タフェースであってもフロー管理及び優先制御を簡易に
実現することが可能である。

【００３０】このように、加入者ネットワークからのパ
ケットフローに応じたパケットフローの集約およびサー
ビスの差別化処理は、光波ネットワークのエッジノード
に限られ、光波ネットワーク内転送においては、個々の
ＩＰパケット単位のフロー監視は不要である。そのた
め、ＩＰフローを直接扱うより網全体のスループットは
著しく向上する。

【００３１】図３に示すように、光波アダプテーション
フレームヘッダ３ｂは、宛先ノードアドレス３ｅ、集約
フローラベル（ＡＦＬ）３ｃ、および網内サービス識別
子３ｄを収容することを目的としている。情報としてノ
ードアドレス３ｅ、ＡＦＬ３ｃ、網内サービス識別子３
ｄを収容可能な網内フレームであれば、どのようなフレ
ーム体系でもよく、収容するネットワーク規模やサポー
トするサービスクラス数に応じて必要となるフィールド
長を決定する。

【００３２】光波アダプテーションフレームは、一定長
以上のフレーム長で規定され、基準フレーム長は、網内
でサポートするサービスクラス数に応じて複数のフレー
ム長がありえる。

【００３３】一定長以上のロングパケットは、単一で光
波アダプテーションフレームとして扱い、光波ネットワ
ーク内に転送する。一方、数１０バイト、数１００バイ
トのショートパケットは複数で一つの光波アダプテーシ
ョンフレームに組み立てて転送する。ここでいう一定長
以上の光波アダプテーションフレームをスーパーフレー
ムと呼ぶ。

【００３４】スーパーフレーム内に含まれる複数のＩＰ
パケットの長さの総和とスーパーフレームの長さの割合
によっては、リンク使用率の低下を引き起こす可能性が
ある。例えば、数１０バイトの単一ＩＰパケット単位に
数Ｋバイトのスーパーフレームを構築すると、スーパー
フレームが転送される光波ネットワーク内のリンク使用
率が非常に悪くなり、有効にネットワーク帯域を利用で
きない。従って、スーパーフレーム内のペイロードに占
めるＩＰパケット長の総和が一定長以上になって初めて
スーパーフレームは、光波エッジノード１ｂから光波ネ
ットワークに転送される。

【００３５】ある集約フローへのトラヒックが非常に低
い場合は、光波エッジノード１ｂにおいて、ＩＰパケッ
トが、スーパーフレームになかなか集約されないことが
問題になる。光波ネットワークに設置される各ノードで
は、集約フローに対するメモリにおいてスーパーフレー
ムを構築中であるが、最初のＩＰパケットがスーパーフ
レームとして格納された後、後続する集約フローのトラ
ヒックが少ない場合には、スーパーフレームの構築を完
了して光波ネットワーク内に転送するまで非常に長い時
間かかることが予想される。

【００３６】スーパーフレームのペイロードの利用率を
一定以上にする仕組みとして、経由する光波コアノード
では、パケットの乗り合わせを許容している。この方式
を乗合（シェア・ライド：Ｓｈａｒｅ Ｒｉｄｅ）と呼
んでいる。シェア・ライドは、北米の空港ターミナルに
おいて乗客を共通目的のターミナルまで運搬するために
使用される乗り合わせ用のバスである。

【００３７】スーパーフレームは、集約フローや網内サ
ービス識別子に対応して定義されるフレームである。例
えば、同一宛先、同一の集約フローラベル、同一の網内
サービス識別子を単位に複数のＩＰパケットがスーパー
フレームを転送コンテナとして共有できる仕組みを導入
しており、なるべく多くのＩＰパケットをスーパーフレ
ームに収容することにより、スーパーフレームの利用率
を上げる。

【００３８】図４は、シェアライドの動作例を示す説明
図である。図４には、光波ネットワークの転送経路に位
置する光波ノード上でパケット収容効率の悪い複数のス
ーパーフレームを合併して新たなスーパーフレームに再
構築して転送する動作例が示されている。同一の宛先ノ
ード、集約フローラベル、網内サービスクラス単位に複
数のＩＰパケット、もしくは規定長に満たないスーパー
フレームが効率よく合併され、一定長以上のスーパーフ
レームに再度カプセル化することによって、光波ネット
ワークにおけるリンク（波長パス）使用率の向上を図
る。

【００３９】集約フローへのトラヒックが非常に低い場
合において、前述したシェアライドを導入した場合、既
にスーパーフレームに挿入されたＩＰパケットが転送経
路上の光波ノードで長時間待たされる場合が存在する。
これを防ぐために光波のスーパーフレーム構築時にメモ
リに滞在する時間のタイムオーバーを規定し、一定時間
以上滞在しているスーパーフレームに関しては、たとえ
規定以上のＩＰパケットが挿入されなくても光波ネット
ワーク上に転送する。

【００４０】光波ネットワークの転送形態は、規定長以
上のスーパーフレームに構築できたノード以降、経由す
る各コアノードでスーパーフレームの再構築がない通過
転送（Ｔｒａｎｓｉｔ転送）が可能となる。

【００４１】逆にいうと網全体のスループットをあげる
ためには、前述した転送形態に加えて、即時的にスーパ
ーフレームに構築可能となる仕組みが必要となる。

【００４２】本発明においては、２つの実施形態で遅延
保証を行う。

【００４３】第１の実施形態においては、光波アダプテ
ーションフレームのヘッダにタイムアウトリミットなる
フィールドを設けて、シェアライド待ちを行うノード数
を指定する。又、第２の実施形態においては、拡張光波
ヘッダを導入し、シェアライド待ちを行うノードを指定
する方法である。以下、実施例に即して各実施形態につ
いて説明する。

【００４４】［実施形態１］図５は、第１の実施形態に
よる光波ネットワークのブロック図である。光波アダプ
テーションフレームのヘッダ部にタイムアウトリミット
フィールド（ＴＯＬフィールド）を導入していることが
特徴である。ここで、ＴＯＬフィールド値は、発エッジ
ノードにおいてｍとする。ｍは、シェアライド待ちを行
わせるノードの数であり、ネットワーク運用者が設定し
てよいものである。

【００４５】発エッジノード１ｂでの動作は、経由する
コアノードのうち、スーパーフレームの再構築処理であ
るシェアライド待ちを行うノード数を指定した光波アダ
プテーションフレームを構築して光波ネットワークに送
出する。また、転送経路上に位置する経由コアノード１
ｃのうち、シェアライド待ち処理の結果、規定待ち時間
内に規定フレーム長以上のスーパーフレームにｂｕｉｌ
ｔ−ｕｐできずにタイムアウトとなったノードは、ＴＯ
Ｌフィールド値をデクリメントした後、次段経由コアノ
ードに転送する。ＴＯＬフィールドが「０」を検出した
経由コアノード以降のノードでは、たとえ規定長未満の
スーパーフレームであってもシェアライド待ちを行わ
ず、通過転送を行う。

【００４６】これによって、発エッジノード１ｂ・着エ
ッジノード１ｂ間に経由コアノード数がｎ個のうちシェ
アライド待ちを行うノードをｍ個と規定することによ
り、累積遅延時間は、（ｍ／ｎ）×Ｔｄ時間に削減でき
る。

【００４７】［実施形態２］図６は、第２の実施形態に
よる光波ネットワークのブロック図である。図６におい
て、発エッジノード＃Ｓ（９ａ）は、加入者網１ａを収
容し、加入者網１ａより受信した個々のＩＰパケットフ
ローを光波アダプテーションレイヤ２ｂで光波ＡＤＰフ
レーム３ａとして光波ネットワーク１ｅへ送出する。

【００４８】経由コアノード９ｂ’、９ｃ’、９ｄ’、
９ｅ’、９ｆ’、９ｈ’は、発エッジノードから着エッ
ジノードまでの光波ネットワーク上に存在する光波コア
ノードである。

【００４９】９ｋは発エッジノード９ａから着エッジノ
ード９ｉへの通常の転送経路であり、集約フローとして
ＡＦ＃０が割り当てられているとする。また、ＡＦ＃０
の転送経路はベストエフォートクラスの光波アダプテー
ションフレームが転送されるものとする。経由コアノー
ド９ｂ’、９ｃ’、９ｄ’、９ｅ’、９ｆ’、９ｈ’は
受信した光波アダプテーションフレームのヘッダより転
送先光波ノードアドレスを検出し、宛先ノードアドレス
に従って次に転送する経由コアノードにルーティングす
る。

【００５０】９ｊは発エッジノード９ａから着エッジノ
ード９ｉへの遅延優先の転送経路であり、集約フローと
してＡＦ＃１が割り当てられている。ＡＦ＃１の転送経
路は、遅延優先クラスのパケットが転送される経路であ
るとする。

【００５１】図７は、送信元エッジノードより転送され
る光波アダプテーションフレームの一例とその転送動作
を示している。図７において、送信元エッジノード＃Ｓ
（９ａ）より遅延保証すべきパケット群を収容した光波
アダプテーションフレーム１０ａは、指定される経由ノ
ードを宛先アドレスに持つ拡張光波ヘッダ１（１００
１）、拡張光波ヘッダ２（１００２）と、実際の着エッ
ジノードのアドレスを持つ光波ヘッダ３ｂ、光波フレー
ムペイロード３ａによって構成される。実際の光波フレ
ームは、拡張光波ヘッダ１００３の後に配置され、光波
フレームの先頭には最初に経由すべき経由ノードのノー
ドアドレスを含んだ拡張光波ヘッダ１（１００１）を、
次に２番目に経由させる光波アドレスを含んだ拡張光波
ヘッダ２（１００２）を配置し、それぞれが持つ宛先ノ
ードアドレスで指定されるコアノードまでの間において
実際の光波ヘッダ３ｂの代わりの擬似光波ヘッダとして
振る舞う。

【００５２】ここで、発エッジノード主導で、シェアラ
イドによるパケットの乗り合わせ効果の大きい経由コア
ノードを順次指定しておくことにより、指定された当該
経由ノードまでは、スーパーフレーム再構築処理の待ち
がなく通過転送（Ｔｒａｎｓｉｔ転送）されるのが特徴
である。

【００５３】発信元エッジノード９ａは、宛先エッジノ
ードアドレス９Ｉに基づいて、経由する光波コアノード
９ｃ、９ｅのアドレスを宛先アドレスとし、拡張光波ヘ
ッダの所定フィールドに収容する。また、網内サービス
クラスとして、途中経由ノードまでのサービスクラスを
決定し、拡張光波ヘッダの所定フィールドに収容する。
網内サービスクラスには、シェアライド待ちをしないこ
とを明示するフラグ（識別子）を指定してもよいし、実
施例１で説明したＴＯＬフィールドを導入してもよい。

【００５４】図７には、光波アダプテーションフレーム
のペイロード部の利用率がシェアライド効果によって向
上している様子も示してある。最初に経由指定された光
波コアノード＃２（９ｃ）では、拡張光波ヘッダ１が削
ぎ落とされ、同一ＡＦ、同一網内サービスクラスを持つ
パケット１０ｅ、１０ｆが光波アダプテーション（ＡＤ
Ｐ）フレーム３ａに乗り合わせている。同様に、２番目
に経由指定された光波コアノード＃４（９ｅ）では、拡
張光波ヘッダ２が削ぎ落とされ、同一ＡＦ、同一網内サ
ービスクラスを持つパケット１０ｇ、１０ｈが光波ＡＤ
Ｐフレーム３ａに乗り合わせている。

【００５５】このように、経由指定ノード９ｃ、９ｅで
は、拡張光波ヘッダの削ぎ落としと、他の方路からくる
パケットの相乗り（シェアライド）効果により、光波ア
ダプテーションフレーム３ａのペイロード部の利用率が
向上していることが判る。

【００５６】図８は、本発明で適用する光波エッジノー
ド構成を示すブロック図である。本実施例による光波エ
ッジノード１ｂは、加入者網を収容し、ゲートウエイ
（Ｇａｔｅｗａｙ）として機能する加入者プロトコル終
端部４ｂと、光波ネットワークとのインタフェース部と
して機能する光波プロトコル終端部４ｃと、Ｎ×Ｎパケ
ットスイッチ４ａによる構成である。また、本実施例に
よる光波コアノード１ｃは、光波プロトコル終端部４ｃ
と、Ｎ×Ｎパケットスイッチ４ａとを含む。

【００５７】図９には、加入者プロトコル終端部４ｂの
構成要素を示す。加入者プロトコル終端部４ｂは、加入
者網１ａからのユーザパケットの送受信を行う加入者ネ
ットワーク（ＮＷ）インタフェース（ＩＦ）部２０６、
加入者ＮＷから受信したユーザパケットを単一の光波ア
ダプテーションフレームであるシングルフレームにカプ
セル化するシングルフレーム構築部２０７、光波アダプ
テーションフレームヘッダ４０３に光波ＮＷ１７内の転
送処理で使用される宛先光波ルータアドレス、集約フロ
ーラベル、網内ＱＯＳ識別子、及びペイロードを格納す
るメモリ２１３、宛先光波アドレス・集約フロー識別子
（集約フローラベル：ＡＦＬ）のペア情報毎に転送容量
を監視するトラフィックメータ（Ｔｒａｆｆｉｃ Ｍｅ
ｔｅｒ）２１１、Ｎ×Ｎパケットスイッチ４ａとの送受
信インタフェース機能を有するパケットスイッチＩＦ部
２１２を含んでいる。

【００５８】加入者プロトコル終端部４ｂのシングルフ
レーム構築部２０７は、加入者網１６から受信したＯＳ
Ｉ（Ｏｐｅｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）参
照モデルのレイヤ３の宛先アドレス（例えばＩＰアドレ
ス）と、各宛先アドレスに対応する光波ノードアドレス
３ｃを解決する光波アドレス解決部２０８、解決した光
波ノードアドレス毎にＩＰフローを解釈し、網内のみで
用有効となる集約フロー識別子を新たに割り当てるＡＦ
Ｌ（Ａｇｇｒｅｇａｔｅｄ Ｆｌｏｗ Ｌａｂｅｌ）解
決部２０９、割り当てたＡＦＬに対する網内サービスク
ラスを決定するための網内クラス解決部２１０を含む。

【００５９】トラフィックメータ２１１は、監視制御部
２０４よりＡＦＬ毎に設定された転送可能容量を超える
ような過剰なトラヒックの流入を監視し、転送可能容量
を超える場合は、読み出し部に対してフィードバック制
御を行う手段を有しており、該当するＡＦＬをもつパケ
ットを廃棄、または読出優先を下げるポリシング制御を
行う手段を有している。

【００６０】図９には、光波プロトコル終端部４ｃのブ
ロック図も示されている。光波プロトコル終端部４ｃの
構成について、まず最初に、パケットスイッチ（４ａ）
から光波ＮＷＩＦ部（２２３）方向への転送処理に関連
付けて説明する。光波プロトコル終端部４ｃの構成要素
には、パケットスイッチ４ａとの送受信インタフェース
機能を有するパケットスイッチＩＦ部２１２、加入者Ｎ
ＷＩＦ部２０６から受信したシングルフレームを光波ア
ダプテーションフレームにカプセル化するためのスーパ
ーフレーム構築部２２２、規定長以上のＩＰパケットが
挿入されていなくても光波ネットワーク側へ転送する制
御を行うスケジューラ２２４及びトラフィックメータ２
１１、光波ネットワーク１７と光波アダプテーションフ
レームの送受信を行う光波ネットワークインタフェース
部（光波ＮＷＩＦ部）２２３が含まれる。ここで、スー
パーフレーム構築部２２２は、図示しない光波ＮＷＩＦ
回線カードから受信したシングルフレームを更にシェア
ライドしたスーパーフレームにカプセル化することとし
てもよい。

【００６１】次に、光波プロトコル終端部４ｃの構成に
ついて、光波ＮＷＩＦ部２２３からパケットスイッチ２
２１方向への転送処理に関連付けて説明する。光波プロ
トコル終端部４ｃの構成要素には、光波ネットワークと
の送受信インタフェース機能を有する光波ＮＷＩＦ部２
２３、受信した光波アダプテーションフレームのフレー
ムヘッダから宛先光波ルータアドレスを取得して自装置
のアドレスか否かをチェックする光波アドレス取得部２
２６、自装置のアドレスと異なる場合に宛先光波アドレ
スに対する転送波長パスをメモリ２２５より読み出して
該当するスイッチポート（ＳＷ ｐｏｒｔ）へ光波アダ
プテーションフレームを転送する光波アダプテーション
フレーム転送部２２７、宛先光波アドレスが自装置のア
ドレスと一致する場合に光波アダプテーションフレーム
のペイロード長を辿ることにより光波アダプテーション
フレームを分解してユーザパケットを取り出し更に該パ
ケットヘッダのアドレス解決処理を行い対応するスイッ
チポートへユーザパケットを転送する手段を有するスー
パーフレーム分解部２２８が含まれる。

【００６２】上述した説明において、加入者プロトコル
終端部４ｂにおいてメモリ容量が十分確保できる場合
は、光波ヘッダをＩＰパケットに付与したシングルフレ
ームを構築し、光波プロトコル終端部４ｃで光波ヘッダ
を削ぎ落としながら個々のシングルフレームをグループ
化したスーパーフレームを構築してもよい。

【００６３】しかしながら、上述した方法は、第１に、
パケットスイッチのリソース（収容能力）を無駄に浪費
する点、第２に、加入者プロトコル終端部に配備するパ
ケットメモリ量によっては、パケットＦＩＦＯ破綻（オ
ーバーフロー）等の可能性が大きいことが考えられるた
め、装置内においては、光波ノードアドレス３ｃ、集約
フローラベル３ｃ、網内サービスクラス３ｄを縮退した
形式でスイッチ側に転送してもよく、実際のパケットス
イッチインタフェース部に整合する形態で主信号パケッ
ト系と、制御情報（装置内ラベル）を分離して扱うこと
も可能である。

【００６４】この場合、光波プロトコル終端部４ｃおよ
び、加入者プロトコル終端部４ｂに持つ各メモリ２１
３、２２５におけるテーブルの相関関係の変更のみで対
応できる。光波エッジノード１ｂ、コアノード１ｃ共
に、装置内サーバとして機能する監視制御部２０４を備
えているため、各装置のインタフェース部４ｂ、４ｃが
もつメモリに対して対応情報を矛盾なく書き込んでおく
ことにより整合をとることができる。

【００６５】より具体的に説明すると、加入者プロトコ
ル終端部４ｂでは、連想メモリ（ＣＡＭ：Ｃｏｎｔｅｎ
ｔｓ Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ Ｍｅｍｏｒｙ）検索お
よびスタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）の読み出しによっ
て、光波ノードアドレス３ｃ・集約フローラベル３ｃ・
網内サービスクラス３ｄを、装置内集約フロー番号（Ａ
Ｆ番号）として縮退した装置内ラベルを解決し、制御情
報転送フィールドに収容する。

【００６６】一方、光波プロトコル終端部４ｃでは、制
御情報転送フィールド内の装置内ＡＦ番号から、実際の
光波ノードアドレス３ｃ、集約フローラベル３ｃ、網内
サービスクラス３ｄをメモリアクセスにより解決し、ス
ーパーフレームを構築する。

【００６７】図１０は、図９の光波プロトコル終端部４
ｃのスーパーフレーム構築部２２２の要部説明図であ
る。スーパーフレーム構築部２２２の構成要素には、受
信した光波フレームを所定のスーパーフレーム構築メモ
リに振り分ける機能を有するディスパッチャー（ｄｉｓ
ｐａｔｃｈｅｒ：振り分け部）１２ａ、光波フレームヘ
ッダ内に収容された宛先光波ノードアドレス、ＡＦＬ、
網内サービス識別子毎にブロック（キュー）を備えたメ
モリであるスーパーフレーム構築用メモリ１２ｂ、ディ
スパッチャー１２ａと連動し、優先度付きキューの入力
ブロックアドレスを決定し、書き込みアドレスを生成す
る入力ブロック決定処理部１２ｃ、装置内ブロック毎に
光波フレームの構築状況を管理する光波フレーム管理メ
モリ１２ｆ、装置内ブロック毎にタイマ監視するブロッ
ク別タイマ監視部１２ｅ、光波フレームに付与するヘッ
ダを作成する光波フレームヘッダ作成部１２ｄ、構築で
きたスーパーフレームあるいはタイムアウトとなったス
ーパーフレームを読み出すためのスーパーフレーム構築
用メモリ１２ｂに対する読出アドレス（出力ブロック）
を生成する出力ブロック決定処理部１２ｇが含まれる。

【００６８】更に、図１０を参照し、具体例に即して、
本発明の光波ネットワークにおける遅延保証動作につい
て説明する。ここでの具体例においては、図７に示した
ように、発エッジノード９ａが、加入者ネットワーク１
ａより受信したＩＰパケットフローが遅延優先であるこ
とを判定し、経由コアノード＃２９ｃ、＃４（９ｅ）を
経由して着エッジノード＃Ｄ（９ｉ）へ転送するものと
する。

【００６９】着エッジノード９ｉのノードアドレスに基
いて、拡張光波ヘッダ生成部１２０２にて経由するコア
ノード＃２（９ｃ）、＃４（９ｅ）のノードアドレスを
宛先アドレスフィールドに含んだ拡張光波ヘッダ１、拡
張光波ヘッダ２を作成する。拡張光波ヘッダ１、拡張光
波ヘッダ２は、図７に示されている。

【００７０】作成した複数の拡張光波ヘッダは、それを
明示するフラグを付与した形態で生成し、光波フレーム
ヘッダ作成部１２ｄで多重され、実際の宛先アドレスが
入った光波ヘッダ３ｂの前に付与して光波ネットワーク
へ送信する。

【００７１】図７に示したように、経由コアノード９ｂ
では、ディスパッチャー（振り分け部）１２ａにて、受
信したパケットの拡張光波ヘッダ有無を検出する。

【００７２】そして、拡張光波ヘッダがある場合は、分
岐点１２０２の処理へ進む。分岐点１２０１において、
拡張光波ヘッダがない場合は、１２０５において高優先
キューに格納し、処理は終了する。

【００７３】分岐点１２０２では、拡張光波ヘッダがあ
る場合に更に自ノード宛であるかを判定する。１２０２
での判定処理において自ノード宛であれば、１２０３の
処理へ進むが、他ノード宛の場合は、１２０５において
高優先キューに格納し、処理が終了する。１２０３で
は、宛先に自ノード宛がかかれた拡張光波ヘッダを削ぎ
落とし、スーパーフレームの再構築を行うべく、低優先
キュー１２０４に格納する。

【００７４】以上説明したように、本発明においては、
発エッジノードにおいて、単一あるいは複数のコアノー
ドアドレスを持つ光波拡張ヘッダ１００１、１００２を
作成する。また、コアノードでは、光波拡張ヘッダの宛
先アドレスによりパケットルーティングを行うことがで
きるため、発エッジノードのポリシーにて転送経路を自
由に変更でき、且つ経由コアノードまでのルーティング
においては、スーパーフレーム再構築待ち処理なく、通
過転送（Ｔｒａｎｓｉｔ転送）が可能である。

【００７５】なお、発エッジノード１ａが拡張光波ヘッ
ダを付与しない場合には、発エッジノードから着エッジ
ノードの間に設定されている通常のベストエフォート転
送ルート１ｊを経由して転送されるため、網内転送にお
いて、遅延優先クラスのトラヒックとベストエフォート
型のトラヒックを差別化することができる。

【００７６】前述した第１の実施形態では、経由コアノ
ード数のみの指定であり、合併ノードの指定機能まで有
しておらず、指定したホップ数を過ぎると、規定長以上
のスーパーフレームに集約されていなくとも、通過転送
に移行するため、スーパーフレームの構築が効率的でな
いという問題があるが、第２の実施形態では、経由コア
ノード自体を発ノードが指定できるため、トラヒックの
乗り合わせ効果（シェアライド効果）の大きい経由コア
ノードでスーパーフレームを再構築すればよく、その他
のコアノードでは、スーパーフレーム再構築するための
待ち処理が発生しないため、エンド・ツー・エンド遅延
を軽減できる。

【００７７】

【発明の効果】以上説明した本発明によれば、網内での
ＱＯＳ処理や転送判定処理が簡素化できる。その理由
は、各光波ネットワークに設置される各ノードは、レイ
ヤ３であるＩＰレイヤとレイヤ２であるＳＯＮＥＴレイ
ヤ２ｃの間に中間的なレイヤとして光波アダプテーショ
ンレイヤ（光波ＡＤＰレイヤ）が介在する手段を備え、
光波エッジノード（ＥＮ）は、加入者網からのＩＰパケ
ットを終端し、光波アダプテーションレイヤにて、個々
のＩＰパケットをグループ化し、光波アダプテーション
フレームを構築するからである。すなわち、光波アダプ
テーションフレームは、宛先ネットワークノード（ネッ
トワークから宛先ユーザ網に出る出口ノード（Ｅｇｒｅ
ｓｓ Ｎｏｄｅ）単位やＱＯＳ（遅延優先用、ベストエ
フォート用）単位に集約しているからである。

【００７８】又、本発明によれば、通過するノード数が
多くなる大規模基幹網においても、網内のスループット
を低下することなくネットワークＱＯＳを保証すること
ができる。その第一の理由は、網内に設置されるコアノ
ードと比較して低速なインタフェースを持ち、加入者網
を直収するエッジノードで個々のＩＰフローを光波ネッ
トワーク内で定義される宛先光波ルータアドレス毎やネ
ットワークＱＯＳに集約した集約フローラベル（ＡＦ
Ｌ）にマッピングする手段を備え、個々のＩＰパケット
を集約した光波アダプテーションフレームを構築し、光
波ネットワーク内の転送単位としているからである。第
二の理由は、発エッジノード・着エッジノード間に経由
コアノード数がｎ個存在する場合でも、シェアライド待
ち（スーパーフレームの再構築処理）を行うノードをｍ
個と規定する手段を有しており、累積遅延時間は、（ｍ
／ｎ）×Ｔｄ時間に削減できるからである。第三の理由
は、発エッジノード主導で、相乗り（シェアライド）に
よるパケットの乗り合わせ効果の大きい経由コアノード
を順次指定しておくことにより、指定された当該経由ノ
ードまでは、スーパーフレーム再構築処理の待ちがなく
通過転送する手段を有しているからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光波ネットワークのブロック図であ
る。

【図２】コアノード及びエッジノードのプロトコルスタ
ックを示す説明図である。

【図３】光波ＡＤＰフレームへの構築モデルを示す概念
図である。

【図４】経由する光波ルータ間で乗合（シェアライド：
Ｓｈａｒｅ Ｒｉｄｅ）を適用した場合の転送動作を示
した説明図である。

【図５】本発明による第一の実施の形態を用いた光波ネ
ットワークモデルでの転送メカニズムを示した説明図で
ある。

【図６】本発明による第二の実施の形態を用いた光波ネ
ットワークモデルを示す説明図である。

【図７】本発明における送信元エッジノードより転送さ
れる光波アダプテーションフレームの一例とその転送動
作を示す説明図である。

【図８】本発明で適用する光波エッジノード、コアノー
ドの装置構成を示すブロック図である。

【図９】図８の加入者プロトコル終端部、光波プロトコ
ル終端部を示す要部説明図である。

【図１０】図９の光波プロトコル終端部のスーパーフレ
ーム構築部の要部説明図である。

【図１１】従来の光波アダプテーションフレームへのカ
プセル化過程を示す動作概念図である。

【符号の説明】

１ａ 加入者ネットワーク（加入者網） １ｂ エッジノードＥＮ １ｃ コアノードＣＮ １ｅ 光波ネットワーク ２ａ ＩＰレイヤ ２ｂ 光波アダプテーションレイヤ（光波ＡＤＰレイ
ヤ） ２ｃ ＳＯＮＥＴレイヤ ２ｅ ＩＰパケット ３ａ 光波アダプテーションフレーム（光波ＡＤＰフレ
ーム） ３ｃ 集約フローラベル（ＡＦＬ） ３ｄ 網内サービス識別子 ３ｅ ノードアドレス ３ｇ 音声パケット ４ａ パケットスイッチ ４ｂ 加入者プロトコル終端部 ９ａ 発エッジノード＃Ｓ ９ｂ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｈ 経由コアノード ９ｉ 着エッジノード １２ａ ディスパッチャー １２ｂ スーパーフレーム構築メモリ ２０４ 監視制御部 ２０５ パケットスイッチ ２０６ 加入者ネットワーク（ＮＷ）インタフェース
（ＩＦ） ２０７ シングルフレーム構築部 ２０８ 光波アドレス解決部 ２０９ 集約フロー識別子（集約フローラベル：ＡＦ
Ｌ）解決部 ２１１ トラフィックメータ ２１２ パケットスイッチＩＦ部 ２１３、２２５ メモリ ２２１ パケットスイッチ ２２２ スーパーフレーム構築部 ２２３ 光波ネットワークインタフェース（ＮＷＩＦ）
部 ２２６ 光波アドレス取得部 ２２７ 光波アダプテーションフレーム転送部 ２２８ スーパーフレーム分解部 ４０３ 光波アダプテーションフレームヘッダ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同期光ネットワーク（ＳＯＮＥＴ）レイ
   ヤの上位階層であると同時にインターネットプロトコル
   （ＩＰ）レイヤの下位階層である光波アダプテーション
   レイヤを含む光波ネットワークであって、 前記光波アダプテーションレイヤは、エッジノードにお
   いて、ＩＰフローを集約した光波アダプテーションフレ
   ームを構築し、 前記エッジノードは、シェアライド（乗合）待ちを行う
   コアノードの個数を設定し、 前記光波アダプテーションフレームのヘッダ部は、タイ
   ムアウトリミット（ＴＯＬ）フィールドを含み、前記Ｔ
   ＯＬフィールドの値を、前記エッジノードにおいて、前
   記個数に設定し、 前記コアノードにおいて所定時間内にシェアライドでき
   なかった場合には、前記値を「１」だけ減じ、 前記値が「０」であることを検出したコアノード以降の
   コアノードは、前記光波アダプテーションフレームを通
   過転送する ことを特徴とする光波ネットワーク。
2. 【請求項２】 前記エッジノードは、加入者網を収容す
   るゲートウエイである加入者プロトコル終端部の出力を
   パケットスイッチを介して光波プロトコル終端部に入力
   し、 前記コアノードは、前記光波プロトコル終端部の出力又
   は別のコアノードの光波プロトコル終端部の出力を、他
   のパケットスイッチを介して他の光波プロトコル終端部
   に入力し、 前記加入者プロトコル終端部は、加入者からのユーザー
   パケットを単一の前記光波アダプテーションフレームで
   あるシングルフレームを構築するとともに集約フローラ
   ベル（ＡＦＬ）を与え、前記ＡＦＬごとに設定する転送
   可能容量を越える前記光波アダプテーションフレームを
   廃棄するか又は読み出し優先順位を下げる処理を行い、 前記光波プロトコル終端部は、前記シングルフレームを
   シェアライドさせたスーパーフレームを構築し、前記ス
   ーパーフレームを前記光波アダプテーションフレームと
   して他のコアノードに発送することを特徴とする請求項
   １記載の光波ネットワーク。
3. 【請求項３】 前記コアノードの光波プロトコル終端部
   は、受信した前記光波アダプテーションフレームを、前
   記アドレス、前記ＡＦＬ、又は前記サービス種別に従っ
   て、それぞれのメモリに振り分けるディスパッチャーを
   備え、 前記ディスパッチャーは、前記拡張ヘッダ部の内容に基
   いて前記光波アダプテーションフレームを処理する優先
   順位を付し、前記優先順位に基いて、前記スーパーフレ
   ームを構築し、他の前記コアノードに送出することを特
   徴とする請求項２記載の光波ネットワーク。