JP6296834B2 - 親局装置、制御装置、光通信システムおよび障害切替方法 - Google Patents

Description

本発明は、親局装置、子局装置、制御装置、光通信システムおよび障害切替方法に関する。

ＦＴＴＨ（Fiber To The Home）や最近のスマートフォンの普及により、急増するデータトラヒックを収容する光ネットワークの大容量化および経済化がこれまで以上に求められている。現在、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers）規格の１Ｇ−ＥＰＯＮ（１Gigabit−Ethernet（登録商標） ＰＯＮ（Passive Optical Network）)とＩＴＵ−Ｔ（International Telecommunication Union−Telecommunication Standardization Sector）規格のＧ−ＰＯＮ（Gigabit−ＰＯＮ）が普及している。また、次世代のＰＯＮとして、１０Ｇｂ／ｓ以上の伝送容量を有するＮＧ−ＰＯＮ（Next Generation−ＰＯＮ）が検討されてきた。ＮＧ−ＰＯＮとして、ＮＧ−ＰＯＮ１とＮＧ−ＰＯＮ２に分類される。

ＮＧ−ＰＯＮ１は、ＩＥＥＥ規格では１０Ｇ−ＥＰＯＮ（下り１０Ｇｂ／ｓ／上り１Ｇｂ／ｓあるいは双方向１０Ｇｂ／ｓの１０Ｇ−ＥＰＯＮ）に該当し、ＩＴＵ−Ｔ規格ではＸＧ−ＰＯＮ（下り１０Ｇｂ／ｓ／上り２．５Ｇｂ／ｓのＧ−ＰＯＮ）に該当し、商用化に向けたトライアルが各国で行われている。ＩＴＵ−Ｔ ＳＧ１５ Ｑ２では２０１２年からＧ．９８９ Series（非特許文献２)として４０Ｇｂ／ｓクラスのＰＯＮであるＮＧ−ＰＯＮ２の議論が開始された。ＮＧ−ＰＯＮ２では、実現方式としてＴＷＤＭ（ＴＤＭ（Time Division Multiplexing）／ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing））−ＰＯＮが選択され、オプションとしてPoint−to−Point ＷＤＭ（ＰｔＰ−ＷＤＭ）が選択された。

ＴＷＤＭ−ＰＯＮの下り方向通信では、１０Ｇｂ／ｓのＴＤＭと４波長から８波長のＷＤＭ伝送とを併用することで４０Ｇｂ／ｓ信号伝送を実現する。利用可能な波長範囲が狭いためＤＷＤＭ（Dense ＷＤＭ）の適用が決定している。上り方向通信では、２．５Ｇｂ／ｓまたは１０Ｇｂ／ｓのＴＤＭＡ（Time Division Multiple Access）と４波長から８波長のＷＤＭ伝送とを併用する。ビジネス用途では、上り下り帯域が対称となるため、上り方法通信として１０Ｇｂ／ｓのＴＤＭＡ伝送とＷＤＭを併用することが望ましい。各ＯＮＵに対する上り、下り波長割当は動的に行われるため、すべての波長に対応可能なカラーレスＯＮＵ（Optical Network Unit）の検討や、波長割当アルゴリズムであるＤＷＢＡ（Dynamic Wavelength and Bandwidth Allocation）の検討が進められている。

ＮＧ−ＰＯＮ２の適用先として、モバイル適用を含めたビジネス用途が検討されている。しかしながらＰＯＮシステムをビジネスに適用するためには高信頼化の機構が必要である。ＰＯＮシステムはポイント・トゥ・マルチポイントである網トポロジのため、一か所の障害が発生すると多数のユーザの通信が途絶えてしまう。ホームユース向けのベストエフォート・インターネットサービスではこの問題は重大ではないが、ビジネスユーザでは高い信頼性が求められ、サービス断は許容されない。仮に障害が発生した場合には、迅速な復旧が要求される。

ＰＯＮシステムでは、信頼性向上のための冗長構成が検討されている。冗長構成の方式として、例えば、幹線ファイバのみを冗長構成とする方式（Type A方式）、ＯＬＴ（Optical Line Terminal）および幹線ファイバを冗長構成とする方式（Type B方式）、ＯＬＴ、ＯＮＵおよび幹線ファイバを冗長構成とする方式（Type C方式）、等がある。一方、ＴＷＤＭ−ＰＯＮでは、ＯＬＴは、複数のＰＯＮ回線基板（ＰＯＮインターフェース部）を収容する。各ＰＯＮ回線基板には、ＴＷＤＭ−ＰＯＮの波長に応じた光モジュールとＭＡＣ（Media Access Control）処理機能、ＷＭ（Wavelength Multiplexer）が実装される。すなわち、従来の１波長に対応したＰＯＮシステムに比べてＰＯＮ回線基板の部品点数は増加する。故障率は一般的に部品点数に依存するのに加え、最も故障率の高い光モジュールが使用波長分必要となるため、故障率が上昇する。ファイバの故障が原因で発生する障害は、ＯＬＴの故障、メンテナンスに比べて非常に低いことを考えると、ＯＬＴの故障対応に特化したType B方式が効果的である。

Takeshi Sakamoto，"Protection Schemes Beyond Currently Defined in FTTx"，ＯＦＣ／ＮＦＯＥＣ Technical Digest，NM2I.6，２０１３ ＩＴＵ−Ｔ，Ｇ．９８９ Series，２０１２

ＰＯＮシステムにおけるType Bのプロテクション方式では、障害発生時に、障害が発生したＯＬＴの配下、もしくは障害が発生した光モジュールの配下にあるＯＮＵの登録情報を、運用中のＯＬＴから別のＯＬＴに受け渡す必要がある。ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムでは、各波長を使用しているＯＮＵの台数が動的に変化する。また、ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムでは、配下の最大ＯＮＵ数が従来のＧ−ＰＯＮ／ＧＥ−ＰＯＮシステムに比べて８倍（３２台から２５６台に増加)となる。この結果、障害切替にかかる時間すなわちサービス断時間が長くなり、また、その時間も故障波長を使用しているＯＮＵ台数に依存して変動するという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、障害切替にかかる時間を低減することができる親局装置、子局装置、制御装置、光通信システムおよび障害切替方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、子局装置と光通信路により接続され、複数の親局処理部を備える親局装置であって、前記親局処理部は、前記子局装置へ送信する光信号の波長を割当てる帯域割当制御部と、前記子局装置へ送信する光信号をそれぞれ異なる波長で送信する複数の光送信部と、前記光送信部の障害を検出する障害検出部と、前記子局装置へ割当てる波長の切替である第１の切替に要する時間である第１の切替時間と、前記子局装置と接続する前記親局処理部の切替である第２の切替に要する時間である第２の切替時間とを算出し、前記障害検出部により前記光送信部の障害を検出された場合、前記第１の切替時間と前記第２の切替時間とに基づいて第１の切替と第２の切替のいずれか一方を障害切替方法として選択する障害切替管理部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、障害切替にかかる時間を低減することができるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかるＰＯＮシステム（光通信システム）の構成例を示す図である。 図２は、ＯＬＴとＯＮＵの正常時の動作の一例を示すチャート図である。 図３は、ＰＯＮシステムにおける３つのプロテクション方式を示す図である。 図４は、障害切替手順の一例を示すフローチャートである。 図５は、波長切替の様子を示す模式図である。 図６は、基板切替の様子を示す模式図である。 図７は、基板切替後の切戻しの様子を示す模式図である。

以下に、本発明にかかる親局装置、子局装置、制御装置、光通信システムおよび障害切替方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明にかかるＰＯＮシステム（光通信システム）の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態のＰＯＮシステムは、親局装置として動作する局側光通信装置（“Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ”とも言い、以降「ＯＬＴ」と称す。）１と、子局装置として動作する利用者側光通信装置（“Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ”とも言い、以降「ＯＮＵ」と称す。）２−１〜２−ｎ（ｎは１以上の整数）と、スプリッタ（光分配器）３とを備える。ＯＬＴ１とＯＮＵ２−１〜２−ｎはスプリッタ３を介して光ファイバ（光通信路）で接続されている。スプリッタ３は、ＯＬＴ１に接続する幹線の光ファイバを分岐し、分岐した光ファイバはＯＮＵ２−１〜２−ｎに接続される。

本実施の形態のＰＯＮシステムは、ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムであり、下り方向（ＯＬＴ１からＯＮＵ２−１〜２−ｎへ向かう方向）の通信は、１０Ｇｂ／ｓのＴＤＭとλｄ１，λｄ２，λｄ３，λｄ４の４波長のＷＤＭ伝送とを併用する。上り方向（ＯＮＵ２−１〜２−ｎからＯＬＴ１へ向かう方向）の通信は、２．５ｂ／ｓまたは１０Ｇｂ／ｓのＴＤＭＡとλｕ１，λｕ２，λｕ３，λｕ４の４波長のＷＤＭ伝送とを併用する。なお、ここでは、上り通信、下り通信ともに４波長のＷＤＭ伝送を行う例について説明するが、上り通信、下り通信でそれぞれ用いる波長の数は４つに限定されない。また、各波長における伝送レートも１０Ｇｂ／ｓに限定されない。また、本実施の形態では、ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムを例に説明するが、本実施の形態の障害切替に関する構成および動作を、他のＰＯＮシステムに適用してもよい。

図１に示すように、本実施の形態のＯＬＴ１は、光回線を収容するＰＯＮインターフェース部（親局処理部，制御装置）１１−１〜１１−ｍ（ｍは２以上の整数）とＯＬＴ１の管理を行う障害切替処理部１２とを備える。ＰＯＮインターフェース部１１−１〜１１−ｍは、例えば各々が１つの基板（カード）として実装され、障害切替処理部１２は別の基板（管理基板）として実装される。ここでは、ＰＯＮインターフェース部１１−１〜１１−ｍがそれぞれが１つの基板として実装されるとして説明するが、複数のＰＯＮインターフェース部１１−１〜１１−ｍが１つの基板として実装されてもよい。

ＰＯＮインターフェース部１１−１は、光合分波部１１１、光送信部１１２−１〜１１２−４、光受信部１１３−１〜１１３−４、ＭＡＣ部１１４、帯域割当制御部１１５、障害切替管理部１１６、ＯＮＵ管理部（子局管理部）１１７および障害検出部１１８を備える。ＰＯＮインターフェース部１１−２〜１１−ｍもＰＯＮインターフェース部１１−１と同様の構成を有する。

光送信部１１２−１，１１２−２，１１２−３，１１２−４は、上り方向の通信で用いられる波長λｕ１，λｕ２，λｕ３，λｕ４にそれぞれ対応する。光送信部１１２−１〜１１２−４は、ＭＡＣ部１１４から入力される電気信号を、対応する波長の光信号に変換し、光合分波部１１１へ出力する。

光受信部１１３−１，１１３−２，１１３−３，１１３−４は、下り方向の通信で用いられる波長λｄ１，λｄ２，λｄ３，λｄ４にそれぞれ対応する。光受信部１１３−１〜１１３−４は、光合分波部１１１から入力される光信号を電気信号に変換してＭＡＣ部１１４へ出力する。

光合分波部１１１は、光送信部１１２−１〜１１２−４から入力される上り光信号を合波し、合波した光信号を光ファイバおよびスプリッタ３経由でＯＮＵ２−１〜２−ｎへ送信する。また、光合分波部１１１は、スプリッタ３および光ファイバ経由でＯＮＵ２−１〜２−ｎから受信した上りの光信号を波長ごとに分波し、各波長の光信号を対応する光受信部１１３−１〜１１３−４へ出力する。

ＭＡＣ部１１４は、ＭＡＣ層の終端処理、波長制御、帯域制御信号の生成等の処理を行う。ＭＡＣ部１１４は、ＯＮＵ２−１〜２−ｎ宛に生成した信号を、各ＯＮＵ２−１〜２−ｎについて下り通信に割当てられた波長に対応する光送信部１１２−１〜１１２−４へ出力する。なお、各ＯＮＵ２−１〜２−ｎについて下り通信および下り通信に割当波長は、ＯＮＵ管理部１１７により割当波長情報として管理されており、ＭＡＣ部１１４は、ＯＮＵ管理部１１７により管理される割当波長情報に基づいて、生成した信号の出力先の光送信部１１２−１〜１１２−４を決定する。また、ＭＡＣ部１１４は、ＯＮＵ２−１〜２−ｎから受信した信号が帯域を要求する信号であった場合、該信号に含まれる要求帯域を帯域割当制御部１１５へ通知する。

帯域割当管理部１１５は、各ＯＮＵ２−１〜２−ｎへの波長と帯域の割当を行う。波長と帯域の割当（ＤＷＢＡ）の方法はどのような方法を用いてもよい。帯域割当管理部１１５は、上り下りのそれぞれの方向の通信について、１つの波長については送信時刻が重ならないように時分割で送信時間を割り当てる。上り通信については、各ＯＮＵ２−１〜２−ｎから要求された上り帯域に基づいて、波長および帯域の割当を行う。下り通信については、例えば、図示しない上位ネットワークから受信した各ＯＮＵ２−１〜２−ｎ宛てのデータのデータ量に基づいて、波長および帯域の割当を行う。

ＯＮＵ管理部１１７は、ＯＮＵ２−１〜２−ｎの登録情報を保持する。また、ＯＮＵ管理部１１７は、帯域割当管理部１１５による割当の結果に基づいて、ＯＮＵ２−１〜２−ｎごとの割当波長を割当波長情報として保持することにより、割当波長を管理する。また、ＯＮＵ２−１〜２−ｎごとの波長変更時間（ＯＮＵ２−１〜２−ｎの光受信部２２の波長を変更するための所要時間）の保持および管理を行う。ＯＮＵ２−１〜２−ｎごとの波長変更時間は、例えば、あらかじめＯＮＵ管理部１１７に設定されるようにしてもよいし、ＯＮＵから通知される波長変更時間を取得するようにしてもよい。

障害検出部１１８は、障害を検出し、障害を検出した場合、障害切替管理部１１６および障害切替処理部１２へ障害の発生を通知する。障害検出部１１８が障害を検出する方法に制約はなく、どのような方法で障害を検出してもよいが、例えば、光送信部１１２−１〜１１２−４、光受信部１１３−１〜１１３−４を直接監視することにより、障害を検出するようにしてもよいし、ＭＡＣ部１１４からの通知により障害を検出してもよい。例えば、光送信部１１２−１〜１１２−４に対応する波長が割当てられている全てのＯＮＵ２−１〜２−ｎからの応答が一定時間以上得られず、他の波長が割当てられているＯＮＵ２−１〜２−ｎからの応答は正常に受信できる場合とする。この場合、上記の一定時間以上応答が得られないＯＮＵ２−１〜２−ｎの下り方向の通信に割当てられている光送信部１１２−１〜１１２−４の障害と判断することができる。

障害切替管理部１１６は、波長切替を行った場合の切替時間の算出、基板切替（使用するＰＯＮインターフェース部の切替）を行った場合の切替時間の算出を行い、どちらの切替を行うかを判断する。障害切替処理部１２は、障害切替管理部１１６が、基板切替を行うと判断した場合に、基板切替による障害切替を実施する。

ＰＯＮインターフェース部１１−１〜１１−ｍのうち１つ以上が運用系（Ａｃｔｉｖｅ）に設定され、運用系でない別のＰＯＮインターフェース部１１−１〜１１−ｍの１つ以上が予備系（Ｓｔａｎｄｂｙ）として設定されている。

図１に示すように、ＯＮＵ２−１は、光合分波部２１、光受信部２２、光送信部２３およびＰＯＮ制御部２４を備える。光合分波部２１は、ＯＬＴ１から受信した光信号を波長分波して光受信部２２に入力する。また、光合分波部２１は、光送信部２３から入力される光信号をＯＬＴ１へ送信する。

光受信部２２は、光合分波部２１から入力された光信号を電気信号に変換してＰＯＮ制御部２４へ入力する。光受信部２２は、受信する光信号の波長を変更可能な光モジュールであり、ＰＯＮ制御部２４からの指示に従って、光合分波部２１から入力される分波信号からＯＬＴ１により割当てられた下り通信の波長の光信号を選択し、選択した光信号を電気信号に変換する。光送信部２３は、ＰＯＮ制御部２４から入力される電気信号を光信号に変換して光合分波部２１へ入力する。光送信部２３は、生成する光信号の波長を変更可能な光モジュールであり、ＰＯＮ制御部２４からの指示に従って、電気信号をＯＬＴ１から割当てられた上り通信の波長の光信号に変換する。

ＰＯＮ制御部２４は、ＰＯＮシステムにおけるＯＮＵ側のＰＯＮ制御を行う。例えば、ＰＯＮ制御部２４は、ＯＬＴ１へ送信する帯域制御信号を生成し、また、受信した帯域制御信号に基づいた処理を行う。

正常動作時、ＯＬＴ１とＯＮＵ２−１〜２−ｎは、帯域制御信号の一種であり帯域割当結果を通知する送信許可通知であるＧａｔｅメッセージと、Ｇａｔｅメッセージに対する応答信号であり帯域制御信号の一種であるＲｅｐｏｒｔメッセージのやり取りによりリンクを維持する。Ｇａｔｅメッセージには、各ＯＮＵ２−１〜２−ｎの上り方向の通信に対して割り当てた波長と帯域（送信時間帯）が割当結果として格納される。ＯＮＵ２−１〜２−ｎは、上り方向のデータ通信のための帯域割当を要求する場合には、Ｒｅｐｏｒｔメッセージにデータ送信のための要求帯域を格納する。送信許可通知とその応答としてＧａｔｅメッセージ、Ｒｅｐｏｒｔメッセージを用いる例を説明したが、送信許可通知としてＧｒａｎｔメッセージでもよく、送信許可通知と応答信号の形式は図２の例に限定されない。

図２は、ＯＬＴ１とＯＮＵ２−１の正常時の動作の一例を示すチャート図である。図２では、ＯＮＵ２−１とＯＬＴ１とのメッセージのやりとりとデータ送信を示している。ＯＮＵ２−２〜ＯＮＵ２−ｎとＯＬＴ１の間でも、同様にメッセージのやりとりとデータ送信が行われる。ＯＬＴ１は、ＯＮＵ２−１〜２−ｎとの間で所定の接続処理（たとえば、ＤＩＳＣＯＶＥＲＹ処理）を行うことにより、ＯＮＵ２−１〜２−ｎとの通信が可能な状態となる。その後、ＯＬＴ１は、図２に示すように、各ＯＮＵ２−１に対して、一定周期でＧａｔｅメッセージを送信する（ステップＳ１，Ｓ３，Ｓ６）。ＯＮＵ２−１は、Ｇａｔｅメッセージを受信するとＲｅｐｏｒｔメッセージを送信する（ステップＳ２，Ｓ５）。

図２の例では、ステップＳ１のＧａｔｅメッセージを受信した時点で、ＯＮＵ２−１がＯＬＴ１へ送信する上りデータを保持しているとし、ステップＳ２で送信したＲｅｐｏｒｔメッセージには、データ送信のための要求帯域が格納される。ＯＬＴ１は、ステップＳ３のＧａｔｅメッセージにより、このデータ送信に対する割当結果を通知する。ＯＮＵ２−１は、ステップＳ３で受信したＧａｔｅメッセージに格納された割当結果（波長および帯域）に基づいて、データ送信を実施する（ステップＳ４）。この際、ＯＮＵ２−１では、ＰＯＮ制御部２４がＧａｔｅメッセージに格納された割当波長に基づいて、光受信部２２および光送信部２３の波長を設定する。

ここで、ＰＯＮシステムにおけるプロテクション方式の例について説明する。図３は、ＰＯＮシステムにおける３つのプロテクション方式を示す図である。Type A方式は、幹線ファイバのみを冗長構成とする方式であり、ＯＬＴ２０２とスプリッタ２０３との間の幹線ファイバを冗長化し、切替器２０４により幹線ファイバを切り替える。ＯＮＵ２０１およびＯＬＴ２０２は冗長化していない。Type B方式は、ＯＬＴを冗長化（運用系のＯＬＴ２０２−１と予備系のＯＬＴ２０２−２を備える）する方式である。Type C方式は、ＯＬＴを冗長化し、かつＯＮＵおよび幹線ファイバを冗長構成（運用系のＯＮＵ２０１−１およびスプリッタ２０３−１と予備系のＯＮＵ２０１−２およびスプリッタ２０３−２を備える）とする方式である。

ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムでは、従来の１波長に対応したＰＯＮシステムに比べてＯＬＴ（またはＯＬＴの機能を有する基板（ＰＯＮインターフェース部））の部品点数が増加する。このため、ファイバの故障が原因で発生する障害は、ＯＬＴの故障、メンテナンスに比べて非常に低い。このことから、ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムでは、ＯＬＴの故障対応に特化したType B方式が効果的である。障害発生時に、障害が発生したＯＬＴの配下、もしくは障害が発生した光モジュールの配下にあるＯＮＵの登録情報を、運用中のＯＬＴから別のＯＬＴに受け渡す必要がある。ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムでは、配下の最大ＯＮＵ数が従来のＧ−ＰＯＮ／ＧＥ−ＰＯＮシステムに比べて８倍（３２台から２５６台に増加)となり、障害切替にかかる時間すなわちサービス断時間が長くなる。

一方で、複数波長を使用するＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムの特徴を用いて、使用波長を変更する波長切替による障害切替を行うことも考えられる。このため、本実施の形態では、波長切替に要する時間と、ＯＬＴの切替（ＰＯＮインターフェース部の切替）時間とを算出し、前者が後者より短い場合、障害切替方式として波長切替を選択する。

一方、波長切替による障害切替を用いた場合、ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムで使用可能な帯域が減少する。このため、ＯＮＵの最低保証帯域を確保できなくなる場合も考えられる。本実施の形態では、波長切替に要する時間が、ＯＬＴの切替時間より短い場合でも、最低保障帯域を確保できない場合には障害切替方式としてＯＬＴの切替を実施する。これにより、波長切替を行った場合でも最低保障帯域を確保できる。なお、帯域に余裕がある場合等には、最低保障帯域の確保を考慮した処理を省略してもよい。

次に、本実施の形態の障害切替方法について説明する。図４は、本実施の形態の障害切替手順の一例を示すフローチャートである。図２で示したような正常動作を実施中、任意のタイミングで、ＯＬＴ１の障害切替管理部１１６は、波長切替による障害切替の切替時間（以下、波長切替時間（第１の切替時間）という）を算出する（ステップＳ１０）。波長切替時間は、後述するように、ＯＮＵ２−１〜２−ｎへの波長の割当に依存して変化するため、例えば、波長割当てを変更するたびに、下り通信の波長ごとに波長切替時間を求めておく。波長切替による障害切替とは、光送信部１１２−１〜１１２−４のいずれかの障害が発生した場合、障害の光送信部１１２−１〜１１２−４に対応する波長（λｄ１，λｄ２，λｄ３，λｄ４のいずれか）を用いて光信号を送信していたＯＮＵ２−１〜２−ｎに対して、他の波長を用いて光信号を送信するように変更することである。波長切替時間は、変更を開始した時点から変更が完了して変更後の波長で送信を開始できるまでの所要時間である。波長切替時間については後述する。

次に、ＯＬＴ１の障害切替管理部１１６は、基板切替による障害切替の切替時間（以下、基板切替時間（第２の切替時間）という）を算出する（ステップＳ１１）。基板切替による障害切替とは、運用系として用いていた基板（ＰＯＮインターフェース部）を他のＰＯＮインターフェース部に切替えることである。基板切替時間は、ＰＯＮインターフェース部の切替を開始してから、切替後のＰＯＮインターフェース部を用いた通信が可能となるまでの所要時間である。基板切替時間については後述する。

そして、ＯＬＴ１の障害検出部１１８は、光送信部１１２−１〜１１２−４のうち１つ以上の障害を検出する（ステップＳ１２）と、障害を検出した光送信部１１２−１〜１１２−４を識別する情報（または障害を検出した光送信部１１２−１〜１１２−４に対応する波長を識別する情報）とともに障害検出を障害切替管理部１１６へ通知する。障害切替管理部１１６は、基板切替時間が障害が検出された波長の波長切替時間以上であるか否かを判断する（ステップＳ１３）。基板切替時間が波長切替時間以上である場合（ステップＳ１３ Ｙｅｓ）、波長切替を行った場合に波長切替後に最低保障帯域を確保可能であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。最低保障帯域は、ＯＮＵ２−１〜２−ｎごとまたはＯＮＵ２−１〜２−ｎの加入するサービスごと等に定められているとする。最低保障帯域は、あらかじめＯＬＴ１に設定されていてもよいし、ＯＬＴ１がＯＮＵ２−１〜２−ｎから取得した情報に基づいて最低保障帯域を決定してもよい。

障害の発生する前は４つの波長を用いて各ＯＮＵ２−１〜２−ｎへの帯域割当を行っていたのに対し、波長切替を行うと、障害の発生していない光送信部に対応する波長、すなわち３つ以下の波長を用いて各ＯＮＵ２−１〜２−ｎへの帯域割当を行うことになる。したがって、各ＯＮＵ２−１〜２−ｎへ割当可能な帯域の総量が減ることになり、波長切替後に各ＯＮＵ２−１〜２−ｎに対して最低保障帯域を保障できない可能性もでてくる。本実施の形態では、このようなことを避けるため、波長切替の前に、波長切替を行った場合に最低保障帯域を保障できるか否かを判断する。例えば、各ＯＮＵ２−１〜２−ｎの最低保障帯域の合計が、障害の発生していない光送信部に対応する波長を用いた伝送能力以下となるか否かを判断することにより、最低保障帯域を確保できるか否かを判断する。

波長切替後に最低保障帯域を確保可能である場合（ステップＳ１４ Ｙｅｓ）、障害切替管理部１１６は、波長切替を選択し（ステップＳ１５）、ＭＡＣ部１１４および帯域割当制御部１１５に波長切替の実施を指示し、処理を終了する。波長切替のシーケンスは、どのようなシーケンスでもよいが、例えば、次のようなシーケンスとすることができる。波長λｄ１に対応する光送信部１１２−１に障害が発生した場合、波長λｄ１に割当られていたＯＮＵ２−１〜２−ｎが、一定時間以上Ｇａｔｅフレームを受信しない場合に、光受信部２２の受信波長をλｄ１以外の波長（λｄ２〜λｄ４のいずれか）に対応するよう変更する。一方、ＯＬＴ１では、帯域割当制御部１１５が、波長λｄ１に割当られていたＯＮＵ２−１〜２−ｎにλｄ１以外の波長（λｄ２〜λｄ４のいずれか）を割当て、割当てた波長でＧａｔｅフレームを送信する。これにより、波長λｄ１に割当られていたＯＮＵ２−１〜２−ｎは、λｄ１以外の波長（λｄ２〜λｄ４のいずれか）でＧａｔｅフレームを受信することができ、通信を継続できる。

波長切替後に最低保障帯域を確保可能でない場合（ステップＳ１４ Ｎｏ）、障害切替管理部１１６は、基板切替を選択し（ステップＳ１６）、障害切替処理部１２に基板の切替を指示し、処理を終了する。ステップＳ１３で基板切替時間が波長切替時間未満であると判断した場合（ステップＳ１３ Ｎｏ）、ステップＳ１６へ進み、基板切替を実施する。

波長切替時間は、障害が発生した波長が割当てられているＯＮＵ２−１〜２−ｎの台数、波長切替シーケンス、障害が発生した波長が割当てられているＯＮＵ２−１〜２−ｎの光受信部２２の波長を変更するための時間（以下、波長変更時間という）の特性等に依存する。ＯＮＵ２−１〜２−ｎに割当られる波長は、帯域割当管理部１１５によりトラヒック状態に応じて変更される。このため、正常動作時に、ステップＳ１０で、ＯＮＵ２−１〜２−ｎへの波長の割当の変更に応じて、波長ごとの波長切替時間を求めておくことにより、波長切替時間を精度良く求めることができる。そして、障害発生時の上述のステップＳ１３の判断では、障害が発生した波長に対応する波長切替時間を用いる。

波長切替時間と基板切替時間の算出方法の一例を以下に示す。なお、波長切替時間と基板切替時間の算出方法は以下の例に限定されない。例えば、ＯＮＵ２−１〜２−ｎの光送信部１１２−１〜１１２−ｎは、ハードウェアとしてどのような光モジュールを用いるかにより、５０ｎｓ以下、１ｍｓ以下、１ｓ以上の３種類に分類しておくとする。各ＯＮＵ２−１〜２−ｎにおいてどのような光モジュールが用いられているかは、例えばあらかじめＯＬＴ１に設定されているとする。これにより、ＯＬＴ１は、波長ごとに該波長が割当てられているＯＮＵ２−１〜２−ｎの波長変更時間がどの種類に分類されるかを把握することができ、波長変更時間によるグループ化を行うことができる。そして、グループごとに波長変更時間を同一の値を用いることにより処理を簡素化することができる。例えば、波長ごとに該波長が割当てられているＯＮＵ２−１〜２−ｎの各波長変更時間のうち最大値Ｔ₁を、波長切替時間の算出に用いるとする。この他に、波長切替時間の算出には、波長切替を行うＯＮＵ２−１〜２−ｎの登録情報を基板（ＰＯＮインターフェース部）内で受け渡す時間、および波長切替シーケンスに要する時間を考慮する。ＯＮＵ１台の波長切替を行うために登録情報を基板内で受け渡す時間をＴ₂とし、波長切替対象のＯＮＵの台数をＮ_ONUとし、波長切替シーケンスに要する時間をＴ₃とするとき、波長ごとの該波長に対応する光送信部１１２−１〜１１２−４に障害が発生した場合の波長切替時間は、例えば、以下の式（１）により算出することができる。
波長切替時間＝Ｔ₁＋Ｔ₂×Ｎ_ONU＋Ｔ₃ …（１）

ＯＮＵ１台の波長切替を行うために登録情報を基板内で受け渡す時間Ｔ₂は、例えば、実測した値を用いてもよいし、設計値を用いてもよい。また、運用開始前に実測した値または設計値を設定しておき、運用開始後に再計測して値を更新するようにしてもよい。波長切替シーケンスに要する時間Ｔ₃は、どのようなシーケンスを行うかに依存する。例えば、上述したように、ＯＮＵ２−１〜２−ｎが、一定時間以上Ｇａｔｅメッセージを受信しないことにより波長を切り替えてＧａｔｅメッセージを受信するシーケンスを用いる場合、該一定時間を波長切替シーケンスに要する時間Ｔ₃として用いる。

また、基板切替時間は、１台のＯＮＵの登録情報を基板（ＰＯＮインターフェース部）間で受け渡す時間をＴ₄とし、基板切替シーケンスに要する時間をＴ₅とするとき、例えば、以下の式（２）により、算出することができる。
基板切替時間＝Ｔ₄×Ｎ_ONU＋Ｔ₅ …（２）

１台のＯＮＵの登録情報を基板間で受け渡す時間Ｔ₄は、障害切替処理部１２が、切替前のＰＯＮインターフェース部のＯＮＵ管理部１１７からＯＮＵの登録情報を取得し、この登録情報を切替後のＰＯＮインターフェース部のＯＮＵ管理部１１７に設定するまでの時間である。例えば、Ｔ₄としては、実測した値を用いてもよいし、設計値を用いてもよい。また、運用開始前に実測した値または設計値を設定しておき、運用開始後に再計測して値を更新するようにしてもよい。基板切替シーケンスＴ₅は、どのようなシーケンスを行うかに依存する。例えば、基板（ＰＯＮインターフェース部）を変更することにより、ＯＮＵ２−１〜２−ｎとの通信パラメータが変更される場合には、変更後の通信パラメータを通知するまでの時間を基板切替シーケンスに要する時間Ｔ₅とする。

図５は、波長切替の様子を示す模式図である。図６は、基板切替の様子を示す模式図である。図７は、基板切替後の切戻しの様子を示す模式図である。図５、図６、図７の例では、ＰＯＮインターフェース部１１−１〜１１−ｍのうち、ＰＯＮインターフェース部１１−ｍが予備系に設定されており、λｄ１の波長に対応する光送信部１１２−１に障害が発生した例を示している。ステップＳ１５により波長切替を選択した場合は、図５に示すように、光送信部１１２−１に障害が発生した後も、ＰＯＮインターフェース部１１−１を継続して使用し、λｄ１の波長に割当てていたＯＮＵ２−１〜２−ｎにλｄ２〜λｄ４の波長を割り当てる。波長切替を実施した後は、図６に示すように基板切替を実施する。この際、切替後の基板（ＰＯＮインターフェース部１１−ｍ）では、λｄ１が使用可能であるため、λｄ１もＯＮＵ２−１〜２−ｎへの割当に使用する。図６に示した状態で、ＰＯＮインターフェース部１１−１の障害が発生した光送信部１１２−１の交換を行うことで、障害の復旧を行う。その後、図７に示すように、基板の切戻し（ＰＯＮインターフェース部１１−ｍからＰＯＮインターフェース部１１−１への切替）を実施する。以上の手順により、ＯＮＵ２−１〜２−ｎへのサービス断を発生させずに、障害復旧を行うことができる。

ステップＳ１６により基板切替を選択した場合は、障害の発生したＰＯＮインターフェース部が用いていたＯＮＵの登録情報を、予備系のＰＯＮインターフェース部に登録した後、予備系のＰＯＮインターフェース部への切替（基板切替）を行う。そして、ＰＯＮインターフェース部１１−１の障害が発生した光送信部１１２−１の交換を行うことで、障害の復旧を行う。その後、切り戻し（障害発生前に使用していたＰＯＮインターフェース部への切替）を行うことで、ＯＮＵ２−１〜２−ｎへのサービス断を発生させずに、障害復旧を行うことができる。

なお、図５、図６、図７の例では、光送信部１１２−１に障害が発生した例を示したが、他の光送信部に障害が発生した場合にも同様に切替を実施する。また、図５、図６、図７の例では、障害の発生した光送信部が１つの例を示したが、２つ以上の光送信部に障害が発生した場合にも同様に、切替を行うことができる。

また、特定波長のみ波長切替を実施せずに基板切替を実施することもできる。例えば、光送信部１１２−２に対応する波長λｄ２を特定波長とし、光送信部１１２−２に障害が発生した場合には、図４の手順は実施せずに、基板切替を実施する。また、波長変更時間が閾値以上となる光受信部２２を有するＯＮＵについては、波長切替時間の算出時に、Ｔ₁の算出対象から除外することもできる。

また、上記の例では、正常動作時に、波長ごとに波長切替時間を求め、障害切替管理部１１６が波長ごとの波長切替時間を保持しておき、障害発生時には障害が発生した波長に対応する波長切替時間を用いて切替方式を選択するようにした。これに限らず、例えば、正常動作時には、波長ごとのＯＮＵ接続台数Ｎ_ONUとＯＮＵごとの波長変更時間等の切替時間の算出に必要なパラメータを求めておき、障害発生時に障害が発生した波長に対応するパラメータを用いて、波長切替時間を算出するようにしてもよい。正常動作時に波長切替時間を求めておくと障害発生時にパラメータを用いて算出する方法に比べ、障害発生時の切替方式の選択を迅速に行うことができる。

また、以上の例では、基板切替として、全波長一括で予備系の基板に切り替える場合を想定して基板切替時間を算出したが、基板切替として障害の発生した波長のみを予備系の基板に切り替える場合を想定して、基板切替時間を算出してもよい。

以上のように、本実施の形態では、波長切替に要する波長切替時間と、ＰＯＮインターフェース部の切替（基板切替）に要する基板切替時間とを算出し、前者が後者より短い場合、障害切替方式として波長切替を選択するようにした。このため、障害切替にかかる時間すなわちサービス断時間を低減することができる。また、波長切替時間が、基板切替時間より短い場合でも、最低保障帯域を確保できない場合には基板切替を実施するようにすると、最低保障帯域を確保しつつサービス断時間を低減することができる。

以上のように、本発明にかかる親局装置、子局装置、制御装置、光通信システムおよび障害切替方法は、ＰＯＮシステムに有用であり、特に、ＴＷＤＭ−ＰＯＮシステムに適している。

１ ＯＬＴ、２−１〜２−ｎ ＯＮＵ、３ スプリッタ、１１−１〜１１−ｍ ＰＯＮインターフェース部、１２ 障害切替処理部、２１，１１１ 光合分波部、２２，１１３−１〜１１３−４ 光受信部、２３，１１２−１〜１１２−４ 光送信部、２４ ＰＯＮ制御部、１１４ ＭＡＣ部、１１５ 帯域割当制御部、１１６ 障害切替管理部、１１７ ＯＮＵ管理部、１１８ 障害検出部。

Claims (13)

1. 子局装置と光通信路により接続され、複数の親局処理部を備える親局装置であって、
   前記親局処理部は、
   前記子局装置に対して該子局装置へ送信する光信号の波長を割当てる帯域割当制御部と、
   前記子局装置へ送信する光信号をそれぞれ異なる波長で送信する複数の光送信部と、
   前記光送信部の障害を検出する障害検出部と、
   前記子局装置へ割当てる波長の切替である第１の切替に要する時間である第１の切替時間と、前記子局装置と接続する前記親局処理部の切替である第２の切替に要する時間である第２の切替時間とを算出し、前記障害検出部により前記光送信部の障害が検出された場合、前記第１の切替時間と前記第２の切替時間とに基づいて第１の切替と第２の切替のいずれか一方を障害切替方法として選択する障害切替管理部と、
   を備えることを特徴とする親局装置。
2. 前記子局装置において受信する前記光信号の波長を変更するために要する時間である波長変更時間を管理する子局管理部、
   を備え、
   前記障害切替管理部は、障害が検出された波長が割当てられている前記子局装置の前記波長変更時間に基づいて前記第１の切替時間を算出することを特徴とする請求項１に記載の親局装置。
3. 前記障害切替管理部は、障害が検出された波長が割当てられている前記子局装置の前記波長変更時間のうちの最大値に基づいて前記第１の切替時間を算出することを特徴とする請求項２に記載の親局装置。
4. 前記障害切替管理部は、前記子局装置を切替変更時間に基づいてグループ化し、同一グループの前記子局装置の前記切替変更時間に同一の値を用いることを特徴とする請求項２または３に記載の親局装置。
5. 前記障害切替管理部は、障害が検出された波長が割当てられている前記子局装置の台数に基づいて前記第１の切替時間を算出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の親局装置。
6. 前記障害切替管理部は、前記第２の切替時間として、前記複数の光送信部の全てを使用中の前記親局処理部から他の前記親局処理部へ切替えるための時間を算出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の親局装置。
7. 前記障害切替管理部は、前記第２の切替時間として、障害を検出した前記光送信部を、他の前記親局処理部の前記光送信部へ切替えるための時間を算出することを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の親局装置。
8. 前記障害切替管理部は、前記第１の切替時間が前記第２の切替時間より短い場合に前記第１の切替を前記障害切替方法として選択することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の親局装置。
9. 前記障害切替管理部は、前記第１の切替時間が前記第２の切替時間より短い場合かつ前記第１の切替後に前記子局装置の最低保障帯域を確保できる場合に前記障害切替方法として選択することを特徴とする請求項８に記載の親局装置。
10. 子局装置と光通信路により接続され、複数の親局処理部を備える親局装置において前記親局処理部として機能する制御装置であって、
    前記子局装置に対して該子局装置へ送信する光信号の波長を割当てる帯域割当制御部と、
    前記子局装置へ送信する光信号をそれぞれ異なる波長で送信する複数の光送信部と、
    前記光送信部の障害を検出する障害検出部と、
    前記子局装置へ割当てる波長の切替である第１の切替に要する時間である第１の切替時間と、前記子局装置と接続する前記親局処理部の切替である第２の切替に要する時間である第２の切替時間とを算出し、前記障害検出部により前記光送信部の障害が検出された場合、前記第１の切替時間と前記第２の切替時間とに基づいて第１の切替と第２の切替のいずれか一方を障害切替方法として選択する障害切替管理部と、
    を備えることを特徴とする制御装置。
11. 複数の親局処理部を備える親局装置と、前記親局装置と光通信路により接続される子局装置とを備える光通信システムであって、
    前記親局処理部は、
    前記子局装置に対して該子局装置へ送信する光信号の波長を割当てる帯域割当制御部と、
    前記子局装置へ送信する光信号をそれぞれ異なる波長で送信する複数の光送信部と、
    前記光送信部の障害を検出する障害検出部と、
    前記子局装置へ割当てる波長の切替である第１の切替に要する時間である第１の切替時間と、前記子局装置と接続する前記親局処理部の切替である第２の切替に要する時間である第２の切替時間とを算出し、前記障害検出部により前記光送信部の障害が検出された場合、前記第１の切替時間と前記第２の切替時間とに基づいて第１の切替と第２の切替のいずれか一方を障害切替方法として選択する障害切替管理部と、
    を備えることを特徴とする光通信システム。
12. 前記子局装置は、
    前記親局装置から受信する光信号の波長を変更可能な光受信部と、
    前記光受信部により一定時間以上前記親局装置から前記光信号を受信できなかった場合に、前記光受信部が受信する前記光信号の波長を変更するよう制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする請求項１１に記載の光通信システム。
13. 子局装置と光通信路により接続され、複数の親局処理部と前記子局装置へ送信する光信号をそれぞれ異なる波長で送信する複数の光送信部とを備える親局装置における障害切替方法であって、
    前記子局装置に対して該子局装置へ送信する光信号の波長を割当てる第１のステップと、
    前記光送信部の障害を検出する第２のステップと、
    前記子局装置へ割当てる波長の切替である第１の切替に要する時間である第１の切替時間と、前記子局装置と接続する前記親局処理部の切替である第２の切替に要する時間である第２の切替時間とを算出し、前記第２のステップで前記光送信部の障害を検出した場合、前記第１の切替時間と前記第２の切替時間とに基づいて第１の切替と第２の切替のいずれか一方を障害切替方法として選択する第３のステップと、
    を含むことを特徴とする障害切替方法。

Images