JP4318883B2 - Ｄｗｄｍリングネットワークのための分散インテリジェンスｍａｃプロトコル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にネットワークに関し、より詳細には、メトロポリタンネットワークに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、ＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：高密度波長分割多重）リング１２およびＭＡＣ（ｍｅｄｉａ ａｃｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ：メディアアクセス制御）プロトコルを使用する、メトロポリタンアクセスネットワーク１０の基本的なブロック図である。複数のステーション１４がＤＷＤＭリング１２と結合している。ステーション１４は、さらにローカルエリアネットワークおよびワイドエリアネットワークなどの他のネットワークにも結合している可能性がある。例示している実施形態では、第１ステーションおよび第２ステーションは、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）１６と結合しており、第３ステーションは、ＷＡＮ（ワイドエリアネットワーク）１８と結合している。第４ステーションはスタンドアロンコンピュータである。種々のタイプのステーション、たとえばスタンドアロンコンピュータ、サーバ、パケットＡＤＭ（Ａｄｄ／Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ：アド／ドロップマルチプレクサ）、ブリッジ、ゲートウェイ、ＩＰルータ、および光クロスコネクトなどがリングと結合している可能性がある。
【０００３】
動作に際しては、メトロポリタンアクセスネットワーク（ＭＡＮとも呼ばれる）は、１００キロメータまで張る範囲のステーションを接続するために使用される。音声、ビデオ、およびデータは、ＭＡＮ１０を介して搬送することができる。通常、数１００未満のステーション１４が、メトロポリタンアクセスネットワーク１０のリング１２と結合している。示している機構では、情報はリング１２上をマルチチャネル２０を介して通信され、各チャネル２０には、図２で示しているように、関連付けられた一意の波長（λ）がある。チャネル２０の１つは、制御チャネル２２として指定されている。その他のｎチャネルは、音声情報またはデータ情報のいずれか一方を搬送することができるデータチャネル２４である。
【０００４】
ステーション１４間の通信は、１つまたは複数の他のステーション１４との通信を開始することを望む１つのステーション１４がチャネルを予約することによって提供される。たとえば、第１ステーションは、第２ステーションと、λ_３データチャネルを予約することによって通信することができるはずである。いったん予約されると、第１ステーションと第２ステーションのみがこのチャネルを使用することができるはずであり、他のステーション１４は、λ_３チャネルを使用できないように締め出されるが、利用可能な他のいずれかのチャネルは使用できるはずである。第１ステーションは、さらにデータを複数のステーション１４に、単一データチャネル２４を使用してマルチキャストすることもできるはずである。さらに単一のステーション１４は、別個のチャネルを介し、個別に複数のステーションと通信できるはずである。たとえば、そのようなインタフェースが各ステーションに実装されている場合、ステーション１は、ステーション２とチャネルλ_１を介して通信でき、同時にステーション３ともチャネルλ_２を介して通信できるはずである。
【０００５】
種々のステーション１４間でデータチャネル２４を割り当てるために、制御チャネル２２は、図３に示しているように、継続的にリング１２のすべてのステーション１４間でトークン２６を循環させる。各トークン２６は、データチャネル２４と１対１の関係にあり、したがって、ｎ個のデータチャネル２４を表すためには、ｎ個のトークン２６が使用される。第１ステーション１４が第２ステーション１４とリング１２で通信する必要があるとき、第１ステーションは、制御チャネル２２を介して渡すトークン２６を監視する。各トークンはチャネルの使用可能性を表示するフィールドを有する。第１ステーション１４が使用可能性を表示するトークンを受信するとき、第１ステーションは、トークン２６を変更して望んでいる通信（この場合、第２ステーションとのポイントツーポイント通信）を表示させ、トークンに、関連するデータチャネル２４が現在使用中であることを表示するよう変更を加える。変更されたトークン２６を第２ステーション１４が受信するとき、肯定応答（ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）が第１ステーション１４に送信され、選択されたチャネル２４が２つのステーション１４間の通信用に設定される。通信が終了するとき、第１ステーション１４は、トークン２６を変更してチャネル２４の使用可能性を表示することによって通信チャネル２４を解放する。
【０００６】
各トークン２６は、ネットワーク１０のすべてのステーション１４間で共用され、伝送スロットの使用可能性のみを通知するので、サービスのタイプをまったく区別することがなく、帯域幅の公平性の問題に対してもまったく対応していない。たとえば、ベストエフォートタイプのアプリケーション用のサービスを要求するステーション１４も、タイムセンシティブなアプリケーション用のサービスを要求するステーション１４と同じ扱いを受けるはずである。さらに、トークン２６は、関連するサービス有効期限にも対応していないので、欲張りなアプリケーションが帯域幅の相当部分を消費する可能性もある。最後に、ステーションは、空いているトークン２６を検出するため、１周すべてが終わるまで待機する必要があるので、トークンが１周する時間は、とりわけネットワークの直径が増加するにつれ、大幅な遅延の原因となる可能性がある。したがって、ステーション１４の電子バッファへの負担（ｓｔｒａｉｎ）が宣言されるようになる可能性がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、より効率的な、メトロポリタンアクセスネットワーク、およびサービス品質の問題に対応する関連付けられたプロトコルに対する必要性が生じている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、ネットワークが、複数のチャネルで通信を提供するためのネットワークリングであり、チャネルの少なくとも１つが制御情報を渡す該リング、、およびネットワークリングの選択されたチャネルを介して互いに通信するように動作可能な複数のデバイスを備えている。各デバイスは、現在の通信ステータスに関係した制御情報を生成するための回路を含み、リングで制御情報を伝送する。さらに、デバイスは、リングから他のデバイスの制御情報を読み取り、その制御情報に基づいてデバイスの現在の通信ステータスのローカルデータベースを保守する。
【０００９】
本発明は、従来の技術に対して大幅な利点を提供する。ネットワーク上のデバイス間の接続の設定および解除をより迅速に行うことができる。さらに、制御情報はサービス品質に関係した情報も含むことができる。
【００１０】
本発明とその利点のさらに完全な理解のために、次に添付図面とともに行う以下の説明を参照する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、図面の図４〜７との関連で最良に理解され、種々の図面では、同様のエレメントに対しては同様の番号を使用している。
【００１２】
図１および２で概略的に示されたネットワークに関する変形形態をこれ以後に記述する。図４は、制御チャネル２２において使用される異なるプロトコルを図示しており、制御チャネルは複数のスロット３０に分割され、ここで、各スロット３０はリング１２上の関連付けられたステーション１４を表している。各スロット３０は、関連付けられたステーション１４が使用中の通信チャネルに関するステータス情報を含み、その中には、他のステータス情報とともにサービス品質情報なども含んでいる。リング１２のｍ個のステーションのそれぞれは、リング２２上を循環する複数の関連付けられたスロット３０を有することができる。たとえば、図４では、各ステーション１４を、４つのスロット３０によって表している。各ステーションに割り当てられるスロット３０の数は、各スロット３０の望ましい長さとリング２２上のステーション１４の数に左右されることになる。
【００１３】
各スロット３０は、関連付けられたステーション１４（「レジデント」ステーション）の識別情報を含んでいる。レジデントステーションのみが関連付けられたスロット３０の１つの情報を変更することができるが、他のステーション（ノンレジデントステーション）も、情報を得るために他のステーションのスロット３０を監視することができる。
【００１４】
従来の技術の場合、ネットワークは、ステーション１４間でスロット３０を渡すために、別個の波長上の独立した制御チャネル２２を使用する。あるいは、制御チャネルを副搬送波に配置することもできるた。独立した波長使用の解決策は検出を簡単にするが、帯域幅の一部をも消費する。一実施形態では、制御チャネル２２は、タイムスロット化され、完全に同期する。タイムスロット３０のそれぞれは、ネットワークの１つのステーション１４専用であり、そのステーションのステータスに関連付けられた情報を搬送する。したがって、リングの外周全体は、図４において示しているように、タイムスロット３０に分割されている。理論上は、ステーションごとに１つのタイムスロットがあれば十分であり、これにより、恐らくステーションの数は数１００個を超過することはないので、タイムスロットの数が制限される。したがって、外周が１００キロメートルであり、１００個のステーションをサポートするリングの場合、各タイムスロットの存続時間は、（ステーション１４ごとに１つのスロット２６とすると）概算で５マイクロ秒となる。ビットレートが１０ギガビット／秒の場合、各タイムスロットは、概算で５０００バイトの情報を搬送することができる。
【００１５】
ほとんど大部分のアプリケーションでは、もっと小さいスロットサイズで、十分、望む情報すべてを搬送することができ、それについては、以下の部分でより詳細に解説する。図４で示しているように、外周をより多くのタイムスロットに分割し、複数のスロット２６を各ステーションに割り当てることによって、１周する時間（同じステーションに関連付けられたスロット間の時間）を大幅に削減することができる。前の例では、１００キロメートルのリングにステーションごとに１つのスロットがあるので、１周する時間は０．５ミリ秒である。外周をステーションにつき１０個のタイムスロットに細分化する場合、各タイムスロットは、５００バイトの情報を搬送することができ、ほとんどの場合それで十分であり、しかし、１周する時間遅延は１０分の１に、つまりほんの０．０５ミリ秒すなわち５０マイクロ秒になる。当然、スロットのサイズと一周する時間の間のトレードオフを、所与のアプリケーション用に必要に応じて調整することができる。
【００１６】
図５は、各スロット３０の内容をより詳細に図示している。好ましい実施形態では、各スロットは、ノードフィールド３２、ベースフィールド３４、通信フィールド３６、およびサービス品質（ＱｏＳ）フィールド３８を含んでいる。ノードフィールド３２はレジデントステーションを表示する。ベースフィールド３４は、レジデントステーションのステータス、すなわち、現在、通信中であるステーションのステータス、そして、その場合、そのレジデントステーションと通信中のノンレジデントステーション、およびその通信のために使用中のデータチャネルの識別名を表示している。通信フィールド３６は、たとえば、ＡＣＫとＮＡＣＫを含む、データチャネルのためのネゴシエーションに関する情報のほか、内部ステータス、使用可能な波長についてのレポートも含むことができる。このフィールドは、さらに１つのステーションとの通信が、使用可能なデータチャネル２４のサブセットのみで起きうる場合にも使用することができ、この状態は、弁別可能な波長（したがって、チャネル）の数がＤＷＤＭを使用することで増大してステーションの中のいくつかまたはすべてが、限られた同調性をもっているときに起こりやすい。サービス品質フィールド３８は、通信がタイムセンシティブまたはベストエフォートかどうかなどの通信タイプに関する情報を含んでいる。上述のフィールドリストによって、すべてを網羅することを意図するものではない。
【００１７】
動作の際、レジデントステーション１４は、定期的にスロットの情報を更新する。ノンレジデントステーション１４はスロット３０を監視し、スロット３０からの情報を使用して、各ノードのステータスについての情報が格納され、常時更新されるローカルテーブルを構築する。すなわち、各ステーションにおいて、そのテーブルはネットワーク全体についての現在の情報を有する。例示している実施形態では、ベースフィールド３４とＱｏＳフィールド３８のみを使用してローカルステータステーブルを生成しているのに対し、通信フィールド３６は関係するノード間の通信目的に専用に使用している。
【００１８】
ノードに格納されたローカルテーブル４０の例を、図６において図示しており、４つのステーションをＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤと表示している。ローカルテーブルは、もっぱら個別のタイムスロット３０に含まれる情報に基づいて構築されていることを強調しておきたい。図６の例では、ベースフィールド３４は、「ｔｉｍｅ（時間）」、「ｓｔａｔｕｓ（ステータス）」、「ｏｐｅｒａｔｉｏｎ（動作）」、「ｆｒｏｍ／ｔｏ（発信元／送信先）」、および「ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ（波長）」（またはチャネル）のカラムを保守するために使用される。「ｎｏｄｅ（ノード）」カラムは、レジデントステーション（ＩＰアドレスを使用することができるはずである）を表示する。ステーションカラムは、レジデントステーションがアクティブまたはアイドル状態のいずれかを表示する。動作カラムは、レジデントステーションが送信中または受信中のいずれかを表示する。発信元／送信先カラムは、レジデントステーションがいずれかのステーションと通信中の場合、そのステーション（やはり、ＩＰアドレスを使用することができるはずである）を表示する。波長カラムは、通信が行われているデータチャネル２４を表示する。上述のカラムには、基本的に、ステータス情報を関連するステーション１４に提供するという役割がある。時間カラムは、各タイムスロット３０において情報がレジデントノードによって更新された時間を表示する。このフィールドを使用して障害（ｆａｉｌｕｒｅ）を検出することができ、それは、とりわけ非連続のフレームフォーマットが実現される必要がある場合、時間フィールドが延長されたある時間期間の間に更新されていないという状況を明らかににすることによってである。
【００１９】
図６のテーブル４０から読み取ると、ノードＡはノードＣにλ＝１で送信中であり、一方、ノードＤはノードＦからλ＝３で受信中である。時間情報は、この例では図示していないが、レジデントノードに対してローカルな時間で表示される必要がある。同期が制御チャネル２２上で生じるので、これはグローバルな問題を表さない。
【００２０】
残りのカラムは、ステーション１４間の種々の通信における、ＱｏＳベースの区別を容易にするために追加されたＱｏＳセンシティブ情報を表示する。「ｔｙｐｅ ｏｆ ｓｅｒｖｉｃｅ（サービスのタイプ）」カラムは、いずれかのレジデントステーションが動作している場合、そのサービスのタイプ、すなわち、ベストエフォートのトラフィックが含まれているか、またはトラフィックがタイムセンシティブのいずれかを表示する。これは、帯域幅のネゴシエーションが起きている通信フィールド３６と密接に関係し、しかしさらに、欲張りなアプリケーションがリソースを独占することを防止するためのカウンタを有しうるテーブル４０の「ｉｄｌｅ ｃｏｕｎｔｅｒ（アイドルカウンタ）」カラムとも関係し、接続がある時間期間アイドルである場合、接続が終了したと見なすものとすることができる。これは、帯域幅の公平性を保つためのメカニズムを提供するはずである。さらに、ユニキャストまたはマルチキャストのトラフィックのいずれかであるトラフィックの性質を表示する「ｍｕｌｔｉｃａｓｔｉｎｇ（マルチキャスティング）」フィールドがある。マルチキャスティングトラフィックの場合、このカラムに含まれている情報は、マルチキャスティングのツリーを含むことができるはずである。「ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ（保護）」カラムは、通信が保護されているかまたは非保護のいずれか、さらに、どのチャネルにおいて保護されているかを表示する。これは、保護メカニズムにおけるＱｏＳベースの区別を可能にし有用な追加機能となる可能性がある。ベストエフォートトラフィックがその保護が必要ではない間は保護パスを介して搬送され、そのプロテクションチャネルが開始する（ｋｉｃｋ ｏｆｆ）場合、再ルーティングされることになるからである。障害は更新時間カラムでテーブルにおいても閲覧可能なので、これについての表示はローカルステータステーブルから直ちに得ることができる。アイドルカウンタフィールドは、どのくらいの期間、接続がイナクティブであるかを明示するために使用し、ベストエフォートトラフィックにおいては、イナクティブの時間期間が延長している場合、それを終了させ、より高い優先順位のトラフィック接続に引き継ぐようにすることができる。レートカラムは、ネットワークの各接続に対して要求された帯域幅を表示する。
【００２１】
図４は、「アウトオブバンド（ｏｕｔ−ｏｆ−ｂａｎｄ）」の実施形態を例示しており、これでは、データチャネル２４とは別個の周波数（またはファイバ）の制御チャネルが、制御情報専用としてステーション１４によって使用されている。
【００２２】
図７は、代替の「インバンド（ｉｎ−ｂａｎｄ）」の実施形態を例示しており、これでは、チャネル２０をデータ情報と制御情報の両方のために使用することができ、それによって、付加的な通信機能がネットワークに追加される。この実施形態では、単一の周波数が制御パケット４４とデータパケット４２を搬送する。制御パケットは、タイムスロット３０を使用するのではなく、定期的にステーション１４によって送信される。制御パケット４４の情報は、上述と同一の情報とすることができる。
【００２３】
インバンドの実施形態は、チャネル２０の１つを使用して、制御パケットとデータパケットの両方を渡すことができるはずである。
【００２４】
本発明をトークンリングアーキテクチャに関連して記述してきたが、これは、ＭＡＣプロトコルが使用されるあらゆる箇所で、ネットワークの効率を改善するために使用することができる。
【００２５】
本発明の詳細な説明は、ある例示的な実施形態向けであるが、これらの実施形態の種々の変更形態のほか、代替の実施形態も、当業者に対して示唆するものである。本発明は、請求項の範囲内にあたるあらゆる変更形態または代替の実施形態を包含している。
【図面の簡単な説明】
【図１】メトロポリタンアクセスネットワークの概略ブロック図である。
【図２】様々な波長の複数のチャネルへの搬送波の分割を示す図である。
【図３】搬送波と結合したステーション間の通信を提供するための従来技術のプロトコルを示す図である。
【図４】サービス品質対応の搬送波と結合したステーション間の通信を提供するためのプロトコルを示す図である。
【図５】図４のプロトコルの各スロット内のフィールドの割当てを示す図である。
【図６】図５のフィールドの情報から取り出されるローカルテーブルの例を示す図である。
【図７】データと制御が共通チャネルで通信される、代替のインバンド構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ ネットワーク
１２ リング
１４ ステーション
１６ ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）
１８ ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）
２０ チャネル
２２ 制御チャネル
２４ データチャネル
２６ トークン
３０ タイムスロット
３２ ノードフィールド
３４ ベースフィールド
３６ 通信フィールド
３８ サービス品質フィールド
４０ ローカルテーブル
４２ データパケット
４４ 制御パケット

Claims (10)

1. ネットワークリングであって、前記ネットワークリングは、
   通信を提供するための複数のチャネルであって、前記チャネルの少なくとも１つが制御パケットおよびデータパケットを渡すように動作可能な複数のチャネルと、
   ネットワークリングを介して互いに通信するように動作可能な複数のデバイスであって、各デバイスが、
   その通信ステータスに関係した制御パケットを生成して前記制御パケットを前記リング上で伝送し、
   前記リングから他のデバイスに関係した通信ステータスを読み取って、
   デバイスの通信ステータスのローカルデータベースを保守するための回路を含む、複数のデバイスと、を備え、
   制御パケットの通信ステータスが、制御パケットを発信するデバイスと、そのデバイスによる通信のレート情報を識別するためのノード識別情報を含み、
   ローカルデータベースは、リングネットワーク上の他のデバイスから受信した制御パケットから更新され、及び他のデバイスの通信のレート情報を含むことを特徴とするネットワークリング。
2. 各デバイスが、現在、１つまたは複数の他のデバイスと通信中かどうかについての制御情報を生成する請求項１に記載のネットワークリング。
3. 各デバイスが、チャネル識別名を含むデバイスの現在の通信ステータスのローカルデータベースを保守する請求項２に記載のネットワークリング。
4. 各デバイスが、通信のデータレートに関する現在の通信ステータスを生成する請求項１に記載のネットワークリング。
5. 各デバイスが、サービス品質制御情報を生成する請求項１に記載のネットワークリング。
6. 前記サービス品質情報が、現在の通信がタイムセンシティブかどうかを示す情報を含む請求項５に記載のネットワークリング。
7. 前記サービス品質情報が、現在の通信がベストエフォート通信かどうかを示す情報を含む請求項５に記載のネットワークリング。
8. デバイスによりネットワーク上の他の複数のデバイスへ通信する方法であって、
   デバイスにより前記チャネルの少なくとも１つで制御パケットおよびデータパケットを定期的に渡すステップであって、制御パケットがデバイスの通信のレート情報を含むステップと、
   デバイスにおいて、他の複数のデバイスのレート情報に関係した制御パケットを読み取るステップと、
   他の複数のデバイスのサービス品質情報を含むレート情報のローカルデータベースを保守するステップと、を含み、
   ローカルデータベースにおける他の複数のデバイスのレート情報に基づき帯域幅の公平性を保つために帯域幅をネゴシエートするステップを特徴とする方法。
9. 前記制御パケットが、現在の通信がタイムセンシティブかどうかを示す情報を含むサービス品質情報を有する請求項８に記載の方法。
10. 前記制御パケットが、現在の通信がベストエフォート通信かどうかを示す情報を含むサービス品質情報を有する請求項８に記載の方法。

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