JP5120892B2

JP5120892B2 - 光ネットワークシステム、光ルータ、および光ネットワークの障害修復方法、およびプログラム

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Publication number: JP5120892B2
Application number: JP2008228718A
Authority: JP
Inventors: 喜美夫小口; 昌平寺田; 大塙
Original assignee: SCHOOL JURIDICAL PERSON SEIKEI GAKUEN
Current assignee: SCHOOL JURIDICAL PERSON SEIKEI GAKUEN
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2028-09-05
Also published as: JP2010063009A

Description

本発明は、光を媒体として使用する情報伝送技術に関し、より詳細には、波長多重通信に使用した光ネットワークシステム、光ルータ、および光ネットワークの障害修復方法、およびプログラムに関する。

近年、ネットワークなどを通して伝送される情報が多種多様化し、また大容量化するに伴って光を媒体として使用する通信が普及している。光通信では、情報伝送媒体としてマルチモードまたはシングルモードといった特性を有する無機・有機材料から形成された光ファイバが用いられる。

また、光通信では、通信基地局に配置された局側装置からユーザの自宅、会社などに配置されたユーザ端末へと、光通信リンクを形成する光ファイバを介して情報が伝送される。この際、光ファイバは、電気パルスとは異なり光学的にカップリングさせることが必要とされ、多数のユーザに対し、効率的に情報を光伝送するためには、従来のルーティング技術とは異なるルーティング基盤が必要とされる。

これまで、種々の光ルーティング方法が提案されている。従来の受動型波長多重は、局側装置に、半導体レーザ、発光ダイオードなどの光源が配置し、波長多重化された光線が光ファイバへと入射されて、波長多重化光が複数のユーザ端末へと伝送されている。局側装置では、情報コンテンツまたは宛先などに対応して光線の波長・振幅などを制御しており、波長多重化光信号が波長分波装置へと送られている。また、波長分波装置には、さらに光ファイバがカップリングされていて、光ファイバは、より下流側のユーザ装置へと、所望する情報に対応する波長に多重化された情報が伝送される。

従来の光ネットワークの伝送経路トポロジーは、スター型またはメッシュ型の接続トポロジーを提供することができることが示される（非特許文献１：Chang-Joon Chae,
Milan Kahnal, and Rodney S. Tucker, ”WDM passive optical network for broadband access and
flexible customer networking”, 5^th Chitose
International Forum Technical Digest, pp.30-31, Chitose Institute of Science and Technology, October 19-20
(2004））。

しかしながら、従来のトポロジーでは、ネットワークノード中で接続できないノードが発生してしなうという問題点があった。本発明者らは、これまで、光波長多重通信において周回性ＡＷＧ(Arrayed Waveguide Grating）の特性を使用した波長分割装置またはデバイスについて検討を行ってきた（非特許文献２：Verification
of wavelength routing function in a loop-back type passive network using
wavelength transfer matrix, Tenth OptoElectronics and
Communications Conference (OECC 2005) Technical
Digest July, 2005, COEX Convention Center, Seoul,
Korea, 2005, pp.24-25.)。この結果、ループバックを使用する場合の波長伝達行列に対応するマトリックスが、マトリックスの対角要素に関連して上側三角マトリックスと下側三角マトリックスとが鏡像関係となること、すなわち、ループバックに対応する波長伝達行列の要素をe_i,jとした場合、e_i,j=e_j,i (when e_i,j=!0)となること見出している。

また、特定の構造を使用した周回性ＡＷＧを使用することで、接続できないネットワークノードを無くし、さらに、波長多重度に対応するＶＰＮ(Virtual Private Network)を形成することができることを見出し、スーパーノードを利用した新規な効率的な光ネットワークシステム、ＷＤＭ−ＰＯＮ(Wavelength
Division Multiplexing Passive Optical Network)を提案している（特許文献３、特許文献４）。
Chang-Joon Chae, Milan Kahnal, and Rodney S.Tucker, "WDM passive optical network for broadbandaccess and flexible customer networking", 5th ChitoseInternational Forum Technical Digest, pp.30-31, Chitose Institute of Science and Technology, October 19-20,2004. Verification of wavelength routingfunction in a loop-back type passive network using wavelength transfer matrix,Tenth OptoElectronics and Communications Conference (OECC 2005) Technical Digest July, 2005, COEXConvention Center, Seoul, Korea, 2005, pp.24-25. 特開２００７−７９４６０号公報特願２００７−１５１５４７号明細書

上述した特許文献３および特許文献４に記載されるように、２Ｎ＋１（Ｎは、正の整数である。）のポートを有する周回性ＡＷＧ(Arrayed Waveguide Grating）を使用することで、光ネットワークの加入者端末であるＯＮＵ間にフルメッシュのネットワークを、特定のポートをスーパーノードとして形成することができる。しかしながら、ネットワークは、データ配信局から加入者端末までの間で広域ネットワークを宛てる光ファイバなどの光導波路を必要とする。この点では、物理層として物理アドレスを使用する電気的ネットワークでも同様であり、自然現象やネットワーク機器の障害により障害が発生することがある。

この場合、波長多重通信を使用する光ネットワークは、ＩＰアドレスなどといった特定のアドレスを使用した通信ではないことから、障害発生箇所のトレースおよび障害対応について、ＩＰアドレスを使用する従来ネットワークとは異なるネットワーク障害検出を行うことが必要となる。またネットワーク障害が発生した場合、迅速にネットワーク障害を復旧させるためのリカバリ技術が必要となっていた。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明は、波長分波手段を使用して構築された光ネットワークにおいて、光ファイバといった光導波路に障害が発生した場合、波長分波手段の特性を有効に利用し、その時点で障害を発生した光ファイバを特定し、当該障害の発生した光ファイバを迂回するようにネットワークルートを生成することができることに着目してなされたものである。

すなわち、本発明の光ネットワークシステムは、波長分波手段を含み、光導波路を介して波長多重化光信号を加入者端末に送付するデータ配信装置と、データ配信装置からの波長多重化光信号を前記加入者端末にルーティングするリモートルータとを含んで構成する。データ配信装置は、波長分波手段の波長伝達マトリックスを使用して光ネットワークを構成するネットワーク要素のパラメータを記述するネットワーク構成データを計算し、ルックアップ可能に記録媒体に格納するネットワーク制御部と、ネットワークルートを生成するため、波長多重度に対応する複数の光スイッチと波長分波手段とを含むルートスイッチとを含んで構成されている。

さらに、本発明の光ネットワークシステムは、データ配信装置に戻される波長多重化光信号の強度を検出してネットワーク構成データを参照することにより、障害の発生したネットワーク要素を特定する。障害を発生したネットワーク要素が特定されると、ネットワーク制御部は、ネットワーク要素を迂回する別のネットワークルートを生成するように前波長多重化光信号の経路を制御する。

ネットワーク制御部でのネットワークルートの生成は、別途生成させるべきネットワークルートを、事前計算したネットワーク構成データから選択して設定するか、または障害の発生したネットワーク要素を迂回するネットワークルートをオンザフライで計算することにより実行される。

また、ネットワーク要素は、データ配信装置とリモートルータとの間の接続する広域ネットワークを生成する光導波路とすることが好ましい。

そして、上述したネットワーク制御部は、ネットワークルートを生成するため、光スイッチの転送モードを切換えてネットワークルートを生成している。

本発明によれば、ＷＤＭ−ＰＯＮ基盤を使用した光ネットワークシステムで効率的な障害対応を可能とし、光ネットワークの稼働率を、長期間に渡り保証することができる。さらに、本実施形態では、特定のネットワーク要素が障害を発生した場合でも、加入者サイドに設置されたスイッチングハブに対応するレベルよりも上位レベルで発生したネットワーク障害を効率的に迂回するネットワークルートを生成することにより、効率的なデータ配信を可能とする。

以下、本発明を実施形態をもって説明するが、本発明は後述する実施形態に限定されるものではない。図１は、本実施形態の光ネットワークシステム１００（以下単にシステム１００として参照する。）の実施形態を示す。図１に示したシステム１００は、データ配信装置１１０と、リモートルータ１４０と、ユーザが管理するパーソナルコンピュータ、ＩＰ電話などから構成され、加入者端末である複数のＯＮＵ(optical Network Unit)１５０とを含んで構成される。図１に示した実施形態では、ＯＮＵ１５０は、２グループとして構成されており、各グループは複数のＯＮＵから構成されていて、レベル２ネットワーク機器の機能を有する周回性ＡＷＧ（図示せず）により、相互接続されている。

また、リモートルータ１４０は、ＯＳＩ基本参照モデルにおいてレベル３ネットワーク機器としての機能を有する波長分波手段を含んで構成されている。なお、本実施形態の波長ルーティングは、物理レイヤの制御を行うことで、情報のルーティングを行うものである。さらに、本実施形態では、ＡＷＧの分波特性を有効に利用し、ループバック接続を制御することで、ＡＷＧに対し、ＯＳＩ基本参照モデルの物理レイヤ（レベル１）、データリンクレイヤ（レベル２）、ネットワークレイヤ（レベル３）に相当する機能を提供することができる。以上の理由から、以下、ＡＷＧの特性を、インターネットプロトコルアドレス（ＩＰアドレス）を使用するネットワーク基盤での機能に対応付けて説明するために、各ＡＷＧの機能につき、便宜的にＯＳＩ基本参照モデルにおける機能を引用して説明する。また、上述したＯＮＵ１５０の各グループは、ＯＳＩ基本参照モデルを使用して説明すると、レベル２ネットワーク機器として機能する波長分波手段を含んで構成されている。

以下、波長分波手段として、本実施形態では、ＡＷＧまたは周回性ＡＷＧを使用して実装するものとして説明する。しかしながら、他の実施形態では、これまで知られたいかなる波長分波手段、例えば、ファイバブラックグレーティング（ＦＢＧ）、光サーキュレータなどをＡＷＧに代えて使用することができる。しかしながら、特定の光ファイバに限定されず、光スイッチ、リモートルータ、およびハブなどのネットワーク機能上の要求特性を柔軟に提供することができる観点では、ＡＷＧを使用することが好ましい。

データ配信装置１１０は、交換局やインターネットサービスプロバイダ（ＩＳＰ）などの配置されていて、デジタルデータを波長多重化光信号に変換し、ルートスイッチ１３４から広域ネットワーク１６０を提供する光ネットワークを介してユーザサイトまたはユーザサイトと接続された中継施設に配設されたリモートルータ１４０にデータ配信を行っている。ルートスイッチ１３４は、ＡＷＧを含んで構成されていて、ＬＤドライバ／検出器アレイ１３２のＬＤアレイからの波長多重化光信号を受領して、リモートルータ１４０に宛ててルーティングするレベル３ネットワーク機器の機能を含んでいる。

リモートルータ１４０は、本実施形態においては、ＡＷＧ１３８を使用してＯＮＵ間に仮想プライベートネットワーク（以下、単にＶＰＮとして参照する。）を構成している。ＡＷＧ１３８は、グループ単位で配置され、ＡＷＧ１３８がグループ１に対し、ＶＰＮ接続を提供し、さらに別に設置された周回性ＡＷＧを介してグループ１内のＯＮＵ相互間でＬＡＮ１７０を構成し、Ｐ２Ｐ接続を可能とする。

なお、本実施形態で用語「フルメッシュ接続」とは、特定のＶＰＮに帰属されるＯＮＵが接続できず、また光信号を受信することができない他のＯＮＵが存在しない接続のことを意味する。

また、グループ２についても別のＡＷＧを介してＶＰＮおよびＬＡＮが構成されていて、グループ２内でＶＰＮが形成され、さらに周回性ＡＷＧを介してグループ２内でＯＮＵそれぞれについてフルメッシュ接続が提供されている。説明している実施形態では、説明の便宜上、ＶＰＮは、さらに異なる波長帯域を使用することで、セキュリティが向上されている。ＶＰＮごとの波長帯域は、グループ１は、波長Ｂを使用して通信を行い、グループＢは、波長Ｒを使用してＶＰＮを構成するものとして説明する。上述した観点からリモートルータ１４０は、ＯＳＩ基本参照モデルにおけるレベル３ネットワーク機器の機能を含む。

データ配信装置１１０の各機能ブロックについてより詳細に説明する。データ配信装置１１０は、制御装置１１２と、ＬＤドライバ／検出器アレイ１３２と、ルートスイッチ１３４とを含んで構成されている。制御装置１１２は、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、サーバ、またはメインフレームから構成することができる。制御装置１１２は、ＣＰＵ１１４と、ＲＡＭ１１６と、ＲＯＭ１１８とを含んで構成されている。ＣＰＵ１１４としては、ＰＥＮＴＩＵＭ（登録商標）シリーズ、ＡＴＨＬＯＮ（登録商標）、ＸＥＯＮ（登録商標）などのＣＩＳＣアーキテクチャを使用するプロセッサを使用することができ、シングルコアでもマルチコアでもかまわない。ＲＡＭ１１６は、本実施形態の障害修復方法を実行するためのプログラムやデータをハードディスク装置といった記憶装置から読込んで実行する実行空間を与えている。

また、制御装置１１２は、ＣＰＵ１１４およびＲＡＭ１１６に各種オペレーティングシステム（ＯＳ）を読込んでＣ、Ｃ＋＋、ＪＡＶＡ（登録商標）といったプログラムを実行させており、ＯＳは特に限定されるものではなく、例えば、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）シリーズ、ＵＮＩＸ（登録商標）、ＬＩＮＵＸ（登録商標）、ＡＩＸ（登録商標）、ＦｒｅｅＢＳＤ、ＭａｃＯＳ（商標）、その他制御装置１１２に対して専用に設計されたＯＳを使用することができる。

ＲＯＭ１１８は、例えばＢＩＯＳ(Basic
Input／Output System)や、ブートコードなど、制御装置１１２を起動し初期設定するためのコードイメージや、各種制御に必要となる制御データなどを格納し、ＣＰＵ１１４による初期設定などを可能としている。

さらに制御装置１１２は、ネットワーク制御部１２０と、ドライバ制御部１２２と記憶装置Ｉ／Ｆ１２４とを含んで構成されている。ネットワーク制御部１２０は、本実施形態で提供される光ネットワークのルーティング情報を計算し、例えばデータベースなどにルーティング情報を登録する。ルーティング情報としては、正常時のネットワーク構成データの他、障害が発生した場合、障害の内容に応じて障害が発生したネットワーク経路をリカバリするためのネットワーク構成データを予め登録することができる。本実施形態で、用語「ネットワーク構成データ」とは、ルートスイッチが含むＡＷＧの識別値および入力・出力ポート、広域ネットワークを構成する基幹ファイバ識別子、リモートルータのＡＷＧの識別子および入力・出力ポート、ＶＰＮ識別子を含む構成とされる。

さらに、本実施形態では、データ配信装置１００のモジュールとしてではなく、ルートスイッチを含む機能部を、光ルータとして機能分離させて、独立した装置を提供することもできる。説明する当該実施形態では、光ルータは、ルートスイッチ１３４に対して上述したネットワーク制御部１２０と、ノード情報ＤＢ１２６と、ファイバ情報ＤＢ１２８と、デバイス情報ＤＢ１３０とを含む構成とされ、制御装置１１２およびＬＤドライバ／検出器アレイ１３２から分離した構成とされる。

ネットワーク制御部１２０が管理するネットワーク構成データとしては、より詳細には後述するように、ネットワークが含む周回性ＡＷＧを含むＡＷＧの各ノードに関するノード情報、ノード間を接続するために利用する光ファイバといった光導波路の接続情報、およびＡＷＧのポート数や、波長伝達マトリックス（ＷＴＭ：Wavelength Transfer Matrix)など、いわゆるネットワーク要素に関するデータを挙げることができるが、これらに制限されるわけではない。また、ネットワーク制御部１２０は、ＬＤドライバ／検出器アレイ１３２のうち、検出器アレイからの出力をモニタしており、特定経路の断線などの障害発生を判断し、特定経路の障害をリカバリする処理を実行する。

ドライバ制御部１２２は、ＬＤドライバに対し、設定された波長領域で波長多重化した光信号を生成させており、生成した波長多重化光線をルートスイッチ１３４に送付する。説明する実施形態では、発生する波長領域は、Ｂ波長およびＲ波長に対応する２波長であるが、単一の波長領域や２波長以上の波長領域の波長多重化信号を生成することができる。なお、制御装置１１２の各機能部は、システムバス／Ｉ／Ｏバスなど各種バス１３６により相互接続されており、適宜、バスブリッジなどを利用してＩ／Ｏ拡張性が高められている。

ルートスイッチ１３４は、より詳細には後述するように、ＡＷＧを含んで構成されており、ＬＤドライバから生成された波長多重化光線を光カップラによりカップリングしてＡＷＧに導入し、その出力を広域ネットワークを構成するネットワーク１６０の伝送媒体、より具体的には光ファイバに出力させている。広域ネットワーク１６０は、リモートルータ１４０に含まれるＡＷＧの数に対応する数の光ファイバにより構成されていて、各ＯＮＵに対してデータ配信を可能としている。ＬＤドライバ／検出器アレイ１３２は、ＯＳＩ基本参照モデルにおける物理層の機能を提供し、ルートスイッチ１３４は、ＯＳＩ基本参照モデルにおけるレイヤ３ネットワーク機器として機能する。

また、制御装置１１２は、ネットワーク制御部１２０が使用する各種データを管理するデータベースを含んで構成されている。データベース（以下単にＤＢとして参照する。）としては、ノード情報を登録するノード情報ＤＢ１２６、ファイバ情報ＤＢ１２８、デバイス情報ＤＢ１３０などを例示的に示しているが、さらにネットワーク構成ＤＢなどを含んで構成することができる。

なお、他の実施形態では、上述したルートスイッチ１３４を含むネットワーク構成機能を、データ配信装置１１０から光ルータ１８０として分離させ、光ルータとして独立したモジュールとすることができる。光ルータ１８０を、データ配信装置１１０から分離させて構成する場合、光ルータ１８０は、図１に示した機能手段のうち、破線で示すように、ネットワーク制御部１２０と、ルートスイッチ１３４と、記憶装置Ｉ／Ｆ１２４と、ノード情報ＤＢ１２６と、ファイバ情報ＤＢ１２８と、デバイス情報ＤＢ１３０とを含む構成として実装することができる。

図２は、本実施形態で使用することができるＡＷＧ２００の概略的な構成を示す。図２に示すように、ＡＷＧ２００は、複数の入力ポートおよび複数の出力ポートを含んで構成される。図示した実施形態では、入力ポート数＝６、出力ポート数＝６の複数の入出力ポートを含むものとされている。各入出力ポートは、ネットワーク上の機能、例えばファイバ接続やループバックなどの機能分担に関連してノード識別子が付されており、これらが、Node_Info、Port_infoとして管理される。

また、ＡＷＧ２００のノードからポートまでの間には、ループバック接続される属性を有するノードもあり、またさらに下流側の例えば基幹ファイバへの出力を担当するポートも存在し、この属性を、ファイバ属性として、Fiber_Infoとして管理する。さらに、ＡＷＧが周回性であるか否か、そのポート数、およびネットワーク経路上でのネットワーク機能（レベル３か、レベル２かなど）を指定するためのＡＷＧ識別子などのＡＷＧデバイス属性を、Device_Infoとして管理する。

ＡＷＧ２００は、特にループバック接続を有しない場合の接続態様を示す。さらに図２では、本実施形態を例示する目的のため、７ポートを有するＡＷＧに対してループバック接続を提供し、周回性ＡＷＧを用いてフルメッシュ接続を構成する場合のポート接続構造２５０を示す。

周回性ＡＷＧ２６０は、７つの入力ポートと７つの出力ポート（Ｎ＝３）を含み、出力ポートと入力ポートとの間は、リソグラフィーにより形成された導波路などによって連結されていて、いわゆるループバック接続が形成されている。ＡＷＧ２６０を特徴付けるパラメータは、ネットワーク上で上述したように、ノードの機能を記述するNode_info、ファイバ接続を指定するFiber_Info、周回性ＡＷＧの光伝達マトリックスなどを含むDevice_Infoおよび各ポートに対する入出力情報を記述するSignal_Infoである。

上述した各情報は、それぞれノード情報ＤＢ１２６、ファイバ情報ＤＢ１２８、およびデバイス情報ＤＢ１３０に登録されていて、ネットワーク制御部１２０に読み出され、ネットワーク構成データを計算するために提供される。周回性ＡＷＧ２６０は、入力側を光ファイバや導波路によってループバックさせることにより、出力ポート側に接続された複数のＯＮＵに対してフルメッシュ接続を提供し、それぞれのＯＮＵが、どのＯＮＵに対してもＰ２Ｐ接続することができる構成とされている。

なお、周回性ＡＷＧ２６０は、加入者側のＬＡＮ１７０を構成するための周回性ＡＷＧの接続の１例であり、図１に示した実施形態では、ＯＮＵ１５０の直上流側に設置される波長分波手段として実装される。データ配信装置ＣＯ(Center Office)１２０は、ＡＷＧの入力ポート＝４に接続されており、他のポートは、適宜適切な出力を生成させるようにループバック接続されている。なお、本実施形態で周回性ＡＷＧを形成するためのポート接続構造については、図２に示した以外のいかなるループバック構成でも、ループバック構成については、特定のルーティング経路に対応して適ポート数やループバックを設定することにより、適宜最適なルーティング経路を提供する用に設定することができる。

データ配信装置１１０からＡＷＧ２６０に入力された、λ１〜λ６までの波長成分を含む波長多重化光信号は、出力側ポートから、出力ポート１〜３および出力ポート４〜７について、それぞれλ１〜λ６として出力され、出力ポートの下流側に接続されたＯＮＵ２７０などの波長選択機能を使用して、特定のＯＮＵが自己に必要なデータを取得する。なお、波長λ１〜λ６は、周回性ＡＷＧの導波路および波長により規定されるフリースペクトラルレンジ(Free Spectral Range：ＦＳＲ）の範囲となるように構成されている。

図３は、本実施形態のネットワーク制御部１２０が実行するネットワーク構成データの計算処理の実施形態を示す。処理は、ステップＳ３００から開始し、ステップＳ３０１で、信号情報をノード情報ＤＢ１２６から読出す。ステップＳ３０２では、読出した信号情報をローカル変数として設定し、ステップＳ３０３でファイバ情報を信号情報とから処理中のファイバを特定する。

ステップＳ３０４では、取得したファイバ情報をローカル変数に設定し、ステップＳ３０５でファイバの接続先がＡＷＧか否かを判断する。ＡＷＧである場合（ｙｅｓ）、処理をステップＳ３０６に渡し、デバイス処理関数Device_Character()を起動して、ＡＷＧ特性を使用した分波特性を計算し、ルーティング経路の計算を実行する。

その後、ステップＳ３０７で、ローカル変数に処理結果を設定し、ステップＳ３０３に処理を分岐させて、反復計算させる。また、ステップＳ３０５で接続先がＡＷＧではないと判断された場合（ｎｏ）、処理をステップＳ３０８に渡し、ローカル変数に処理中の信号情報を設定し、ステップＳ３０９で、ネットワークを構成する信号情報に関連する全要素の計算を終了したか否かを判断する。ステップＳ３０９の判断で、全要素について計算していないと判断した場合（ｎｏ）、処理をステップＳ３０１に戻して全要素について処理を反復させる。

一方、ステップＳ３０９で、全要素について計算を終了したと判断した場合（ｙｅｓ）、処理をステップＳ３１０で終了させる。図３の処理によって、全ＡＷＧのノード、ポートおよびファイバなどの導波路特性の関係をローカル変数として登録することができ、これらの計算結果を、特定のネットワーク経路を与えるネットワーク構成データとして、例えばネットワーク識別値などを付して、ネットワーク制御部１２０がアクセス可能に登録する。

図４は、図３の処理に使用するノード情報ＤＢ１２６、ファイバ情報ＤＢ１２８、デバイス情報ＤＢ１３０のデータ構造を示す。ノード情報ＤＢ４００は、ＡＷＧのネットワーク経路上での属性を指定するものであり、ノードＩＤ、ノードのタイプ、使用波長数、および当該ノードが使用する送信波長数を登録する。また、ファイバ情報ＤＢ４１０は、ファイバが接続する接続元および接続先のネットワーク属性を記述するものであり、接続元ノードのタイプ、接続元のノードＩＤ、接続元のポート番号、接続元のポートタイプ、接続先のタイプ、接続先のノード番号、接続先のポート番号、接続先のポートタイプなどを登録する。そして、デバイス情報ＤＢ４２０は、デバイスのタイプ（ＡＷＧなど）、入力ポート数、出力ポート数およびＷＴＭ（波長伝達関数）などを登録する。

図３に示した処理は、図４に示す各種データを抽出して、ローカル変数に初期設定を行い、ファイバが接続する接続元および接続先の伝達特性に対応してネットワーク構成データを計算し、ネットワーク構成テーブルなどに登録させる。

図５は、図３で示したDevice_Character()関数の処理を、示す疑似コードである。Device_Character()は、特定の信号波長を有する出力するＡＷＧのポートを入力パラメータおよびＷＴＭを使用して決定する処理であり、図５の疑似コードでは、ＷＴＭは、function[ｉ][ｊ]で示されている。DeviceParam[n].functionは、デバイスＩＤ＝ｎについて設定されたＷＴＭの第ｉ行および第ｊ列（ポートＩＤに対応する）の要素値に対して波長ベクトルを乗じた場合の出力波長の識別値を返す関数であり、例えば、SignalParam.wavelength=3である場合に、DeviceParam[n].function[i][j]＝３となるiを決定する処理である。なお、処理中のポートＩＤは、疑似コード中、変数＝nextport-1で与えられている。

図３の処理によって、ＡＷＧにより与えられる特定のネットワーク経路を構成するためのネットワーク経路が計算でき、計算結果は、波長属性、ＡＷＧ特性、および対応するＡＷＧに関するポート−ノード属性などとしてネットワーク構成テーブルとして登録される。このとき、ネットワーク構成データは、特定のＯＮＵのグループに対するＶＰＮを形成させる単位として構成され、ネットワークファイバの断線などの障害があった場合にでも代替ネットワークファイバを経由して、特定のＯＮＵのグループに対して同一波長構成でネットワークを提供することが可能なデータセットを予め計算し、ネットワーク構成テーブルに登録しておくことができる。

図６は、本実施形態で構成される光ネットワーク６００を形成するためのルートスイッチ１３４、リモートルータ１４０およびＯＮＵ１５０の詳細構成を示す。図６では、波長Ｂと、波長Ｒは、それぞれ波長多重化されていて、ＯＮＵグループ６４０には波長Ｂで、ＯＮＵグループ６４２には波長Ｒでそれぞれ独立したＶＰＮが形成されている。図６には、本実施形態で使用する波長多重化された光信号の波長多重化構成６５０を示す。説明する実施形態では、ＦＳＲには、３つのモードが存在し、連続する２つのＦＳＲの３モードをそれぞれ、ＯＮＵから送出する場合の波長である上り波長および光信号を受信するための受信波長である件波長として使用している。波長Ｒについても同様の波長多重化構成を備えている。

図６に示した光ネットワーク６００を形成させるため、ルーティングスイッチ１３４は、複数の光スイッチ６１０を多重化波長に対応する数で備えている。光スイッチ６１０は、例えばミラー、プリズム、または電気光学素子などとして構成され、ルーティング経路を切換えたい場合、ネットワーク制御部１２０からの指令に対応して、クロス接続構成から、パラレル接続構成に、光スイッチの転送モードを機械的または電気光学的に変更される。

図６に示した光ネットワーク６００の実施形態では、ＬＤ６１２から出力された光信号は、光スイッチでクロス接続された後、Ｂ波長およびＲ波長を分波するためのＢ／Ｒフィルタ６１４を通過し、ＡＷＧ６１６を介して広域ネットワークへと送出されている。

一方、リモートルータ１４０は、広域ネットワークを介して光信号を受領し、周回性ＷＧ６２０により光信号を出力ポートへと回折させ、Ｂ／Ｒフィルタ６２４を通してグループ１のＯＮＵのサブセットＯＮＵ＿Ａへと光信号を伝送させている。ここでＯＮＵ＿Ａについてその構成を説明すると、各ＯＮＵは、概ね同一の構成を備えており、入来光信号をカップリングするため信号伝播の上流側および下流側に配設された光カップラ６３０、６３４と、周回性ＡＷＧ６３２とを含んで構成されている。

ＯＮＵ＿Ａは、説明する実施形態では、３つのＯＮＵを含んで構成されている。ＯＮＵ＿Ａが含む周回性ＡＷＧ６３２は、説明する実施形態では、レベル２ネットワーク機器として機能し、それぞれのＯＮＵサブセット内で、同一のＦＳＲ内波長多重化光信号を使用して、各周回性ＡＷＧ６３２が管理する３つのＯＢＵ空の光伝送を可能とさせている。図６では、ＬＤ６１２から送出された光信号は、障害の発生していないルーティング経路ＮＲにより、ＯＮＵへと送付されている。

図７は、広域ネットワークを形成するファイバ７７０に障害が発生した場合の光ネットワーク７００の実施形態を示す。図７に示す光ネットワーク７００では、例えば光ファイバの断線などにより、光ファイバ７７０を経由する光送信が遮断されている。本実施形態の制御装置１１２は、例えば光ファイバ７７０を経由する上り波長の強度をモニタし、ネットワーク障害の有無を判断する。なお、この目的のために、制御装置１１２のネットワーク制御部１２０は、定期的にＰＩＮＧ／ＩＣＭＰなどのプロトコルを使用するプローブパケットを光ネットワークに送出し、光ファイバ７７０を通して返される信号強度をモニタしてネットワーク障害の発生を判断する。

制御装置１１２のネットワーク制御部１２０は、ネットワーク障害が発生したと判断すると、光ファイバ７７０を経由した伝送経路を再現するように、事前計算されていたバックアップファイバ７８０を使用するネットワーク構成データをルックアップし、スイッチ７１０〜７６０を制御する。図７に示した実施形態では、光スイッチ７１０、７２０、７３０がパラレル経路に切換えられ、光スイッチ７４０、７５０、７６０がクロス接続のままに維持する経路を使用することで、光ファイバ７８０を使用して、図６に示したネットワーク経路に等価なネットワーク接続を提供している。

図８は、ネットワーク制御部１２０が実行する障害修復方法の実施形態を示す。図８に示した処理は、ステップＳ８００から開始し、ステップＳ８０１で、全波長についてプローブ光信号を送出し、特定は長または波長範囲の光強度をモニタする。ステップＳ８０２では、全上り波長の積分強度が閾値以上であるか否かを判断し、しきい値以上である場合（ｙｅｓ）には、再度ステップＳ８０１に処理を戻し、次のプローブパケットの送信タイミングを待機する。

一方、ステップＳ８０２で、しきい値未満であると判断した場合（ｎｏ）、ステップＳ８０３でしきい値未満の特定波長または波長範囲に関連するするファイバなどのネットワーク要素を事前計算しておいたネットワーク構成データから特定する。ステップＳ８０４では、特定されたネットワーク要素を含まず、かつ同一のデータ伝送品質を有するネットワーク構成データを、事前計算しておいたネットワーク構成テーブルから取得し、光スイッチを制御してバックアップルートを確立する。

ステップＳ８０５では、バックアップルートの確立後、ロスしたパケットに対応するデータの先頭データからデータ送信を開始し、データ転送品質を保持させつつ、データ配信を再開し、処理をステップＳ８０６で終了する。

以下、本実施形態のネットワーク障害修復処理を使用した場合のネットワーク稼働率に対する効果について説明する。ネットワークは通信不可にならないことが、効果値の情報ロスを防ぐ観点から望ましいが、断線や通信機器の故障そのものを無くすのは限界がある。本実施形態では、障害バックアップ用のネットワーク経路を構築する。以下、本実施形態の障害修復処理による稼働率の改善を評価した。

ネットワーク稼働率は、下記式（１）で定義した。

上記式中、ＭＴＢＦは、平均故障間隔（Mean Time Between Failures)であり、ＭＴＴＲは、平均修理時間（Mean Time To Repair)である。稼働率は、ＭＴＢＦとＭＴＴＲとの合計値で、ＭＴＢＦを除算した値として定義する。

上記稼働率の定式化を使用して、本実施形態の稼働率を、一年間に１００個の回線当たりで何回線が断線するかを表す断線率から稼働率を求めた。下記式（２）に従来構成の稼働率および本実施形態の稼働率の計算式を示す。

上記式（２）中、χは、断線率、Ｔは、平均断線時間であり、定数８７６０は、異年間の時間数（閏年を除く）である。平均断線時間は、種々の要因により変化するが、従来の光通信におけるファイバ補修時間などのデータを参考に、約１時間とした。また、アクセス系(CO-ONU間)の障害発生率を障害中で２％を占めるものとした。その結果を図９に示す。

図９に示すように、従来構成は、従来でも稼働率は、９９．９８４９％稼動しており、本実施形態でも９９．９９９９％稼動する。しかしながら、断線率が高くなればなるほど本実施形態に比較して従来の光ネットワークでは稼働率の低下が顕著である。したがって、例えば経年変化やネットワークの普及によるネットワーク配線施工の多様化などにより、断線率の増加が考えられる場合、本実施形態のネットワーク障害修復処理は、ネットワーク基盤の利用効率を高めることが示された。

これまで、本実施形態について、広域ネットワークを構成する光ネットワークを例として説明した。しかしながら、本発明は、光ネットワークを使用してデータ転送を実行するデータ転送装置に対しても適用することができ、例えば、コンピュータ装置のシステムバスなどにも適用することができる。さらに、本発明によれば、インターネットプロトコルの枯渇などの問題に制限されることなく、高速・大容量のネットワークインフラ基盤を提供できる。

本実施形態の上記機能は、Ｃ＋＋、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｊａｖａ（登録商標）などのオブジェクト指向プログラミング言語などで記述された装置実行可能なプログラムにより実現でき、当該プログラムは、ハードディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、フレキシブルディスク、ＥＥＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭなどの装置可読な記録媒体に格納して頒布することができ、また他装置が可能な形式でネットワークを介して伝送することができる。

これまで本実施形態につき説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

本実施形態の光ネットワークシステム１００の実施形態を示した図。本実施形態のリモートルータ１４０が含むＡＷＧ２００の概略的な構成を示した図。本実施形態のネットワーク制御部１２０が実行するネットワーク構成データの計算処理の実施形態を示した図。図３の処理に使用するノード情報ＤＢ１２６、ファイバ情報ＤＢ１２８、デバイス情報ＤＢ１３０のデータ構造を示した図。図３で示したDevice_Character()関数の処理を、示す疑似コード。本実施形態で構成される光ネットワーク６００を形成するためのルーティングスイッチ１３４、リモートルータ１４０およびＯＮＵ１５０の詳細構成を示した図。広域ネットワークを形成するファイバ７７０に障害が発生した場合の光ネットワーク７００の実施形態を示した図。ネットワーク制御部１２０が実行する障害修復方法の実施形態のフローチャート。本実施形態の障害修復処理による稼働率の改善を評価結果を示した図。

符号の説明

１００…光ネットワークシステム、１１０…データ配信装置、１１２…制御装置、１１４…ＣＰＵ、１１６…ＲＡＭ、１１８…ＲＯＭ、１２０…ネットワーク制御部、１２２…ドライバ制御部、１２４…記憶装置Ｉ／Ｆ、１２６…ノード情報ＤＢ、１２８…ファイバ情報ＤＢ、１３０…デバイス情報ＤＢ、１３２…ＬＤドライバ／検出器アレイ、１３４…ルートスイッチ、１３６…各種バス、１３８…ＡＷＧ、１４０…リモートルータ、１５０…ＯＮＵ（加入者端末）、１６０…広域ネットワーク、１７０…ＬＡＮ、１８０…光ルータ

Claims

波長分波手段を含む光ネットワークシステムであって、前記光ネットワークシステムは、
光導波路を介して波長多重化光信号を加入者端末に送付するデータ配信装置と、
前記データ配信装置からの前記波長多重化光信号を前記加入者端末にルーティングするリモートルータとを含み、
前記データ配信装置は、
前記波長分波手段の波長伝達マトリックスを使用して光ネットワークを構成するネットワーク要素のパラメータを記述するネットワーク構成データを計算し、ルックアップ可能に記録媒体に格納するネットワーク制御部と、
ネットワークルートを生成するため、波長多重度に対応する複数の光スイッチと前記波長分波手段とを含むルートスイッチとを含み、
前記ネットワーク制御部は、前記データ配信装置に戻される前記波長多重化光信号の強度を検出して前記ネットワーク構成データを参照することにより、障害の発生した前記ネットワーク要素を特定し、前記ネットワーク要素を迂回する別のネットワークルートを生成するように前記波長多重化光信号の経路を制御する、光ネットワークシステム。
前記ネットワーク制御部は、前記ネットワークルートを事前計算した前記ネットワーク構成データから選択して設定するか、または障害の発生した前記ネットワーク要素を迂回する前記ネットワークルートをオンザフライで計算する、請求項１に記載の光ネットワークシステム。
前記ネットワーク要素は、前記データ配信装置と前記リモートルータとの間の接続する光導波路である、請求項１または２の記載の光ネットワークシステム。
前記ネットワーク制御部は、前記ネットワークルートを生成するため、前記光スイッチの転送モードを切換えて前記ネットワークルートを生成する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ネットワークシステム。
波長分波手段を含む光ネットワークシステムの波長多重化光信号の伝送経路を制御する光ルータであって、前記光ルータは、
複数のポートを有する波長分波手段と、
前記波長分波手段の前記ポートへとポート数と同一の多重度の波長多重化光信号をそれぞれ独立して転送モードを切換える複数の光スイッチと、
前記光ネットワークシステムを介して前記光ルータに戻される光信号の強度が前記光ネットワークシステムにおけるネットワーク要素の障害を示す場合に、前記波長分波手段の波長伝達マトリックスを使用して計算したネットワーク構成データを参照して前記光スイッチの前記転送モードを制御することにより、前記障害を回避するネットワークルートを構成するネットワーク制御部と
を含む、光ルータ。
前記ネットワーク制御部は、前記ネットワークルートを事前計算した前記ネットワーク構成データから選択して設定するか、または障害の発生した前記ネットワーク要素を迂回する前記ネットワークルートをオンザフライで計算する、請求項５に記載の光ルータ。
情報処理装置が実行する波長分波手段を含む光ネットワークの障害修復方法であって、前記障害修復方法は、
前記波長分波手段を含む前記光ネットワークに対して波長多重化光信号からなるプローブ光信号を送出するステップと、
前記プローブ光に対応する上り波長の強度を検出するステップと、
前記上り波長の強度を設定したしきい値と比較し、前記強度が前記しきい値未満であるか否かを判断して前記光ネットワークに障害が発生したと判断するステップと、
前記光ネットワークに障害が発生したと判断した場合、前記波長分波手段の波長伝達マトリックスを含む前記光ネットワークを構成するネットワーク要素のパラメータを使用して別のネットワークルートを計算するステップと、
前記別のネットワークルートを生成するように、光スイッチの転送モードを制御するステップと
前記別のネットワークルートを使用して波長多重化光信号の伝送を開始するステップと
を含む障害修復方法。
前記別のネットワークルートを生成するステップは、前記別のネットワークルートを、前記パラメータを使用して事前計算したネットワーク構成データから選択して設定するか、または障害の発生した前記ネットワーク要素を迂回する前記ネットワークルートをオンザフライで計算して設定するステップを含む、請求項７に記載の障害修復方法。
前記波長多重化光信号の伝送を開始するステップは、前記障害を検出した時点のデータパケットの先頭データから送信を開始するステップを含む、請求項７または８に記載の障害修復方法。
情報処理装置が請求項７〜９のいずれか１項に記載のステップを実行するための装置実行可能なプログラム。