JP6575357B2 - 光ノード装置、光通信システム、および光通信路切替方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ノード装置、光通信システム、および光通信路切替方法に関し、特に、基幹系光ネットワークに用いられる光ノード装置、光通信システム、および光通信路切替方法に関する。

基幹系光ネットワークは、ノード装置を光ファイバ通信路によって接続することにより構成される。基幹系光ネットワークは、ノード装置とクライアント装置との間のインターフェースを介してクライアント信号を受信し、クライアント装置のトラヒックを契約サービス品質（サービスクラス）に従って転送する機能を提供する。さらに、基幹系光ネットワークは、種々の多重方式を用いて複数のクライアント信号を多重した後に、より大容量な基幹伝送路を介して通信する機能を提供する。多重方式には、波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ）方式、時分割多重（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＴＤＭ）方式、および直交周波数分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）方式などが用いられる。

基幹系光ネットワークでは、１チャネル当たり１００Ｇｂｐｓ級の超大容量トラヒックの通信が行われる。そのため、光ファイバの断線や光ノード装置の故障等に起因する障害に対する障害回復技術が重要となる。障害回復技術として、１＋１プロテクション方式および共用型プロテクション方式が知られている（例えば、特許文献１（［０００９］〜［００２２］）参照）。

１＋１プロテクション方式においては、運用系と同一のトラヒックの収容を可能とする光パスを予備パスとして設定し、障害発生時に経路切替を実施する。１＋１プロテクション方式によれば、５０ｍｓ以下の非常に短時間で経路切替が可能であるので、通信の途絶を防止するとともに高信頼なネットワークを構築することができる。しかし、通信トラヒック毎に求められる信頼性は異なるため、全てのトラヒックに対して一律に予備パスを割り当てることとすると、過剰なリソースの提供となり非効率である。

それに対して、トラヒック毎に信頼性の尺度（クラス、優先度、最低保証通信容量など）を定義し、その尺度に応じて予備パスにリソースを配分することにより、高信頼なネットワークを高効率に提供することが可能である。例えば、１：Ｎプロテクション方式やＭ：Ｎプロテクション方式など、予備パスを共有する共用型プロテクション方式は、予備パスを複数の運用パスで共用する方式であり、冗長系用リソースの高効率化を実現することができる。

しかしながら、共有型プロテクション方式では、予備パスを複数の運用パスで共有するため、障害発生時には、複数の運用パスのうち一つの運用パスが予備パスを占有する形でしか復旧することができない。そのため、それ以外の運用パスの通信が途絶するという問題があった。なお、実運用上、障害が発生した複数の運用パスが収容するトラヒックの優先度が明確に定義されており、１本分の運用パスのみについて障害回復できればよい場合もある。しかし、運用パスの優先度が同等であり、複数の運用パスを対等に処理したい場合には、上述の方法を適用するのは困難である。また、通信経路の切り替えを全てフレーム単位で処理する小粒度切替装置を用いて行う場合、回線帯域の増加に比例して装置の処理量が大きくなり、大容量の場合は消費電力や装置規模が増大するという問題があった。

このような問題を解決する技術が特許文献１（［００３４］〜［００５１］）に記載されている。図１９Ａ、１９Ｂは、特許文献１に記載された関連する光通信システムの概略構成を示すブロック図である。関連する光通信システムは、関連するノード装置５０およびノード装置６０が通信網７０に接続されて構成されている。

各ノード装置５０、６０は、小粒度切替装置５２、６２と大粒度切替装置５１、６１の双方を備える。ここで、小粒度切替装置５２、６２は、低次通信路を小容量の切替単位で切り替える。また、大粒度切替装置５１、６１は、高次通信路に接続され、高次通信路を大容量の切替単位で切り替える。

図１９Ａに示す通常状態では、大容量通信路Ａ、Ｂは大粒度切替装置５１、６１を通して光ファイバなどの通信網７０（現用通信路）に接続され、大容量通信路Ａ、Ｂは小粒度切替装置５２、６２を通過しない。それに対して故障が発生した場合は図１９Ｂに示すように、大容量通信路Ａ、Ｂは小粒度切替装置５２、６２を経由して通信網７０（迂回通信路）に接続される。このとき、低次通信路のトラフィックは指定された帯域までフィルタされ、その後に小粒度切替装置５２、６２が低次通信路を小容量の切替単位で切り替える構成としている。

通信路が故障状態となる時間は、通常状態である時間よりも大幅に短いため、関連する光通信システムによれば、小粒度切替装置５２、６２を使用する時間を大幅に抑え消費電力を抑えることができる、としている。
また、関連技術としては、特許文献２〜５に記載された技術がある。

特開２０１３−０２６８０３号公報 国際公開第２０１１／０３０８９７号 特開２０１２−１３００７９号公報 特開２００９−１１１９００号公報 特開平１１−００４１９４号公報

上述した関連する光通信システムにおいては、通信路が故障状態のときは小粒度切替装置を動作させることとしている。このとき、受信した信号光を電気信号に変換し、その後、光ファイバで転送するために再度、信号光へ変換する光・電気・光（Ｏｐｔｉｃａｌ ｔｏ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ，Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｔｏ Ｏｐｔｉｃａｌ：ＯＥＯ）変換が必要となる。そのため、その分だけ消費電力が増加し、レイテンシが増大するという問題があった。また、関連する光通信システムにおいては、故障が発生した通信路のノード装置が、迂回通信路となる高次通信路における信号光の帯域を削減することとしている。そのため、迂回通信路以外の高次通信路における信号光の帯域幅は変化しない。その結果、光ネットワーク全体の光周波数利用効率が低下してしまうという問題があった。

このように、基幹系光ネットワークにおいては、消費電力の増大および光ネットワーク全体としての光周波数利用効率の低下を招くことなく、光通信路を切替えることが困難である、という問題点があった。

本発明の目的は、上述した課題である、基幹系光ネットワークにおいては、消費電力の増大および光ネットワーク全体としての光周波数利用効率の低下を招くことなく、光通信路を切替えることが困難である、という課題を解決する光ノード装置、光通信システム、および光通信路切替方法を提供することにある。

本発明の光ノード装置は、光搬送波周波数単位で複数の通信路を切替える大粒度切替部と、通信路を介してクライアント信号を送受信する光トランスポンダ装置と、大粒度切替部と光トランスポンダ装置の動作を制御する制御部、とを有し、制御部は、複数の通信路を切替える契機を検出した際に、大粒度切替部と光トランスポンダ装置に対して通知し、大粒度切替部は、通知を受け付けたときに、通信路を切替え、光トランスポンダ装置は、大粒度切替部が切替えた後の通信路の通信品質に応じてクライアント信号の信号帯域を削減する帯域可変部を備え、光トランスポンダ装置は、通知を受け付けたときに、帯域可変部においてクライアント信号の帯域を削減した信号光を、大粒度切替部が切替えた後の通信路に送出する。

本発明の光通信システムは、第１の光ノード装置と、第２の光ノード装置と、第１の光ノード装置と第２の光ノード装置を接続する第１の通信路および第２の通信路、とを有し、第１の光ノード装置および第２の光ノード装置は、光搬送波周波数単位で第１の通信路と第２の通信路を切替える第１および第２の大粒度切替部と、第１の通信路および第２の通信路を介してクライアント信号を送受信する第１および第２の光トランスポンダ装置と、第１および第２の大粒度切替部と第１および第２の光トランスポンダ装置の動作を制御する第１および第２の制御部、とをそれぞれ有し、第１および第２の制御部は、第１の通信路から第２の通信路に切替える契機を検出した際に、第１および第２の大粒度切替部と第１および第２の光トランスポンダ装置に対して通知し、第１および第２の大粒度切替部は、通知を受け付けたときに、第１の通信路から第２の通信路に切替え、第１および第２の光トランスポンダ装置は、第２の通信路の通信品質に応じてクライアント信号の信号帯域を削減する第１および第２の帯域可変部をそれぞれ備え、第１および第２の光トランスポンダ装置は、通知を受け付けたときに、第１および第２の帯域可変部においてクライアント信号の帯域を削減した信号光を、第１および第２の大粒度切替部が切替えた第２の通信路に送出する。

本発明の光通信路切替方法は、複数の通信路を切替える契機を検出した際に、複数の通信路を光搬送波周波数単位で切替え、切替えた後の通信路の通信品質に応じてクライアント信号の帯域を削減した信号光を、切替えた後の通信路に送出する。

本発明の光ノード装置、光通信システム、および光通信路切替方法によれば、基幹系光ネットワークにおいて、消費電力の増大および光ネットワーク全体としての光周波数利用効率の低下を招くことなく、光通信路を切替えることができる。

本発明の第１の実施形態に係る光ノード装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る光通信システムを説明するための通常状態における構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る光通信システムを説明するための障害発生時における構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る光通信システムの通常状態における構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る光通信システムの障害発生時における構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る光通信システムが備える可変帯域光トランスポンダの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る光通信システムが備える可変大粒度切替装置の動作を説明するための模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る光通信システムが備えるネットワーク資源管理部の管理テーブルの一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光通信システムにおける、障害発生時の経路切り替え動作を説明するためのシーケンス図である。 本発明の第２の実施形態に係る光通信システムにおいて、障害時帯域スロット数を割り当てた結果を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光通信システムにおいて、障害の数に応じて最低帯域保証率を異ならせた場合の例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る光通信システムの通常状態における構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る光通信システムの障害発生時における構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る光通信システムにおける、障害発生時の経路切り替え動作を説明するためのシーケンス図である。 本発明の第４の実施形態に係る光通信システムの通常状態における構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係る光通信システムの障害発生時における構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係る光通信システムが備えるネットワーク資源管理部の管理テーブルの一例を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る光通信システムにおいて、障害時帯域スロット数を割り当てた結果を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る光通信システムの通常状態における構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態に係る光通信システムの障害発生時における構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態に係る光通信システムが備える帯域可変光トランスポンダの構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態に係る光通信システムのネットワーク資源管理部が備える管理テーブルの一例を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る光通信システムが備える帯域可変光トランスポンダにおいて、ロールオフ率を変化させたときの周波数利用効率の増率の変化を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る光通信システムにおいて、障害時帯域スロット数と障害時ロールオフ率を設定した結果を示す図である。 本発明の実施形態に係る可変大粒度ノード装置を、メッシュ状に配置した光通信システムの通常状態における構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る可変大粒度ノード装置を、メッシュ状に配置した光通信システムの障害発生時における構成を示すブロック図である。 関連する光通信システムの通常状態における概略構成を示すブロック図である。 関連する光通信システムの故障状態における概略構成を示すブロック図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光ノード装置１０００の構成を示すブロック図である。

光ノード装置１０００は、光搬送波周波数単位で複数の通信路１４００を切替える大粒度切替部１１００、通信路１４００を介してクライアント信号を送受信する光トランスポンダ装置１２００、および制御部１３００を有する。

制御部１３００は、大粒度切替部１１００と光トランスポンダ装置１２００の動作を制御する。すなわち、制御部１３００は、複数の通信路１４００を切替える契機を検出した際に、大粒度切替部１１００と光トランスポンダ装置１２００に対して通知を行う。

大粒度切替部１１００は、この通知を受け付けたときに、通信路１４００を例えば通信路１４０１から通信路１４０２に切替える。

光トランスポンダ装置１２００は、クライアント信号の信号帯域を削減する帯域可変部１２２０を備える。ここで帯域可変部１２２０は、大粒度切替部１１００が切替えた後の通信路１４０２の通信品質に応じてクライアント信号の信号帯域を削減する。そして、光トランスポンダ装置１２００は、この通知を受け付けたときに、帯域可変部１２２０においてクライアント信号の帯域を削減した信号光を、大粒度切替部１１００が切替えた後の通信路１４０２に送出する。

このような構成とすることにより、本実施形態の光ノード装置１０００によれば、通信路１４００の切替えを大粒度切替部１１００によって行うことができるので、光・電気・光（ＯＥＯ）変換を介する必要がない。そのため、通信路１４００の切替えに伴う消費電力の増大を抑制することができる。

さらに、本実施形態の光ノード装置１０００では、光トランスポンダ装置１２００が、クライアント信号の信号帯域を削減する帯域可変部１２２０を備えた構成としている。すなわち、光ネットワークの送受信端において信号光の帯域幅を削減する構成としているので、経由する全ての通信路において信号光の帯域幅を削減することができる。その結果、光ネットワーク全体としての光周波数利用効率を向上させることが可能となる。

ところで光通信システムにおいては、通信路１４００の経路長や通過する光ノード装置の個数によって通信路１４００の通信品質が異なる。例えば、切替えた後の通信路１４０２の経路長が、切替える前の通信路１４０１の経路長よりも長い場合、通信路１４０２に切替えることによって通信品質は劣化してしまう。このとき、切替える前の通信路１４０１と同一の通信量（トラヒック）を確保するために、切替えた後の通信路１４０２における信号光の帯域幅を増大する必要が生じる。そのため、切替えた後の通信路１４０２におけるトラヒックの収容効率が低下する、という問題があった。

しかし本実施形態の光ノード装置１０００においては、帯域可変部１２２０が、切替えた後の通信路１４０２の通信品質に応じてクライアント信号の信号帯域を削減する構成としている。そのため、本実施形態の光ノード装置１０００によれば、通信品質が劣る通信路１４０２に切替えた場合であっても、トラヒックの収容効率の低下を回避し、高い効率でトラヒックを収容することが可能となる。

なお、制御部１３００は、通信路１４００における障害を検出した際に、上述の通知を行うこととすることができる。そして、大粒度切替部１１００が切替えた後の通信路１４０２において利用可能な最小光周波数帯域幅の個数である障害時帯域スロット数を、制御部１３００が通信路１４０２の通信品質に基づいて決定する。このとき、光トランスポンダ装置１２００は、帯域可変部１２２０が障害時帯域スロット数に基づいてクライアント信号の帯域を削減した信号光を送出する構成とすることができる。

また、光トランスポンダ装置１２００は、信号光を送受信する光送受信装置を備える。そして、光送受信装置が、大粒度切替部１１００が切替えた後の通信路１４０２を通して受信した信号光の信号品質を監視することにより、通信路１４０２の通信品質を取得する構成とすることができる。ここで、信号品質として例えばビット誤り率、または受信信号のシンボル点と理想シンボル点とのズレの分布を用いることができる。

次に、本実施形態による光通信システムについて説明する。本実施形態による光通信システムは、第１の光ノード装置、第２の光ノード装置、および第１の光ノード装置と第２の光ノード装置を接続する第１の通信路１４０１および第２の通信路１４０２を有する。ここで、第１の光ノード装置および第２の光ノード装置は、上述した光ノード装置１０００の構成と同様である。

本実施形態による光通信システムは、第１の通信路１４０１および第２の通信路１４０２の通信品質をそれぞれ管理するネットワーク管理部をさらに備えた構成とすることができる。この場合、第１の光ノード装置および第２の光ノード装置がそれぞれ備える制御部は、第１の通信路１４０１における障害を検出した際に、大粒度切替部、光トランスポンダ装置、およびネットワーク管理部に対して上述の通知をそれぞれ行う。

そして、ネットワーク管理部は、上述の通知を受け付けたときに、第２の通信路１４０２において利用可能な最小光周波数帯域幅の個数である障害時帯域スロット数を、第２の通信路１４０２の通信品質に基づいて決定する。そして、この障害時帯域スロット数を第１の光ノード装置および第２の光ノード装置に通知する。このとき、帯域可変部が障害時帯域スロット数に基づいてクライアント信号の帯域を削減した信号光を、光トランスポンダ装置が第２の通信路１４０２に送出する構成とすることができる。

次に、本実施形態による光通信路切替方法について説明する。本実施形態による光通信路切替方法は、まず、複数の通信路を切替える契機を検出した際に、複数の通信路を光搬送波周波数単位で切替える。そして、切替えた後の通信路の通信品質に応じてクライアント信号の帯域を削減した信号光を、切替えた後の通信路に送出する。

このとき、通信路における障害を検出した際に、複数の通信路を光搬送波周波数単位で切替えることとすることができる。そして、切替えた後の通信路において利用可能な最小光周波数帯域幅の個数である障害時帯域スロット数を、通信品質に基づいて決定し、この障害時帯域スロット数に基づいてクライアント信号の帯域を削減した信号光を送出する構成とすることができる。

以上説明したように、本実施形態の光ノード装置、光通信システム、および光通信路切替方法によれば、基幹系光ネットワークにおいて、消費電力の増大および光ネットワーク全体としての光周波数利用効率の低下を招くことなく、光通信路を切替えることができる。さらに、通信品質が劣る通信路に切替えた場合であっても、トラヒックの収容効率の低下を回避し、高い効率でトラヒックを収容することが可能となる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る光通信システムについて、図２Ａ、２Ｂに示した光通信システムの構成を例に用いて説明する。

図２Ａ、２Ｂに示した光通信システムは、可変大粒度ノード装置２１０−１〜６、可変大粒度ノード装置２１０−１〜６とそれぞれ接続する運用パス１１７−１〜２および予備パス１１８から構成される。

通常動作時は図２Ａに示すように、可変大粒度ノード装置２１０−１と可変大粒度ノード装置２１０−２、および可変大粒度ノード装置２１０−３と可変大粒度ノード装置２１０−４がそれぞれ運用パス１１７−１、１１７−２を介して通信を行う。一方、運用パス１１７−１〜２において障害が発生した場合には、図２Ｂに示すように、可変大粒度ノード装置２１０−５と可変大粒度ノード装置２１０−６を経由する予備パス１１８を用いてそれぞれ通信を行う。ここで、可変大粒度ノード装置２１０−３と可変大粒度ノード装置２１０−４とを接続する予備パス１１８の経路長は、運用パス１１７−２の経路長よりも長いものとする。

可変大粒度ノード装置２１０−１と可変大粒度ノード装置２１０−２との間の通信を用いて、本実施形態による光通信システムについて、さらに詳細に説明する。

図３Ａ、３Ｂに示すように、本実施形態の光通信システムは、ネットワーク資源管理部１０１、可変大粒度ノード装置２１０−１〜２、可変大粒度ノード装置２１０−１〜２と接続する運用パス１１７、および予備パス１１８を有する。ネットワーク資源管理部１０１がネットワーク管理部に、可変大粒度ノード装置２１０−１〜２が第１の光ノード装置および第２の光ノード装置に、運用パス１１７が第１の通信路に、予備パス１１８が第２の通信路に、それぞれ対応する。

可変大粒度ノード装置２１０−１は、可変大粒度切替装置１０５−１、帯域可変光トランスポンダ（ＴＰＮＤ）１０７−１、および制御機能部１１３−１を備える。同様に、可変大粒度ノード装置２１０−２は、可変大粒度切替装置１０５−２、帯域可変光トランスポンダ（ＴＰＮＤ）１０７−２、および制御機能部１１３−２を備える。ここで、可変大粒度切替装置１０５−１〜２が大粒度切替部に、帯域可変光トランスポンダ（ＴＰＮＤ）１０７−１〜２が第１および第２の光トランスポンダ装置に、制御機能部１１３−１〜２が第１および第２の制御部に、それぞれ対応する。

ネットワーク資源管理部１０１は、図２Ａ、図２Ｂに示した全ての可変大粒度ノード装置２１０−１〜６に接続されている。ネットワーク資源管理部１０１と制御機能部１１３−１〜２との間では、通知信号１０９−１〜２が送受信される。通知信号１０９−１〜２には、ネットワーク資源管理情報、運用パス１１７および予備パス１１８における障害発生時の障害通知、および可変大粒度ノード装置２１０−１〜２の間の通信確立通知、などが含まれる。

制御機能部１１３−１は、帯域可変光ＴＰＮＤ１０７−１および可変大粒度切替装置１０５−１に通知信号１０９−１を送出する。同様に、制御機能部１１３−２は、帯域可変光ＴＰＮＤ１０７−２および可変大粒度切替装置１０５−２に通知信号１０９−２を送出する。

帯域可変光ＴＰＮＤ１０７は、図３Ｃに示すように、帯域可変部１０６、光送受信装置１１９、クライアントインターフェース１２０を備える。光送受信装置１１９および帯域可変部１０６は、制御機能部１１３から制御信号を受信する。帯域可変部１０６はクライアントインターフェース１２０に対してトラヒック抑制信号送出の命令１２３を送出する。

ここで、可変大粒度切替装置１０５は光搬送波周波数単位で通信路を切替える。すなわち、可変大粒度切替装置１０５は、基幹伝送通信路の最小光周波数帯域幅以上の粒度で方路の切り替えを実施する装置である。例えば、基幹伝送通信路が波長パスの場合には、最小光周波数帯域幅の粒度は光搬送波周波数グリッドの粒度である。この場合、可変大粒度切替装置としては帯域可変光クロスコネクト装置が該当する。具体的には例えば、可変大粒度切替装置１０５は図４に示すように、通信路１１７−１〜４上の異なる光帯域スロット数を有する通信１２６−１〜３を、異なる方路に切り替える。

次に、本実施形態による光通信システムの動作について詳細に説明する。本実施形態の光通信システムによれば、複数の運用パスにおいて障害が発生した場合であっても、通信途絶を防止しつつ予備パスへの切り替えを実現する障害復旧が可能となる。

まず、図２Ａ、図３Ａに示した通常動作時における動作について説明する。図２Ａに示すように通常動作時は、運用パス１１７−１〜２を介して、二拠点間の通信を確立する。

図３Ａに示すように、ネットワーク資源管理部１０１は、拠点間通信トラヒック量および光通信システム上で利用可能なネットワーク資源に応じて、二拠点間の通信に利用可能な予め定められた最小光周波数帯域幅（以下、「帯域スロット」と呼ぶ）単位での割当数を決定する。そして、ネットワーク資源管理部１０１は決定した割当数を制御機能部１１３−１〜２にそれぞれ通知する。

ネットワーク資源管理部１０１は、例えば図５に示すように、通常動作時および障害発生時における契約帯域スロット数を拠点間の通信毎に管理する。ここで、通常動作時における契約帯域スロット数である運用パス帯域スロット数は、いずれの拠点間の通信においても４個であるとする。一方、障害発生時における契約帯域スロット数である予備パス帯域スロット数は、可変大粒度ノード装置２１０−３と可変大粒度ノード装置２１０−４との間の通信においては例えば８個とする必要がある。この理由を以下に述べる。

可変大粒度ノード装置２１０−３と可変大粒度ノード装置２１０−４とを接続する予備パス１１８の経路長は、上述したように、運用パス１１７−２の経路長よりも長くなる。そのため、予備パスを収容する迂回通信路の信号光品質は劣化する。そこで、例えば、運用パスでは変調方式として１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：直交振幅変調）方式を採用した場合、予備パスにおいては多値数が低いＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：４位相偏移変調）方式を採用することが考えられる。しかしながら、ＱＰＳＫ方式におけるビットレートは１６ＱＡＭ方式におけるビットレートの半分であるため、１６ＱＡＭ方式を採用した場合と同一のトラヒックを通信するためには、予備パスの光帯域幅、すなわち予備パスの帯域スロット数を２倍とする必要がある。したがって、運用パスの帯域スロット数を４個とした場合、予備パスの帯域スロット数は８個とする必要がある。

可変大粒度ノード装置２１０−１〜６においては、帯域可変光ＴＰＮＤ１０７が備える帯域可変部１０６が、通知された帯域スロット数に応じてクライアント信号を多重・分離する。そして、帯域可変光ＴＰＮＤ１０７を用いて二拠点間の通信を確立する。

通信路に収容可能な最大帯域は、通常、クライアント信号の帯域の合計値以下であるため、帯域可変部１０６は単なる多重回路または分離回路として機能する。例えば、光トランスポンダの最大帯域が１００Ｇｂ／ｓである場合、クライアント信号として１０Ｇｂ／ｓ信号を１０本、または２５Ｇｂ／ｓ信号を４本、収容可能である。

なお、本実施形態では、１対１で対向する帯域可変光ＴＰＮＤ１０７を用いて一つの運用パスによる通信を実施する場合について説明する。しかしこれに限らず、対向する複数の帯域固定光トランスポンダを集約（アグリゲート）して一つの運用パスによる通信を確立させることとしてもよい。すなわち、帯域スロット数が４個である通信を、帯域スロット数がそれぞれ２個である通信用の帯域固定光トランスポンダを２組用いて行うこととしてもよい。

図２Ｂに示すように、運用パス１１７−１〜２において障害が発生した場合、予備パス１１８を介して二拠点間の通信を確立する。このとき図３Ｂに示すように、制御機能部１１３−１〜２からネットワーク資源管理部１０１に通知信号１０９−１〜２が送出される。ネットワーク資源管理部１０１は、予備パス上に収容する複数の運用パスの障害時帯域スロット数の総和が、予備パス用に割り当てられた帯域スロット数以下となるように、トラヒック量や優先度、最低帯域保証率に応じて障害時帯域スロット数を決定する。そして、決定した障害時帯域スロット数を制御機能部１１３−１〜２に通知する。

帯域可変光ＴＰＮＤ１０７−１〜２が備える帯域可変部１０６が、障害時帯域スロット数に応じてクライアント信号の帯域を絞り込むことにより、障害時帯域スロット数に応じた帯域にトラヒックを収容することが可能となる。具体的には、送信側の帯域可変光ＴＰＮＤの備える帯域可変部１０６が、クライアントインターフェース１２０に対してトラヒック抑制信号送出の命令１２３を送出することにより、クライアント信号のトラヒック抑制を実施する。

ネットワーク資源管理部１０１は管理テーブル（図５参照）を用いて予備パス帯域スロット数を管理している。ここでネットワーク資源管理部１０１は、事前に取得した通信路品質情報、または帯域可変光ＴＰＮＤにおいて算出されるビット誤り率（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ：ＢＥＲ）などの信号品質に基づいて予備パス帯域スロット数を決定する。上述したように、可変大粒度ノード装置２１０−３と可変大粒度ノード装置２１０−４との間の通信においては、運用パス帯域スロット数を４個とした場合、予備パス帯域スロット数は８個とする必要がある。

ここで、障害時帯域スロット数は、予備パス帯域スロット数と契約帯域に対する最低保証帯域の割合である最低帯域保証率に基づいて定める。すなわち、予備パス帯域スロット数（１００％保証時）と最低帯域保証率の積の端数を切り上げた値に、障害時帯域スロット数を設定する。

障害時帯域スロットの割り当てにおいて、残帯域スロット数が１個以上ある場合には、最低帯域保証率がゼロの通信に対して１個分の障害時帯域スロットを割り当てる。最低帯域保証率がゼロの通信に対して、予備パス用の残帯域リソースが不足した場合には、Ｍｏｓｔ−Ｕｓｅｄ方式、Ｆｉｒｓｔ−Ｆｉｔ方式、均等割当方式、および予備パスの経路長が長い順による割当方式などに基づいて割り当てることができる。

図６は、障害発生時における経路切り替え動作を説明するためのシーケンス図である。可変大粒度ノード装置２１０−１〜２は、障害発生時に障害時帯域スロット単位で経路切り替えを実施する。

可変大粒度ノード装置２１０−１〜２は、運用パスにおいて障害が発生したことを検知すると、通知信号１０９をネットワーク資源管理部１０１に送出する（ステップＳ１１５−１）。ネットワーク資源管理部１０１は、障害発生の通知信号１０９を受信すると、ネットワーク資源管理テーブル（例えば図５）を参照し、障害時帯域スロット数を決定する（ステップＳ１１５−２）。次に、可変大粒度切替装置１０５−１〜２における切替帯域および接続する迂回通信路を決定する（ステップＳ１１５−３〜４）。そして、ネットワーク資源管理部１０１は、制御機能部１１３−１〜２に対して障害時設定情報を通知する。

障害時設定情報を受け付けた可変大粒度ノード装置２１０−１〜２の制御機能部１１３−１〜２は、可変大粒度ノード装置２１０−１〜２の各部へ障害時設定情報を通知する（ステップＳ１１５−５）。この障害時設定情報に基づいて、帯域可変光ＴＰＮＤ１０７−１〜２が備える帯域可変部１０６の設定を行う（ステップＳ１１５−６）。そして、可変大粒度切替装置１０５−１〜２の切替帯域を帯域スロットの粒度で設定し（ステップＳ１１５−７）、可変大粒度切替装置１０５−１〜２が接続する通信路を迂回通信路へ切替える（ステップＳ１１５−８）。

図７に、本実施形態における障害復旧方式によって、障害時帯域スロット数を割り当てた結果を示す。予備パス１１８の帯域スロット数は、可変大粒度ノード装置２１０−３と可変大粒度ノード装置２１０−４との間の通信における予備パス帯域スロット数である８個となる。したがって、障害発生時には、障害時帯域スロット数に応じて、可変大粒度ノード装置２１０−３と可変大粒度ノード装置２１０−４との間の通信に対して４個のスロットが割り当てられる。なお、予備パス１１８の帯域スロット数を障害時帯域スロット数の総和としてもよい。

帯域スロット数を割り当てる代わりに、割り当てる光周波数帯域を、光周波数帯域幅の絶対値（例えば、３５ＧＨｚなど）で指定することとしてもよい。これにより、運用パスを収容するための光周波数帯域幅を連続的に可変させることができる。

一般に通信には、サービス内容によって緊急性は高いが少ない帯域で十分な通信や、逆に帯域が確保されることを重視する通信もある。そのため例えば図８に示すように、多重障害に対して、障害の数に応じて運用パスのトラヒックに対する最低帯域保証率を異ならせる契約を行うことも考えられる。この場合、ネットワーク資源管理部１０１は障害数に応じた障害時帯域スロット数を制御機能部１１３−１〜２に通知する。そして、帯域可変光ＴＰＮＤ１０７−１〜２によって、障害時帯域スロット数に応じた通信帯域に絞り込まれた信号光による通信が行われる。

以上説明したように、本実施形態の光通信システムによれば、運用パスにおいて障害が発生した場合、帯域可変部が障害時帯域スロット数に応じてクライアント信号の帯域を絞り込む。これにより、障害時帯域スロット数に応じた帯域にトラヒックを収容することが可能となる。このとき、可変大粒度切替装置が、帯域スロット数に応じて経路の切り替えを行うので、大容量通信に対しても消費電力や装置規模の増大を伴わず、通信途絶を防止することができる。

すなわち、本実施形態の光通信システムによれば、基幹系光ネットワークにおいて、消費電力の増大および光ネットワーク全体としての光周波数利用効率の低下を招くことなく、光通信路を切替えることができる。

また、上述したように、光通信システムにおいては一般に、予備パスの経路長は、運用パスの経路長と比較して長くなる傾向がある。そのため、予備パスを収容する迂回通信路の信号光品質は劣化する。このとき、運用パスと同一のトラヒックを通信するためには、予備パスの光帯域幅が拡大する必要がある。したがって、迂回通信路の経路長が長い場合には、優先度が低いトラヒックを収容する運用パスに対応する予備パスにおいても、占有する光帯域幅が膨大になってしまう。すなわち、迂回通信路の経路長が長い場合には、予備パスにおけるトラヒックの収容効率が低下する、という問題があった。

しかし本実施形態の光通信システムによれば、帯域可変光ＴＰＮＤ１０７−１が備える帯域可変部１０６が、切替えた後の通信路である予備パス１１８の通信品質に応じてクライアント信号の信号帯域を削減する構成としている。そのため、本実施形態の光通信システムによれば、通信品質が劣る予備パス１１８に切替えた場合であっても、トラヒックの収容効率の低下を回避し、高い効率でトラヒックを収容することが可能となる。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図９Ａ、９Ｂに、本発明の第３の実施形態に係る光通信システムの構成を示す。図９Ａは本実施形態に係る光通信システムの通常状態における構成を示すブロック図であり、図９Ｂは障害発生時における構成を示すブロック図である。

本実施形態による光通信システムは、可変大粒度ノード装置２１１−１〜２を有し、可変大粒度ノード装置２１１−１〜２が備える制御機能部１１３−１〜２が通知信号１０９を直接送受信する構成とした点が、第２の実施形態による光通信システムと異なる。通知信号１０９には、可変大粒度ノード装置２１１−１〜２のノード資源管理情報、運用パス１１７および予備パス１１８における障害発生時の障害通知、および可変大粒度ノード装置２１１−１〜２間の通信確立の通知などが含まれる。

次に、本実施形態による光通信システムの動作について詳細に説明する。本実施形態の光通信システムによれば、運用パスにおいて障害が発生した場合であっても、通信途絶を防止しつつ予備パスへの切り替えを実現する障害復旧が可能となる。

まず、図９Ａに示した通常動作時における動作について説明する。

制御機能部１１３−１〜２は、可変大粒度ノード装置２１１−１〜２間の通信トラヒック量および利用可能なネットワーク資源に応じて、二拠点間の通信に利用可能な予め定められた最小光周波数帯域幅単位での割当数を互いに通知する。この最小光周波数帯域幅を、以下では「帯域スロット」と呼ぶ。そして、制御機能部１１３−１〜２が、可変大粒度ノード装置２１１−１〜２間の通常動作時および障害発生時における契約帯域スロット数および最低帯域保証率を管理する。帯域可変光ＴＰＮＤ１０７−１〜２が備える帯域可変部１０６が、通知された帯域スロット数に応じて、クライアント信号を多重・分離する。そして、帯域可変光ＴＰＮＤ１０７−１〜２を用いて二拠点間の通信を確立する。

図９Ｂに示すように、運用パス１１７において障害が発生した場合、制御機能部１１３−１〜２は通知信号１０９を送出する。制御機能部１１３−１〜２は、予備パス上に収容する複数の運用パスの障害時帯域スロット数の総和が、予備パス用に割り当てられた帯域スロット数以下となるように、最低帯域保証率に応じて障害時帯域スロット数を決定する。制御機能部１１３−１〜２は、第２の実施形態におけるネットワーク資源管理部１０１が管理するネットワーク資源管理テーブルのうち、可変大粒度ノード装置２１１−１〜２を通過する通信に関して部分テーブルを構成する。そして、各制御機能部１１３−１〜２は、この部分テーブルを参照して障害時帯域スロット数を決定する。

帯域可変光ＴＰＮＤ１０７−１〜２が備える帯域可変部１０６が、障害時帯域スロット数に応じてクライアント信号の帯域を絞り込むことにより、障害時帯域スロット数に応じた帯域にトラヒックを収容することが可能となる。具体的には、送信側の帯域可変光ＴＰＮＤの備える帯域可変部１０６が、クライアントインターフェース１２０に対してトラヒック抑制信号送出の命令１２３を送出することにより、クライアント信号のトラヒック抑制を実施する。

図１０は、障害発生時における経路切り替え動作を説明するためのシーケンス図である。可変大粒度ノード装置２１１−１は障害の発生を検知すると、障害通知１０９を通信相手側の可変大粒度ノード装置２１１−２に送出する（ステップＳ１１６−１）。障害通知１０９を受信した後に、可変大粒度ノード装置２１１−１〜２は、それぞれが保持している資源管理テーブルを参照して、帯域使用状況、最低帯域保証率、および予備パスの通信品質を互いに通知する（ステップＳ１１６−２Ａ〜２Ｂ）。

可変大粒度ノード装置２１１−１〜２は、通知された結果に基づいて、障害時帯域スロットの割り当てを決定する（ステップＳ１１６−３Ａ〜３Ｂ）。次に、可変大粒度切替装置１０５−１〜２における切替帯域（ステップＳ１１６−４Ａ〜４Ｂ）、および可変大粒度切替装置１０５−１〜２が接続する迂回路を決定する（ステップＳ１１６−５Ａ〜５Ｂ）。

以上の処理ステップによって、障害時帯域スロットの割り当てが成功した場合には、図６に示したステップＳ１１５−５以降の手順により可変大粒度ノード装置２１１−１〜２の各部の設定を実施する（ステップＳ１１５−９Ａ〜９Ｂ）。それに対して、割り当てに失敗した場合には、図１０に示したステップＳ１１６−６（Ｓ１１５―２Ａ〜５Ａ、２Ｂ〜５Ｂ）の手順を再度実行する。これ以降の動作は第２の実施形態による光通信システムにおける場合と同様である。

以上説明したように、本実施形態の光通信システムによれば、運用パスにおいて障害が発生した場合、帯域可変部が障害時帯域スロット数に応じて、クライアント信号の帯域を絞り込む。これにより、障害時帯域スロット数に応じた帯域にトラヒックを収容することが可能となる。このとき、可変大粒度切替装置が、帯域スロット数に応じて経路の切り替えを行うので、大容量通信に対しても消費電力や装置規模の増大を伴わず、通信途絶を防止することができる。

すなわち、本実施形態の光通信システムによれば、基幹系光ネットワークにおいて、消費電力の増大および光ネットワーク全体としての光周波数利用効率の低下を招くことなく、光通信路を切替えることができる。さらに、通信品質が劣る通信路に切替えた場合であっても、通信品質に基づいて障害時帯域スロット数を決定するので、トラヒックの収容効率の低下を回避し、高い効率でトラヒックを収容することが可能となる。

〔第４の実施形態〕
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図１１Ａ、１１Ｂに、本発明の第４の実施形態に係る光通信システムの構成を示す。図１１Ａは本実施形態に係る光通信システムの通常状態における構成を示すブロック図であり、図１１Ｂは障害発生時における構成を示すブロック図である。

図１１Ａ、１１Ｂに示すように、本実施形態による光通信システムは、可変大粒度ノード装置２１０−１〜６、可変大粒度ノード装置２１０−１〜６とそれぞれ接続する運用パス１１７−１および予備パス１１８−１〜２から構成される。

次に、本実施形態による光通信システムの動作について詳細に説明する。本実施形態の光通信システムによれば、複数の運用パスにおいて障害が発生した場合であっても、通信途絶を防止しつつ予備パスへの切り替えを実現する障害復旧が可能となる。

まず、図１１Ａに示した通常動作時における動作について説明する。

可変大粒度ノード装置２１０−１と可変大粒度ノード装置２１０−２は、運用パス１１７−１を介して通信を確立する。一方、予備パス１１８−２には、可変大粒度ノード装置２１０−３と可変大粒度ノード装置２１０−４との間の通信トラヒックが収容されている。

次に、図１１Ｂに示すように、可変大粒度ノード装置２１０−１と可変大粒度ノード装置２１０−２との間の通信において、運用パス１１７−１および予備パス１１８−１の２箇所で障害が発生した場合について説明する。この場合、予備パス１１８−２を介して可変大粒度ノード装置２１０−１と可変大粒度ノード装置２１０−２との間の通信を確立する。

図１２に、ネットワーク資源管理部１０１が備える管理テーブルの一例を示す。また、図１３に、本実施形態における障害復旧方式によって、障害時帯域スロット数を割り当てた結果を示す。

可変大粒度ノード装置２１０−１と可変大粒度ノード装置２１０−２との間の通信において、運用パス１１７−１（図１１Ｂ）に対して１重障害時の予備パスを予備パス１１８−１とする。予備パス１１８−１は、可変大粒度ノード装置２１０−５と可変大粒度ノード装置２１０−６を経由し、その経路長は運用パス１１７−１と同程度であるとする。この場合は、予備パス１１８−１に切替えても信号光品質が劣化することはないので、変調方式を変更する必要はない。したがって、１重障害発生時における予備パス帯域スロット数は、最低帯域保証率は１００％として、運用パス帯域スロット数と同じ４個となる。図１２の例では、契約時に定めた最低帯域保証率が５０％であるため、１重障害時の予備パスの帯域スロット数は４個×０．５＝２個となる（図１３の予備パス１１８−１を参照）。

さらに、予備パス１１８−１に障害が発生した場合、予備パス１１８−２を使用する。この場合、予備パス１１８−２の通信路の長さ（経路長）は、運用パス１１７−１もしくは予備パス１１８−１に比べ長くなっている。そのため、信号光品質が劣化するので、多値数が低い変調方式に変更する必要がある。すなわち、第２の実施形態の場合（図５参照）と同様に、例えば１６ＱＡＭ方式からＱＰＳＫ方式に変調方式を変更することが考えられる。この場合、ＱＰＳＫ方式におけるビットレートは１６ＱＡＭ方式におけるビットレートの半分であるため、１６ＱＡＭ方式を採用した場合と同一のトラヒックを通信するためには、予備パスの光帯域幅、すなわち予備パスの帯域スロット数を２倍とする必要がある。そのため、予備パス１１８−２の帯域スロット数（最低帯域保証率１００％）は８個必要となる。

上述のように契約時に定めた最低帯域保証率が５０％であるため、２重障害時の予備パスの帯域スロット数は８個×０．５＝４個となる（図１３の予備パス１１８−２の１２４−１を参照）。このように、障害時帯域スロット数は予備パス帯域スロット数と最低帯域保証率との積の端数を切り上げた値に設定することができる。

また、図１１Ｂに示した可変大粒度ノード装置２１０−３と可変大粒度ノード装置２１０−４との間の通信において、運用パス１１７−１に対する１重予備パスを予備パス１１８−２とする場合、予備パスの通信路が長くなるので、同様に変調方式を変更する必要が生じる。このとき上述したように、１６ＱＡＭ方式からＱＰＳＫ方式へ変調方式を変更すると、帯域スロット数を２倍とする必要がある。そのため、１重障害時における予備パス１１８−２の帯域スロット数（最低帯域保証率１００％）は８個となる。この場合、図１２の例では契約時に定めた最低帯域保証率は０％であるため、１重障害時の予備パスの帯域スロット数は８個×０＝０個となる。

ここで、さらに予備パス１１８−１に障害が発生しても、可変大粒度ノード装置２１０−３と可変大粒度ノード装置２１０−４との間の通信においては通信路の変更は生じない。そのため、２重障害時の予備パス１１８−２の帯域スロット数（最低帯域保証率１００％）は８個のままである。この場合、上述のように契約時に定めた最低帯域保証率は０％であるので、２重障害時の予備パスの帯域スロット数は８個×０＝０個となる。

なお、多重障害に対して、障害の数に応じて運用パスのトラヒックに対する最低帯域保証率を異ならせる契約を行うことも考えられる。この場合であっても、本実施形態を適用することができる。

以上説明したように、本実施形態の光通信システムによれば、運用パスおよび予備パスにおいて障害が発生した場合、帯域可変部が障害時帯域スロット数に応じて、クライアント信号の帯域を絞り込む。これにより、障害時帯域スロット数に応じた帯域にトラヒックを収容することが可能となる。このとき、可変大粒度切替装置が、帯域スロット数に応じて経路の切り替えを行うので、大容量通信に対しても消費電力や装置規模の増大を伴わず、通信途絶を防止することができる。

すなわち、本実施形態の光通信システムによれば、基幹系光ネットワークにおいて、消費電力の増大および光ネットワーク全体としての光周波数利用効率の低下を招くことなく、光通信路を切替えることができる。さらに、通信品質が劣る通信路に切替えた場合であっても、通信品質に基づいて障害時帯域スロット数を決定するので、トラヒックの収容効率の低下を回避し、高い効率でトラヒックを収容することが可能となる。

〔第５の実施形態〕
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図１４Ａ、１４Ｂに、本発明の第５の実施形態に係る光通信システムの構成を示す。図１４Ａは本実施形態に係る光通信システムの通常状態における構成を示すブロック図であり、図１４Ｂは障害発生時における構成を示すブロック図である。

図１４Ａ、１４Ｂに示すように、可変大粒度ノード装置２１２−１〜２は、運用パス１１７および予備パス１１８と接続している。可変大粒度ノード装置２１２−１は帯域可変光ＴＰＮＤ１２６−１を備える。同様に、可変大粒度ノード装置２１２−２は帯域可変光ＴＰＮＤ１２６−２を備える。

図１４Ｃに、可変大粒度ノード装置２１２−１〜２が備える帯域可変光ＴＰＮＤ１２６の構成を示す。図１４Ｃに示すように、本実施形態の帯域可変光ＴＰＮＤ１２６は光スペクトル整形設定部１２５をさらに備えた構成とした点が、第２の実施形態による帯域可変光ＴＰＮＤ１０７と異なる。ここで、光スペクトル整形設定部１２５は、光送受信装置１１９に対して信号光の光スペクトル整形の設定を通知する機能を有する。

次に、本実施形態による光通信システムの動作について詳細に説明する。本実施形態の光通信システムによれば、運用パスにおいて障害が発生した場合であっても、通信途絶を防止しつつ予備パスへの切り替えを実現する障害復旧が可能となる。

まず、図１４Ａに示した通常動作時における動作について説明する。

ネットワーク資源管理部１０１は、例えば図１５に示すようなネットワーク資源管理テーブルを備え、二拠点間の通信における通常時の通信容量を制御機能部１１３−１〜２にそれぞれ通知する。光スペクトル整形設定部１２５は、通知された通信容量に応じて、光送受信装置１１９の信号光の帯域スロット数および光周波数利用効率の設定パラメータとして例えばロールオフ率を設定する。そして、帯域可変光ＴＰＮＤ１２６−１〜２を用いて二拠点間の通信を確立する。このとき、光スペクトル整形設定部１２５によって、単位周波数当たりの通信容量、すなわち周波数利用効率を可変することが可能となる。

図１４Ｂに示すように、運用パス１１７において障害が発生した場合、ネットワーク資源管理部１０１は管理している最低保証通信容量を制御機能部１１３−１〜２に通知する。光スペクトル整形設定部１２５は、最低保証通信容量の通知結果に応じて、最低保証通信容量を満たすように光スペクトル整形の設定パラメータ（図１５の例では障害時ロールオフ率）を算出し、光送受信装置１１９に通知する。

光スペクトル整形の設定パラメータの一例として、ナイキストパルスのロールオフ率（ｒ）について説明する。図１６に、ロールオフ率ｒを変化させたときの周波数利用効率の増率（ΔＣ）の変化を示す。同図では、ロールオフ率が１のときの周波数利用効率の増率を１とした。このとき、ロールオフ率ｒと周波数利用効率の増率ΔＣの関係は次式で与えられる。
ΔＣ＝（１−ｒ）／２＋１
ここで、変調方式が偏波多重ＱＰＳＫ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ−Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：ＰＭ−ＱＰＳＫ）方式である場合、ロールオフ率が１の場合の周波数利用効率は２ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚである。ロールオフ率を０に設定した場合、周波数利用効率は２×１．５＝３ｂｉｔ／ｓ／Ｈｚである。したがって、周波数帯域が１２．５ＧＨｚである単位帯域スロットでは、ロールオフ率を変更することにより、単位帯域スロットに収容可能なトラヒック量は２５Ｇｂ／ｓから３７．５Ｇｂ／ｓに増大する。

なお、基幹伝送通信路の構成によっては、ロールオフ率を低減することによって通信品質が劣化する場合がある。そのため、ネットワーク資源管理部１０１は、事前に取得した通信路品質情報、または帯域可変光ＴＰＮＤにおいて算出されるビット誤り率（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ：ＢＥＲ）などの信号品質に基づいて、障害時ロールオフ率の下限を決定する。

ここで、障害時帯域スロット数は、予備パス帯域スロット数と最低帯域保証率、および障害時ロールオフ率に基づいて定める。すなわち、予備パス帯域スロット数（１００％保証時）と最低帯域保証率の積にさらに障害時ロールオフ率を乗算した値の端数を切り上げた値に、障害時帯域スロット数を設定する。

障害時帯域スロットの割り当てにおいて、残帯域スロット数が１個以上ある場合には、最低帯域保証率がゼロの通信に対して１個分の障害時帯域スロットを割り当てる。最低帯域保証率がゼロの通信に対して、予備パス用の残帯域リソースが不足した場合には、Ｍｏｓｔ−Ｕｓｅｄ方式、Ｆｉｒｓｔ−Ｆｉｔ方式、均等割当方式、および予備パスの経路長が長い順による割当方式などに基づいて割り当てることができる。

図１７に、本実施形態における障害復旧方式によって、障害時帯域スロット数を割り当てた結果を示す。予備パス１１８の帯域スロット数は、可変大粒度ノード装置２１０−３と可変大粒度ノード装置２１０−４との間の通信における予備パス帯域スロット数である８個である。

障害発生時には、運用パス１１７−１上の通信１２４−１（可変大粒度ノード装置２１０−１〜２間の通信）に対して、障害時ロールオフ率を０．８５とし、３個の障害時帯域スロットを割り当てる。また、運用パス１１７−２上の通信１２４−２（可変大粒度ノード装置２１０−３〜４間の通信）に対して、障害時ロールオフ率を１とし、５個の障害時帯域スロットを割り当てる。以上により、予備パス１１８に通信１２４−１と通信１２４−２を収容することができる。

上述の説明では、光スペクトル整形設定部１２５を用いて光スペクトル整形を実施することにより、光周波数利用効率を変化させることとした。しかし、これに限らず、変調方式を可変にすること、または直交周波数分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＯＦＤＭ）信号光のサブキャリア数を変更すること、などにより光周波数利用効率を変更することとしてもよい。

上述したように、本実施形態による可変大粒度ノード装置２１２である光ノード装置が備える光トランスポンダ装置（帯域可変光ＴＰＮＤ１２６）は、光スペクトル整形設定部１２５を含む光周波数利用効率設定部と、光送受信装置１１９を備える。光周波数利用効率設定部は、光周波数利用効率の設定パラメータを算出する。そして、光送受信装置はこの設定パラメータに対応した光周波数利用効率で信号光を送出する。

以上説明したように、本実施形態の光通信システムでは、運用パスにおいて障害が発生した場合、障害時帯域スロット数に応じて、最低保証通信容量を満たすようにロールオフ率を設定する。そして、このときのロールオフ率に基づいて、帯域可変部１０６がクライアント信号の帯域を絞り込む。これにより、障害時帯域スロット数に応じた帯域にトラヒックを収容することが可能となる。このとき、可変大粒度切替装置が帯域スロット数に応じて経路切り替えを行うので、大容量通信に対しても消費電力や装置規模の増大を伴わず、通信途絶を防止することができる。

上述した各実施形態においては、可変大粒度ノード装置２１０を二拠点にそれぞれ配置して拠点間通信を行うこととした。しかし、これに限らず、図１８Ａ、１８Ｂに示すように、可変大粒度ノード装置２１０をメッシュ状に配置し、それぞれの可変大粒度ノード装置間を基幹伝送通信路によって接続した光通信システムの構成としてもよい。ここで、図１８Ａは通常状態における光通信システムの構成を示し、図１８Ｂは障害発生時における構成を示す。なお、可変大粒度ノード装置２１０の配置形状はメッシュ状に限らず、リング状またはツリー状などのノード配置であっても適用可能である。

図１８Ｂに示すように、二拠点間通信用の帯域可変光ＴＰＮＤ１０７−１〜４を備えた可変大粒度ノード装置２１０−１〜２と直接接続されていない基幹伝送通信路において、２箇所で障害１１９−１〜２が発生した場合について説明する。帯域可変光ＴＰＮＤ１０７−１〜４が備える帯域可変部１０６は、ネットワーク資源管理部１０１からのネットワーク資源情報に基づいて、クライアント信号の帯域を絞りこむ。これにより、障害時帯域スロット数に応じた帯域にトラヒックを収容することが可能となる。このとき、可変大粒度切替装置１０５−３〜８が、迂回基幹伝送通信路に接続を切り替えることによって、予備パス１１８上での通信を確立することができる。

以上説明したように、多数のノードから構成される光通信システムであっても、上述した各実施形態によれば、運用パスにおいて障害が発生した場合、帯域可変部は障害時帯域スロット数に応じてクライアント信号の帯域を絞り込む。これより、障害時帯域スロット数に応じた帯域にトラヒックを収容することが可能となる。このとき、可変大粒度切替装置が帯域スロット数に応じて経路切り替えを行うので、大容量通信に対しても消費電力や装置規模の増大を伴わず、通信途絶を防止することができる。

また、障害発生時に大粒度切替装置を用いた予備パスへの切り替えを、障害時光帯域スロット数の降順に実施する。これにより、先着順に切替えを実施した場合と比較してネットワーク全体の周波数利用効率を向上することが可能である。なお、障害時光帯域スロット数の降順に実施することに限らず、契約帯域スロット数の降順や運用パスの経路長、ホップ数の降順に指定することも可能である。さらに、これらの組み合わせも本実施形態に含まれる。

また、予備パスの波長割当方式として、長波長側から割り当てるＦｉｒｓｔ−Ｆｉｔ割当方式だけでなく、空き波長の中から他の経路において最も使用回数の大きい波長スロットを選択するＭｏｓｔ−Ｕｓｅｄ割当方式などを用いることとしてもよい。

なお、予備パスへの切替順序および波長割当方式は、上述した可変大粒度切替装置１０５のハードウェアによる制約、例えば方路制約、波長制約、競合制約等に応じて設定することが望ましい。

また、上述した各実施形態においては、運用パス上の障害発生を検出したことを契機として複数の通信路を切替えることとしたが、これに限らない。例えば、光通信システムにおいて新規に拠点間通信を確立する場合に、新規の帯域スロットの設定要求（割り込み要求）が発生したことを契機として通信路を切替えることとしてもよい。すなわち、運用パスの帯域リソースに制限があり、新規通信向けの割当帯域スロット数が不足する場合がある。このとき、上述した各実施形態によれば、既存の運用パスの割当帯域を最低保証帯域に絞りこむことにより、割り当てが可能な帯域スロットを捻出することが可能である。

以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

この出願は、２０１３年１２月２５日に出願された日本出願特願２０１３−２６７０９０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）光搬送波周波数単位で複数の通信路を切替える大粒度切替部と、前記通信路を介してクライアント信号を送受信する光トランスポンダ装置と、前記大粒度切替部と前記光トランスポンダ装置の動作を制御する制御部、とを有し、前記制御部は、前記複数の通信路を切替える契機を検出した際に、前記大粒度切替部と前記光トランスポンダ装置に対して通知し、前記大粒度切替部は、前記通知を受け付けたときに、前記通信路を切替え、 前記光トランスポンダ装置は、前記大粒度切替部が切替えた後の前記通信路の通信品質に応じて前記クライアント信号の信号帯域を削減する帯域可変部を備え、前記光トランスポンダ装置は、前記通知を受け付けたときに、前記帯域可変部において前記クライアント信号の帯域を削減した信号光を、前記大粒度切替部が切替えた後の前記通信路に送出する光ノード装置。

（付記２）前記制御部は、前記通信路における障害を検出した際に、前記通知を行い、前記大粒度切替部が切替えた後の前記通信路において利用可能な最小光周波数帯域幅の個数である障害時帯域スロット数を、前記通信品質に基づいて決定し、前記光トランスポンダ装置は、前記帯域可変部が前記障害時帯域スロット数に基づいて前記クライアント信号の帯域を削減した信号光を送出する付記１に記載した光ノード装置。

（付記３）前記通信品質は、前記大粒度切替部が切替えた後の前記通信路の経路長に基づいて定まる付記１または２に記載した光ノード装置。

（付記４）前記光トランスポンダ装置は、信号光を送受信する光送受信装置を有し、前記光送受信装置は、前記大粒度切替部が切替えた後の前記通信路を通して受信した信号光の信号品質を監視することにより前記通信品質を取得する付記１から３のいずれか一項に記載した光ノード装置。

（付記５）前記光トランスポンダ装置は、光周波数利用効率設定部と、光送受信装置を備え、前記光周波数利用効率設定部は、光周波数利用効率の設定パラメータを算出し、前記光送受信装置は、前記設定パラメータに対応した光周波数利用効率で前記信号光を送出する付記１から４のいずれか一項に記載した光ノード装置。

（付記６）第１の光ノード装置と、第２の光ノード装置と、前記第１の光ノード装置と前記第２の光ノード装置を接続する第１の通信路および第２の通信路、とを有し、前記第１の光ノード装置および前記第２の光ノード装置は、光搬送波周波数単位で前記第１の通信路と前記第２の通信路を切替える第１および第２の大粒度切替部と、前記第１の通信路および前記第２の通信路を介してクライアント信号を送受信する第１および第２の光トランスポンダ装置と、前記第１および前記第２の大粒度切替部と前記第１および前記第２の光トランスポンダ装置の動作を制御する第１および第２の制御部、とをそれぞれ有し、前記第１および前記第２の制御部は、前記第１の通信路から前記第２の通信路に切替える契機を検出した際に、前記第１および前記第２の大粒度切替部と前記第１および前記第２の光トランスポンダ装置に対して通知し、前記第１および前記第２の大粒度切替部は、前記通知を受け付けたときに、前記第１の通信路から前記第２の通信路に切替え、前記第１および前記第２の光トランスポンダ装置は、前記第２の通信路の通信品質に応じて前記クライアント信号の信号帯域を削減する第１および第２の帯域可変部をそれぞれ備え、前記第１および前記第２の光トランスポンダ装置は、前記通知を受け付けたときに、前記第１および前記第２の帯域可変部において前記クライアント信号の帯域を削減した信号光を、前記第１および前記第２の大粒度切替部が切替えた前記第２の通信路に送出する光通信システム。

（付記７）前記第１の通信路および前記第２の通信路の通信品質をそれぞれ管理するネットワーク管理部をさらに有し、前記第１および前記第２の制御部は、前記第１の通信路における障害を検出した際に、前記第１および前記第２の大粒度切替部、前記第１および前記第２の光トランスポンダ装置、および前記ネットワーク管理部に対して前記通知をそれぞれ行い、前記ネットワーク管理部は、前記通知を受け付けたときに、前記第２の通信路において利用可能な最小光周波数帯域幅の個数である障害時帯域スロット数を、前記第２の通信路の通信品質に基づいて決定し、前記障害時帯域スロット数を前記第１の光ノード装置および前記第２の光ノード装置に通知し、前記第１および前記第２の光トランスポンダ装置は、前記第１および前記第２の帯域可変部が前記障害時帯域スロット数に基づいて前記クライアント信号の帯域を削減した信号光を、前記第２の通信路に送出する付記６に記載した光通信システム。

（付記８）複数の通信路を切替える契機を検出した際に、前記複数の通信路を光搬送波周波数単位で切替え、前記切替えた後の前記通信路の通信品質に応じてクライアント信号の帯域を削減した信号光を、前記切替えた後の前記通信路に送出する光通信路切替方法。

（付記９）前記通信路における障害を検出した際に、前記複数の通信路を光搬送波周波数単位で切替え、前記切替えた後の前記通信路において利用可能な最小光周波数帯域幅の個数である障害時帯域スロット数を、前記通信品質に基づいて決定し、前記障害時帯域スロット数に基づいて前記クライアント信号の帯域を削減した信号光を送出する付記８に記載した光通信路切替方法。

（付記１０）前記切替えた後の前記通信路を通して受信した信号光の信号品質を監視することにより、前記通信品質を取得する付記８または９に記載した光通信路切替方法。

（付記１１）前記制御部は、前記通信品質に基づいて予備パス帯域スロット数を決定し、前記障害時帯域スロット数を、前記予備パス帯域スロット数と契約帯域に対する最低保証帯域の割合である最低帯域保証率に基づいて定める付記２から５のいずれか一項に記載した光ノード装置。

（付記１２）前記信号品質は、ビット誤り率、および受信信号のシンボル点と理想シンボル点とのズレの分布、の少なくともいずれか一方である付記４に記載した光ノード装置。

（付記１３）前記大粒度切替部が切替えた後の前記通信路は複数の迂回通信路を有し、前記光トランスポンダ装置は、前記複数の迂回通信路のそれぞれの光周波数帯域を用いて、前記信号光を送出する付記１から５のいずれか一項に記載した光ノード装置。

（付記１４）前記光周波数利用効率の設定パラメータは、前記信号光の光周波数スペクトルの形状を可変するパラメータである付記５に記載した光ノード装置。

（付記１５）前記光周波数利用効率の設定パラメータは、前記信号光の変調方式を可変するパラメータである付記５に記載した光ノード装置。

（付記１６）前記光周波数利用効率の設定パラメータは、前記信号光が直交周波数分割多重信号光である場合のサブキャリア数を変更するパラメータである付記５に記載した光ノード装置。

（付記１７）前記ネットワーク管理部は、前記通信品質に基づいて予備パス帯域スロット数を決定し、前記障害時帯域スロット数を、前記予備パス帯域スロット数と契約帯域に対する最低保証帯域の割合である最低帯域保証率に基づいて定める付記７に記載した光通信システム。

（付記１８）前記ネットワーク管理部は、通信路の障害状態に応じた複数の帯域削減量を管理し、前記第１および前記第２の帯域可変部は、前記複数の帯域削減量に応じて、削減する信号帯域を変更する付記６または７に記載した光通信システム。

（付記１９）前記ネットワーク管理部は、予め設定された通信路の優先度を管理し、前記第１および前記第２の帯域可変部は、前記通信路の優先度に応じて、削減する信号帯域を変更する付記６、７、１７、および１８のいずれか一項に記載した光通信システム。

（付記２０）前記信号光の光周波数利用効率の設定パラメータを算出し、前記設定パラメータに対応した光周波数利用効率で前記信号光を送出する付記８から１０のいずれか一項に記載した光通信路切替方法。

（付記２１）前記切替えた後の前記通信路に、少なくとも、前記通信路における最小光周波数帯域を割り当てる付記８、９、１０、および２０のいずれか一項に記載した光通信路切替方法。

１０００ 光ノード装置
１１００ 大粒度切替部
１２００ 光トランスポンダ装置
１２２０ 帯域可変部
１３００ 制御部
１４００、１４０１、１４０２ 通信路
１０１ ネットワーク資源管理部
１０５−１〜８ 可変大粒度切替装置
１０６ 帯域可変部
１０７−１〜４、１２６−１〜２ 帯域可変光トランスポンダ（ＴＰＮＤ）
１１３−１〜２ 制御機能部
１１７、１１７−１〜２ 運用パス
１１８、１１８−１〜２ 予備パス
１１９ 光送受信装置
１２０ クライアントインターフェース
１２５ 光スペクトル整形設定部
２１０−１〜８、２１１−１〜２、２１２−１〜２ 可変大粒度ノード装置
５０、６０ 関連するノード装置
５１、６１ 大粒度切替装置
５２、６２ 小粒度切替装置
７０ 通信網

Claims (10)

1. 光搬送波周波数単位で複数の通信路を切替える大粒度切替手段と、
   前記通信路を介してクライアント信号を送受信する光トランスポンダと、
   前記大粒度切替手段と前記光トランスポンダの動作を制御する制御手段、とを有し、
   前記制御手段は、前記複数の通信路を切替える契機を検出した際に、前記大粒度切替手段と前記光トランスポンダに対して通知し、
   前記大粒度切替手段は、前記通知を受け付けたときに、前記通信路を切替え、
   前記光トランスポンダは、前記大粒度切替手段が切替えた後の前記通信路の通信品質に応じて前記クライアント信号の信号帯域を削減する帯域可変手段を備え、
   前記光トランスポンダは、前記通知を受け付けたときに、前記帯域可変手段において前記クライアント信号の帯域を削減した信号光を、前記大粒度切替手段が切替えた後の前記通信路に送出する
   光ノード装置。
2. 請求項１に記載した光ノード装置において、
   前記制御手段は、前記通信路における障害を検出した際に、前記通知を行い、前記大粒度切替手段が切替えた後の前記通信路において利用可能な最小光周波数帯域幅の個数である障害時帯域スロット数を、前記通信品質に基づいて決定し、
   前記光トランスポンダは、前記帯域可変手段が前記障害時帯域スロット数に基づいて前記クライアント信号の帯域を削減した信号光を送出する
   光ノード装置。
3. 請求項１または２に記載した光ノード装置において、
   前記通信品質は、前記大粒度切替手段が切替えた後の前記通信路の経路長に基づいて定まる
   光ノード装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載した光ノード装置において、
   前記光トランスポンダは、信号光を送受信する光送受信手段を有し、
   前記光送受信手段は、前記大粒度切替手段が切替えた後の前記通信路を通して受信した信号光の信号品質を監視することにより前記通信品質を取得する
   光ノード装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載した光ノード装置において、
   前記光トランスポンダは、光周波数利用効率設定手段と、光送受信手段を備え、
   前記光周波数利用効率設定手段は、光周波数利用効率の設定パラメータを算出し、
   前記光送受信手段は、前記設定パラメータに対応した光周波数利用効率で前記信号光を送出する
   光ノード装置。
6. 第１の光ノード装置と、第２の光ノード装置と、前記第１の光ノード装置と前記第２の光ノード装置を接続する第１の通信路および第２の通信路、とを有し、
   前記第１の光ノード装置および前記第２の光ノード装置は、
   光搬送波周波数単位で前記第１の通信路と前記第２の通信路を切替える第１および第２の大粒度切替手段と、
   前記第１の通信路および前記第２の通信路を介してクライアント信号を送受信する第１および第２の光トランスポンダと、
   前記第１および前記第２の大粒度切替手段と前記第１および前記第２の光トランスポンダの動作を制御する第１および第２の制御手段、とをそれぞれ有し、
   前記第１および前記第２の制御手段は、前記第１の通信路から前記第２の通信路に切替える契機を検出した際に、前記第１および前記第２の大粒度切替手段と前記第１および前記第２の光トランスポンダに対して通知し、
   前記第１および前記第２の大粒度切替手段は、前記通知を受け付けたときに、前記第１の通信路から前記第２の通信路に切替え、
   前記第１および前記第２の光トランスポンダは、前記第２の通信路の通信品質に応じて前記クライアント信号の信号帯域を削減する第１および第２の帯域可変手段をそれぞれ備え、
   前記第１および前記第２の光トランスポンダは、前記通知を受け付けたときに、前記第１および前記第２の帯域可変手段において前記クライアント信号の帯域を削減した信号光を、前記第１および前記第２の大粒度切替手段が切替えた前記第２の通信路に送出する
   光通信システム。
7. 請求項６に記載した光通信システムにおいて、
   前記第１の通信路および前記第２の通信路の通信品質をそれぞれ管理するネットワーク管理手段をさらに有し、
   前記第１および前記第２の制御手段は、前記第１の通信路における障害を検出した際に、前記第１および前記第２の大粒度切替手段、前記第１および前記第２の光トランスポンダ、および前記ネットワーク管理手段に対して前記通知をそれぞれ行い、
   前記ネットワーク管理手段は、前記通知を受け付けたときに、前記第２の通信路において利用可能な最小光周波数帯域幅の個数である障害時帯域スロット数を、前記第２の通信路の通信品質に基づいて決定し、前記障害時帯域スロット数を前記第１の光ノード装置および前記第２の光ノード装置に通知し、
   前記第１および前記第２の光トランスポンダは、前記第１および前記第２の帯域可変手段が前記障害時帯域スロット数に基づいて前記クライアント信号の帯域を削減した信号光を、前記第２の通信路に送出する
   光通信システム。
8. 複数の通信路を切替える契機を検出した際に、前記複数の通信路を光搬送波周波数単位で切替え、
   前記切替えた後の前記通信路の通信品質に応じてクライアント信号の帯域を削減した信号光を、前記切替えた後の前記通信路に送出する
   光通信路切替方法。
9. 請求項８に記載した光通信路切替方法において、
   前記通信路における障害を検出した際に、前記複数の通信路を光搬送波周波数単位で切替え、
   前記切替えた後の前記通信路において利用可能な最小光周波数帯域幅の個数である障害時帯域スロット数を、前記通信品質に基づいて決定し、
   前記障害時帯域スロット数に基づいて前記クライアント信号の帯域を削減した信号光を送出する
   光通信路切替方法。
10. 請求項８または９に記載した光通信路切替方法において、
    前記切替えた後の前記通信路を通して受信した信号光の信号品質を監視することにより、前記通信品質を取得する
    光通信路切替方法。

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