JP5475852B1 - 光パケットスイッチネットワークにおける光パケットの転送方法及び転送装置 - Google Patents

光パケットスイッチネットワークにおける光パケットの転送方法及び転送装置 Download PDF

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Abstract

【課題】特定の光パケットの優先処理と低遅延時間を低コストで両立することができる光パケットスイッチネットワークにおける光パケットの転送方法及び転送装置を提供する。
【解決手段】送信された光パケットからラベル情報、優先度情報、到着時間を検出し（Ｓ１）、ラベル情報から出力ポート番号を求め（Ｓ２）、後着の光パケットと先着の光パケットの出力ポート番号が同じであり、かつ、後着の光パケットと先着の光パケットの出力時間が重なり、かつ、後着の光パケットの優先度が先着の光パケットの優先度より高い場合には（Ｓ３〜Ｓ４）、先着の光パケットを所定の遅延時間遅延させ、遅延の間に先着の光パケットに対するノードの出力ポートを切り換えて、当初の出力ポート番号とは異なる出力ポートに転送し、後着の光パケットを優先して当初の出力ポート番号の出力ポートに転送する（Ｓ５〜Ｓ７）。
【選択図】図４

Description

本発明は、光情報通信等で用いられる光パケットスイッチネットワークにおいて、特定のラベル情報を持つ光パケットを優先的にスイッチングして転送する光パケットの転送方法及び転送装置に関する発明である。
光通信は大容量、超高速性という特長があり、近年では多くの情報通信網で実用化されている。このような光通信ネットワークの経路構成は、二地点を個別の光ファイバで結ぶポイントトゥポイントでの接続が最も単純である。一方、光ファイバの大容量性を利用して、複数の経路を一本の光ファイバに収容して、各ノードで光信号をスイッチングすることが提案されている。例えば、光パススイッチングでは光信号の波長を経路（パス）と対応させ、アレイ導波路格子（ＡＷＧ）や波長選択型光スイッチ（ＷＳＳ）等を用いて、波長毎に経路をスイッチングすることができる。但し、経路数は設定できる波長数で制限される。
更に、光パケット単位で経路をスイッチングさせる光パケットスイッチング（ＯＰＳ）が提案されている。この方式では、各光パケットにラベル情報を付加して経路と対応させ、各ノードでラベル情報を認識し、光スイッチ等を用いて光パケットをラベル情報に応じた経路にスイッチングする。この方式は波長数に制約されずに経路数を増加できるため、より柔軟なネットワーク構築が可能となる。
図５（ａ）に、従来の光パケットスイッチネットワークの概略を示し、図５（ｂ）に、従来のノードの概略を示す。従来の光パケットスイッチネットワーク５０においては、複数の光ファイバ５１を用いて、複数のノード６０の間を接続している。各ノード６０は、Ｎ本の入力ポート６１（入力ポート６１1〜６１N）、Ｎ個のラベル処理器６２（ラベル処理器６２1〜６２N）、スケジューラ６３、光スイッチ６４、共有バッファ６５、Ｎ本の出力ポート６１（出力ポート６６1〜６６N）で構成されており、Ｎ本の入力ポート６１1〜６１NとＮ本の出力ポート６６1〜６６Nにより他のノード６０と接続されている。なお、Ｎは１以上の自然数である。
ある入力ポート６１から入力された光パケット（ヘッダ＋ペイロード）は、まず、ラベル処理器６２1〜６２Nでヘッダのラベル情報が認識され、スケジューラ６３にラベル情報が送られる。スケジューラ６３には、ラベル情報と出力ポート６６1〜６６Nとの対応付けを行う転送情報テーブルがあり、このラベル情報から所望の出力ポート６６i（ｉは１〜Ｎの自然数）を決定する。必要があれば、ラベル処理器６２1〜６２Nで入力された光パケットのラベル情報を出力用のラベル情報に書換える。更に、スケジューラ６３は、制御信号を光スイッチ６４へ送り、入力された光パケットが所望の出力ポート６６iから出力するように光スイッチ６４を切り換える。従って、光パケットは、電気的なバッファリングを行わないため、短い遅延時間でスイッチングされることになる。
スケジューラ６３は、各出力ポート６６1〜６６Nの占有状況を把握しているため、例えば、所望の出力ポート６６iが先着の光パケットで占有されている場合には、衝突回避のため、後着の光パケットは共有バッファ６５に送られて、所要の時間だけ遅延を与えられ、占有状態が解消された後、光スイッチ６４を介して、所望の出力ポート６６iから出力される。このように、各ノード６０では、光パケットに付加されたラベル情報を用いて、効率よく、衝突なく、光パケットをスイッチングすることができる。
一方で、ネットワークの高度化に伴い、通信サービスの品質（ＱｏＳ）に応じて、転送処理に差異を持たせたり、帯域保証したりする要求がある。例えば、メールなどのテキストデータ送信サービスはリアルタイムに伝送する必要はないが、映像配信サービスなどはリアルタイム性が強く要求され、映像のコマ落ちを引き起こすような光パケットの伝送遅延や欠落（損失）は極力低減する必要がある。従って、光パケットもしくは光パケット群毎に、ＱｏＳに応じた優先順位付けが必要になる。
Y. Suzaki et al., "Hybrid Optoelectronic Router for Optical Packet Switching", 15th OptoElectronics and Communications Conference (OECC2010) Technical Digest, pp. 538-539, 2010
しかしながら、上述したような従来の光パケットスイッチネットワークにおける光パケットの転送方法では、以下のような課題がある。
ほぼ同一時刻に、特定のノードに、優先順位の低い光パケットが先着し、優先順位の高い光パケットが後着し、両方の光パケットが同一の出力ポートへ出力されるラベル情報を付加されているとする。この場合、上述したように、ラベル処理器６２1〜６２Nでラベル情報が認識されて、スケジューラ６３に情報が送られた先着の光パケットから処理されるので、後着の光パケットは先着の光パケットより優先順位が高くても、衝突回避のために共有バッファ６５に転送されてしまう。この結果、優先順位が高い光パケットの方が遅延してしまうため、要求されたＱｏＳは実現できない。
例えば、遅延の影響が少ないメールのテキストデータを含む光パケットの優先順位を低く、遅延の影響が大きい映像データを含む光パケットの優先順位を高く設定しても、上述したような従来の光パケットスイッチネットワークでは、映像データを含む光パケットの方に遅延が与えられ、受信側で映像が乱れるといった悪影響を及ぼすことがある。
これらを解消するため、入力側又は出力側に入力バッファ又は出力バッファを配置して電気的にバッファリングし、優先順位の高い光パケットから順にバッファから出力することが考えられる。しかしながら、全ての光パケットを電気的にバッファリングする必要があるので、大容量のバッファが必要となり、電気処理による遅延時間が長くなり、かつ、装置構成も複雑になるため、高コスト化してしまう。
従って、光パケットスイッチネットワークにおける特定の光パケットの優先処理と低遅延時間を低コストで両立することは困難であった。
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、特定の光パケットの優先処理と低遅延時間を低コストで両立することができる光パケットスイッチネットワークにおける光パケットの転送方法及び転送装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決する第１の発明に係る光パケットスイッチネットワークにおける光パケットの転送方法は、
複数のノードを複数の光ファイバで接続して形成した複数の経路を介して、複数の光パケットの通信を行う光パケットスイッチネットワークにおいて、光パケットを優先的に転送する転送方法であって、
前記光パケットに、当該光パケットが通る経路を示すラベル情報と、当該光パケットの優先度を示す優先度情報とを設定して、前記光パケットを送信し、
前記ノードでは、
送信された前記光パケットから前記ラベル情報及び前記優先度情報を認識し、前記ラベル情報から当該ノードの出力ポート番号を求め、前記優先度情報から当該光パケットの優先度を求め、当該光パケットが到着した到着時間を検出すると共に、当該光パケットの前記到着時間から所定時間前までの間に到着した先着の光パケットの前記出力ポート番号、前記優先度、前記到着時間を確認し、
当該光パケットと前記先着の光パケットの前記出力ポート番号が同じであり、かつ、当該光パケットと前記先着の光パケットを前記出力ポート番号の出力ポートに出力する時間が重なり、かつ、当該光パケットの前記優先度が前記先着の光パケットの前記優先度より高い場合には、
前記先着の光パケットを前記所定時間より長い所定の遅延時間遅延させ、前記所定の遅延時間遅延している間に、前記先着の光パケットの前記ラベル情報の前記出力ポート番号を異なる出力ポート番号に変更し、当該異なる出力ポート番号に該当する出力ポートに切り換えることで、前記先着の光パケットに対する前記ノードの出力ポートを切り換えて、当初の前記出力ポート番号とは異なる出力ポートに転送するか、又は、前記ノードのバッファに一時的に転送し、
当該光パケットを前記先着の光パケットより優先して当初の前記出力ポート番号の出力ポートに転送することを特徴とする。
上記課題を解決する第２の発明に係る光パケットスイッチネットワークにおける光パケットの転送方法は、
上記第１の発明に記載の光パケットスイッチネットワークにおける光パケットの転送方法において、
前記所定時間は、
前記光パケット間に設定される最小ガード時間と、
前記光パケットに設定される最大パケット長の時間との和とし、
前記所定の遅延時間は、
前記所定時間と、
前記出力ポートを切り換えるために必要な時間、又は、前記出力ポート番号を異なる出力ポート番号に変更するために必要な時間の長い方の時間との和とすることを特徴とする。
上記課題を解決する第３の発明に係る光パケットスイッチネットワークにおける光パケットの転送装置は、
複数のノードを複数の光ファイバで接続して形成した複数の経路を介して、複数の光パケットの通信を行う光パケットスイッチネットワークにおいて、光パケットを優先的に転送する転送装置であって、
前記ノードは、
前記光パケットから、前記光パケットが通る経路を示すラベル情報と、前記光パケットの優先度を示す優先度情報とを認識し、前記光パケットが到着した到着時間を検出するラベル識別器と、
前記ラベル情報から前記光パケットの当該ノードでの出力ポート番号を求め、前記優先度情報から前記光パケットの優先度を求め、前記出力ポート番号に基づいた制御信号を送信するスケジューラと、
前記制御信号に基づいて、当該ノードの出力ポートを切り換える光スイッチと、
前記ラベル識別器と前記光スイッチとの間に設けられ、前記光パケットに所定の遅延時間を付与する長さを有する光遅延線と、
前記光遅延線と前記光スイッチとの間に設けられ、前記光パケットの前記ラベル情報を変更するラベル変換器とを備え、
前記スケジューラは、
前記光パケットが入力されると、当該光パケットの前記到着時間から前記所定の遅延時間より短い所定時間前までの間に到着した先着の光パケットの前記出力ポート番号、前記優先度、前記到着時間を確認し、
当該光パケットと前記先着の光パケットの前記出力ポート番号が同じであり、かつ、当該光パケットと前記先着の光パケットを前記出力ポート番号の出力ポートに出力する時間が重なり、かつ、当該光パケットの前記優先度が前記先着の光パケットの前記優先度より高い場合には、
前記光遅延線で前記先着の光パケットを前記所定の遅延時間遅延している間に、前記ラベル変換器で前記先着の光パケットの前記ラベル情報の前記出力ポート番号を異なる出力ポート番号に変更し、前記光スイッチで当該異なる出力ポート番号に該当する出力ポートに切り換えることで、前記先着の光パケットに対する前記出力ポートを切り換えて、前記先着の光パケットを、当初の前記出力ポート番号とは異なる出力ポートに転送するか、又は、前記ノードのバッファに一時的に転送し、
前記光スイッチで当該光パケットに対する前記出力ポートを切り換えて、当該光パケットを前記先着の光パケットより優先して当初の前記出力ポート番号の出力ポートに転送することを特徴とする。
上記課題を解決する第４の発明に係る光パケットスイッチネットワークにおける光パケットの転送装置は、
上記第３の発明に記載の光パケットスイッチネットワークにおける光パケットの転送装置において、
前記所定時間は、
前記光パケット間に設定される最小ガード時間と、
前記光パケットに設定される最大パケット長の時間との和であり、
前記所定の遅延時間は、
前記所定時間と、
前記出力ポートを切り換えるために必要な時間、又は、前記出力ポート番号を異なる出力ポート番号に変更するために必要な時間の長い方の時間との和であることを特徴とする。
本発明によれば、光パケットスイッチネットワークにおいて、ほぼ同一時刻に特定のノードに優先順位の低い光パケットが先着し、優先順位の高い光パケットが後着し、両方の光パケットが同一の出力ポートへ出力されるラベル情報を付加されていた場合でも、全ての光パケットを電気的にバッファリングせずに、優先順位の高い光パケットを優先して所望の出力ポートから出力することができる。この結果、特定の光パケットの優先処理と低遅延時間を低コストで両立することができる。
本発明に係る光パケットスイッチネットワークにおける光パケットの転送装置の実施形態の一例を示す図であり、（ａ）は、その光パケットスイッチネットワークの概略構成図、（ｂ）は、そのノードを示す概略構成図である。 図１（ｂ）に示したノードにおける転送方法を説明する図である。 図２に示した転送方法を説明するタイムチャートである。 図２に示した転送方法を説明するフローチャートである。 従来の光パケットスイッチネットワークを示す概略構成図である。
以下、図１〜図４を参照して、本発明に係る光パケットスイッチネットワークにおける光パケットの転送方法及び転送装置の実施形態を説明する。
（実施例１）
最初に、図１（ａ）、（ｂ）に示す光パケットスイッチネットワーク及びノードの概略構成図を参照して、本実施例の光パケットスイッチネットワークにおける光パケットの転送装置を説明する。
本実施例の光パケットスイッチネットワーク（以降、ＯＰＳＮと呼ぶ。）１０は、図１（ａ）に示すように、５つのノード２０（ノード２０1〜２０5）を複数の光ファイバ１１で接続して形成しており、ノード２０1〜２０5間には複数の経路が形成されて、ノード２０1〜２０5同士を接続している。例えば、ノード２０1に光ファイバ１１で接続されたサーバＳ１とノード２０5に光ファイバ１１で接続されたサーバＳ２との間には、例えば、ノード２０1→ノード２０2→ノード２０3、ノード２０1→ノード２０4→ノード２０3、ノード２０1→ノード２０5→ノード２０3などの複数の経路が形成されている。サーバＳ１とサーバＳ２との間で複数の光パケットからなる情報を通信する場合には、これらの経路の少なくとも１つの経路を介して、複数の光パケットの通信を行うことになる。
各ノード２０1〜２０5は、１つのネットワークコントローラ（以降、ＮＣと呼ぶ。）３０と接続されている。このＮＣ３０は、転送経路を示すラベル情報などを管理し、各ノード２０1〜２０5に送信している。
なお、ここでは、一例として、ノード２０の数を５つとし、ＮＣ３０の数を１つとしているが、ノード２０やＮＣ３０の数に制限はなく、ＮＣ３０を複数用いる場合には、複数のＮＣ３０を協調させて動作させればよい。
各々の光パケットは、基本的には、ヘッダとペイロードからなる。ヘッダには、少なくとも、光パケットが通る転送経路を示すラベル情報と、優先度を示すＣｏＳ（Class of Service）情報を設定している。又、ペイロードには、主情報、例えば、テキストデータや映像データなどの情報が設定される。これらの情報は、例えば、サーバＳ１、Ｓ２などで設定される。
ラベル情報は、実際には、１６ビットの２進数（例えば、「１１１１００００１１１１００１０」）で表記される。なお、ラベル情報のビット数は、必要な経路数が表記できればよいので、特に制限はなく、８ビットや３２ビットとしてもよい。又、ＣｏＳ情報は、２ビットの２進数（例えば、「１１」）で表記される。例えば、優先度の高いＣｏＳ情報を「１１」、優先度の低いＣｏＳ情報を「００」と表記する。なお、ＣｏＳ情報のビット数も、必要な優先度が表記できればよいので、特に制限はなく、４ビットとしてもよい。
各ノード２０は、図１（ｂ）に示すように、Ｎ本の入力ポート２１（入力ポート２１1〜２１N）と、ラベル識別器２２と、Ｎ本の光遅延線２３（光遅延線２３1〜２３N）と、ラベル変換器２４と、スケジューラ２５と、光スイッチ２６と、共有バッファ２７と、Ｎ本の出力ポート２８（出力ポート２８1〜２N）とで構成されており、Ｎ本の入力ポート２１1〜２１NとＮ本の出力ポート２８1〜２８Nにより他のノード２０と接続されている。なお、Ｎは１以上の自然数である。
ラベル識別器２２は、入力ポート２１1〜２１Nを介して、他のノード２０から入力された光パケットのヘッダの情報を認識し、認識した情報をスケジューラ２５へ送っている。なお、ここでは、１つのラベル識別器２２を用いて、入力ポート２１1〜２１Nから入力された光パケットのヘッダの情報を各々認識しているが、入力ポート２１1〜２１Nの数に対応して、Ｎ個のラベル識別器２２を設けて、入力ポート２１1〜２１Nから入力された光パケットのヘッダの情報を各々のラベル識別器２２で認識するようにしてもよい。
ラベル識別器２２とラベル変換器２４との間は、所定の長さのＮ本の光遅延線２３1〜２３Nで接続されており、ラベル識別器２２でヘッダの情報が認識された光パケットは、光遅延線２３1〜２３Nにより所定の遅延時間が付与されて、ラベル変換器２４へ入力される。Ｎ本の光遅延線２３1〜２３Nは、以下に規定する時間ｔｇ、ｔｍａｘ、ｔｃｈの合計の遅延時間、つまり、所定の遅延時間ｔｄ＝（ｔｇ＋ｔｍａｘ＋ｔｃｈ）の遅延を光パケットに付与できる長さを持っている。
ｔｇ ：光パケット間に設定される最小ガード時間
ｔｍａｘ ：光パケットに設定される最大パケット長の時間
ｔｃｈ ：光スイッチ２６での経路の切り換えに必要な時間又はラベル変換器２４でラベル情報の変更準備に必要な時間の長い方の時間（但し、これらの時間は、スケジューラ２５での優先順位変更処理に必要な時間も含んでいる。）
一例として、各ノード２０で１０Ｇｂｐｓの光パケット信号が転送可能であるとすると、最大パケット長は１５００バイト（従って、ｔｍａｘ＝０．１ｎｓ×１５００×８＝１２００ｎｓ）、最小ガード時間ｔｇは１００ｎｓ、光スイッチ２６のスイッチ時間は５０ｎｓ、ラベル変換器２４の変更準備時間は７０ｎｓと設定されている。従って、ｔｄ＝ｔｇ＋ｔｍａｘ＋ｔｃｈ＝１００ｎｓ＋１２００ｎｓ＋７０ｎｓ＝１３７０ｎｓとなる。
ラベル変換器２４は、詳細は後述するが、スケジューラ２５の制御信号に基づいて、光遅延線２３1〜２３Nから入力された光パケットのヘッダのラベル情報を変更している。なお、ここでも、１つのラベル変換器２４を用いて、光遅延線２３1〜２３Nから入力された光パケットのヘッダのラベル情報を各々変更しているが、光遅延線２３1〜２３Nの数に対応して、Ｎ個のラベル変換器２４を設けて、光遅延線２３1〜２３Nから入力された光パケットのヘッダのラベル情報を各々のラベル変換器２４で変更するようにしてもよい。
スケジューラ２５は、例えば、転送経路に対応したラベル情報と当該ノード２０の出力ポート２８1〜２８Nとの対応関係が設定された転送情報テーブルなどを有している。転送情報テーブルには、出力ポート２８1〜２８Nに対応して、ＮＣ３０から送信されたラベル情報を設定している。
又、スケジューラ２５は、現在の時間（ｔ＝０）から少なくとも所定時間ｔｆ（＝ｔｇ＋ｔｃｈ）遡った時間の間に到着した全ての光パケットの先頭時間ｔｓ（到着時間）及び末尾時間ｔｅを保存し、後着した光パケットの先頭時間ｔｓ及び末尾時間ｔｅと比較できる機能を有している。例えば、スケジューラ２５に、到着した光パケットの先頭時間ｔｓ及び末尾時間ｔｅを保存する到着時間テーブルを設けて、後着した光パケットの先頭時間ｔｓ及び末尾時間ｔｅと比較するようにすればよい。
このスケジューラ２５は、ラベル識別器２２から送られた光パケットのヘッダのラベル情報を転送情報テーブルと照合して、所望の出力ポート番号ｉ（出力ポート２８i；ｉは１〜Ｎの自然数）を決定し、決定した出力ポート番号を選択する制御信号を光スイッチ２６へ送り、光スイッチ２６を所望の出力ポート２８iに切り換える。これにより、入力された光パケットが所望の出力ポート２８iから出力することになる。
そして、本実施例では、優先度が高い後着の光パケットと優先度が低い先着の光パケットとが同じ出力ポート２８iに出力されて、衝突が生じる可能性がある場合、ラベル識別器２２、スケジューラ２５、光スイッチ２６と共に、光遅延線２３1〜２３N、ラベル変換器２４を用い、後述する転送方法を行うことにより、優先度が高い後着の光パケットを所望の出力ポート２８iに出力し、優先度が低い先着の光パケットを他の出力ポートから出力するようにしている。
ここで、優先経路とは、特定のノード２０間で、低遅延でパケット損失なく、光パケット又は光パケット群を伝送したいときに設定されるものである。例えば、ＮＣ３０に予め優先経路を規定しておき、その優先経路で光パケットを送信するとき、その光パケットに優先度の高いＣｏＳ情報「１１」を設定すればよい。又、ＮＣ３０に予め優先経路を規定しておかなくても、所定の転送経路のラベル情報と優先度の高いＣｏＳ情報とを組み合わせることにより、優先経路としてもよい。
次に、図１（ａ）、（ｂ）と共に、図２に示す転送方法を説明する図、図３に示す転送方法を説明するタイムチャート、図４に示した転送方法を説明するフローチャートを参照して、本実施例の転送方法を説明する。
ここでは、ＮＣ３０の制御については、その詳細な説明を省略するが、ＮＣ３０は、ＯＰＳＮ１０の構成に基づいて、転送経路を決定し、各ノード２０に転送経路に対応したラベル情報を送信しておく。そして、各ノード２０のスケジューラ２５では、ＮＣ３０から送信された転送経路のラベル情報を転送情報テーブルに設定しておく。
又、ここでは、サーバＳ１からサーバＳ２に光パケットを転送する際に、ノード２０1からノード２０2を介してノード２０3へ接続された経路を送信する光パケットの優先度を高く設定し、それ以外の経路、例えば、ノード２０4からノード２０2を介してノード２０3へ接続された経路を送信する光パケットの優先度を低く設定した場合を考えている。そのため、ここでは、ノード２０2を中心に説明する。又、ノード２０2の入力ポート２１3及び出力ポート２８3がノード２０3に接続されているものとする。
通常は、多数の光パケットが各入力ポート２１1〜２１Nに入力されるため、それら全てに対して衝突等がないように処理する必要があるが、説明を簡単にするため、衝突が生じる２つの光パケットＰ1、Ｐ4が到着したときの処理を中心に説明する。
ここで、光パケットＰ4より後着の光パケットＰ1には、ラベル情報「１１１１００００１１１１００１０」、優先度が高いＣｏＳ情報「１１」が設定されている。一方、光パケットＰ1より先着の光パケットＰ4には、ラベル情報「１１１１００００１１１１００１１」、光パケットＰ1より優先度が低いＣｏＳ情報「００」が設定されている。
光パケットＰ1のラベル情報「１１１１００００１１１１００１０」は、ノード２０1→ノード２０2→ノード２０3の経路を表す情報であるが、ノード２０2では出力ポート２８3に出力されて、ノード２０3へ転送される経路であるので、このラベル情報を、便宜的に、「Ｌａｂｅｌ３」と呼ぶ。同様に、光パケットＰ4のラベル情報「１１１１００００１１１１００１１」は、ノード２０4→ノード２０2→ノード２０3の経路を表す情報であるが、ノード２０2では出力ポート２８3に出力されて、ノード２０3へ転送される経路であるので、このラベル情報も、便宜的に、「Ｌａｂｅｌ３」と呼ぶ。
又、光パケットＰ1より先着の光パケットＰ2には、ラベル情報「Ｌａｂｅｌ２」、ＣｏＳ情報「００」が設定されており、光パケットＰ1より先着の光パケットＰ3には、ラベル情報「Ｌａｂｅｌ３」、ＣｏＳ情報「１１」が設定されている。
最初に、光パケットＰ4が到着したときを中心に説明する。この光パケットＰ4は、後述する光パケットＰ1が到着する前に先着する。
（ステップＳ１）
ノード２０2では、光パケットＰ4が到着すると、ラベル識別器２２でラベル情報「Ｌａｂｅｌ３」とＣｏＳ情報「００」を認識し、又、情報到達時間から先頭時間ｔｓ、末尾時間ｔｅを認識し、これらをスケジューラ２５に送る。
ここで、先頭時間ｔｓ、末尾時間ｔｅの表記は、少なくとも、先着した光パケットを監視する所定時間ｔｆ（＝ｔｇ＋ｔｍａｘ）より十分長い時間をユニークに表現でき、周回性を持ち、且つ、光パケット同士の時間の差分が算出できるものであればよい。例えば、０．１ｎｓを１として、０から１９９９９９までのカウンタ値を用いることができ、１９９９９９までカウントするとまた０に戻す。２つの時間の差分を求めるとき、正の場合は値をそのまま差分とし、負の場合は値に２０００００を加算したものを差分とすればよい。ここで、光パケットＰ4の先頭時間ｔｓのカウンタ値を、例えば、５００００とする。
（ステップＳ２）
スケジューラ２５では、認識したラベル情報「Ｌａｂｅｌ３」を転送情報テーブルと照合し、これから出力ポート番号「３」（出力ポート２８3）を算出する。
（ステップＳ３）
スケジューラ２５は、出力ポート番号が同じであり、時間的に衝突する先着の光パケットがないか確認し、出力ポート番号が同じであり、時間的に衝突する光パケットがある場合には、ステップＳ４へ進む。一方、出力ポート番号が異なる、又は、時間的に衝突しない場合には、ステップＳ７へ進む。
時間的に衝突する先着の光パケットとは、到着した光パケットＰ4の先頭時間ｔｓを基点とし、基点と先着の光パケットの先頭時間ｔｓとの差をΔｔｓとし、基点と先着の光パケットの末尾時間ｔｅとの差をΔｔｅとすると、以下の２つの条件（１）、（２）を同時に満たす光パケットが該当する。但し、先着の光パケットの受信が完了しておらず、その末尾時間ｔｅが未定の場合には、下記条件（２）を満たすものとする。
（１） Δｔｓ≦ｔｇ＋ｔｍａｘ
（２） Δｔｅ≦ｔｇ
具体的には、スケジューラ２５は、光パケットＰ4と同じ出力ポート番号「３」であり、先頭時間ｔｓのカウンタ値が３７０００〜５００００である光パケットがあるか否かを検索する。更に、スケジューラ２５は、末尾時間ｔｅのカウンタ値が４９０００〜５００００である光パケットがあるか否かを検索する。上述したように、光パケットＰ4の先頭時間ｔｓはカウンタ値５００００である。ｔｇはカウンタ値１０００（＝１００ｎｓ）であり、ｔｍａｘはカウンタ値１２０００（＝１２００ｎｓ）であり、カウンタ値３７０００は、［ｔｓ−Δｔｓ＝ｔｓ−ｔｇ−ｔｍａｘ＝５００００−１０００−１２０００］から、カウンタ値４９０００は、［ｔｓ−Δｔｅ＝ｔｓ−ｔｇ＝５００００−１０００］から、計算している。
図３においては、例えば、光パケットＰ4の先頭時間ｔｓに対し、光パケットＰ2の先頭時間ｔｓ、末尾時間ｔｅが上記条件（１）及び（２）を満たすが、光パケットＰ2はラベル情報「Ｌａｂｅｌ２」であり、出力ポート番号が異なるので、光パケットＰ4が到着したとき、先着の光パケットＰ2のみがある場合には、衝突する光パケットがないので、その場合には、ステップＳ７へ進む。
又、光パケットＰ4の先頭時間ｔｓに対し、光パケットＰ3の先頭時間ｔｓは上記条件（１）を満たし、光パケットＰ3はラベル情報「Ｌａｂｅｌ３」であり、出力ポート番号が同じであるが、光パケットＰ3の末尾時間ｔｅが上記条件（２）を満たさないので、光パケットＰ4が到着したとき、先着の光パケットＰ3のみがある場合には、衝突する光パケットがないので、その場合には、ステップＳ７へ進む。
（ステップＳ３→ステップＳ７）
光パケットＰ4がノード２０2に入力されたとき、光パケットＰ4より先着した光パケットＰ2、Ｐ3と衝突することはないので、通常の転送手順通り、光パケットＰ4については、後述するカウンタ値Ｃｓ（図３参照）の時点で、スケジューラ２５は、出力ポート番号「３」を設定して、ラベル変換器２４と光スイッチ２６に制御信号を送信する。その制御信号を基に、ラベル変換器２４ではラベル情報の変更準備を行い、光スイッチ２６では出力ポート２８の切り換えを行う。そして、光パケットＰ4が、光遅延線２３を通って、ラベル変換器２４、光スイッチ２６に入力されると、出力ポート番号「３」から出力されることになるが、後着する光パケットＰ1と衝突する可能性がある場合には、後述するように、カウンタ値Ｃｅ（図３参照）の時点の前に、ラベル変換器２４、光スイッチ２６の設定が変更されて、共有バッファ２７に転送されるか、又は、空いている他の出力ポート番号へ転送される（ディフレクションルーティングと呼ばれる。）ことになる。
次に、光パケットＰ1が到着したときを中心に説明する。この光パケットＰ1は、上述した光パケットＰ4の到着後に後着する。
（ステップＳ１）
ノード２０2では、光パケットＰ4の到着後、後着の光パケットＰ1が到着すると、ラベル識別器２２でラベル情報「Ｌａｂｅｌ３」とＣｏＳ情報「１１」を認識し、又、情報到達時間から先頭時間ｔｓ、末尾時間ｔｅを認識し、これらをスケジューラ２５に送る。ここで、先着の光パケットＰ1の先頭時間ｔｓのカウンタ値を、例えば、５５０００とする。
（ステップＳ２）
スケジューラ２５では、認識したラベル情報「Ｌａｂｅｌ３」を転送情報テーブルと照合し、これから出力ポート番号「３」（出力ポート２８3）を算出する。
（ステップＳ３）
スケジューラ２５は、出力ポート番号が同じであり、時間的に衝突する先着の光パケットがないか確認し、出力ポート番号が同じであり、時間的に衝突する光パケットがある場合には、ステップＳ４へ進む。一方、出力ポート番号が異なる、又は、時間的に衝突しない場合には、ステップＳ７へ進む。
時間的に衝突する先着の光パケットとは、到着した光パケットＰ1の先頭時間ｔｓを基点とし、上述した２つの条件（１）、（２）を同時に満たす光パケットが該当する。
具体的には、スケジューラ２５は、光パケットＰ4と同じ出力ポート番号「３」であり、先頭時間ｔｓのカウンタ値が４２０００〜５５０００である光パケットがあるか否かを検索する。更に、スケジューラ２５は、末尾時間ｔｅのカウンタ値が５４０００〜５５０００である光パケットがあるか否かを検索する。上述したように、光パケットＰ1の先頭時間ｔｓはカウンタ値５５０００であるので、カウンタ値４２０００は、［ｔｓ−Δｔｓ＝ｔｓ−ｔｇ−ｔｍａｘ＝５５０００−１０００−１２０００］から、カウンタ値５４０００は、［ｔｓ−Δｔｅ＝ｔｓ−ｔｇ＝５５０００−１０００］から、計算している。
図３において、例えば、光パケットＰ1の先頭時間ｔｓに対し、光パケットＰ2の先頭時間ｔｓが上記条件（１）を満たすが、光パケットＰ2はラベル情報「Ｌａｂｅｌ２」であり、出力ポート番号が異なるので、光パケットＰ1が到着したとき、先着の光パケットＰ2のみがある場合には、衝突する光パケットがないので、その場合には、ステップＳ７へ進む。このステップＳ３からステップＳ７へ進んだときの手順は、上述した（ステップＳ３→ステップＳ７）で説明した通りである。
又、光パケットＰ1の先頭時間ｔｓに対し、光パケットＰ3の先頭時間ｔｓは上記条件（１）を満たし、光パケットＰ3はラベル情報「Ｌａｂｅｌ３」であり、出力ポート番号が同じであるが、光パケットＰ3の末尾時間ｔｅが上記条件（２）を満たさないので、光パケットＰ1が到着したとき、先着の光パケットＰ3のみがある場合には、衝突する光パケットがないので、その場合には、ステップＳ７へ進む。このステップＳ３からステップＳ７へ進んだときの手順も、上述した（ステップＳ３→ステップＳ７）で説明した通りである。
又、光パケットＰ1の先頭時間ｔｓに対し、光パケットＰ4の先頭時間ｔｓ（＝５００００）も上記条件（１）を満たし、光パケットＰ4はラベル情報「Ｌａｂｅｌ３」であり、出力ポート番号が同じであり、光パケットＰ4の末尾時間ｔｅも上記条件（２）を満たすので、このステップＳ３では、先着の光パケットＰ4がリストアップされることになる。そして、光パケットＰ1が到着したとき、先着の光パケットＰ4のみがある場合には、衝突する光パケットがあるので、その場合には、ステップＳ４へ進む。
（ステップＳ４）
スケジューラ２５は、出力ポート番号が同じであり、時間的に衝突する（上記条件（１）及び（２）を満たす）光パケットがある場合、光パケットＰ1より先着の光パケットの優先度が高いかどうか確認し、先着の光パケットの優先度が高い場合には、ステップＳ７へ進み、先着の光パケットの優先度が低い場合には、ステップＳ５へ進む。
図３を参照すると、例えば、光パケットＰ1より先着の光パケットＰ4は、出力ポート番号が同じであり、時間的に衝突する（上記条件（１）及び（２）を満たす）光パケットであり、そして、ＣｏＳ情報「００」であり、優先度が低いので、その場合には、ステップＳ５へ進む。もし、光パケットＰ1より先着の光パケットの優先度が高い場合には、ステップＳ７へ進む。
（ステップＳ４→ステップＳ７）
図２、図３では図示していないが、もし、光パケットＰ1がノード２０2に入力されたときに、光パケットＰ1より先着した光パケットと時間的に衝突し（上記条件（１）及び（２）を満たし）、かつ、先着した光パケットの優先度が高い場合には、通常の転送手順通り、先着した光パケットについては、後述するカウンタ値Ｃｓ（図３参照）の時点で、出力ポート番号「３」を設定し、ラベル変換器２４と光スイッチ２６に制御信号を送信して、ラベル変換器２４でのラベル情報の変更準備と光スイッチ２６での出力ポート２８の切り換えを行う。そして、先着した光パケットが、光遅延線２３を通って、ラベル変換器２４、光スイッチ２６に入力されると、出力ポート番号「３」から出力されることになる。この場合、後着の光パケットＰ1については、先着した光パケットとの衝突回避のため、共有バッファ２７に転送されるか、又は、空いている他の出力ポート番号へ転送されることになる。
（ステップＳ５）
後着のパケットＰ1を先着の光パケットＰ4に優先して出力させる必要があるので、スケジューラ２５は、まず、先着のパケットＰ4の出力ポート２８として、現在空いている出力ポート番号「１」にディフレクションルーティングで出力するように設定する。なお、ここで、共有バッファ２７にバッファリングしてもよく、その際には、共有バッファ２７へ向かう出力ポートが設定される。このとき、共有バッファ２７に転送して、遅延のみを与える場合などには、後述するラベル情報の変更を行わない場合もある。
具体的には、カウンタ値が６３０００になった時点で、ラベル変換器２４には先着の光パケットＰ4のディフレクションルーティングに対応したラベル情報「Ｌａｂｅｌ１」を送信し、光スイッチ２６には出力ポート番号「１」への変更を送信する。このカウンタ値６３０００は、光パケットＰ4の先頭時間ｔｓのカウンタ値５００００を用い、［ｔｓ＋ｔｇ＋ｔｍａｘ＝５００００＋１０００＋１２０００］から計算したものであり、図３に示すＣｓのタイミングである。
（ステップＳ６）
そして、カウンタ値が６３７００までに、ラベル変換器２４ではラベル情報の変更準備を完了し、光スイッチ２６の出力ポートの切り換えも完了する。このカウンタ値６３７００は、同じく、光パケットＰ4の先頭時間ｔｓのカウンタ値５００００を用い、［ｔｓ＋ｔｇ＋ｔｍａｘ＋ｔｃｈ＝５００００＋１０００＋１２０００＋７００］から計算したものであり、図３に示すＣｅのタイミングである。つまり、カウンタ値Ｃｓ〜Ｃｅの間の時間であるｔｃｈ時間内に、ラベル変換器２４ではラベル情報の変更準備を完了させ、光スイッチ２６では経路の切り換えを完了させる。
（ステップＳ６→ステップＳ７）
光パケットＰ1がノード２０2に入力されたとき、光パケットＰ1より先着した光パケットＰ4と衝突する可能性があるが、上述したように、カウンタ値Ｃｓの時点で、優先度が低い光パケットＰ4の設定を変更したので、設定変更後、光パケットＰ4が、光遅延線２３を通って、ラベル変換器２４、光スイッチ２６に入力されると、共有バッファ２７に転送されるか、又は、空いている他の出力ポート番号へ転送される。
一方、優先度が高い光パケットＰ1については、出力ポートを変更する必要はないので、通常の転送手順通り、カウンタ値が６８０００になった時点で、出力ポート番号「３」を設定して、ラベル変換器２４と光スイッチ２６に制御信号を送信し、カウンタ値が６８７００になるまでに、ラベル変換器２４でのラベル情報の変更準備と光スイッチ２６での出力ポート２８の切り換えを完了する。そして、光パケットＰ1が、光遅延線２３を通って、ラベル変換器２４、光スイッチ２６に入力されると、出力ポート番号「３」から出力されることになる。
なお、上述したカウンタ値６８０００は、光パケットＰ1の先頭時間ｔｓのカウンタ値５５０００を用い、［ｔｓ＋ｔｇ＋ｔｍａｘ＝５５０００＋１０００＋１２０００］から計算したものであり、図３に示すＣｓのタイミングである。又、カウンタ値６８７００は、同じく、光パケットＰ1の先頭時間ｔｓのカウンタ値５５０００を用い、［ｔｓ＋ｔｇ＋ｔｍａｘ＋ｔｃｈ＝５５０００＋１０００＋１２０００＋７００］から計算したものであり、図３に示すＣｅのタイミングである。
先着の光パケットＰ4は光遅延線２３で所定の遅延時間ｔｄ（＝ｔｇ＋ｔｍａｘ＋ｔｃｈ）だけ遅延させていて、後着の光パケットＰ1が到着して、ラベル変換器２４の切り換えと光スイッチ２６の経路変更の完了までの間、光遅延線内２３に留まっている。従って、上述したラベル情報と経路の変更を全く意識することなく、優先度に応じた出力ポートへの出力変更が実現できる。なお、本実施例で用いた光遅延線２３で付加される遅延時間は、約１．４μｓ（正確には、上述した所定の遅延時間ｔｄ＝１３７０ｎｓ）であるので、従来のように、電気処理でのバッファリングに要する数十μｓに比べて十分に小さい。
従来の光パケットスイッチネットワークでは、後着の光パケットを優先度に応じて所望の出力ポートから出力させることは不可能であった。一方、本実施例では、上述したような処理を行うことにより、後着パケットを優先度に応じて所望の出力ポートから出力させることができる。
なお、ここでは、ラベル変換器２４でラベル情報を変更する場合について述べたが、限られた範囲のネットワークの場合には、必ずしも、ラベル情報をノード毎に変更する必要はないので、ラベル変換器２４がない構成でもよい。その場合、ラベル変換器２４での変更準備時間ｔｃｈを考慮しなくてもよい。
本発明は、特定のラベル情報を持つ光パケットを優先的にスイッチングする光パケットスイッチネットワークに好適なものである。
１０ 光パケットスイッチネットワーク（ＯＰＳＮ）
２０1〜２０5 ノード
２１（２１1〜２１N） 入力ポート
２２ ラベル識別器
２３（２３1〜２３N） 光遅延線
２４ ラベル変換器
２５ スケジューラ
２６ 光スイッチ
２７ 共有バッファ
２８（２８1〜２８N） 出力ポート
３０ ネットワークコントローラ（ＮＣ）

Claims (4)

  1. 複数のノードを複数の光ファイバで接続して形成した複数の経路を介して、複数の光パケットの通信を行う光パケットスイッチネットワークにおいて、光パケットを優先的に転送する転送方法であって、
    前記光パケットに、当該光パケットが通る経路を示すラベル情報と、当該光パケットの優先度を示す優先度情報とを設定して、前記光パケットを送信し、
    前記ノードでは、
    送信された前記光パケットから前記ラベル情報及び前記優先度情報を認識し、前記ラベル情報から当該ノードの出力ポート番号を求め、前記優先度情報から当該光パケットの優先度を求め、当該光パケットが到着した到着時間を検出すると共に、当該光パケットの前記到着時間から所定時間前までの間に到着した先着の光パケットの前記出力ポート番号、前記優先度、前記到着時間を確認し、
    当該光パケットと前記先着の光パケットの前記出力ポート番号が同じであり、かつ、当該光パケットと前記先着の光パケットを前記出力ポート番号の出力ポートに出力する時間が重なり、かつ、当該光パケットの前記優先度が前記先着の光パケットの前記優先度より高い場合には、
    前記先着の光パケットを前記所定時間より長い所定の遅延時間遅延させ、前記所定の遅延時間遅延している間に、前記先着の光パケットの前記ラベル情報の前記出力ポート番号を異なる出力ポート番号に変更し、当該異なる出力ポート番号に該当する出力ポートに切り換えることで、前記先着の光パケットに対する前記ノードの出力ポートを切り換えて、当初の前記出力ポート番号とは異なる出力ポートに転送するか、又は、前記ノードのバッファに一時的に転送し、
    当該光パケットを前記先着の光パケットより優先して当初の前記出力ポート番号の出力ポートに転送することを特徴とする光パケットスイッチネットワークにおける光パケットの転送方法。
  2. 請求項１に記載の光パケットスイッチネットワークにおける光パケットの転送方法において、
    前記所定時間は、
    前記光パケット間に設定される最小ガード時間と、
    前記光パケットに設定される最大パケット長の時間との和とし、
    前記所定の遅延時間は、
    前記所定時間と、
    前記出力ポートを切り換えるために必要な時間、又は、前記出力ポート番号を異なる出力ポート番号に変更するために必要な時間の長い方の時間との和とすることを特徴とする光パケットスイッチネットワークにおける光パケットの転送方法。
  3. 複数のノードを複数の光ファイバで接続して形成した複数の経路を介して、複数の光パケットの通信を行う光パケットスイッチネットワークにおいて、光パケットを優先的に転送する転送装置であって、
    前記ノードは、
    前記光パケットから、前記光パケットが通る経路を示すラベル情報と、前記光パケットの優先度を示す優先度情報とを認識し、前記光パケットが到着した到着時間を検出するラベル識別器と、
    前記ラベル情報から前記光パケットの当該ノードでの出力ポート番号を求め、前記優先度情報から前記光パケットの優先度を求め、前記出力ポート番号に基づいた制御信号を送信するスケジューラと、
    前記制御信号に基づいて、当該ノードの出力ポートを切り換える光スイッチと、
    前記ラベル識別器と前記光スイッチとの間に設けられ、前記光パケットに所定の遅延時間を付与する長さを有する光遅延線と、
    前記光遅延線と前記光スイッチとの間に設けられ、前記光パケットの前記ラベル情報を変更するラベル変換器とを備え、
    前記スケジューラは、
    前記光パケットが入力されると、当該光パケットの前記到着時間から前記所定の遅延時間より短い所定時間前までの間に到着した先着の光パケットの前記出力ポート番号、前記優先度、前記到着時間を確認し、
    当該光パケットと前記先着の光パケットの前記出力ポート番号が同じであり、かつ、当該光パケットと前記先着の光パケットを前記出力ポート番号の出力ポートに出力する時間が重なり、かつ、当該光パケットの前記優先度が前記先着の光パケットの前記優先度より高い場合には、
    前記光遅延線で前記先着の光パケットを前記所定の遅延時間遅延している間に、前記ラベル変換器で前記先着の光パケットの前記ラベル情報の前記出力ポート番号を異なる出力ポート番号に変更し、前記光スイッチで当該異なる出力ポート番号に該当する出力ポートに切り換えることで、前記先着の光パケットに対する前記出力ポートを切り換えて、前記先着の光パケットを、当初の前記出力ポート番号とは異なる出力ポートに転送するか、又は、前記ノードのバッファに一時的に転送し、
    前記光スイッチで当該光パケットに対する前記出力ポートを切り換えて、当該光パケットを前記先着の光パケットより優先して当初の前記出力ポート番号の出力ポートに転送することを特徴とする光パケットスイッチネットワークにおける光パケットの転送装置。
  4. 請求項３に記載の光パケットスイッチネットワークにおける光パケットの転送装置において、
    前記所定時間は、
    前記光パケット間に設定される最小ガード時間と、
    前記光パケットに設定される最大パケット長の時間との和であり、
    前記所定の遅延時間は、
    前記所定時間と、
    前記出力ポートを切り換えるために必要な時間、又は、前記出力ポート番号を異なる出力ポート番号に変更するために必要な時間の長い方の時間との和であることを特徴とする光パケットスイッチネットワークにおける光パケットの転送装置。
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