JP3816083B2 - 光波長多重ネットワークの光パス設定装置、及び、光波長多重ネットワークの光パス設定方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバを介して複数のノード装置を互いに接続するとともに、その光ファイバに拠る光パスを通して波長が互いに異なる複数の光信号を多重化して伝送するように構成し、任意の光波長の光信号をアッド及びドロップすることにより複数の光パスを設定することが可能な光波長多重ネットワークに係り、特に、「カットスルーパス」と呼ばれる光伝送路を設定可能な光波長多重ネットワークの光パス設定装置及び光パス設定方法に関する。

近年、インターネットの普及などにより、ＩＰパケットベースのデータトラフィックが急増してきている。このため、それら大量のトラフィックを伝送する手段として、光伝送路としての光ファイバで形成された光パスを介して波長の異なる光信号を並列的に伝送させ、これにより、光ファイバの数を増やすことなく伝送容量を拡大するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）技術が注目されている。

このＷＤＭの技術をベースにして、光ファイバから任意の波長の光信号のアッド及びドロップが可能な光分岐挿入（OADM：Optical Add-Drop Multiplexing）装置や、入力された光信号を任意の方路に切り替えることが可能な光クロスコネクト（OXC：Optical Crossconnect）装置などが実現されている。

例えば、このＯＡＤＭ機能とパケット処理機能を組合せた装置では、多重化された入力光信号を選択的に通過させることによって、特定の光信号の「カットスルーパス」を実現することができる。この「カットスルーパス」により、全てのパケットをパケット処理装置で電気的に処理する必要がなくなるため、パケットのルーティングに関わる処理を軽減することが可能となる。

このカットスルーパスの設定の一例は、特許文献１に記載されている。この特許文献１の「光波長カットスルーネットワークおよび光クロスコネクト装置」によれば、周期的に光パスを切り替える光カットスルーの仕組みが開示されている。
特開２００２−３７４２９１公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術によれば、ネットワーク内の全てのＯＡＤＭ装置間で、フルメッシュにカットスルーパスを設定する場合、ＯＡＤＭ装置数がｎとすると、必要とする波長の数はｎ×（ｎ−１）本となる。このため、ＯＡＤＭ装置の数が増加するにつれて、要求される波長の数は指数的に増加してしまう。

これにより、フルメッシュ又はこれに近いメッシュ数でカットスルーパスを設定する場合、ＯＡＤＭ装置を構成する光スイッチや光フィルタなどの数や規模が著しく大きくなり、ＯＡＤＭ装置の製造コストが高くなるという問題があった。

本発明は、上述した従来のカットスルーパスの設定法が直面している現状に鑑みてなされたものであり、少ない波長数で効率的に電気的ルーティング処理を軽減できるカットスルーパスの設定法を提供しようとしたものである。

上記課題を解決するため、第１の本発明に係る光波長多重ネットワークの光パス設定装置によれば、光ファイバを介して複数のノードを互いに接続するとともに前記光ファイバを通して波長が互いに異なる複数の光信号を多重化して伝送するようにした光波長多重ネットワークを対象とする。この対象に対して、光パス設定装置は、前記複数のノードのうちの少なくとも１つのノードのパケット処理装置に前記光ファイバで形成される光パスを介して到着する光信号のパケットに関し、宛先方路毎のトラフィック量を監視する監視手段と、この監視手段が監視するトラフィック量に基づいて、各宛先方路に関してカットスルーパスが必要か否かを判断すると共に、カットスルーパスが必要と判断された宛先方路へのどの送信元側のノードからの光信号をカットスルーするかを判断する判断手段と、カットスルーパスが必要と判断された宛先方路側のノードと送信元側のノードとの間にカットスルーパスを設定させる設定手段とを備えたことを特徴とする。

さらに、第２の本発明に係る光波長多重ネットワークの光パス設定方法にあっては、監視手段、判断手段及び設定手段を備え、前記監視手段は、前記複数のノードのうちの少なくとも１つのノードのパケット処理装置に前記光ファイバで形成される光パスを介して到着する光信号のパケットに関し、宛先方路毎のトラフィック量を監視し、前記判断手段は、このトラフィック量に基づいて、各宛先方路に関してカットスルーパスが必要か否かを判断すると共に、カットスルーパスが必要と判断された宛先方路へのどの送信元側のノードからの光信号をカットスルーするかを判断し、前記設定手段は、カットスルーパスが必要と判断された宛先方路側のノードと送信元側のノードとの間にカットスルーパスを設定させることを特徴とする。

本発明によれば、パケット処理装置に到着したパケットのトラフィック量を監視し、その監視したトラフィック量に応じてカットスルーパスが設定される。具体的には、パケット負荷が集中したパケット処理装置を迂回するような光信号のカットスルーパスが、例えばノードとしてのＯＡＤＭ装置の相互間で設定される。これにより、パケット量が一時的に過多となる場合、パケット処理装置に到着するトラフィック量を確実に減少させることができる。従って、少ない波長数で効率的に電気的ルーティング処理を軽減できるカットスルーパスの設定法を提供することができ、パケット処理装置のバッファ溢れによるパケット損失や、バッファキューイングによる伝送遅延を低減させることができる。

以下、本発明に係る光波長多重ネットワークの光パス設定装置及び光パス設定方法を実施するための最良の形態を説明する。

なお、この光波長多重ネットワークは光波長多重ネットワークシステムとも呼ばれるシステムである。本発明に係る光パス設定装置及び光パス設定方法は、かかる光波長多重ネットワークに一体に組み込まれて、及び、光波長多重ネットワークの光伝送路（光パス）の制御の一部として実施される。このため、以下の項では、光波長多重ネットワークを中心に説明する。

（第１の実施形態）
図１〜図６を参照して、第１の実施形態に係る光波長多重ネットワークを説明する。

図１は、この第１の実施形態で用いられるノード（ノード装置とも呼ばれる）の構成を例示し、一方、図２は、かかるノードを複数台、用いて構成した光波長多重ネットワークの構成を例示している。

最初に、図２に示す光波長多重ネットワークを説明する。

この光波長多重ネットワークは、複数のノードとしての３台のノードＡ：２０１、ノードＢ：２０２、及びノードＣ：２０３を採用し、この３台のノードを光伝送路としての光ファイバ２０４で相互に接続して構成される。これにより、図示の如く、ノードＢ：２０２からノードＡ：２０１に至り、さらにノードＡ：２０１からノードＣ：２０３に至る光信号の伝送パス（光パス）２０５が設定されている。

この光パス２０５の場合、ノードＡ：２０１の後述する光スイッチ１０３で光信号がドロップされる設定になっている。このため、この光パス２０５はノードＡ：２０１で終端され、パケットはノードＡ：２０１の電気処理部を用いて転送される。

この光波長多重ネットワークには、３台のノードＡ〜Ｃとは別に、波長管理ノード２０６が設けられている。この波長管理ノード２０６は、各光ファイバ２０４で使用されている波長情報を管理し、同一ファイバ上で波長を重複させないようにしている。

図１に戻って、上述したノードＡ：２０１、ノードＢ：２０２、及びノードＣ：２０３のそれぞれの構成を説明する。なお、この第１の実施形態では、各ノードは同一の構成を備えているので、ノードＡ：２０１を代表として説明する。

ノードＡ：２０１は、光処理部ＯＰ及び電気処理部ＥＰを備えて構成される。

このうち、光処理部ＯＰは、到来する光信号を増幅する光アンプ１０１と、波長多重された光パスから波長を分離もしくは多重を行う光フィルタ１０２と、波長をアッド／ドロップするのか、又は、スルーするかという態様を決定する複数個の光スイッチ１０３と、電気信号を光信号に変換する複数個の電気／光変換器（Ｅ／Ｏ）１０４と、その逆の動作で光信号を電気信号に変換する複数個の光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）１０５とを備える。また、この光処理部ＯＰは、他ノードの演算装置からの指示に従って、光スイッチ１０３のスイッチング動作を制御する光スイッチ制御部１１０をも備えている。さらに、この光処理部ＯＰにおいて、複数個の光スイッチ１０３の出力側には光フィルタ１１１及び光アンプ１１２をこの順に備えている。

一方、電気処理部ＥＰは、電気／光変換器（Ｅ／Ｏ）１０４及び光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）１０５に接続され、電気信号からフレーム組立／分解などを行うデータリンク処理部１０６を備える。また、電気処理部ＥＰは、到着したパケットのアドレスを解決し、パケットを所望する方路へとフォワーディングするスイッチング処理部１０７と、このスイッチング処理部１０７の各出力バッファの使用状況を監視するバッファ監視装置１０８と、このバッファ監視装置１０８からの監視情報に基づいてバッファ溢れ（バッファからパケットデータが溢れる状態）が発生しそうな出力バッファにパケット送信過多の影響を与えているノードを選定する演算装置１０９とを更に備える。

次いで、第１の実施形態に係る光波長多重ネットワークの作用効果を、監視された特定波長の光信号のカットスルーパスの設定法を中心に説明する。

このカットスルーパスの設定は、基本的に、スイッチング処理部１０７の出力バッファの溢れに影響を与えるノードと、その出力先のノードとの間に光信号のカットスルーパスを設定することである。これにより、出力バッファの入力トラフィック量を制限し、輻輳を回避することにある。

以下、図３のカットスルーパスの設定フローチャートを用いて説明する。

ノードＡ：２０１では、バッファ監視装置１０８が、スイッチング処理部１０７からその出力バッファのデータ量、すなわち、バッファ長を示す信号を読み込む（図３、ステップＳ３００）。通常、この出力バッファは、スイッチング処理部１０７の出力ポート毎に設けられ、パケットデータのバースト的な到着に対してパケット損失が発生しないように一定時間の保持を行う機能を有する。しかし、特定の出力ポートにパケットが集中すると、出力バッファ内の待ちパケットが増大し、バッファ溢れに因るパケット損失が発生してしまう恐れがある。

そこで、バッファ監視装置１０８では、バッファ長に対して予め設定した閾値を用いる。つまり、得られたバッファ長を示す信号に基づいて、各バッファ内を分析し、バッファ長が閾値又はそれ以上になったか否かを判断するとともに、この判断でＹＥＳとなった各出力バッファに対してパケットデータの占める割合が多い入力ポートを選定する（ステップＳ３０１）。バッファ監視装置１０８は、このステップＳ３００及びＳ３０１の処理を繰り返しながら、出力バッファの利用状況を監視している。

この出力バッファの利用状況の監視の一例を図４に模式化して説明する。

図４は、「Ｎ×Ｎ」個の入出力ポートを有するスイッチング処理部１０７を示している。この例では、いま、出力バッファ４０３のバッファ長がその閾値を超えているものとするので、この出力バッファ４０３が閾値判定で「トラフィック量が多い」との利用状況判断が下される。

演算装置１０９は、この出力バッファ４０３のデータ長に占める割合の多い入力ポートを分析する。その結果、入力ポート４０６のノードＢ：２０２から到着するパケットが一番多いと判断される。

そこで、演算装置１０９は、波長管理ノード２０６に対してノードＢ：２０２とノードＣ：２０３間にカットスルーパスの設定を依頼する（ステップＳ３０２）。波長管理ノード２０６は、各光ファイバ上で使用されている波長情報を保持している。

波長管理ノード２０６は、上述した依頼に呼応して波長情報を参照し、ノードＢ：２０２とノードＣ：２０３との間に新規の光パスを設定することができるか否かを判断する（ステップＳ３０３）。

なお、この波長情報は各ノードから情報が申告されることで、常に最新の情報に保たれる（ステップＳ３０４，Ｓ３０５）。

波長管理ノード２０６では、ノードＢ：２０２とノードＣ：２０３との間で新規の光パスが設定可能ならば、ノードＢ：２０２とノードＣ：２０３に対してカットスルーパスの設定を要求する（ステップＳ３０６）。この設定要求のときに送信される情報は、カットスルーパスのパラメータとして用いる波長情報やネットワークインタフェース情報などである。

これとは反対に、波長管理ノード２０６は、ノードＢ：２０２とノードＣ：２０３との間に空き波長や空きネットワークインタフェースが無いと判断した場合、ノードＡ：２０１に対して、光パス設定が不可であること示す信号を送信する。ノードＢ：２０２とノードＣ：２０３の間に光パス設定が不可であると認識したノードＡ：２０１は、出力バッファ４０３のバッファ長を占める割合が次に多い別のノードを選定し、再度、波長管理ノード２０６に対してカットスルーパスの設定を要求する（ステップＳ３０７）。図４に示す例では、次に対象となるべきノードはノードＮとノードＣ：２０３とになることが分かる。

かかるカットスルーパスの設定依頼を受けたノードＢ：２０２とノードＣ：２０３は、各自の光スイッチ制御部１１０を通じて光スイッチ１０３の状態を変更し、ノードＢ：２０２とノードＣ：２０３との間にカットスルーパスを設定する。このカットスルーパスを新設した旨の変更情報は、パス設定完了通知として、波長管理ノード２０６とノードＡ：２０１に対して送信される（ステップＳ３０８，Ｓ３０９）。

この完了通知を受信した波長管理ノード２０６は、新たに使用された波長に関する情報をデータベースに送り、蓄積している管理情報を更新する（ステップＳ３１０）。

なお、以上の構成及び動作から分かるように、バッファ監視装置１０８と演算装置１０９で実行される図３に示すステップＳ３００の処理とにより本発明の構成要素である監視手段が機能的に構成される。また、演算装置１０９で実行される図３に示すステップＳ３０１、Ｓ３０２の処理により本発明の構成要素である判断手段が機能的に構成され、このうち、ステップＳ３０２が依頼手段に相当する。さらに、演算装置１０９で実行される図３に示すステップＳ３０３〜Ｓ３１０の処理並びに光スイッチ制御部１１０、光スイッチ１０３、及び波長管理ノード２０６により本発明の構成要素である設定手段が機能的に構成され、このうち、ステップＳ３０３が第１の手段に相当し、またステップＳ３０６が第２の手段に相当する。

このように、第１の実施形態にあっては、前述したカットスルーパスの設定動作により、ノードＢ：２０２とノードＣ：２０３間に新しい光パスが設定され、パス設定前にノードＡ：２０１に送信されていたノードＢ：２０２からのパケットは、この新しい光パスを用いて直接にノードＣ：２０３へ送信される（ステップＳ３１１）。

つまり、図５に模式的に示すように、ノードＢ：２０２とノードＣ：２０３との間に、ノードＡ：２０１をカットスルーする光パス２０６が新しく設定される。

この結果、ノードＢ：２０２からノードＡ：２０１に到着するパケットの量が減少し、ノードＡ：２０１における出力バッファ４０３のバッファ長を減少させる。つまり、図６に示すように、ノードＡ：２０１を経由してノードＢ：２０２からノードＣ：２０３に転送されるパケット量が減少しているため、出力パッファ４０３のバッファ長が閾値以下となり、バッファ溢れを確実に回避することができる。

このように、出力バッファのバッファ溢れに影響を与える相互のノード間にカットスルーパスを設定することで、出力バッファの入力トラフィック量を制限し、輻輳を回避して信頼性の高い光波長多重ネットワークを提供することができる。

（第２の実施形態）
図７を参照して、本発明に係る光波長多重ネットワークの光パス設定装置及び光パス設定方法の第２の実施形態を説明する。

なお、この第２の実施形態において、第１の実施形態と同一又は同等の作用効果を発揮する構成要素には同一符号を用いて説明を省略する。

この光波長多重ネットワークのハードウェア的な構成は、上述した第１の実施形態で説明したネットワークと同様であるが、各ノードの演算装置１０９において、ネットワークで使用可能な波長を管理する機能を有する点が相違する。

つまり、この第２の実施形態に係る光波長多重ネットワークの基本的動作は、第１の実施形態と同様であるが、その一方で、各ノードで分散的に波長情報を管理するようにしている。

具体的には、ノードＡ：２０１、ノードＢ：２０２、及びノードＣ：２０３それぞれの演算装置１０９は、協働して、図７に示すカットスルーパスの設定処理を実行するようになっている。

これを具体的に説明する。ノードＡ：２０１の演算装置１０９は、第１の実施形態と同様に、バッファ監視装置１０８からの監視情報を用いて、同ノードＡのスイッチング処理部１０７の各出力バッファのバッファ長が予め定めた閾値を超えたかどうかを監視する（図７、ステップＳ７００、Ｓ７０１）。

この閾値を超えた旨の判断となる場合には、第１の実施形態と同様に、バッファ溢れに影響を与えるノードを選定し（図７の例の場合、ノードＢ，Ｃ）、そのどちらかのノードに対してカットスルーパスの設定要求を送信する（ステップＳ７０２）。

図７の場合は、ノードＢ：２０２の演算装置１０９に対して、かかる設定要求を送信している。このため、設定要求を受信したノードＢ：２０２の演算装置１０９は、自ノードで使用可能な波長があるか否かを判断し、空き波長がない場合には、ノードＡ：２０１に対して設定不可通知を送信する（ステップＳ７０３）。反対に、ノードＢ：２０２に空き波長がある場合には、カットスルーパスの設定対象であるノードＣ：２０３に対して、ノードＡ：２０１からのカットスルーパスの設定要求に自ノードの空き波長情報を加えて、この設定要求を中継・送信する（ステップＳ７０４）。

この中継された設定要求を受信したノードＣ：２０３の演算装置１０９は、ノードＢ：２０２の空き波長情報と自ノードで使用可能な波長が一致するか否かを判断し、一致しない場合には、ノードＡ：２０１及びノードＢ：２０３に対して設定不可通知を送信する（ステップＳ７０５）。

これに対して、ノードＢ：２０２とノードＣ：２０３の空き波長が一致した場合には、ノードＢ：２０２とノードＣ：２０３の間で新たなカットスルーパスを設定し（ステップＳ７０６、Ｓ７０７）、その設定結果をノードＢ：２０２を介してノードＡ：２０１に返信する（ステップＳ７０６、Ｓ７０７）。

このように動作させることにより、ノードＢ：２０２とノードＣ：２０３との間にノードＡ：２０１をカットスルーする光パスが新しく設定されて運用される（ステップＳ７０８）。

なお、以上の構成及び動作から分かるように、バッファ監視装置１０８と演算装置１０９で実行される図７に示すステップＳ７００の処理とにより、本発明の構成要素である監視手段が機能的に構成される。また、演算装置１０９で実行される図７に示すステップＳ７０１の処理により、本発明の構成要素である判断手段が機能的に構成される。さらに、演算装置１０９で実行される図７に示すステップＳ７０２〜Ｓ７０７の処理並びに光スイッチ制御部１１０及び光スイッチ１０３により、本発明の構成要素である設定手段が機能的に構成される。

以上のように、第２の実施形態によれば、第１の実施形態で得られた作用効果に加えて、ネットワークに分散配置されている複数のノードが協働して分散的に波長情報を管理することができるという更なる作用効果を得ることができる。したがって、第１の実施形態で設置を要していた波長管理ノードが不要になるため、ノード数を減らすことができ、その設置コストを低減することができる。また、波長管理ノードを経由しないことで、カットスルーパス設定に要する処理時間を短縮することもできる。

（他の実施形態）
なお、本発明は必ずしも上述した各実施形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の発明の要旨を逸脱しない範囲で、さらに形態に変形可能である。

例えば、光波長多重ネットワークに分散配置されるノードは必ずしも３つの限定されるものではなく、当然に３つ以上のノードを配置することができる。また、カットスルーパスにより電気処理部がバイパスされるノードの数は必ずしも前述したように１つとは限られず、複数個のノードに対するカットスルーパスを形成しても良い。さらに、３個以上のノードを設置した光波長多重ネットワークにおいて、選択された特定の複数個のノードのみにカットスルーパスを設定する処理能力を与えるようにしても良い。

第１の実施形態に係る光波長多重ネットワークに分散配置されるノードの構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る光波長多重ネットワークの構成を示す概要図である。 第１の実施形態に係る光波長多重ネットワークにおいて実行されるカットスルーパスの設定処理の概要を説明するフローチャートである。 第１の実施形態に係る光波長多重ネットワークにおいて実行されるカットスルーパスの設定処理に必要な閾値処理及び対象ノードの選定処理を説明する図である。 第１の実施形態において設定されたカットスルーパスの概念を説明する図である。 第１の実施形態においてカットスルーパスが設定された後の出力バッファのバッファ溢れ防止を説明する図である。 第２の実施形態に係る光波長多重ネットワークにおいて実行されるカットスルーパスの設定処理の概要を説明するフローチャートである。

符号の説明

ＯＰ…各ノードの光処理部、ＥＰ…各ノードの電気処理部、１０３…光スイッチ、１０７…スイッチング処理部、１０８…バッファ監視装置、１０９…演算装置、１１０…光スイッチ制御部、２０１〜２０３…ノード、２０４…光ファイバ、２０５…光パス、２０６…波長管理ノード、２０６…カットスルーパス（光パス）、４０１〜４０４…バッファ、４０５〜４０８…入力ポート。

Claims (3)

1. 光ファイバを介して複数のノードを互いに接続するとともに前記光ファイバを通して波長が互いに異なる複数の光信号を多重化して伝送するようにした光波長多重ネットワークの光パス設定装置において、
   前記複数のノードのうちの少なくとも１つのノードのパケット処理装置に前記光ファイバで形成される光パスを介して到着する光信号のパケットに関し、宛先方路毎のトラフィック量を監視する監視手段と、
   この監視手段が監視するトラフィック量に基づいて、各宛先方路に関してカットスルーパスが必要か否かを判断すると共に、カットスルーパスが必要と判断された宛先方路へのどの送信元側のノードからの光信号をカットスルーするかを判断する判断手段と、
   カットスルーパスが必要と判断された宛先方路側のノードと送信元側のノードとの間にカットスルーパスを設定させる設定手段と
   を備えたことを特徴とする光波長多重ネットワークの光パス設定装置。
2. 前記設定手段は、宛先方路側のノードと送信元側のノードとへの前記カットスルーパスの設定要求を波長管理ノードを介して行うことを特徴とする請求項１に記載の光波長多重ネットワークの光パス設定装置。
3. 光ファイバを介して複数のノードを互いに接続するとともに前記光ファイバを通して波長が互いに異なる複数の光信号を多重化して伝送するようにした光波長多重ネットワークの光パス設定方法において、
   監視手段、判断手段及び設定手段を備え、
   前記監視手段は、前記複数のノードのうちの少なくとも１つのノードのパケット処理装置に前記光ファイバで形成される光パスを介して到着する光信号のパケットに関し、宛先方路毎のトラフィック量を監視し、
   前記判断手段は、このトラフィック量に基づいて、各宛先方路に関してカットスルーパスが必要か否かを判断すると共に、カットスルーパスが必要と判断された宛先方路へのどの送信元側のノードからの光信号をカットスルーするかを判断し、
   前記設定手段は、カットスルーパスが必要と判断された宛先方路側のノードと送信元側のノードとの間にカットスルーパスを設定させる
   ことを特徴とする光波長多重ネットワークの光パス設定方法。

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