JP5599699B2 - 光ネットワーク制御システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、トランスペアレントおよびトランスルーセント波長スイッチ光ネットワークのための劣化事前検知と波長割当を行う計算の負荷を考慮した光ネットワーク制御システムおよび方法に関する。

光信号を電気信号に変換することなくスイッチングを行う波長スイッチを有する波長スイッチ光ネットワーク（ＷＳＯＮ）には、２種類のセグメントが存在する。１つは、トランスペアレントセグメントであり、本セグメント内には、電気リジェネレータは存在せず、全て光信号のままでスイッチングが行われる。もう１つは、トランスルーセントセグメントであり、本セグメント内には、適所に電気リジェネレータが配置される。電気リジェネレータ（３Ｒリジェネレーション）では、一旦光信号は電気信号に変換され、波長変換や物理的劣化の補償が行われる。

トランスペアレントセグメントでは、現状２つの制約が存在する。１つは、波長連続性の制限で、各リンクでの波長は光パスに沿って同じでなければならない。もう１つは、物理的劣化（クロストーク、ノイズ、ＰＭＤ（偏波モード分散）、波長分散（ＣＤ）等）の蓄積で、起点ノードから終点ノードへ伝送する間に光信号が、劣化するため、その劣化量が起終点のトランスポンダの性能許容以下でなければならない。

このため、ＷＳＯＮにおいて、上記の２つの制約を満足しながら起点ノードから終点ノードまでの光パスのセットアップを行うためには、経路選択だけではなく、波長割り当て、およびリジェネレータの配置または非配置を、波長連続性の制限と物理的劣化の蓄積の両方を考慮にいれて設定する必要があった。

この物理的劣化を認識した経路選択と波長割当を実現する経路計算アルゴリズム（ＩＡ−ＲＷＡ）はこれまで、多くの提案がなされている（例えば、非特許文献１）。これらのＩＡ−ＲＷＡの方法における波長割り当てに関する既存の方法は、以下の２つに分類される。
（１）終点開始波長割当（ＤＩＷＡ）
これは、終点ノードから波長割り当てをおこなうものである（非特許文献２参照）。この方法は、既存のＧＭＰＬＳによってサポートされているラベルセットオブジェクトの使用により実現できる。ただし、この場合、各ＴＥ（トラフィックエンジニアリンク）リンクの波長空き情報はネットワーク内で広告されない。
（２）起点開始波長割当（ＳＩＷＡ）
これは、起点ノードから波長割り当てをおこなうものである（非特許文献２参照）。この方法は、各ＴＥリンクの波長空き情報の広告を、ＯＳＰＦ−ＴＥ拡張を用いて行うことにより可能となる。この場合、各ノードは完全なネットワークの全体図（トポロジー）を有し、ネットワークリソース（波長など）に関する情報も完全に把握している。このため、起点ノードは、ＣＳＰＦ（Constraint shortest path first）を使用して、各リンクに割り当てるパスと波長を計算することができる。

上記のＳＩＷＡとＤＩＷＡを比べると、ＳＩＷＡは、波長空き情報が広告されているため、波長連続性に関する制約により光パスの経路計算が失敗する確率を減少させることができる（非特許文献２参照）。このため、一般的にＳＩＷＡが促進されている。以下では、このＳＩＷＡに関する方法に着目する。

ＳＩＷＡに関する方法は、今まで２つの方法が提示されている。
（１）分散解決策：ＧＭＰＬＳのＣＳＰＦ拡張によりＩＡ−ＲＷＡの機能を実現する策である。この方法には、分散ルーティングによるものと、分散シグナリングによるものとがある（非特許文献３から５参照）。
（２）集中解決策：ＰＣＥ（path computation element）によりＩＡ−ＲＷＡの機能を実現する策である。この場合、主に光パスのセットアップ／リリースのためにＧＭＰＬＳシグナリングが用いられる（非特許文献６から７参照）。

C. V. Saradhi, et al, "physical layer impairment aware routing (PLIAR) in WDM optical networks: issues and challenges," IEEE Communications Surveys ＆ Tutorials, vol. 11, no. 4, pp. 109-130, 2009. Raul Munoz, et al, "Challenges for GMPLS lightpath provisioning in transparent optical networks: wavelength constraints in routing and signaling," IEEE Communications Magazine, vol. 47, no. 8, pp. 26-34, 2009. R. Martinez, et al, "Challenges and requirements for introducing impairment-awareness into the management and control planes of ASON/GMPLS WDM networks," IEEE Communications Magazine, vol. 44, no. 12, pp. 76-85, 2006. R. Martinez, et al, "Experimental translucent-oriented routing for dynamic lightpath provisioning in GMPLS-enabled wavelength switched optical networks," IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology, vol. 28, no. 8, pp. 1241-1255, 2010. N. Sambo, et al, "GMPLS-controlled dynamic translucent optical networks," IEEE Network, vol. 23, no. 3, pp.34-40, 2009. R. Casellas, et al, "Enhanced backwards recursive path computation for multi-area wavelength switched optical networks under wavelength continuity constraint," IEEE/OSA Journal of Optical Communications and Networking, vol. 1, no. 2, pp. A180-A193, 2010. L. Liu, et al, "Demonstration of a resilient PCE/GMPLS controlled translucent optical network," 15th OptoElectronics and Communications Conference (OECC 2010), Paper 7A1-2, Sapporo, Japan, Jul. 5-9, 2010. L. Liu, et al, "Experimental demonstration and comparison of distributed and centralized multi-domain resilient translucent WSON," 36th European Conference and Exhibition on Optical Communication (ECOC 2010), Paper We.7.D.3, Torino, Italy, Sep. 19-23, 2010.

しかしながら、非特許文献８で示されるように、ＳＩＷＡによるＩＡ−ＲＷＡは、ＣＰＵに集中的なタスク負荷がかかる。分散解決策では、ＧＭＰＬＳコントローラに負荷が集中し、集中解決策では、ＰＣＥに負荷が集中するため、ネットワークの拡張が難しいという課題があった。

したがって、本発明は、ＧＭＰＬＳコントローラとＰＣＥの両方の経路計算にかかる負荷のバランスを取り、ネットワーク全体の拡張性を考慮した光ネットワーク制御システムおよび方法を提供することを目的とする。

上記目的を実現するため本発明による光ネットワーク制御システムは、各ノードを構成する光スイッチにより光信号の転送を行う光ネットワークにおいて、前記各ノードに備えられたコントローラと、コントロールプレーンを介して前記コントローラに接続されたパス計算装置を備え、前記パス計算装置は、事前に前記コントロールプレーンを介して取得された各ノード間リンクでの劣化情報を考慮し、起点ノードと終点ノード間の、要求された劣化条件を満たすパスを算出し、前記各ノードに備えられたコントローラの内の前記起点ノードに備えられたコントローラは、前記パス計算装置での算出結果を、前記コントロールプレーンを介して受信し、該算出結果のパスに波長連続性に関する制約を満たすことができる波長を割り当てることを特徴とする。

また、前記コントローラは、ＯＳＰＦ−ＴＥパケットを用いて各ＴＥリンクの波長空き情報や劣化情報などのメッセージを交換する手段と、前記パス計算装置は、前記交換されたＯＳＰＦ−ＴＥパケット内のメッセージを解析し、リンクの劣化情報を抽出する手段と、前記リンクの劣化情報を蓄積するデータベースとをさらに備え、前記パス計算装置は、前記リンクの劣化情報から要求された劣化条件を満たすパスを算出することも好ましい。

また、要求された劣化条件を満たすパスは、該パス上の全リンクにおける劣化情報の和が前記劣化条件を満たしている、または、該パス上の全リンクにおける劣化情報の和に対して、該パス上のリジェネレータによる劣化補償の結果が、前記劣化条件を満たしているパスであることも好ましい。

また、前記パスに波長を割り当てることは、該パス上の全リンクに同じ波長を割り当てること、または、該パス上のリジェネレータが存在しない範囲に同じ波長を割り当てることも好ましい。

上記目的を実現するため本発明による光ネットワーク制御方法は、光スイッチにより光信号の転送を行う光ネットワークにおいて、パス計算装置が、起点ノードと終点ノード間の、要求された劣化条件を満たすパスを算出するステップと、前記起点ノードのコントローラが、前記パスに波長を割り当てるステップとを含む。

本発明により、ＩＡ−ＲＷＡの機能は分割され、物理的劣化を認識した経路選択を行う劣化検知ルーティング（ＩＡ−Ｒ）に対してＰＣＥを用い、波長割当（ＷＡ）に対してはＧＭＰＬＳコントローラを用いることで、ＧＭＰＬＳコントローラとＰＣＥの両方の負荷が減少し、ネットワーク全体の拡張を容易に行うことが可能になった。

本発明のネットワーク構成の例を示す。 本発明によるＰＣＥのブロック図を示す。 本発明によるＧＭＰＬＳコントローラのブロック図を示す。 ＰＣＥとＧＭＰＬＳコントローラのパス設定時のシーケンスを示す。 ＩＡ−Ｒアルゴリズムのフローチャートを示す。 ＷＡアルゴリズムのフローチャートを示す。

本発明を実施するための最良の実施形態について、以下では図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明のネットワーク構成の例を示す。本ネットワークには、ＰＣＥ１、ＧＭＰＬＳコントローラ２、ノード３から構成される。

ＰＣＥ１は、ＧＭＰＬＳコントロールプレーンを介して、ＧＭＰＬＳコントローラ２に接続され、劣化事前検知を考慮した光パスのルーティングを行う。ＧＭＰＬＳコントローラ２は、各ノード３に備えられ、ＧＭＰＬＳコントロールプレーンを介して、ＰＣＥ１と通信を行う。ノード３は、ＰＸＣ、ＷＳＳベースのＲＯＡＤＭ等の光ノードであり、データプレーンを用いて、データの送受信を行う。

本発明は、ＰＣＥ１とＧＭＰＬＳコントローラ２が共同してＩＡ−ＲＷＡを行うハイブリット型であり、ＩＡ−ＲＷＡの機能は分割され、ＰＣＥ１は、最初に劣化検知ルーティング（ＩＡ−Ｒ）を行い、その後に、ルート計算の結果をＧＭＰＬＳコントローラ２に送り、ＧＭＰＬＳコントローラ２が波長割当（ＷＡ）を行う。

図２は、本発明によるＰＣＥのブロック図を示す。ＰＣＥ１は、ＴＥＤ（トラフィックエンジニアリンクデータベース）１１、ＯＳＰＦ−ＴＥ解析部１２、およびパス計算部１３を備えている。ＯＳＰＦ−ＴＥ解析部１２は、ＧＭＰＬＳコントローラ２のＯＳＰＦ−ＴＥ部２３から送られてきたＯＳＰＦ−ＴＥパケットを解析する。本パケットに含まれる波長空き情報の動的広告から利用可能な波長、物理的劣化情報（本発明ではリンクＯＳＮＲ（光ＳＮ比）とノードＯＳＮＲを例として用いる）、およびリジェネレータ情報（例えば、波長調整の可能な範囲、リジェネレータの使用可能数など）を収集する。利用可能な波長、物理的劣化情報およびリジェネレータ情報は、ＴＥＤ１１に保存される。なお、ＴＥＤ１１にはネットワークのトポロジー情報が事前に設定されている場合もある。パス計算部１３は、ＧＭＰＬＳコントローラ２のＰＣＣ部２１からの要求により、ＴＥＤ１１内の情報を用いて、ＩＡ−Ｒを行う。ＩＡ−Ｒアルゴリズムの詳細は、別途示される。

図３は、本発明によるＧＭＰＬＳコントローラのブロック図を示す。ＧＭＰＬＳコントローラ２は、ＰＣＣ部（Path computation client）２１、ＲＳＶＰ−ＴＥ部２２、およびＯＳＰＦ−ＴＥ部２３を備えている。ＰＣＣ部２１は、オペレータからの起点ノードから終点ノードへの接続要求をパス計算部１３に通知する。ＲＳＶＰ−ＴＥ部２２は、パス計算部１３で求められたパスに対して、波長割当（ＷＡ）アルゴリズムを実行する。ＷＡアルゴリズムの詳細は、別途示される。ＯＳＰＦ−ＴＥ部２３は、定期的にＧＭＰＬＳコントロールプレーンからＯＳＰＦ−ＴＥパケットの読み出しを行い、読み出したパケットをＯＳＰＦ−ＴＥ解析部１２に送信する。

図４は、ＰＣＥとＧＭＰＬＳコントローラのパス設定時のシーケンスを示す。以下、本図を参照して、ＩＡ−ＲＷＡの機能を以下に示す。なお、事前にＯＳＰＦ−ＴＥ部２３とＯＳＰＦ−ＴＥ解析部１２とによるＯＳＰＦ−ＴＥパケットの読み出しおよび解析、ＴＥＤ１１への情報の格納は既に行われているものとする。
（１）パス設定要求：起点ノードから終点ノードへの接続要求が、オペレータ等からＧＭＰＬＳコントローラ２のＰＣＣ２１に送られる。
（２）パス計算要求送付：ＰＣＣ２１は、ＴＣＰ／ＰＣＥＰプロトコルを用いて、起点ノードから終点ノードへのパス計算要求をＰＣＥ１のパス計算部１３に送る。
（３）ＩＡ−Ｒ：パス計算部１３は、ＴＥＤ１１に保存されているネットワークの最新の情報を読み出し、劣化検知ルーティング（ＩＡ−Ｒ）を行う。
（４）パス計算結果返却：パス計算部１３は、パス計算結果をＰＣＣ２１に戻す。この時、３Ｒリジェネレーションが行われるパスとノードの情報があれば、これも同時に返送する。
（５）ＷＡ：ＰＣＣ２１は、パス計算結果をＲＳＶＰ−ＴＥ部２２に渡し、ＲＳＶＰ−ＴＥ部２２は、波長割当（ＷＡ）アルゴリズムを実行する。この後、使用する波長情報並びに通過するリンクやノードの情報を格納したＥＲＯ（Explicit Route Object）を生成する。
（６）光パス設定：ＲＳＶＰ−ＴＥ部２２は、ＥＲＯの情報を基に光パスを設定し、光パスを設定するために光ノードを制御する。

図５は、ＩＡ−Ｒアルゴリズムのフローチャートを示す。以下、このフローチャートに従い、ＩＡ−Ｒアルゴリズムを説明する。
（Ｓ１）開始：起点ノードＩＤ、終点ノードＩＤが入力される。
（Ｓ２）パス数ループ：ｋ＝１から起点ノードから終点ノードまでの最大パス数Ｋまでループを繰り返す。最大パス数Ｋまでの繰り返しを終了した場合、条件に合うパスが存在しないことになるため、異常終了する。
（Ｓ３）パス算出：ＰＣＥは、例えば、ダイクストラ（Dijkstra）アルゴリズムを用いて、起点ノードから終点ノードまで最小コストパス(Shortest path)を求める。
（Ｓ４）ＯＳＮＲ確認：Ｓ３で求められたパスに沿って蓄積されたＯＳＮＲが、回線品質のために要求されるＯＳＮＲ以上であるかどうか確認する。
蓄積されたＯＳＮＲ≧最小の要求ＯＳＮＲ
であった場合、このパスが条件を満たすため、このパスを出力し、Ｓ８に進む。この条件を満たさない場合、Ｓ５に進む。
（Ｓ５）リジェネレータ確認：Ｓ３で求められたパス上に利用可能な３Ｒリジェネレータが存在するかどうか確認する。存在した場合、Ｓ６に進む。存在しない場合、本パスは回線品質の要求を満たすことができないため、次のパスの確認を行う。Ｓ２に戻る。
（Ｓ６）ＯＳＮＲ要求確認：パス上の各３Ｒリジェネレータが、各トランスペアレントセグメントで蓄積されたＯＳＮＲを、回線品質の要求に適合するように補償できるかどうか確認する。補償可能な場合、このパスが条件を満たすため、このパスと３Ｒリジェネレーションが行われるノードを出力し、Ｓ７に進む。補償不可能な場合、次のパスの確認を行うため、Ｓ２に戻る。
（Ｓ７）終了：パス、および必要な場合３Ｒリジェネレーションが行われるノードを出力して、正常終了する。

図６は、ＷＡアルゴリズムのフローチャートを示す。以下、このフローチャートに従い、ＷＡアルゴリズムを説明する。
（Ｓ１）開始：パス、および必要な場合３Ｒリジェネレーションが行われるノードが入力される。
（Ｓ２）利用可能な波長確認：起点ノードのＧＭＰＬＳコントローラは、入力されたパスに沿って利用可能な波長があるかどうか確認する。利用可能な波長がある場合、Ｓ３に進み、ない場合、波長割り当てが不可能なため、異常終了する。
（Ｓ３）リンク毎波長確認：リンク毎に同じ波長を割り当てることができるかどうか確認する。割り当て可能な場合、各リンクに対する波長を出力してＳ８に進む。割り当て不可能な場合、Ｓ４に進む。
（Ｓ４）３Ｒリジェネレーション確認：３Ｒリジェネレーションが行われるノードが、入力されているかどうか確認する。入力されていた場合は、Ｓ５に進み、入力されていない場合は、Ｓ７に進む。
（Ｓ５）トランスペアレントセグメントの波長確認：入力された３Ｒリジェネレーションが存在しない各トランスペアレントセグメントに対して、同じ波長を割り当てることができるかどうか確認する。割り当て可能な場合、各リンクに対する波長、および３Ｒリジェネレーションが行われるノードを出力してＳ８に進む。割り当て不可能な場合、Ｓ６に進む。
（Ｓ６）３Ｒリジェネレーション検索：入力で示された以外の３Ｒリジェネレーションを行うことができるノードがパス上に存在するかどうか確認する。存在する場合、Ｓ７に進み、存在しない場合、波長割り当てが不可能なため、異常終了する。
（Ｓ７）トランスペアレントセグメントの波長確認：検索された３Ｒリジェネレーションが存在しない各トランスペアレントセグメントに対して、同じ波長を割り当てることができるかどうか確認する。割り当て可能な場合、各リンクに対する波長、および３Ｒリジェネレーションが行われるノードを出力してＳ８に進む。割り当て不可能な場合、波長割り当てが不可能なため、異常終了する。
（Ｓ８）終了：割り当てた波長、および必要な場合３Ｒリジェネレーションが行われるノードを出力して、正常終了する。

また、以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様および変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲およびその均等範囲によってのみ規定されるものである。

１ ＰＣＥ
１１ ＴＥＤ（トラフィックエンジニアリンクデータベース）
１２ ＯＳＰＦ−ＴＥ解析部
１３ パス計算部
２ ＧＭＰＬＳコントローラ
２１ ＰＣＣ部（Path computation client）
２２ ＲＳＶＰ−ＴＥ部
２３ ＯＳＰＦ−ＴＥ部
３ ノード

Claims (5)

1. 各ノードを構成する光スイッチにより光信号の転送を行う光ネットワークにおいて、
   前記各ノードに備えられたコントローラと、
   コントロールプレーンを介して前記コントローラに接続されたパス計算装置を備え、
   前記パス計算装置は、事前に前記コントロールプレーンを介して取得された各ノード間リンクでの劣化情報を考慮し、起点ノードと終点ノード間の、要求された劣化条件を満たすパスを算出し、
   前記各ノードに備えられたコントローラの内の前記起点ノードに備えられたコントローラは、前記パス計算装置での算出結果を、前記コントロールプレーンを介して受信し、該算出結果のパスに波長連続性に関する制約を満たすことができる波長を割り当てることを特徴とする光ネットワーク制御システム。
2. 前記コントローラは、ＯＳＰＦ−ＴＥパケットを用いて各ＴＥリンクの波長空き情報や劣化情報のメッセージを交換する手段をさらに備え、
   前記パス計算装置は、前記交換されたＯＳＰＦ−ＴＥパケット内のメッセージを解析し、リンクの劣化情報を抽出する手段と、前記リンクの劣化情報を蓄積するデータベースとをさらに備え、
   前記パス計算装置は、前記リンクの劣化情報から要求された劣化条件を満たすパスを算出することを特徴とする請求項１に記載の光ネットワーク制御システム。
3. 要求された劣化条件を満たすパスは、該パス上の全リンクにおける劣化情報の和が前記劣化条件を満たしている、または、該パス上の全リンクにおける劣化情報の和に対して、該パス上のリジェネレータによる劣化補償の結果が、前記劣化条件を満たしているパスであることを特徴とする請求項１または２に記載の光ネットワーク制御システム。
4. 前記パスに波長を割り当てることは、該パス上の全リンクに同じ波長を割り当てること、または、該パス上のリジェネレータが存在しない範囲に同じ波長を割り当てることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光ネットワーク制御システム。
5. 各ノードを構成する光スイッチにより光信号の転送を行う光ネットワークにおける光ネットワーク制御方法において、
   パス計算装置が、事前にコントロールプレーンを介して取得された各ノード間リンクでの劣化情報を考慮し、起点ノードと終点ノード間の、要求された劣化条件を満たすパスを算出するステップと、
   前記各ノードに備えられたコントローラの内の前記起点ノードに備えられたコントローラが、前記ステップでの算出結果を、前記コントロールプレーンを介して受信し、該算出結果のパスに波長連続性に関する制約を満たすことができる波長を割り当てるステップと、
   を含むことを特徴とする光ネットワーク制御方法。

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