JP5992555B2 - Virtual optical circuit switching method - Google Patents

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Description

本発明は、光パケット交換網において、ネットワーク内を伝搬する光パケットのトラヒックに与える影響を抑制しつつ、任意の２つのノード間で指定した光回線を設定するための仮想光回線交換方式に関するものである。   The present invention relates to a virtual optical circuit switching system for setting an optical circuit designated between any two nodes while suppressing an influence on traffic of an optical packet propagating through the network in an optical packet switching network. It is.

近年、インターネット、高性能携帯サービス、クラウドサービス等の爆発的成長に伴い、通信ネットワークの大容量化、消費電力の低減およびビッグデータの処理（記録、保管、解析等）の要求が高まっている。   In recent years, with the explosive growth of the Internet, high-performance mobile services, cloud services, etc., demands for increasing communication network capacity, reducing power consumption, and processing of big data (recording, storage, analysis, etc.) are increasing.

従来、大規模デジタル信号処理回路（Digital Signal Processor：DSP）を用いたデジタルコヒーレント光伝送技術やマルチキャリア伝送技術、マルチコアファイバ伝送技術の進展により、リンク伝送容量は飛躍的に増大している。一方、ノード系装置においては、処理の大部分を電子回路に依存しており、そのスループット、消費電力および遅延時間がネットワークの大きなボトルネックになると懸念されている。これらの問題を解決するため、ノードに光技術を導入した光回線交換(Optical Circuit Switch:OCS)ネットワーク、光バースト交換(Optical Burst Switch:OBS)ネットワーク、光パケット交換(Optical Packet Switch:OPS)ネットワークなどのフォトニックネットワークの研究が行われてきた。   2. Description of the Related Art Conventionally, link transmission capacity has dramatically increased due to progress in digital coherent optical transmission technology, multicarrier transmission technology, and multicore fiber transmission technology using a large-scale digital signal processor (DSP). On the other hand, in the node system apparatus, most of the processing depends on the electronic circuit, and there is a concern that the throughput, power consumption, and delay time become a major bottleneck of the network. To solve these problems, optical circuit switching (OCS) networks, optical burst switch (OBS) networks, and optical packet switch (OPS) networks that introduce optical technology to nodes Research on photonic networks has been conducted.

光回線交換では、コネクション確立の際に波長単位で光パスが設定されるため、光パスの高速な再配置が困難である。そのため、光回線交換はトラヒックパターンが安定なROADM（Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer）や基幹系ネットワークにおいて適用され実用化が進められている。また、近年では、ネットワークの帯域利用効率を高めるため、従来の固定周波数グリッドから、フレキシブルグリッドによる割当て波長帯域の再配置が可能なエラスティック光パスネットワークの研究が活発に進められている。一方、時間統計多重効果を用いた光パケット交換では、複数のパケットを、同一波長を用いて異なる目的地へ転送することが可能であるため、トラヒックパターン変動の大きなネットワークに対して、帯域利用効率を最大限に高めることが可能であり、アクセス集線網やデータセンタ網に効果が期待されている（例えば、下記非特許文献１参照）。   In optical line switching, since an optical path is set in units of wavelengths when establishing a connection, it is difficult to quickly rearrange the optical paths. For this reason, optical circuit switching is applied to ROADM (Reconfigurable Optical Add / Drop Multiplexer) and backbone networks with stable traffic patterns and is being put to practical use. In recent years, in order to increase the bandwidth utilization efficiency of a network, research on an elastic optical path network capable of rearranging the allocated wavelength band using a flexible grid from a conventional fixed frequency grid has been actively promoted. On the other hand, in optical packet switching using the time statistical multiplexing effect, it is possible to transfer multiple packets to different destinations using the same wavelength. Can be maximized, and an effect is expected for an access concentrator network and a data center network (for example, see Non-Patent Document 1 below).

従来のデータセンタでは、数十〜数百万台のサーバが、多数のL2スイッチ、L3スイッチ及びルータ等によって構成された階層構造のファットツリー型ネットワークにより接続されている。そのため、大規模化に伴い、電気スイッチやルータを経由したデータ転送の大きな遅延および遅延変動、膨大な消費電力や拡張性などが大きな問題となっており、そのため上記光回線交換や光パケット交換などの光技術を導入したフラットなデータセンタ網の研究が活発に行われている。   In a conventional data center, dozens to millions of servers are connected by a fat tree network having a hierarchical structure including a large number of L2 switches, L3 switches, routers, and the like. For this reason, with the increase in scale, large delays and fluctuations in data transfer via electrical switches and routers, enormous power consumption and scalability, etc. have become major problems. Research on a flat data center network using the optical technology is actively conducted.

図４に、トーラス型構造を用いたデータセンタ網（以下、トーラス型ネットワークという）の一例を示す。
図４に示すように、トーラス型ネットワークは、多数のサーバ１と、サーバ１を収納する多数のラック２と、サーバ１に接続される多数のToR(Top of Rack)スイッチ３と、ToRスイッチ３に接続される多数の光パケットルータ４と、光パケットルータ４に接続されるネットワークコントローラ５とを備えて構成されている。より詳しくは、一つのラック２は数十台のサーバ１と、この数十台のサーバ１に接続された一つのToRスイッチ３とを収納している。なお、ToRスイッチ３は例えばラック２内の上部に配置される。また、一つの光パケットルータ４には、複数のToRスイッチ３が接続されているとともに、他の複数の光パケットルータ４が光ファイバ６によって接続されている。そして、全ての光パケットルータ４はネットワークコントローラ５に論理的に接続されて当該ネットワークコントローラ５により制御される。 FIG. 4 shows an example of a data center network (hereinafter referred to as a torus type network) using a torus type structure.
As shown in FIG. 4, the torus type network includes a large number of servers 1, a large number of racks 2 for storing the servers 1, a large number of ToR (Top of Rack) switches 3 connected to the servers 1, and a ToR switch 3. A plurality of optical packet routers 4 connected to the network, and a network controller 5 connected to the optical packet router 4. More specifically, one rack 2 houses several tens of servers 1 and one ToR switch 3 connected to the several tens of servers 1. For example, the ToR switch 3 is disposed in the upper part of the rack 2. In addition, a plurality of ToR switches 3 are connected to one optical packet router 4, and a plurality of other optical packet routers 4 are connected by an optical fiber 6. All the optical packet routers 4 are logically connected to the network controller 5 and controlled by the network controller 5.

ここで、図４に示すサーバ１Ａを送信元のサーバ（以下、送信側サーバという）、サーバ１Ｂを宛先のサーバ（以下、受信側サーバという）としたとき、送信側サーバ１Ａに接続されたToRスイッチ（以下、送信側ToRスイッチという）３Ａから出力された10GbEther（登録商標）信号（データ）は、当該送信側ToRスイッチ３Ａを介して送信側サーバ１Ａに接続された光パケットルータ（以下、送信側ルータという）４Ａに送り込まれ、そのIPおよびMAC（Media Access Control）ヘッダーに基づいて光パケット交換専用の固定長光ラベルをパケット先頭に挿入され、バーストモードの100Gbps（２５Ｇ×４λ）光パケットとしてネットワーク内に送り出される。   Here, when the server 1A shown in FIG. 4 is a transmission source server (hereinafter referred to as a transmission-side server) and the server 1B is a destination server (hereinafter referred to as a reception-side server), ToR connected to the transmission-side server 1A. A 10 GbEther (registered trademark) signal (data) output from a switch (hereinafter referred to as a transmission side ToR switch) 3A is transmitted to an optical packet router (hereinafter referred to as transmission) connected to the transmission side server 1A via the transmission side ToR switch 3A. 4A), a fixed-length optical label dedicated to optical packet switching is inserted at the beginning of the packet based on its IP and MAC (Media Access Control) header, and is used as a burst mode 100Gbps (25G x 4λ) optical packet. Sent into the network.

送信側ルータ４Ａと受信側サーバ１ＢにToRスイッチ３Ｂを介して接続される宛先側の光パケットルータ（以下、受信側ルータという）４Ｂとの間にある光パケットルータ（以下、中継ルータという）４Ｃでは、この光ラベルに含まれた宛先情報を読み取り、内蔵されている高速な空間光スイッチを制御して出力ポートを切り替える。受信側ルータ４Ｂでは、光パケットを受信すると光ラベルを削除して、再び通常の10GbEther信号に変換して受信側ToRスイッチ３Ｂに送り出す。このように、光パケットは中継ルータ４Ｃを光のまま通過するため、極めて小さな遅延時間が実現できる。   An optical packet router (hereinafter referred to as a relay router) 4C between a transmission side router 4A and a destination side optical packet router (hereinafter referred to as a reception side router) 4B connected to the reception side server 1B via a ToR switch 3B. Then, the destination information included in the optical label is read, and the output port is switched by controlling the built-in high-speed space optical switch. When receiving the optical packet, the receiving router 4B deletes the optical label, converts it again into a normal 10 Gb Ether signal, and sends it to the receiving ToR switch 3B. Thus, since the optical packet passes through the relay router 4C as light, an extremely small delay time can be realized.

しかしながら、中継ルータ４Ｃで光パケット同士が衝突した場合（一つの中継ルータ４Ｃに入力した２つの光パケットの出力ポートが同じ場合）、送信側ルータ４Ａから送り出された光パケットが、所望の出力ポートから出力されずに別のポートから出力されて、当初の予定とは異なる別のルートを迂回し受信側サーバ１Ｂに到達する可能性がある。トーラス型ネットワークの場合、全く同一の遅延時間を有する迂回経路が多数存在するため、少しの衝突ではあまり影響を受けないが、トラヒック量の増加に伴い、衝突が繰り返されると、光パケットが中継ルータ４Ｃを大きく迂回することとなり、遅延時間の増大およびそれに伴うパケット順序の反転やパケット損失が生じるおそれがある。   However, when optical packets collide with each other at the relay router 4C (when the output ports of two optical packets input to one relay router 4C are the same), the optical packet sent from the transmission side router 4A becomes a desired output port. There is a possibility that the data is output from another port without being output from, and arrives at the receiving server 1B by bypassing another route different from the original schedule. In the case of a torus-type network, there are many detour routes with exactly the same delay time, so there is not much influence by a small amount of collision, but if the collision is repeated as the traffic volume increases, the optical packet is relayed by the relay router 4C is largely detoured, and there is a possibility that an increase in delay time and accompanying packet order reversal and packet loss may occur.

上述したようなパケット順序反転やパケット損失は、容量の小さなデータ転送（パケット数10個分程度）では発生する頻度（確率）が小さいため、さほど大きな問題にならないが、サーバ移転やバックアップ転送など極めて大容量のデータ転送（パケット数千〜数万個）を行う際には上述したようなパケット順序反転やパケット損失が発生する頻度が多くなり、パケットの並び替えや再送が極めて困難になるという問題があった。   The packet order reversal and packet loss as described above are not a big problem because the frequency (probability) of data transfer with a small capacity (about 10 packets) is small. When performing large-capacity data transfer (thousands to tens of thousands of packets), the frequency of packet order reversal and packet loss as described above increases, making it difficult to rearrange and retransmit packets. was there.

このような問題の発生を防ぐためには、送信側ルータ４Ａと受信側ルータ４Ｂとを繋ぐ排他的な光パス（回線）を設定する方法が考えられる。すなわち、送信側ルータ４Ａと受信側ルータ４Ｂとを繋ぐひとつの光パスを指定し、指定した光パス上に存在する全ての中継ルータ４Ｃ内の光スイッチに対して前記光パスの実現に必要な入力および出力ポートを全て予約（光スイッチを固定）することで、他のポートから入力した光パケットが、前記光パス内に侵入することを防ぐのである。これにより、送信側ルータ４Ａから送られた光パケットは、他のポートから入力された光パケットと衝突することがなく、そのため光パケットの順序反転を起こすことなく、前記指定された光パス上を通って、受信側ルータ４Ｂに到達することが可能となる。   In order to prevent the occurrence of such a problem, a method of setting an exclusive optical path (line) connecting the transmission side router 4A and the reception side router 4B can be considered. That is, one optical path connecting the transmission side router 4A and the reception side router 4B is designated, and it is necessary to realize the optical path for all the optical switches in the relay router 4C existing on the designated optical path. By reserving all input and output ports (fixing the optical switch), optical packets input from other ports are prevented from entering the optical path. As a result, the optical packet sent from the transmission side router 4A does not collide with the optical packet input from another port. Thus, it becomes possible to reach the receiving router 4B.

指定された光パスに沿って光スイッチを予約する方法としては、図４に示すような、ネットワーク全体を制御するネットワークコントローラ５から光スイッチの制御信号を送って行う方法の他に、送信側ルータ４Ａから経路上の中継ルータ４Ｃに制御信号を送る方法もある。このように、光パケット交換ネットワークの上に、光回線交換ネットワークを張ることで、パケット損失や順序反転を起こすことなく、極めて信頼性の高い超大容量データ転送が可能となる。   As a method for reserving an optical switch along a designated optical path, in addition to a method for transmitting an optical switch control signal from a network controller 5 for controlling the entire network as shown in FIG. There is also a method of sending a control signal from 4A to the relay router 4C on the route. As described above, by extending the optical circuit switching network on the optical packet switching network, it is possible to transfer an extremely large amount of data with extremely high reliability without causing packet loss or order reversal.

以下、光パケット交換によって転送される光パケットをOPSパケット、光回線交換によって転送される光パケットをOCSパケットという。両者は基本的に同じフォーマットを有しているが、OPSパケットが光ラベル内のアドレス情報を認識することでパケット毎に出力ポートが決定され転送が実行（自律分散制御）されるのに対し、OCSパケットはアドレス情報を認識することなく、ネットワークコントローラ５により制御（集中制御）された排他的な光パスが張られている間は、その光パス上を自動的に伝搬し、目的地に到達するものとする。   Hereinafter, an optical packet transferred by optical packet switching is called an OPS packet, and an optical packet transferred by optical circuit switching is called an OCS packet. Both have basically the same format, but the OPS packet recognizes the address information in the optical label, so the output port is determined for each packet and the transfer is executed (autonomous distributed control). While the OCS packet does not recognize the address information and the exclusive optical path controlled (centralized control) by the network controller 5 is established, it automatically propagates along the optical path and reaches the destination. It shall be.

Yue-Cai Huang他、"Modeling and Performance Analysis of OPS Data Center Network with Flow Management Using Express Path"、ONDM2014 (International Conference on Optical Network Design and Modeling)、Stockholm, Sweden、2014年5月、p.19-22Yue-Cai Huang et al., "Modeling and Performance Analysis of OPS Data Center Network with Flow Management Using Express Path", ONDM2014 (International Conference on Optical Network Design and Modeling), Stockholm, Sweden, May 2014, p.19-22

上述したような、送信側ルータ４Ａと受信側ルータ４Ｂとの間で排他的な光パスを設定する上記の方法は、その光パス上を伝搬するOCSパケットから見れば、極めて有益である。しかし、図５（ａ）に示すように、送信側ルータ４Ａと受信側ルータ４Ｂとの間でOCSパケットＰOCSのみを伝搬させる排他的な光パスを設定した場合、他の光パケットルータ４Ｄから送出され光パケットルータ４Ｅを目的地とするOPSパケットＰOPSは排他的な光パス上を伝搬できないため、排他的な光パス上にある中継ルータ４Ｃ1，４Ｃ2以外の光パケットルータ４Ｃ4〜４Ｃ8で迂回せざるを得ないこととなる。このように、従来の排他的な光パスは、光パケット交換ネットワークを一部遮断することとなるため、このような排他的な光パスが光パケット交換ネットワーク上で多数張られると、OPSパケットＰOPSの遅延時間は大幅に増大することとなり、場合によっては目的地に到達することができなくなり、大幅なパケット損失につながるおそれもある。 The above-described method for setting an exclusive optical path between the transmitting router 4A and the receiving router 4B as described above is extremely useful when viewed from an OCS packet propagating on the optical path. However, as shown in FIG. 5A, when an exclusive optical path for propagating only the OCS packet P OCS is set between the transmitting router 4A and the receiving router 4B, the other optical packet router 4D since the OPS packets P OPS that sent to the destination of the optical packet router 4E can not propagate an exclusive optical paths above, exclusive to the light on the path is the relay router 4C 1, 4C 2 except the optical packet routers 4C 4 ~ 4C 8 will have to make a detour. As described above, the conventional exclusive optical path partially blocks the optical packet switching network. Therefore, if many such exclusive optical paths are extended on the optical packet switching network, the OPS packet P The delay time of OPS will increase significantly, and in some cases it will not be possible to reach the destination, which may lead to significant packet loss.

それでも、設定した排他的な光パスの帯域を有効に利用する場合、すなわち、OCSパケットＰOCSが時間軸上で密に連続して送られる場合は、このような排他的な光パスを利用する効果を十分に得ることができる。しかし、アプリケーションによっては、OCSパケットＰOCSが間欠的に送られ、排他的な光パス上を伝搬するOCSパケットＰOCS間に長い時間的空白が生じる場合がある。例えば、送信側ToRスイッチ３Ａから送信側ルータ４Ａに送られるデータレートが10Gbps１本のみである場合、送信側ルータで100GbpsのOCSパケットＰOCSに変換されて送られるので、90%の時間が信号の無い空白時間となる。このように、データ容量は膨大であるため、排他的な光パスを利用したい場合でも、帯域利用効率が低い場合（データレートが低い場合）は、ネットワーク全体で見るとOPSパケットＰOPSへの悪影響が顕著に表れる。 Still, when the set bandwidth of the exclusive optical path is used effectively, that is, when the OCS packet P OCS is sent densely and continuously on the time axis, such an exclusive optical path is used. A sufficient effect can be obtained. However, depending on the application, the OCS packet P OCS is intermittently transmitted, and there may be a long time gap between the OCS packets P OCS propagating on the exclusive optical path. For example, if the data rate sent from the sending ToR switch 3A to the sending router 4A is only 10 Gbps, it is converted into a 100 Gbps OCS packet P OCS by the sending router and sent, so 90% of the time There will be no blank time. As described above, since the data capacity is enormous, even if it is desired to use an exclusive optical path, if the bandwidth utilization efficiency is low (when the data rate is low), the OPS packet P OPS is adversely affected when viewed from the entire network. Appears remarkably.

これらの問題は、図５（ｂ）に示すように、送信側ルータ４Ａと受信側ルータ４Ｂとの間に、排他的な光パスではなく、OCSパケットＰOCSを伝搬させる光パスを確保しつつOPSパケットＰOPSを伝搬させることも可能な仮想的な光パスを設定することができれば解決可能となる。 As shown in FIG. 5B, these problems are caused by securing an optical path for propagating the OCS packet P OCS instead of an exclusive optical path between the transmitting router 4A and the receiving router 4B. This can be solved if a virtual optical path capable of propagating the OPS packet P OPS can be set.

すなわち、本発明が解決しようとする課題は、上記の問題を解決するために、以下の二つの条件を満たすような、新たな仮想的光パスの実現方法を見出すことである（以下、仮想的光パスを伝搬する光パケットをV-OCSパケットという）。   That is, the problem to be solved by the present invention is to find a new virtual optical path realization method that satisfies the following two conditions in order to solve the above problem (hereinafter, virtual Optical packets that propagate along the optical path are called V-OCS packets).

〔条件１〕
V-OCSパケットＰV-OCSから見れば、そこには指定された光パスが存在し、OPSパケットＰOPSと如何に衝突した場合でも常にその指定された光パス上を伝搬し、また光ラベルのアドレス情報を見ることなく自動的に目的地に到達することができる。 [Condition 1]
From the viewpoint of V-OCS packet P V-OCS , there is a designated optical path, and it always propagates along the designated optical path regardless of how much it collides with OPS packet P OPS, and the optical label. You can reach your destination automatically without seeing your address information.

〔条件２〕
OPSパケットＰOPSから見れば、そこには指定された光パスが存在することが見えず、V-OCSパケットＰV-OCSよりも少しでも先に中継ルータ４Ｃ１に到達すれば、光パス上を自由に伝搬することができる（V-OCSパケットＰV-OCSよりも遅れて中継ルータ４Ｃ1に到達した場合は、V-OCSパケットＰV-OCSに優先権があるため、OPSパケットＰOPSは別のルートに迂回することとなるが、これはOPSパケットＰOPS同士が衝突した場合と共通のルールであるため、衝突相手がV-OCSパケットＰV-OCSであろうとなかろうと同じである）。 [Condition 2]
From the point of view of the OPS packet P OPS , it cannot be seen that the specified optical path exists, and if it reaches the relay router 4C1 even a little before the V-OCS packet P V-OCS , If it reaches the freely can propagate (V-OCS packet P V-OCS also delayed from the relay router 4C 1, since the V-OCS packet P V-OCS has priority, OPS packets P OPS is (It will be diverted to another route, but this is the same rule as when OPS packets P OPS collide with each other, so it is the same whether or not the other party is a V-OCS packet P V-OCS ) .

ここで、光パケットルータ４に代えて電気のスイッチやルータを用いれば、毎回この電気のスイッチやルータのバッファに格納しながらデータを転送するため、上記〔条件１〕，〔条件２〕を容易に実現することが可能である。しかし、消費電力や遅延時間が大幅に増加するため、本来の目的から逸脱することとなる。   Here, if an electrical switch or router is used instead of the optical packet router 4, the above [Condition 1] and [Condition 2] are easily transferred because data is transferred while being stored in the buffer of the electrical switch or router. Can be realized. However, since the power consumption and the delay time are greatly increased, it deviates from the original purpose.

また、上記〔条件１〕を満たすためには、OCSパケットＰOCSに対する優先制御を行う方法がいくつか考えられている。図６（ａ）〜（ｃ）に優先制御の方法の一例を示す。図６（ａ）はグローバル同期を用いる方法、図６（ｂ）は入力同期を用いる方法、図６（ｃ）は遅延を用いる方法である。なお、図６（ａ）〜（ｃ）は光パケットルータの内部構造を示しており、図中、４６は光ラベル処理器、４７はコントローラ、４８は光スイッチである。
光ラベル処理器４６は、入力された光パケットの宛先アドレスを認識するとともに衝突の有無を判断し、それらの情報を元に出力ポートの決定をおこなう。コントローラ４７は光ラベル処理器４６の決定をもとに制御信号を生成する。光スイッチ４８は、コントローラ４７から入力される制御信号に基づき、光パケットの経路の切り替えを行う。
すなわち、光パケットが光パケットルータ４に入力されると、パケットの先頭に挿入された光ラベルが光ラベル処理器４６により読み取られ、光ラベルに含まれる宛先情報がコントローラ４７へ送られて、コントローラ４７により光スイッチ４８を制御して出力ポートを切り替えるようになっている。 In order to satisfy the above [Condition 1], several methods for performing priority control on the OCS packet P OCS have been considered. FIGS. 6A to 6C show an example of the priority control method. 6A shows a method using global synchronization, FIG. 6B shows a method using input synchronization, and FIG. 6C shows a method using delay. 6A to 6C show the internal structure of the optical packet router. In the figure, 46 is an optical label processor, 47 is a controller, and 48 is an optical switch.
The optical label processor 46 recognizes the destination address of the input optical packet, determines the presence or absence of a collision, and determines the output port based on the information. The controller 47 generates a control signal based on the determination of the optical label processor 46. The optical switch 48 switches the path of the optical packet based on the control signal input from the controller 47.
That is, when an optical packet is input to the optical packet router 4, the optical label inserted at the head of the packet is read by the optical label processor 46, and the destination information included in the optical label is sent to the controller 47. 47 controls the optical switch 48 to switch the output port.

例えば、図６（ａ）に示すグローバル同期を用いる方法では、全ての光パケットルータ４のパケット送信を一定の周期で同期をとり、光パケットルータ４間の遅延時間をその周期の整数倍に正確に合わせることが必要である。この時、OPSパケットＰOPSとOCSパケットＰOCSは、光パケットルータ４に同時に到着するため、光ラベル処理器４６でOCSパケットＰOCSを識別すれば、優先的に所望のポートへ出力することが可能である。しかし、膨大な数の光パケットルータ４から構成されるデータセンタにおいて、このようなグローバル同期を実現することは非現実的である。 For example, in the method using global synchronization shown in FIG. 6A, the packet transmissions of all the optical packet routers 4 are synchronized at a constant period, and the delay time between the optical packet routers 4 is accurately set to an integral multiple of the period. It is necessary to adjust to. At this time, since the OPS packet P OPS and the OCS packet P OCS arrive at the optical packet router 4 at the same time, if the OCS packet P OCS is identified by the optical label processor 46, the OPS packet P OPS and the OCS packet P OCS can be preferentially output to a desired port. Is possible. However, it is impractical to realize such global synchronization in a data center composed of a huge number of optical packet routers 4.

図６（ｂ）に示す入力同期を用いる方法では、入力同期装置７を設け、この入力同期装置７に入力する光パケットのタイミングと入力同期装置７内の一定周期のクロック信号との時間差をもとに、遅延時間を与え、入力する全ての光パケットのタイミングを揃える必要がある。しかし、このような入力同期装置７は極めて困難な技術（研究中）で未だ実現されておらず、また実現されたとしても消費電力と遅延時間の増加につながり、良い方法とは言えない。   In the method using input synchronization shown in FIG. 6B, an input synchronization device 7 is provided, and a time difference between the timing of an optical packet input to the input synchronization device 7 and a clock signal having a fixed period in the input synchronization device 7 is obtained. In addition, it is necessary to give a delay time and to align the timing of all input optical packets. However, such an input synchronizer 7 has not yet been realized with a very difficult technique (under research), and even if realized, it leads to an increase in power consumption and delay time, which is not a good method.

さらに、図６（ｃ）に示す遅延を用いる方法では、光ラベル処理器４６と光スイッチ４８の間に、パケットの最大長に相当するファイバ遅延線（100Gbps光パケットの場合、約120ns）４９を挿入する。OCSパケットＰOCSがOPSパケットＰOPSより遅れて到着した場合、その時点では、OPSパケットＰOPSはまだファイバ遅延線４９上を伝搬しており、光スイッチ４８には到着していない。そのため、OCSパケットＰOCSが光ラベル処理器４６に到達した時点で、光スイッチ４８を制御すれば、OCSパケットＰOCSに優先権を与えることが可能となる。しかし、この場合、パケット衝突の有無に係わらず、全ての光パケットがファイバ遅延線４９の遅延時間を被ることとなり、良い方法とは言えない。また、これら図６（ｂ），（ｃ）に示す方法では、先に到着したOPSパケットＰOPSが他の出力ポートに転送されてしまうため、〔条件２〕を満たさないこととなる。 Further, in the method using the delay shown in FIG. 6C, a fiber delay line 49 (about 120 ns in the case of a 100 Gbps optical packet) 49 corresponding to the maximum packet length is provided between the optical label processor 46 and the optical switch 48. insert. When the OCS packet P OCS arrives later than the OPS packet P OPS , at that time, the OPS packet P OPS has still propagated on the fiber delay line 49 and has not arrived at the optical switch 48. Therefore, when the OCS packet P OCS reaches the optical label processor 46, the optical switch 48 can be controlled to give priority to the OCS packet P OCS . However, in this case, all optical packets suffer from the delay time of the fiber delay line 49 regardless of the presence or absence of packet collision, which is not a good method. In the methods shown in FIGS. 6B and 6C, since the OPS packet P OPS that has arrived first is transferred to another output port, [Condition 2] is not satisfied.

このようなことから本発明は、光パケットを電気信号に変換することなく光パケットの状態のまま光パケットルータ間を伝搬させることが可能であり、さらに上記〔条件１〕および〔条件２〕を満たす仮想的光パスを実現可能な仮想光回線交換方式を見出すことを目的とする。   For this reason, the present invention can propagate the optical packet between the optical packet routers without converting the optical packet into an electrical signal, and further satisfy the above [Condition 1] and [Condition 2]. The purpose is to find a virtual optical circuit switching system capable of realizing a virtual optical path to be satisfied.

上記の課題を解決するための第１の発明に係る仮想光回線交換方式は、
入力された光パケットの出力ポートを切り替える（Ｎ＋Ｍ＋Ｌ）×（Ｎ＋Ｍ＋Ｌ）の光スイッチと、
前記光パケットの光ラベル内に存在する宛先アドレスおよび仮想光回線識別子を認識し、前記光スイッチの出力ポートを決定する（Ｎ＋Ｍ＋Ｌ）個の光ラベル処理器と、
前記光ラベル処理器によって決定された出力ポートに対して全ての前記光ラベル処理器から出力される信号を元に前記光スイッチを切り替える制御信号を生成するコントローラと、
送信側の外部装置から出力されたデータを受け取り、当該データをバーストモードの光パケットに変換してＭ個の前記光ラベル処理器のうちのいずれか一つに送信する一方、前記光スイッチのＭ個の出力ポートのうちのいずれか一つから出力された前記光パケットを受信し、当該光パケットをデータに変換して受信側の外部装置に送信する共有バッファと、
前記光スイッチのＬ個の出力ポートとＬ個の前記光ラベル処理器の入力ポートを接続するＬ本のファイバ遅延線と、
から構成された光パケットルータが、ネットワークの各ノードに配置され、
ネットワーク全体を制御するためのネットワークコントローラと各前記光パケットルータ内の前記コントローラとが論理的に接続されており、さらにそれぞれの前記光パケットルータ内の前記光スイッチのＮ個の出力ポートが、異なるＮ個の光パケットルータの光ラベル処理器の入力ポートと互いに光ファイバで接続された光パケット交換ネットワークであって、
複数の前記光パケットルータを経由する指定光パスを設定し、特定の光パケットを当該指定光パス上のみを伝搬させるために、
前記指定光パスの経路に沿った前記光パケットルータ内の前記光スイッチによって前記指定光パスを繋げるための入出力ポートの情報を、前記ネットワークコントローラまたは送信側の前記光パケットルータから、前記指定光パス上にある各前記光パケットルータ内の前記コントローラに送ると、
各前記光パケットルータ内の前記コントローラは、当該指定光パスを繋げるための前記光スイッチの出力ポートを仮予約状態に設定するとともに、前記光スイッチの前記ファイバ遅延線に接続される１つの出力ポートを、光ラベル内に存在する前記仮想光回線識別子のフラグが“１”である前記特定の光パケットのために予約し仮想光回線識別子のフラグが“０”である他の光パケットの伝搬を不可とした予約状態にあらかじめ設定し、
前記送信側の外部装置が接続された前記光パケットルータ内の前記共有バッファは、前記指定光パス上の前記送信側の外部装置から出力されたデータを、光ラベル内の前記仮想光回線識別子のフラグを“１”に設定した前記特定の光パケットに変換した後、前記指定光パス上に送信し、
前記特定の光パケットが前記指定光パス上にある前記光パケットルータの特定の光ラベル処理器に到達したときに、同一の前記光パケットルータの他の光ラベル処理器に入力した前記他の光パケットが前記特定の光パケットより先に前記他の光ラベル処理器に到着しており、両者が時間的な重なりを有し、かつ両者が要求する出力ポートが同一である場合には、
前記他の光パケットを前記指定光パスに接続される所望の出力ポートへ転送する一方、前記特定の光ラベル処理器は、前記コントローラに命令を送り、事前に仮予約していた前記所望の出力ポートを予約するとともに、事前に予約していた前記ファイバ遅延線が接続された出力ポートに前記特定の光パケットを転送し、前記ファイバ遅延線が接続された前記光ラベル処理器は、前記特定の光パケットが到達すると、前記特定の光パケットの前記仮想光回線識別子が“１”であることを認識し、前記指定光パスにつながる予約済みの出力ポートへ前記特定の光パケットを転送すると共に、当該出力ポートの予約状態を再び仮予約状態へ変更し、
前記特定の光パケットが前記特定の光ラベル処理器に到達したときに、前記他の光ラベル処理器に入力した前記他の光パケットが前記特定の光パケットより後に前記他の光ラベル処理器に到着し、両者が時間的な重なりを有し、かつ両者が要求する出力ポートが同一である場合、及び、前記特定の光パケットが前記他の光パケットと衝突しなかった場合には、
前記特定の光パケットが入力した前記特定の光ラベル処理器は、前記特定の光パケットの仮想光回線識別子が“１”であることを認識し、前記指定光パスの出力ポートへ前記特定の光パケットを転送する
ことを特徴とする。 The virtual optical circuit switching system according to the first invention for solving the above-mentioned problem is as follows:
(N + M + L) × (N + M + L) optical switch for switching the output port of the input optical packet;
(N + M + L) optical label processors that recognize a destination address and a virtual optical line identifier present in the optical label of the optical packet and determine an output port of the optical switch;
A controller that generates a control signal for switching the optical switch based on signals output from all the optical label processors for an output port determined by the optical label processor;
Receives data output from an external device on the transmission side, converts the data into a burst mode optical packet, and transmits it to any one of the M optical label processors, while the M of the optical switch. A shared buffer that receives the optical packet output from any one of the output ports, converts the optical packet into data, and transmits the data to an external device on the receiving side;
L fiber delay lines connecting the L output ports of the optical switch and the input ports of the L optical label processors;
An optical packet router composed of
A network controller for controlling the entire network is logically connected to the controller in each optical packet router, and the N output ports of the optical switch in each optical packet router are different. An optical packet switching network connected to input ports of optical label processors of N optical packet routers by optical fibers,
In order to set a designated optical path that passes through the plurality of optical packet routers and propagate a specific optical packet only on the designated optical path,
Input / output port information for connecting the designated optical path by the optical switch in the optical packet router along the route of the designated optical path is obtained from the network controller or the optical packet router on the transmission side. When sent to the controller in each of the optical packet routers on the path,
The controller in each optical packet router sets the output port of the optical switch for connecting the designated optical path to a temporary reserved state, and one output port connected to the fiber delay line of the optical switch Is reserved for the specific optical packet whose virtual optical line identifier flag is “1” in the optical label, and propagation of other optical packets whose virtual optical line identifier flag is “0” Set in advance the reservation status that was not allowed,
The shared buffer in the optical packet router to which the external device on the transmission side is connected is configured to transfer the data output from the external device on the transmission side on the designated optical path to the virtual optical line identifier in the optical label. After converting to the specific optical packet with the flag set to “1”, transmit on the designated optical path,
When the specific optical packet reaches the specific optical label processor of said optical packet routers on the designated optical path, the other of the light input to the same other optical label processor of said optical packet router When a packet arrives at the other optical label processor before the specific optical packet, both have a temporal overlap, and the output ports required by both are the same,
While the other optical packet is transferred to a desired output port connected to the designated optical path, the specific optical label processor sends a command to the controller, and the desired output that has been provisionally reserved in advance. The specific optical packet is forwarded to an output port connected to the fiber delay line that has been reserved in advance and the optical label processor to which the fiber delay line is connected is reserved. When the optical packet arrives, it recognizes that the virtual optical line identifier of the specific optical packet is “1”, forwards the specific optical packet to the reserved output port connected to the designated optical path, Change the reservation status of the output port to the temporary reservation status again,
When the specific optical packet reaches the specific optical label processor, the other optical label processor said another optical packet input to the other optical label processor is later than the specified optical packet If both arrive at the same time and the output ports they request are the same, and if the particular optical packet does not collide with the other optical packet,
The specific optical label processor to which the specific optical packet is input recognizes that the virtual optical line identifier of the specific optical packet is “1”, and transmits the specific light to the output port of the designated optical path. It is characterized by transferring a packet.

また、第２の発明に係る仮想光回線交換方式は、
前記仮予約状態は、前記指定光パスを繋げるための前記光スイッチの出力ポートを要求に応じてすぐに予約できるようにした状態であり、
前記予約状態は、前記指定光パスが設定されている間、前記他の光パケットによる使用を禁止された状態である
ことを特徴とする。 Further, the virtual optical circuit switching system according to the second invention is:
The provisional reservation state is a state in which an output port of the optical switch for connecting the designated optical path can be reserved immediately upon request,
The reserved state is a state in which use by the other optical packet is prohibited while the designated optical path is set.

また、第３の発明に係る仮想光回線交換方式は、
前記ファイバ遅延線の長さは、前記特定の光ラベル処理器の入力ポートから前記光スイッチおよび前記ファイバ遅延線を経由して前記ファイバ遅延線に接続された前記光ラベル処理器の入力ポートに達するまでの一周の時間が、最大パケット長＋ガードタイムと同一またはその整数倍となるように設定される
ことを特徴とする。 The virtual optical circuit switching system according to the third invention is
The length of said fiber delay line reaches the specific of the optical switch and the input port of the connected the optical label processor to said fiber delay line via the fiber delay line from the input port of the optical label processor It is characterized in that the time until one round is set to be equal to or an integral multiple of the maximum packet length + guard time.

本発明によれば、光パケットを電気信号に変換することなく光パケットの状態のまま光パケットルータ間を伝搬させることが可能であり、且つ、特定の光パケットは他の光パケットに衝突した場合でも常に指定光パス上を伝搬することができるとともに、他の光パケットは特定の光パケットと指定光パスを共有することができ、指定光パスを設定することによる影響を抑制することが可能となる。   According to the present invention, an optical packet can be propagated between optical packet routers without converting the optical packet into an electrical signal, and a specific optical packet collides with another optical packet. However, while being able to always propagate on the specified optical path, other optical packets can share the specified optical path with a specific optical packet, and the influence of setting the specified optical path can be suppressed. Become.

本発明の実施形態に係る仮想光回線交換方式の動作原理を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the principle of operation of the virtual optical circuit switching system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施例に係る仮想光回線交換方式に用いる光パケットルータ示す構成図である。It is a block diagram which shows the optical packet router used for the virtual optical circuit switching system based on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る仮想光回線交換方式における仮想的光パスを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the virtual optical path in the virtual optical circuit switching system based on the Example of this invention. 光パケットルータを用いたトーラス型データセンタネットワークの例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the torus type | mold data center network using an optical packet router. 図５（ａ）は従来の排他的光パスの概念を示す説明図、図５（ｂ）は仮想的光パスの概念を示す説明図である。FIG. 5A is an explanatory diagram showing the concept of a conventional exclusive optical path, and FIG. 5B is an explanatory diagram showing the concept of a virtual optical path. 光パケットの優先制御の方法を示す説明図であり、図６（ａ）はグローバル同期を用いる方法、図６（ｂ）は入力同期を用いる方法、図６（ｃ）は遅延を用いる方法を示している。FIGS. 6A and 6B are explanatory diagrams showing a method for priority control of optical packets, in which FIG. 6A shows a method using global synchronization, FIG. 6B shows a method using input synchronization, and FIG. 6C shows a method using delay. ing.

以下、図１を用いて本発明に係る仮想光回線交換方式の一実施形態を説明する。本実施形態は、複数波長を用いることなく一つの波長で、柔軟性はある代わりにパケットの衝突や順序反転が起こる光パケット交換と、パケットの衝突や順序反転は起こらないが柔軟性がない光回線交換を、同一のネットワーク上で実現するために、仮想的光パスを用いるものである。   Hereinafter, an embodiment of a virtual optical circuit switching system according to the present invention will be described with reference to FIG. In this embodiment, a single wavelength is used without using a plurality of wavelengths, optical packet switching in which packet collision or order reversal occurs instead of flexibility, and light that does not cause packet collision or order reversal but does not have flexibility. In order to realize circuit switching on the same network, a virtual optical path is used.

図１に示すように、本実施形態に係る仮想光回線交換方式では、光パケットルータ４が光ラベル処理器４１、コントローラ４２、空間光スイッチ（以下、単に光スイッチという）４３に加え、一つの光ラベル処理器４１の入力ポートと光スイッチ４３の出力ポートを繋ぐファイバ遅延線４４を備えている。   As shown in FIG. 1, in the virtual optical circuit switching system according to the present embodiment, the optical packet router 4 includes one optical label processor 41, a controller 42, a spatial optical switch (hereinafter simply referred to as an optical switch) 43, A fiber delay line 44 connecting the input port of the optical label processor 41 and the output port of the optical switch 43 is provided.

本実施例において光ラベル処理器４１は、入力光パケットの光ラベル内に存在する宛先アドレスおよび仮想光回線識別子（V-OCSパケット（特定の光パケット）→フラグが“１”、OPSパケット（他の光パケット）→フラグが“０”）を認識し、光スイッチ４３の出力ポートを決定する。また、コントローラ４２は、全ての光ラベル処理器４１から出力される信号を元に光スイッチ４３の出力ポートを切り替える制御信号を生成する。光スイッチ４３は、コントローラ４２から入力される制御信号に基づき、光パケットの経路の切り替えを行う。   In this embodiment, the optical label processor 41 includes a destination address and a virtual optical line identifier (V-OCS packet (specific optical packet) → flag set to “1”, OPS packet (others) in the optical label of the input optical packet. Optical packet) → the flag is “0”), the output port of the optical switch 43 is determined. Further, the controller 42 generates a control signal for switching the output port of the optical switch 43 based on the signals output from all the optical label processors 41. The optical switch 43 switches the path of the optical packet based on the control signal input from the controller 42.

ファイバ遅延線４４は、二つの光パケットが衝突した際に、一方の光パケットを一時的に退避させるために用いられる。このファイバ遅延線４４の長さは、光ラベル処理器４１の入力ポートから光スイッチ４３およびファイバ遅延線４４を経由して再び光ラベル処理器４１の入力ポートに達するまでの一周の時間が、最大パケット長＋ガードタイム（光スイッチの切り替えのためにパケット間に与えられる無信号の時間）と同じ（またはその整数倍）となるように設定される。   The fiber delay line 44 is used to temporarily save one optical packet when two optical packets collide. The length of the fiber delay line 44 is such that one round of time from the input port of the optical label processor 41 to the input port of the optical label processor 41 again via the optical switch 43 and the fiber delay line 44 is maximum. It is set to be the same as (or an integer multiple of) the packet length + the guard time (the time of no signal given between the packets for switching the optical switch).

上述した通り、従来のように排他的に光パスを設定する場合、例えばネットワークコントローラ５（図４参照）を用いて、光パス上にある全ての光パケットルータ４内のコントローラ４２に制御信号を送り、光スイッチ４３の入出力ポートを排他的に予約（光スイッチを固定）する。   As described above, when an optical path is set exclusively as in the prior art, for example, the network controller 5 (see FIG. 4) is used to send control signals to the controllers 42 in all the optical packet routers 4 on the optical path. Sends and reserves the input / output port of the optical switch 43 exclusively (fixes the optical switch).

これに対し、本実施形態では仮想的光パス（指定光パス）を設定する。つまり、光スイッチ４３は排他的ではなく仮想的に予約することを考える。すなわち、光パケットルータ４内のコントローラ４２は、仮想的光パスを繋げるための入出力ポートを認識した状態ではあるが、そこを排他的に繋げることをしないで、仮想的光パスをつなげるための光スイッチ４３の出力ポートを要求に応じてすぐに予約できるように仮予約した状態（仮予約状態）で待機する。さらに仮想的光パスの場合は、光スイッチ４３を排他的に予約しない代わりに、ファイバ遅延線４４を排他的に予約する（予約状態）。すなわち、仮想的光パスが設定されている間は、いかなるOPSパケットＰOPSも衝突回避のためにその予約されたファイバ遅延線４４を使用することは禁止され、V-OCSパケットＰV-OCSのみにその使用が許される。 On the other hand, in this embodiment, a virtual light path (designated light path) is set. That is, it is considered that the optical switch 43 makes a virtual reservation instead of exclusive. That is, the controller 42 in the optical packet router 4 recognizes the input / output ports for connecting the virtual optical paths, but does not connect them exclusively, and connects the virtual optical paths. It waits in a temporarily reserved state (temporary reservation state) so that the output port of the optical switch 43 can be reserved immediately upon request. Further, in the case of a virtual optical path, the fiber delay line 44 is exclusively reserved (reserved state) instead of exclusively reserving the optical switch 43. That is, while the virtual optical path is set, any OPS packet P OPS is prohibited from using the reserved fiber delay line 44 for collision avoidance, and only the V-OCS packet P V-OCS is used. The use is permitted.

以下、図１を用いて仮想光回線交換の動作原理について説明する。図１に示す例では、光スイッチ４３が五つの入力ポートａ１〜ａ５と五つの出力ポートｂ１〜ｂ５を有し、入力ポートａ２から出力ポートｂ４が、仮想的光パスの経路であるとする。従来の光パスでは、入力ポートａ２から出力ポートｂ４が排他的に予約（光スイッチを固定）されているため、他の入力ポートａ１，ａ３，ａ４から入ってきたOPSパケットＰOPSは、出力ポートｂ４を使用することが不可能であった。しかし本実施形態において設定する仮想的光パスでは、出力ポートｂ４が仮予約（光スイッチが固定されていない）の状態であるため、V-OCSパケットＰV-OCSが存在しない場合は、OPSパケットＰOPSは自由にその出力ポートｂ４を使用することができる。 Hereinafter, the operation principle of virtual optical line switching will be described with reference to FIG. In the example shown in FIG. 1, it is assumed that the optical switch 43 has five input ports a1 to a5 and five output ports b1 to b5, and the input port a2 to the output port b4 are paths of virtual optical paths. In the conventional optical path, since the input port a2 to the output port b4 are reserved exclusively (fixed optical switch), the OPS packet P OPS that has entered from the other input ports a1, a3, a4 It was impossible to use b4. However, in the virtual optical path set in the present embodiment, since the output port b4 is in a temporary reservation state (the optical switch is not fixed), the OPS packet is displayed when the V-OCS packet P V-OCS does not exist. P OPS can freely use its output port b4.

すなわち、OPSパケットＰOPSが単独で光ラベル処理器４１に入力した場合は、光ラベル処理器４１において光ラベル内に存在する仮想光回線識別子“０”が認識され、光ラベルが有する宛先アドレス情報の認識および出力ポート（例えば、出力ポートｂ１）の決定が行われて、コントローラ４２により光スイッチ４３が切り替えられることによって所望の出力ポートへ転送される。
一方、V-OCSパケットＰV-OCSが単独で光ラベル処理器４１に入力した場合は、光ラベル処理器４１において、光ラベル内に存在する仮想光回線識別子“１”が認識され、コントローラ４２により光スイッチ４３が切り替えられて仮予約していた出力ポートｂ４へ転送される（仮想的光パス上に転送される）。 That is, when the OPS packet P OPS is input to the optical label processor 41 alone, the optical label processor 41 recognizes the virtual optical line identifier “0” existing in the optical label, and the destination address information included in the optical label. Are recognized and an output port (for example, output port b1) is determined, and the optical switch 43 is switched by the controller 42 to be transferred to a desired output port.
On the other hand, when the V-OCS packet P V-OCS is input to the optical label processor 41 alone, the optical label processor 41 recognizes the virtual optical line identifier “1” existing in the optical label, and the controller 42 Thus, the optical switch 43 is switched and transferred to the temporarily reserved output port b4 (transferred on the virtual optical path).

次に、V-OCSパケットＰV-OCSがOPSパケットＰOPSと衝突した場合（両者が時間軸上で重なりを有し、かつ要求する出力ポートが共に同じ（図１（ａ），（ｂ）に示す例では両者が要求する出力ポートが出力ポートｂ４）である場合を考える。 Next, when the V-OCS packet P V-OCS collides with the OPS packet P OPS (they both overlap on the time axis and the requested output ports are the same (FIGS. 1A and 1B) In the example shown in FIG. 4, the case where the output port requested by both is the output port b4) is considered.

図１（ａ）に示すように、V-OCSパケットＰV-OCSが第一のOPSパケットＰOPS−１より先に光ラベル処理器４１に到達した場合、前述したように、V-OCSパケットＰV-OCSは光ラベル処理器４１で仮想光回線識別子“１”が認識されると、仮予約していた出力ポートｂ４から問題なく出力される。少し遅れて光ラベル処理器４１に到達したOPSパケットＰOPS−１は、出力ポートｂ４が占有されており、かつファイバ遅延線４４が排他的に予約されているため、別の出力ポート（図１（ａ）に示す例では出力ポートｂ１）へ転送される（トーラス型ネットワークの場合、上述したように遅延時間が同じ別ルートが多数存在するため、特に問題とならない）。
また、V-OCSパケットＰV-OCSと時間軸上での重なりを持たない第二のOPSパケットＰOPS−２は、V-OCSパケットＰV-OCSと衝突しないため、問題なく所望の出力ポートｂ４への転送が可能となる。 As shown in FIG. 1A, when the V-OCS packet P V-OCS arrives at the optical label processor 41 before the first OPS packet P OPS -1, as described above, the V-OCS packet When the optical label processor 41 recognizes the virtual optical line identifier “1”, the P V-OCS is output without any problem from the temporarily reserved output port b4. The OPS packet P OPS -1 that arrives at the optical label processor 41 with a slight delay is occupied by the output port b4 and the fiber delay line 44 is reserved exclusively, so that another output port (FIG. 1) is used. In the example shown in (a), it is transferred to the output port b1) (in the case of a torus type network, there are many other routes having the same delay time as described above, so there is no particular problem).
Further, since V-OCS packet P V-OCS and second OPS packets P OPS overlap no on the time axis -2 that does not conflict with V-OCS packet P V-OCS, without problems the desired output port Transfer to b4 becomes possible.

次に図１（ｂ）に示すように、OPSパケットＰOPSがV-OCSパケットＰV-OCSより先に光ラベル処理器４１に到達した場合、OPSパケットＰOPSは、通常と全く同様に、光ラベル処理器４１で出力ポートが決定され、所望の通り出力ポートｂ４から出力される。すなわち、OPSパケットＰOPSから見れば、そこに仮想的光パスが張られていることを全く感じることなく、通常通りに転送される。少し遅れて到達したV-OCSパケットＰV-OCSは、仮想光回線識別子“１”が認識されると出力ポートｂ４が瞬時に判断されるが、出力ポートｂ４はOPSパケットＰOPSによって占有されており、出力ポートｂ４への転送が不可能であるため、光ラベル処理器４１は、V-OCSパケットＰV-OCSを事前に予約していたファイバ遅延線４４へ転送するようにコントローラ４２に制御信号を送ると同時に、出力ポートｂ４の予約をコントローラ４２に命じる。コントローラ４２は、転送中のOPSパケットＰOPSが出力ポートｂ４を通過すると同時に、光スイッチ４３を切り替え、ファイバ遅延線４４に接続された入力ポートａ５と出力ポートｂ４を接続する。これによって、ファイバ遅延線４４中を伝搬しているV-OCSパケットＰV-OCSは、次には他のどの光パケットとも衝突することなく出力ポートｂ４から出力される。そして、ファイバ遅延線４４上の光ラベル処理器４１が、ファイバ遅延線４４中を伝搬したV-OCSパケットＰV-OCSの仮想光回線識別子“１”を認識すると、コントローラ４２を介して光スイッチ４３の予約が解除され、後続のOPSパケットＰOPSは再び出力ポートｂ４を使用することが可能となる。 Next, as shown in FIG. 1 (b), if the OPS packets P OPS reaches the optical label processor 41 before the V-OCS packet P V-OCS, OPS packets P OPS is just as in normal, The output port is determined by the optical label processor 41 and is output from the output port b4 as desired. That is, when viewed from the OPS packet P OPS , it is transferred as usual without feeling that a virtual optical path is established there. In the V-OCS packet P V-OCS that arrives a little later, the output port b4 is determined instantaneously when the virtual optical line identifier “1” is recognized, but the output port b4 is occupied by the OPS packet P OPS . Since the transfer to the output port b4 is impossible, the optical label processor 41 controls the controller 42 to transfer the V-OCS packet P V-OCS to the fiber delay line 44 reserved in advance. Simultaneously with sending the signal, the controller 42 is instructed to reserve the output port b4. The controller 42 switches the optical switch 43 at the same time that the OPS packet P OPS being transferred passes through the output port b4, and connects the input port a5 connected to the fiber delay line 44 and the output port b4. As a result, the V-OCS packet P V-OCS propagating through the fiber delay line 44 is then output from the output port b4 without colliding with any other optical packet. When the optical label processor 41 on the fiber delay line 44 recognizes the virtual optical line identifier “1” of the V-OCS packet P V-OCS propagated through the fiber delay line 44, the optical switch is passed through the controller 42. The reservation of 43 is canceled, and the subsequent OPS packet P OPS can use the output port b4 again.

ここで、光パケット交換ネットワークは、コネクションレス型通信を用いることができ、光パス確立の時間が不要であるため、極めて低遅延でのデータ転送が可能である。しかし、光パケット間での衝突が発生する可能性があり、その場合には、ファイバ遅延線または共有バッファを用いたバッファリングや別の経路を伝搬する迂回転送(deflection routing)などが必要となるため、トラヒック量の増大に伴い、光パケットの遅延時間、損失率および順序反転をもたらす可能性が生じる。   Here, since the optical packet switching network can use connectionless communication and does not require time for establishing an optical path, data transfer with extremely low delay is possible. However, there is a possibility of collision between optical packets. In such a case, buffering using a fiber delay line or a shared buffer, or deferred routing that propagates another route is required. Therefore, as the traffic volume increases, there is a possibility that the delay time, loss rate, and order inversion of the optical packet are caused.

一方、光回線ネットワークは、コネクション型通信であるため、パスの設定に一定の時間が掛かるが、一旦光パスが設定されると、そこを伝搬する光パケットは、一切衝突することなく、光回線識別子のみを識別しながら、自動的に目的地に到達する。そのため、一定の遅延時間が保障され、さらにパケットの順序反転や損失が発生することが無い。しかし従来の排他的な光パスは、通常のOPSパケットを通過させることができないため、多くの光パスを設定すると、光パケットネットワークが細かく分断され、OPSパケットに対し、遅延時間や損失の増加など、多大な悪影響をもたらす。   On the other hand, since the optical line network is connection-type communication, it takes a certain time to set up the path. Once an optical path is set up, the optical packet propagating there does not collide at all. The destination is automatically reached while identifying only the identifier. Therefore, a certain delay time is ensured, and further, packet reversal and loss do not occur. However, the conventional exclusive optical path cannot pass normal OPS packets, so if many optical paths are set, the optical packet network is divided finely, and the OPS packet has increased delay time and loss, etc. , Have a great negative effect.

これらに対し、本実施形態において設定する仮想的光パスは、V-OCSパケットＰV-OCSが排他的に光パスを占有するのではなく、OPSパケットＰOPSとの共有が可能であるため、光パケット網に対し大きな影響をもたらすことがない。さらにV-OCSパケットＰV-OCSは、OCSパケットと同様に、パケットの順序反転やパケット損失をもたらすことなく、指定された光パス（指定光パス）上のみを伝搬し、自動的に目的地に到達することが可能である。従来の光パスとの違いは、仮想的光パスでは、経路上にある光パケットルータ４内のファイバ遅延線４４を排他的に予約するため、OPSパケットＰOPSがそのファイバ遅延線４４を使用できなくなることである。さらに、V-OCSパケットＰV-OCSはOPSパケットＰOPSと衝突した場合に、ファイバ遅延線４４で光パケットルータ４内を余分に１周するため、エンド−エンド間（ここでは、送信側ルータ４Ａ−受信側ルータ４Ｂ間）で一定の遅延時間を保証することはできなくなるが、衝突時のファイバ遅延線４４の使用は各ルータ４で１回限りであるため、最大遅延を保証することは可能である。 In contrast, the virtual optical path set in the present embodiment is not exclusively occupied by the V-OCS packet P V-OCS, but can be shared with the OPS packet P OPS . There is no significant impact on the optical packet network. Furthermore, the V-OCS packet P V-OCS , like the OCS packet, propagates only on the specified optical path (designated optical path) without causing packet reversal or packet loss, and automatically It is possible to reach The difference from the conventional optical path is that, in the virtual optical path, the fiber delay line 44 in the optical packet router 4 on the route is exclusively reserved, so that the OPS packet P OPS can use the fiber delay line 44. It is to disappear. Furthermore, when the V-OCS packet P V-OCS collides with the OPS packet P OPS , the fiber delay line 44 makes an extra round in the optical packet router 4. 4A-receiving side router 4B) cannot be guaranteed a certain delay time, but since the use of the fiber delay line 44 at the time of collision is only once in each router 4, the maximum delay is not guaranteed. Is possible.

［実施例］
図２に示すように、本発明に係る仮想光回線交換方式を実現するための光パケットルータ４は、（Ｎ＋Ｍ＋Ｌ）個の光ラベル処理器４１と、一つのコントローラ４２と、一つの（Ｎ＋Ｍ＋Ｌ）×（Ｎ＋Ｍ＋Ｌ）の光スイッチ４３と、Ｌ本のファイバ遅延線４４と、一つの共有バッファ４５とを備えている。 [Example]
As shown in FIG. 2, the optical packet router 4 for realizing the virtual optical circuit switching system according to the present invention includes (N + M + L) optical label processors 41, one controller 42, and one (N + M + L). A (N + M + L) optical switch 43, L fiber delay lines 44, and one shared buffer 45 are provided.

共有バッファ４５は、一つのCMOS-LSI(Complementary Metal Oxide Semiconductor - Large Scale Integration)回路４５１と、Ｍ個のバーストモード光パケット送信器４５２と、Ｍ個のバーストモード光パケット受信器４５３とから構成されている。各バーストモード光パケット送信器４５２は各光ラベル処理器４１にそれぞれ接続され、各バーストモード光パケット受信器４５３は光スイッチのＭ個の出力ポートにそれぞれ接続されており、100Gbpsバースト光パケットを送受信してToRスイッチ３とのデータの受け渡しを行う。具体的には、サーバ（外部装置）１から出力されたデータ（10GbEther信号）を受け取ると、この10GbEther信号をバーストモードの光パケット（100Gbpsバースト光パケット）に変換してＭ個の光ラベル処理器４１のうちのいずれか一つに送信する。また、光スイッチ４３のＭ個の出力ポートのうちのいずれか一つから100Gbpsバースト光パケットを受信すると、この100Gbpsバースト光パケットを10GbEther信号に変換してサーバ１に送信する。さらに、パケット衝突時にファイバ遅延線４４が使用不可の場合に第二の退避場所として用いることもできる。
なお、光パケットルータ４は他のＮ個の光パケットルータに接続されている（光スイッチ４３のＮ個の出力ポートが、異なるＮ個の光パケットルータの光ラベル処理器の入力ポートと互いに光ファイバで接続されている）ものとする。また、光ラベル処理器４１、コントローラ４２、光スイッチ４３、ファイバ遅延線４４については図１に示し上述した構成と同様であるので、ここでの詳しい説明は省略する。 The shared buffer 45 includes one CMOS-LSI (Complementary Metal Oxide Semiconductor-Large Scale Integration) circuit 451, M burst mode optical packet transmitters 452, and M burst mode optical packet receivers 453. ing. Each burst mode optical packet transmitter 452 is connected to each optical label processor 41, and each burst mode optical packet receiver 453 is connected to each of the M output ports of the optical switch to transmit and receive 100 Gbps burst optical packets. Then, data is exchanged with the ToR switch 3. Specifically, when data (10GbEther signal) output from the server (external device) 1 is received, the 10GbEther signal is converted into a burst mode optical packet (100Gbps burst optical packet), and M optical label processors 41 to any one of 41. When a 100 Gbps burst optical packet is received from any one of the M output ports of the optical switch 43, the 100 Gbps burst optical packet is converted into a 10 Gb Ether signal and transmitted to the server 1. Further, when the fiber delay line 44 cannot be used at the time of packet collision, it can be used as a second evacuation site.
The optical packet router 4 is connected to other N optical packet routers (N output ports of the optical switch 43 are optically connected to input ports of optical label processors of different N optical packet routers. Connected by fiber). The optical label processor 41, the controller 42, the optical switch 43, and the fiber delay line 44 are the same as those shown in FIG.

送信側のサーバ１から出力されたデータは、ToRスイッチ３を介して10GbEther信号として、共有バッファ４５のCMOS-LSI回路４５１に送られた後、ラベルを付与され、さらにバーストモード光パケット送信器４５２によって100Gbps光パケットに変換され送信される。送信された光パケットＰは、光ラベル処理器４１に送られ、OPSパケットの場合は光ラベル内の宛先アドレスによって、光スイッチ４３の出力ポートが決定される。V-OCSパケットの場合は、仮想光回線識別子によって識別され、仮予約された出力ポートへ転送される。
宛先のサーバ１と接続された光パケットルータ４に到達した光パケットは、バーストモード光パケット受信器４５３により受信され、CMOS-LSI回路４５１によりラベルを削除された後、10GbEther信号に変換され宛先のサーバ１に接続されたToRスイッチ３に送られる。 The data output from the server 1 on the transmitting side is sent to the CMOS-LSI circuit 451 of the shared buffer 45 as a 10 Gb Ether signal via the ToR switch 3, and is given a label, and further, a burst mode optical packet transmitter 452. Is converted into a 100Gbps optical packet and transmitted. The transmitted optical packet P is sent to the optical label processor 41. In the case of an OPS packet, the output port of the optical switch 43 is determined by the destination address in the optical label. In the case of a V-OCS packet, it is identified by the virtual optical line identifier and transferred to the temporarily reserved output port.
The optical packet that has arrived at the optical packet router 4 connected to the destination server 1 is received by the burst mode optical packet receiver 453, the label is deleted by the CMOS-LSI circuit 451, and then converted into a 10 Gb Ether signal. It is sent to the ToR switch 3 connected to the server 1.

以下、図３を用いて仮想光パスを設定した場合のV-OCSパケットの経路について説明する。なお、図３では光ラベル処理器４１と光スイッチ４３とをまとめて示している。また、説明に不要な部材については一部図示を省略している。
図３に示すように、データセンタにおいて、送信側ToRスイッチ３Ａが受信側ToRスイッチ３Ｂに大容量のデータを転送したい場合、ネットワークコントローラ５に送信側ルータ４Ａから受信側ルータ４Ｂまでの仮想的光パスの設定要求を送ると、ネットワークコントローラ５は、その経路上の全て光パケットルータ４（図３に示す例では、送信側ルータ４Ａ、中継ルータ４Ｃ1，４Ｃ2、及び受信側ルータ４Ｂ）内のコントローラ４２に光パスの経路情報（光スイッチの入出力ポート情報）を送る。光パスの経路情報を受けとったそれぞれのコントローラ４２は、光スイッチ４３の仮予約およびファイバ遅延線４４の予約を行う。これらの事前予約が完了すると、各光パケットルータ４はネットワークコントローラ５に予約完了通知を送り、それを受け取ったネットワークコントローラ５は、送信側ToRスイッチ３Ａにデータ送信の許可を送る。送信側ToRスイッチ３Ａは、データ送信許可を受け取ると、データを送信側ルータ４Ａの共有バッファ４５に送る。送信側ルータ４Ａに送られたデータは、共有バッファ４５で光ラベルを付与されて100Gbps光パケット（V-OCSパケット）に変換された後、中継ルータ４Ｃ1，４Ｃ2を介して受信側ルータ４Ｂへと転送される。受信側ルータ４Ｂに到達したV-OCSパケットは、当該受信側ルータ４Ｂの共有バッファ４５に送られ、光ラベルが削除された後、再び10GbEther信号として受信側ToRスイッチ３Ｂに送られる。 Hereinafter, the path of the V-OCS packet when the virtual optical path is set will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the optical label processor 41 and the optical switch 43 are shown together. In addition, some of the members unnecessary for the description are omitted.
As shown in FIG. 3, in the data center, when the transmitting ToR switch 3A wants to transfer a large amount of data to the receiving ToR switch 3B, the virtual light from the transmitting router 4A to the receiving router 4B is sent to the network controller 5. When the path setting request is sent, the network controller 5 in the optical packet router 4 on the path (in the example shown in FIG. 3, the transmitting router 4A, the relay routers 4C 1 and 4C 2 , and the receiving router 4B) The optical path route information (optical switch input / output port information) is sent to the controller 42. Each controller 42 receiving the path information of the optical path performs provisional reservation of the optical switch 43 and reservation of the fiber delay line 44. When these advance reservations are completed, each optical packet router 4 sends a notification of reservation completion to the network controller 5, and the network controller 5 receiving it sends a permission to transmit data to the transmitting side ToR switch 3A. When receiving the data transmission permission, the transmission side ToR switch 3A sends the data to the shared buffer 45 of the transmission side router 4A. The data sent to the transmission side router 4A is given an optical label by the shared buffer 45 and converted into a 100 Gbps optical packet (V-OCS packet), and then the reception side router 4B via the relay routers 4C 1 and 4C 2. Forwarded to The V-OCS packet that has arrived at the receiving router 4B is sent to the shared buffer 45 of the receiving router 4B, and after the optical label is deleted, it is sent again to the receiving ToR switch 3B as a 10 Gb Ether signal.

ここで、図３では、中継ルータ４Ｃ1において、送信側ルータ４Ａから入力されたV-OCSパケットと他の入力ポートから入力されたOPSパケットとが衝突した場合（より具体的には、OPSパケットがV-OCSパケットより先に光ラベル処理器４１に到達した場合）のV-OCSパケットの経路を示している。 Here, in FIG. 3, when the relay router 4C 1 collides a V-OCS packet input from the transmitting router 4A with an OPS packet input from another input port (more specifically, an OPS packet). Shows the path of the V-OCS packet when the optical label processor 41 is reached before the V-OCS packet.

すなわち、V-OCSパケットが、他の入力ポートから入力されたOPSパケットより少し遅れて中継ルータ４Ｃ1に到達し、両者が共に同一の出力ポートからの出力を要求している場合、OPSパケットが所望の出力ポートを使用することとなり、V-OCSパケットは予約しておいたファイバ遅延線４４に送られることとなる。その際、前述したように、中継ルータ４Ｃ1のコントローラ４２はV-OCSパケットの所望の出力ポートを予約するため、OPSパケットが中継ルータ４Ｃ1の光スイッチ４３を通過した後は、いかなるポートから入力したOPSパケットもV-OCSパケットの所望の出力ポートを使用することが不可となる。そのため、ファイバ遅延線４４を経由して再度中継ルータ４Ｃ1の入力ポートに到達したV-OCSパケットは、優先的に所望の出力ポートから出力することが可能となる。 That is, when the V-OCS packet arrives at the relay router 4C 1 slightly later than the OPS packet input from another input port and both request output from the same output port, the OPS packet is A desired output port is used, and the V-OCS packet is sent to the reserved fiber delay line 44. At this time, as described above, the controller 42 of the relay router 4C 1 reserves a desired output port of the V-OCS packet. Therefore, after the OPS packet passes through the optical switch 43 of the relay router 4C 1 , from which port The input OPS packet cannot use the desired output port of the V-OCS packet. Therefore, the V-OCS packet that has reached the input port of the relay router 4C 1 again via the fiber delay line 44 can be preferentially output from a desired output port.

なお、図３に示す例において、送信側ルータ４Ａ、中継ルータ４Ｃ2、受信側ルータ４ＢではV-OCSパケットがOPSパケットより先に到達しているため、V-OCSパケットは通常の先着優先のルールに従い、ファイバ遅延線４４を経由することなく所望のポートへ直接転送されている。 In the example shown in FIG. 3, since the V-OCS packet arrives before the OPS packet at the transmitting router 4A, the relay router 4C 2 and the receiving router 4B, the V-OCS packet has a normal first-come-first-served priority. According to the rule, the data is directly transferred to a desired port without passing through the fiber delay line 44.

従来は、図４に示したような光パケット交換をベースとしたデータセンタネットワークにおいて、光回線網（光パス）を設定すると、通常のOPSパケットに多大な悪影響をもたらす危険があるため、多くの光パスを設定することが困難であった。
これに対し、上述したように２つの光パケットルータ間に仮想的光パスを設定すれば、V-OCSパケットとOPSパケットはその光パス上を共有することができるため、OPSパケットに対する影響（パケット損失、遅延時間増加、順序反転）を大幅に抑えることが可能となる。すなわち、V-OCSパケットはその指定した光パス上のみを通過し、パケットの順序反転や損失を生じることなく、自動的に目的地に到達することが可能となり、一方、OPSパケットはそこに光パスが張られていることをほとんど感じることがなく、その上を通過することが可能である。 Conventionally, in a data center network based on optical packet switching as shown in FIG. 4, if an optical line network (optical path) is set, there is a risk of causing a great adverse effect on ordinary OPS packets. It was difficult to set an optical path.
On the other hand, if a virtual optical path is set between two optical packet routers as described above, the V-OCS packet and the OPS packet can be shared on the optical path. Loss, delay time increase, order reversal) can be greatly suppressed. In other words, the V-OCS packet passes only on the specified optical path and can reach the destination automatically without causing packet reversal or loss, while the OPS packet does not pass through the optical path. You can hardly feel that the path is stretched and you can pass over it.

そして、上述した仮想光回線交換を用いることにより、光ラベル処理器によりパケット毎に出力ポートを決定する自律分散制御型の光パケット交換、ネットワークコントローラにより排他的光パスを設定する集中制御型の光回線交換、そしてこの二つの自律分散制御と集中制御を組み合わせることにより上述した〔条件１〕及び〔条件２〕を満足する仮想光回線交換の３つのデータ転送方式を用いることができるため、様々なデータサイズ、さらに遅延保障や信頼性の要求など、データセンタ内の様々なサービス要求に対して、より柔軟なデータ転送を実現することが可能となる。   Then, by using the virtual optical circuit switching described above, an autonomous decentralized control type optical packet switching in which an output port is determined for each packet by an optical label processor, and a centralized control type optical by which an exclusive optical path is set by a network controller. Since the three data transfer methods of the virtual optical circuit switching satisfying the above [Condition 1] and [Condition 2] can be used by combining circuit switching and these two autonomous distributed control and centralized control, More flexible data transfer can be realized for various service requests in the data center, such as data size, delay guarantee and reliability requirements.

すなわち、比較的小さい容量のデータや極めて低遅延を要求するデータに対しては、コネクションレス型の光パケット交換が最適である。
また、光パケットルータに接続された多数の仮想サーバが一斉に移住（データセンタの仕事効率を高めるため、サーバ内のアプリケーションは最適な別のサーバへ移住を行う）するような場合は、極めて大容量のデータに対し、パケット損失の無い高信頼性の転送が要求され、かつリンクの帯域を最大限に利用する必要がある。この場合、100Gbpsのリンク容量に対し、100GbpsのOCSパケットをほぼ連続で転送するため、通常のOPSパケットが入れるようなパケット間の隙間がそもそも存在しないため、ファイバ遅延線を予約する必要が無い、従来の排他的な光回線交換を用いるのが最適である。 That is, connectionless optical packet switching is optimal for data with a relatively small capacity and data that requires extremely low delay.
In addition, when a large number of virtual servers connected to the optical packet router migrate all at once (in order to increase the work efficiency of the data center, the application in the server migrates to another optimal server), it is extremely large. High-reliability transfer without packet loss is required for capacity data, and it is necessary to make maximum use of the bandwidth of the link. In this case, since 100Gbps OCS packets are transferred almost continuously for a link capacity of 100Gbps, there is no gap between packets so that a normal OPS packet can be inserted, so there is no need to reserve a fiber delay line. It is optimal to use conventional exclusive optical circuit switching.

これらに対し、光パケットルータに接続された一部の仮想サーバの移住や、映像/ファイル転送、データバックアップなどを行う場合も、大容量のデータを高信頼で転送することが要求されるが、この場合は、ToRスイッチから送られるデータレートは高々数10Gbps程度であり、100Gbps光パケットに圧縮され送られると、パケット間に大きな隙間が発生するため、OPSパケットとの共有が可能な本実施例において説明した仮想光回線交換を用いるのが最適である。   On the other hand, even when migrating some virtual servers connected to the optical packet router, video / file transfer, data backup, etc., it is required to transfer a large amount of data with high reliability. In this case, the data rate sent from the ToR switch is about several tens of Gbps at most, and when compressed and sent to a 100 Gbps optical packet, a large gap occurs between the packets, so this embodiment can be shared with the OPS packet It is optimal to use the virtual optical circuit switching described in (1).

なお、上記仮想的光パスの実施例は、図４に示し上述したデータセンタを例に説明したが、共有バッファに接続されるToRスイッチ３の代わりに、光パケット交換ネットワークに接続される外部のクライアントネットワークを考えると、一般的な光交換ネットワーク上での仮想的光パス設定に説明を置き換えることができる。   In the above-described embodiment of the virtual optical path, the data center shown in FIG. 4 and described above has been described as an example. However, instead of the ToR switch 3 connected to the shared buffer, an external network connected to the optical packet switching network is used. Considering a client network, the description can be replaced with a virtual optical path setting on a general optical switching network.

本発明は、仮想光回線交換方式に適用して好適なものである。   The present invention is suitable for application to a virtual optical circuit switching system.

１ サーバ
１Ａ 送信側サーバ
１Ｂ 受信側サーバ
２ ラック
３ ＴｏＲスイッチ
３Ａ 送信側ＴｏＲスイッチ
３Ｂ 受信側ＴｏＲスイッチ
４ 光パケットルータ
４Ａ 送信側ルータ
４Ｂ 受信側ルータ
４Ｃ，４Ｃ1〜４Ｃ8 中継ルータ
５ ネットワークコントローラ
６ 光ファイバ
４１ 光ラベル処理器
４２ コントローラ
４３ 光スイッチ
４４ ファイバ遅延線
４５ 共有バッファ
４５１ ＣＭＯＳ−ＬＳＩ回路
４５２ バーストモード光パケット送信器
４５３ バーストモード光パケット受信器 1 server 1A transmitting server 1B receiving server 2 Rack 3 ToR switches 3A sender ToR switch 3B recipient ToR switch 4 optical packet routers 4A sending router 4B receiving router 4C, 4C 1 ~4C 8 relay routers 5 network controller 6 Optical fiber 41 Optical label processor 42 Controller 43 Optical switch 44 Fiber delay line 45 Shared buffer 451 CMOS-LSI circuit 452 Burst mode optical packet transmitter 453 Burst mode optical packet receiver

Claims (3)

入力された光パケットの出力ポートを切り替える（Ｎ＋Ｍ＋Ｌ）×（Ｎ＋Ｍ＋Ｌ）の光スイッチと、
前記光パケットの光ラベル内に存在する宛先アドレスおよび仮想光回線識別子を認識し、前記光スイッチの出力ポートを決定する（Ｎ＋Ｍ＋Ｌ）個の光ラベル処理器と、
前記光ラベル処理器によって決定された出力ポートに対して全ての前記光ラベル処理器から出力される信号を元に前記光スイッチを切り替える制御信号を生成するコントローラと、
送信側の外部装置から出力されたデータを受け取り、当該データをバーストモードの光パケットに変換してＭ個の前記光ラベル処理器のうちのいずれか一つに送信する一方、前記光スイッチのＭ個の出力ポートのうちのいずれか一つから出力された前記光パケットを受信し、当該光パケットをデータに変換して受信側の外部装置に送信する共有バッファと、
前記光スイッチのＬ個の出力ポートとＬ個の前記光ラベル処理器の入力ポートを接続するＬ本のファイバ遅延線と、
から構成された光パケットルータが、ネットワークの各ノードに配置され、
ネットワーク全体を制御するためのネットワークコントローラと各前記光パケットルータ内の前記コントローラとが論理的に接続されており、さらにそれぞれの前記光パケットルータ内の前記光スイッチのＮ個の出力ポートが、異なるＮ個の光パケットルータの光ラベル処理器の入力ポートと互いに光ファイバで接続された光パケット交換ネットワークであって、
複数の前記光パケットルータを経由する指定光パスを設定し、特定の光パケットを当該指定光パス上のみを伝搬させるために、
前記指定光パスの経路に沿った前記光パケットルータ内の前記光スイッチによって前記指定光パスを繋げるための入出力ポートの情報を、前記ネットワークコントローラまたは送信側の前記光パケットルータから、前記指定光パス上にある各前記光パケットルータ内の前記コントローラに送ると、
各前記光パケットルータ内の前記コントローラは、当該指定光パスを繋げるための前記光スイッチの出力ポートを仮予約状態に設定するとともに、前記光スイッチの前記ファイバ遅延線に接続される１つの出力ポートを、光ラベル内に存在する前記仮想光回線識別子のフラグが“１”である前記特定の光パケットのために予約し仮想光回線識別子のフラグが“０”である他の光パケットの伝搬を不可とした予約状態にあらかじめ設定し、
前記送信側の外部装置が接続された前記光パケットルータ内の前記共有バッファは、前記指定光パス上の前記送信側の外部装置から出力されたデータを、光ラベル内の前記仮想光回線識別子のフラグを“１”に設定した前記特定の光パケットに変換した後、前記指定光パス上に送信し、
前記特定の光パケットが前記指定光パス上にある前記光パケットルータの特定の光ラベル処理器に到達したときに、同一の前記光パケットルータの他の光ラベル処理器に入力した前記他の光パケットが前記特定の光パケットより先に前記他の光ラベル処理器に到着しており、両者が時間的な重なりを有し、かつ両者が要求する出力ポートが同一である場合には、
前記他の光パケットを前記指定光パスに接続される所望の出力ポートへ転送する一方、前記特定の光ラベル処理器は、前記コントローラに命令を送り、事前に仮予約していた前記所望の出力ポートを予約するとともに、事前に予約していた前記ファイバ遅延線が接続された出力ポートに前記特定の光パケットを転送し、前記ファイバ遅延線が接続された前記光ラベル処理器は、前記特定の光パケットが到達すると、前記特定の光パケットの前記仮想光回線識別子が“１”であることを認識し、前記指定光パスにつながる予約済みの出力ポートへ前記特定の光パケットを転送すると共に、当該出力ポートの予約状態を再び仮予約状態へ変更し、
前記特定の光パケットが前記特定の光ラベル処理器に到達したときに、前記他の光ラベル処理器に入力した前記他の光パケットが前記特定の光パケットより後に前記他の光ラベル処理器に到着し、両者が時間的な重なりを有し、かつ両者が要求する出力ポートが同一である場合、及び、前記特定の光パケットが前記他の光パケットと衝突しなかった場合には、
前記特定の光パケットが入力した前記特定の光ラベル処理器は、前記特定の光パケットの仮想光回線識別子が“１”であることを認識し、前記指定光パスの出力ポートへ前記特定の光パケットを転送する
ことを特徴とする仮想光回線交換方式。 (N + M + L) × (N + M + L) optical switch for switching the output port of the input optical packet;
(N + M + L) optical label processors that recognize a destination address and a virtual optical line identifier present in the optical label of the optical packet and determine an output port of the optical switch;
A controller that generates a control signal for switching the optical switch based on signals output from all the optical label processors for an output port determined by the optical label processor;
Receives data output from an external device on the transmission side, converts the data into a burst mode optical packet, and transmits it to any one of the M optical label processors, while the M of the optical switch. A shared buffer that receives the optical packet output from any one of the output ports, converts the optical packet into data, and transmits the data to an external device on the receiving side;
L fiber delay lines connecting the L output ports of the optical switch and the input ports of the L optical label processors;
An optical packet router composed of
A network controller for controlling the entire network is logically connected to the controller in each optical packet router, and the N output ports of the optical switch in each optical packet router are different. An optical packet switching network connected to input ports of optical label processors of N optical packet routers by optical fibers,
In order to set a designated optical path that passes through the plurality of optical packet routers and propagate a specific optical packet only on the designated optical path,
Input / output port information for connecting the designated optical path by the optical switch in the optical packet router along the route of the designated optical path is obtained from the network controller or the optical packet router on the transmission side. When sent to the controller in each of the optical packet routers on the path,
The controller in each optical packet router sets the output port of the optical switch for connecting the designated optical path to a temporary reserved state, and one output port connected to the fiber delay line of the optical switch Is reserved for the specific optical packet whose virtual optical line identifier flag is “1” in the optical label, and propagation of other optical packets whose virtual optical line identifier flag is “0” Set in advance the reservation status that was not allowed,
The shared buffer in the optical packet router to which the external device on the transmission side is connected is configured to transfer the data output from the external device on the transmission side on the designated optical path to the virtual optical line identifier in the optical label. After converting to the specific optical packet with the flag set to “1”, transmit on the designated optical path,
When the specific optical packet reaches the specific optical label processor of said optical packet routers on the designated optical path, the other of the light input to the same other optical label processor of said optical packet router When a packet arrives at the other optical label processor before the specific optical packet, both have a temporal overlap, and the output ports required by both are the same,
While the other optical packet is transferred to a desired output port connected to the designated optical path, the specific optical label processor sends a command to the controller, and the desired output that has been provisionally reserved in advance. The specific optical packet is forwarded to an output port connected to the fiber delay line that has been reserved in advance and the optical label processor to which the fiber delay line is connected is reserved. When the optical packet arrives, it recognizes that the virtual optical line identifier of the specific optical packet is “1”, forwards the specific optical packet to the reserved output port connected to the designated optical path, Change the reservation status of the output port to the temporary reservation status again,
When the specific optical packet reaches the specific optical label processor, the other optical label processor said another optical packet input to the other optical label processor is later than the specified optical packet If both arrive at the same time and the output ports they request are the same, and if the particular optical packet does not collide with the other optical packet,
The specific optical label processor to which the specific optical packet is input recognizes that the virtual optical line identifier of the specific optical packet is “1”, and transmits the specific light to the output port of the designated optical path. A virtual optical circuit switching system characterized by transferring packets. 前記仮予約状態は、前記指定光パスを繋げるための前記光スイッチの出力ポートを要求に応じてすぐに予約できるようにした状態であり、
前記予約状態は、前記指定光パスが設定されている間、前記他の光パケットによる使用を禁止された状態である
ことを特徴とする請求項１記載の仮想光回線交換方式。 The provisional reservation state is a state in which an output port of the optical switch for connecting the designated optical path can be reserved immediately upon request,
2. The virtual optical circuit switching system according to claim 1, wherein the reserved state is a state in which use by the other optical packet is prohibited while the designated optical path is set. 前記ファイバ遅延線の長さは、前記特定の光ラベル処理器の入力ポートから前記光スイッチおよび前記ファイバ遅延線を経由して前記ファイバ遅延線に接続された前記光ラベル処理器の入力ポートに達するまでの一周の時間が、最大パケット長＋ガードタイムと同一またはその整数倍となるように設定される
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の仮想光回線交換方式。 The length of said fiber delay line reaches the specific of the optical switch and the input port of the connected the optical label processor to said fiber delay line via the fiber delay line from the input port of the optical label processor The virtual optical circuit switching system according to claim 1 or 2, wherein a time until one round is set to be equal to or an integral multiple of the maximum packet length + guard time.
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