JP7375844B2 - 光ネットワーク管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ネットワーク管理装置に関し、特に、マルチキャリア伝送方式による光ネットワーク管理装置に関する。

高機能端末等の急速な普及に加え、ビデオストリーミングサービスに代表される動画コンテンツのサービスが急速に増加していることから、ネットワーク内の伝送容量が急激に拡大している。

このような背景のもと、近年、通信キャリアのネットワークに、複数の階層で構成された多階層ネットワークを導入することが検討されている。多階層ネットワークの一例として、上位階層のパケットネットワークと下位階層の光ネットワークを組み合わせた構成がある。ここで、サービスネットワークとして階層化された隣接する階層の内、相対的に上位に位置するネットワークを上位階層、相対的に下位に位置するネットワークを下位階層と呼んでいる。

上位階層のネットワークは、例えばＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）やＭＰＬＳ（Ｍｕｌｔｉ－Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｌａｂｅｌ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）によるネットワークである。ＩＰネットワークは統計多重効果によりネットワークのリソースを効率的に使用できるという特徴がある。一方、下位階層のネットワークである光ネットワークは長距離・大容量伝送に適している。一般に、ネットワークはこれらの階層ごとに独立に制御される。しかし、この２種類のネットワーク階層を統合してトラフィック需要に対して効率的に制御することにより、ネットワークのリソース使用効率を最大化し、運用コストを低減させることが期待されている。

上述した多階層ネットワークの導入に加えて、増大するトラフィック需要に対応するため、新しい光ネットワークの概念やネットワークの運用方法を導入することが検討されている。このような例として、エラスティックネットワーク技術およびダイナミックなネットワークの運用技術がある。

下位階層の光ネットワークにおいては、ネットワークをより柔軟に活用することが可能なエラスティックネットワーク技術の導入が進んでいる。エラスティックネットワーク技術とは、従来は固定的であった光レイヤにおける変調方式を可変にすることによって、伝送距離とその伝送スループットに対して最小限の周波数帯域で伝送することを可能とする技術である。これにより、光ファイバ内の波長リソースなどの光ネットワークのリソースの利用効率を最大化することが可能である。また、エラスティックネットワーク技術の最大の特徴は、従来の１００ＧＨｚや５０ＧＨｚといった固定グリッドではなく、１２．５ＧＨｚという粒度の細かい周波数スロットの概念を導入することにより、光レイヤの伝送粒度を向上させることができる点にある。これにより、光レイヤにおいて複数の光キャリアなど複数の物理媒体で伝送するマルチキャリア伝送方式が今後主流になると考えられている。

ネットワークの運用技術に関しては、従来は固定的なネットワークの運用であったが、ネットワークを動的に運用することが期待されている。この背景には、ネットワークに収容するクライアントのトラフィックの変動量が増大していることがある。そして、光ネットワークをダイナミックに運用することによって、ネットワークの使用効率を向上させることができると期待されている。

しかしながら、上術したエラスティックネットワーク技術とネットワークのダイナミックな運用技術の導入によって、波長帯域のフラグが発生することが指摘されている。このため、エラスティックネットワーク技術を導入することによってネットワーク全体の収容効率が向上しても、波長フラグの発生により長距離ルートのパスが同一波長では確保できないという問題が生じる。ここでフラグとは、光ネットワークを構成する各リンクの波長利用状況において、未使用波長領域が個片化した状態を言う。この波長フラグを解消する技術として波長デフラグメンテーション技術がある。波長デフラグメンテーション技術は、一般的には、光ネットワーク内の特定のリンクを占有している波長を他の波長に移設することにより、波長利用の効率化を図る技術である。

このような波長デフラグメンテーション技術の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された関連する周波数割当装置は、光信号の始点と終点を結ぶ経路および周波数を選択する装置であって、経路・周波数計算結果記憶手段、共通空き周波数情報生成手段、空き周波数状態評価手段、および周波数・経路決定手段を有する。

経路・周波数計算結果記憶手段は経路・周波数結果を格納する。共通空き周波数情報生成手段は、互いに接続されるファイバグループを抽出し、抽出したファイバグループのそれぞれの空き周波数状態を表す論理情報について、論理演算することで、ファイバ間共通の空き周波数状態についての論理情報を生成する。空き周波数状態評価手段は、生成したファイバ間共通の空き周波数数情報を基に、ファイバ間共通の空き周波数状態に対して、空き周波数の連続性を加味して空き周波数状態に評価値を与える。そして、周波数・経路決定手段は、空き周波数状態評価手段で算出した評価値を基準として、通信路として設定する周波数と通過ファイバを決定し、経路・周波数計算結果記憶手段に格納する。

このような構成とすることにより、特許文献１に記載された周波数割当装置によれば、トランスペアレント型光パス網におけるフラグメンテーションの発生を効果的に抑制し、波長（周波数）リソースの利用効率を最適化することができる、としている。

また、関連技術としては、特許文献２～４に記載された技術がある。

国際公開第２０１２／０５７０９５号 国際公開第２０１０／０３２８４４号 特表２００６－５１３６７２号公報 特開２００６－０６０５７１号公報

上述した関連する周波数割当装置は、トラヒック転送要求を受けて、ネットワーク上の経路を決定し、さらに決定した経路にわたって波長を割り当てる装置である。すなわち、ネットワークの初期設定時においてフラグメンテーションの発生を抑制するように周波数を割り当てる装置である。

しかし、ネットワークの運用中にこのような周波数の割り当てを実施すると、ネットワークの瞬断が発生し、データが欠損するという問題が生じる。

このように、光ネットワークの運用中に波長デフラグメンテーションを行うと、ネットワークの瞬断が発生し、データが欠損するという問題があった。

本発明の目的は、上述した課題である、光ネットワークの運用中に波長デフラグメンテーションを行うと、ネットワークの瞬断が発生し、データが欠損する、という課題を解決する光ネットワーク管理装置を提供することにある。

本発明の光ネットワーク管理装置は、ネットワーク上のクライアント信号のデータ変動の通知を受け付ける受信部と、ネットワークにおける光サブキャリアの未使用部分の個片化を低減させる制御を行う制御部、とを備え、制御部は、受け付けたデータ変動に応じて、クライアント信号の伝送に使用する光サブキャリアである運用光サブキャリアを、光送信ノードと光受信ノードとで同期して変更させ、変更後の運用光サブキャリアに、クライアント信号を、運用光サブキャリアの変更に同期してマッピングさせる。

本発明の光ネットワーク管理装置によれば、光ネットワークの運用中であっても、ネットワークの瞬断によるデータの欠損を生じることなく、波長デフラグメンテーションを行うことができる。

本発明の第１の実施形態に係る光ネットワーク制御方法を説明するための、各リンクにおける運用光サブキャリアを示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光ネットワーク制御方法を説明するための、運用光サブキャリアとクライアント信号のスループット量の時間変化を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光ネットワークシステムの構成を模式的に示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る光ネットワークシステムを構成す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１の実施形態に係る光ネットワークシステムの動作を説明するための、ネットワークトポロジーを示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光ネットワークシステムにおける波長デフラグメンテーションを行う前の波長利用状況を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光ネットワークシステムにおける波長デフラグメンテーションを行った後の波長利用状況を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光ネットワークシステムが備えるネットワーク管理装置の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る光ネットワークシステムにおいて、光サブキャリアの運用停止前の波長利用状況を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光ネットワークシステムにおいて、光サブキャリアの運用停止後の波長利用状況を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光ネットワークシステムにおいて、光サブキャリアの再稼働後の波長利用状況を示す図である。

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〕
本実施形態による光ネットワーク制御方法について説明する。本実施形態による光ネットワーク制御方法においては、まず、複数の光サブキャリアを用いて伝送するクライアント信号のデータ量を監視する。そして、このデータ量の変動に応じて、光サブキャリア変更処理と再マッピング処理とを、同期して行う。ここで、光サブキャリア変更処理は、複数の光サブキャリアのうち、クライアント信号を伝送するために用いる運用光サブキャリアを変更する処理である。再マッピング処理は、クライアント信号を変更後の運用光サブキャリアにマッピングし直す処理である。

次に、図１Ａおよび図１Ｂを用いて、本実施形態による光ネットワーク制御方法について具体的に説明する。図1Ａは、各リンクにおける運用光サブキャリアを示す図であり、図１Ｂは、運用光サブキャリアとクライアント信号のスループット量の時間変化を示す図である。

初期状態においては、ノードＡとノードＢとの間のリンクが、４種の光サブキャリア波長（λ１、λ２、λ３、λ４）を有する光マルチキャリアにより運用されているものとする。また、ノードＢとノードＣとの間のリンクにおいては、波長がλ５とλ６である光サブキャリアによって他のサービスが運用されているものとする。このような初期状態の波長利用状況においては、ノードＡからノードＣまでエンド・ツー・エンド（Ｅｎｄ ｔｏ Ｅｎｄ）のサービスを新規に提供することはできない。

しかし、本実施形態の光ネットワーク制御方法においては、クライアント信号のデータ量の変動に応じて、光サブキャリア変更処理と再マッピング処理とを同期して行うことにより波長デフラグメンテーションを行う構成としている。したがって、本実施形態の光ネットワーク制御方法によれば、光ネットワークの運用中であっても、ネットワークの瞬断によるデータの欠損を生じることなく、波長デフラグメンテーションを行うことができる。そのため、上述した新規のサービスを提供することが可能である。

図１Ｂに示した例を用いて、さらに具体的に説明する。ここで、上述したデータ量（スループット量）の変動は、データ量が減少し、データ量の減少量が、単一の光サブキャリアの伝送容量を超えて変動する場合を例として説明する。すなわち、図１Ｂに示すように、光ネットワークの運用中に光サブキャリアの１本分のクライアント通信需要が減少したとする。ここで、クライアントデータを波長がλ１、λ２、λ３である３本の光サブキャリアに集約してマッピングを行い、波長がλ４である光サブキャリアは再運用に向けてλ６に波長を設定変更する。これにより、光ネットワークの運用中に波長デフラグメンテーションを行うことができる。

この結果、図１Ａに示すように、波長λ４の光サブキャリアを波長λ６の光サブキャリアに移設することにより、波長λ４を用いてノードＡからノードＣまでエンド・ツー・エンド（Ｅｎｄ ｔｏ Ｅｎｄ）のリンクを使用することが可能となる。

次に、本実施形態による光ネットワークシステムについて説明する。図２は、本実施形態による光ネットワークシステムの構成を模式的に示すブロック図である。また、図３は、本実施形態による光ネットワークシステムを構成する光ノード装置の構成を示すブロック図である。

本実施形態による光ネットワークシステム１０００は、ネットワーク管理装置１００と複数の光ノード装置２００を有する。ネットワーク管理装置１００は複数の光ノード装置２００を集中制御する機能を備えており、例えばネットワークマネージメントシステム（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＮＭＳ）である。ここで、各光ノード装置２００は図２に示すように、光レイヤとＩＰレイヤなどを含む多階層を統合したノード装置である。

図３に示すように、光ノード装置２００は、クライアント側ネットワーク３００と接続するクライアント側インターフェース部（クライアント側インターフェース手段）２１０、クロスコネクト部（クロスコネクト手段）２２０、基幹系ネットワーク４００と接続するライン側インターフェース部（ライン側インターフェース手段）２３０、および制御部２４０を有する。

クライアント側インターフェース部２１０は、複数の光サブキャリアを用いて伝送するクライアント信号を収容する。ライン側インターフェース部２３０は、複数の光サブキャリアを生成する。また、制御部２４０はネットワーク管理装置１００と通信する機能を有する。

クロスコネクト部２２０は、クライアント信号のデータ量を監視するクライアント信号監視部２２２を備える。そして、データ量の変動に応じて、光サブキャリア変更処理と再マッピング処理とを同期して行う。ここで、光サブキャリア変更処理は、複数の光サブキャリアのうち、クライアント信号を伝送するために用いる運用光サブキャリアを変更する処理である。また、再マッピング処理は、クライアント信号を変更後の運用光サブキャリアにマッピングし直す処理である。

続いて、光ノード装置２００の構成について、さらに詳細に説明する。

クライアント側インターフェース部２１０は、ＯＳＩ（Ｏｐｅｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）参照モデルにおけるレイヤ１からレイヤ３までの様々な粒度のクライアントデータを収容可能な構成とすることができる。

クロスコネクト部２２０は、転送するクライアントデータのスイッチング制御に加えて、アグリゲーション制御やフラグメンテーション制御を行うことが可能である。

クライアント信号監視部２２２は、クライアントの転送サービス毎にフレーム量やパケット量などのデータ量を検出する。ここで、クライアント信号監視部２２２がデータ量の変動を制御部２４０に通知する構成とすることができる。データ量の変動は、データ量が減少し、データ量の減少量が、単一の光サブキャリアの伝送容量を超えて変動する場合とすることができる。具体的には例えば、クライアント信号監視部２２２が設定された閾値を超えるデータ量を検出した場合に、クライアント信号監視部２２２がその旨を制御部２４０に通知し、制御部２４０がネットワーク管理装置１００に通知する構成とすることができる。このとき、典型的には、単一の光サブキャリアにマッピングできるスループットを基準として閾値を策定する。

ライン側インターフェース部２３０は、複数の光サブキャリアを生成しマルチキャリアを形成する機能を有する。

次に、本実施形態による光ネットワークシステム１０００の動作および光ネットワーク制御方法について、さらに詳細に説明する。

以下では、図４に示すように、光ネットワークシステムが、４台の光ノード装置がタンデムに接続されたネットワークトポロジーを有する場合を例として説明する。光レイヤにおいては、１本あたり１００Ｇｂｐｓのスループットを有する光サブキャリアを用い、最大で４本、すなわち４００Ｇｂｐｓまで伝送する通信方式を例として説明する。

図５Ａ、５Ｂに、光ネットワークシステム１０００における特定の時間の波長利用状況を示す。図５Ａは波長デフラグメンテーションを行う前の波長利用状況であり、図５Ｂは波長デフラグメンテーションを行った後の波長利用状況を示す。図５Ａ、５Ｂの横軸は、ノードＡからノードＤまでの各ノードに光ノード装置が直列に接続されたリンクを示しており、縦軸は各リンクにおける運用波長を示している。

図５Ａに示すように、波長デフラグメンテーションを行う前の波長利用状況は、サービスが運用と停止を繰り返すことによって、未使用の波長領域が細片化した利用状況となっている。例えば図５Ａに示す場合、ノードＡからノードＢまでのリンクにおいては、サービス１が波長λ８、λ９、およびλ１０の３本の光サブキャリアからなるマルチキャリアを用いて運用されている。すなわち、図５Ａに示す波長利用状況では、ノードＡからノードＤまでエンド・ツー・エンドのサービスは提供できないことになる。

次に、光ネットワークシステム１０００を構成するネットワーク管理装置１００の動作について説明する。図６は、ネットワーク管理装置１００の動作を説明するためのフローチャートである。

ネットワーク管理装置１００は、未使用の光サブキャリアが個片化した状態を最小化する処理、すなわち波長デフラグメンテーション処理を行う。

図６に示すように、ネットワーク管理装置１００の動作（制御アルゴリズム）は３部の構成に分けられる。第１部はパスの処理順序を決定するアルゴリズムである（ステップＳ１００）。第２部は、運用している光マルチキャリアの中で、クライアントデータのトラフィック量に応じて運用を停止する光サブキャリアを選定するアルゴリズムである。すなわち、運用光サブキャリアのうち、運用を停止する変更候補光サブキャリアを選定する処理である（ステップＳ２００）。そして、第３部は、運用を停止した光サブキャリアの波長を、再運用に向けて新たに再設定するアルゴリズムである。すなわち、変更により運用光サブキャリアとなる変更後光サブキャリアの波長を設定する処理である（ステップＳ３００）。

まず、波長デフラグメンテーションの対象候補となる光パス、すなわちサービスのデータベースを作成する（ステップＳ１０）。このとき、対象候補となる光パスの条件は、マルチキャリアからなり、かつ隣接するリンクに未使用スロットがあることである。その後、クライアント信号のトラフィック量が閾値を超えたことを検出すると、これをトリガとして波長デフラグメンテーションの対象とする光サブキャリアの抽出を開始する。

図５Ａに示した例では、サービス１からサービス４までの４種のサービスが波長デフラグメンテーションの対象となり、データベースに格納される。サービス５も２個の波長を使用したマルチキャリア伝送であるが、すでに隣接リンクが占有されており、隣接するリンクに未使用スロットが存在しないため対象外となる。

その後、クライアント信号のスループット量が減少し、その減少量が単一の光サブキャリアのスループットを上回ったとき、光ノード装置２００はネットワーク管理装置１００にトリガ信号を発出する。すなわち、光レイヤの転送能力が過剰になったと判断した時点を、波長デフラグメンテーション処理の開始時とする。

ネットワーク管理装置１００は、まず、光パスの処理順序を決定するアルゴリズムを実行する（ステップＳ１００）。このとき、データベースに登録されている光パスの中で、リンク数の小さい順に処理を開始する（ステップＳ１１０）。光パスのリンク数が同じ場合には、運用しているサブキャリア数が多い光パスの順に処理を開始する（ステップＳ１２０）。また、サブキャリア数も同じ場合は、波長の短い光パスから順に処理を行う（ステップＳ１３０）。さらに波長も同じ場合は、ノード番号の次数が低い光ノード装置に近い光パスより順に処理する（ステップＳ１４０）。以上の処理により、優先処理する波長デフラグメンテーションの対象となる光パスの決定が完了する（ステップＳ１５０）。

次に、処理対象に決定した光パスを構成する複数の光サブキャリアの中で、同じ波長スロットの隣接リンクにおける連続した未使用スロット数の多い順番で光サブキャリアの選定を行う。すなわち、複数の光サブキャリアのうち、同一の波長帯で隣接するリンクにおける未使用の光サブキャリアが連続している個数が最大である光サブキャリアを変更候補光サブキャリアに選定する（ステップＳ２１０）。

未使用スロット数が同じである場合は、隣接する波長スロットにおける光サブキャリアの未使用数が多い順番で光サブキャリアの選定を行う。すなわち、隣接する波長帯の光サブキャリアのうち、未使用の光サブキャリアの個数が最大である光サブキャリアを変更候補光サブキャリアに選定する（ステップＳ２２０）。これは、隣接する波長スロットの未使用数が多い光サブキャリアを移動させることによって、波長スロット幅が大きく長距離の伝送が可能な光パスを確保できるからである。なお、この波長スロットは送受信ノード間の合計数とする。未使用の波長スロット数も同じ場合は、波長の短い順番で処理を行う（ステップＳ２３０）。

以上の処理により、運用を停止する光サブキャリアが決定する（ステップＳ２４０）。また、２個分の光サブキャリアを運用停止とする閾値検出トリガが同時に得られた場合であっても、上述したアルゴリズムと同様なアルゴリズムにより処理することが可能である。

次に、運用停止した光サブキャリアの波長を、再運用に向けて再設定するするアルゴリズムを実行する。すなわち、変更後光サブキャリアの波長を設定する処理を行う（ステップＳ３００）。

この場合においても、上述した運用停止する光サブキャリアを選定するアルゴリズムと同様に、短距離パスの順、すなわち、リンクの個数が最小である運用光サブキャリアから処理を開始する（ステップＳ３１０）。

まず、対象となるリンクにおける隣接リンクの使用率の高い波長スロットの順番で設定波長を選定する。すなわち、変更後光サブキャリアの波長を、同一の波長帯で隣接するリンクにおける使用中の光サブキャリアの個数が最大である光サブキャリアの波長に設定する（ステップＳ３２０）。

隣接するリンクにおける使用中の光サブキャリアの個数が同一である場合、隣接する波長スロットの使用数が多い順番で設定波長を選定する。すなわち、変更後光サブキャリアの波長を、隣接する波長帯の光サブキャリアのうち、使用中の光サブキャリアの個数が最大である光サブキャリアの波長に設定する（ステップＳ３３０）。ここでの処理は、波長設定を行う一般的なアルゴリズムであるＭｏｓｔ－ｕｓｅｄアルゴリズムに類似している。隣接する波長帯の使用中の光サブキャリアの個数が同一である場合は、波長の短い順番で選定を行う（ステップＳ３４０）。

上述したアルゴリズムによって、再運用する光サブキャリアの波長を決定する（ステップＳ３５０）。

その後、光サブキャリアの運用を停止し、データベースを更新する。続いて、次の光パスの処理を行う（ステップＳ２０）。そして、クライアントのトラフィック量の閾値検出トリガを検出した時に、新規波長の光サブキャリアによって運用を開始し（ステップＳ３０）、波長デフラグメンテーション処理を完了する。

上述した本実施形態による波長デフラグメンテーションのアルゴリズムについて、図５Ａに示した波長利用状況を用いて具体的に説明する。

図５Ａに示した波長デフラグメンテーション前の波長利用状況においては、サービス１からサービス５の５個のサービスが、波長デフラグメンテーション制御の対象サービスと判断されてデータベースに格納される。その後、この５個のサービスの全てにおいてクライアント信号のスループットの低下が検知された場合について説明する。ここで、スループットの低下量は、すべてのサービスにおいて光サブキャリア１本の伝送容量分であるとする。すなわち、全てのサービスにおいて光レイヤの光サブキャリア１本がオーバースペックとなっているものとする。

まず、５個のサービスの処理順序を決定する。上述したように、リンク数が少ないサービスを優先的に処理する。サービス１はノードＡからノードＢまで、サービス２はノード ＣからノードＤまでであり、共にリンク数は１個であるため、他のサービスよりも優先的に処理されることになる。リンク数が同じ場合は、光サブキャリア数が多い順番に処理を行う。ここで、サービス１はλ８、λ９、およびλ１０の３個の光サブキャリアを使用しており、サービス２はλ１とλ２の２個の光サブキャリアを使用している。したがって、光サブキャリアの個数が多いサービス１を優先して、波長デフラグメンテーション処理を行う。

次に、サービス１を構成する光サブキャリアの中で、運用を停止する光サブキャリアの選定を行う。上述した通り、サービス１は、波長がλ８、λ９、λ１０である３個の光サブキャリアを使用している。この３個の光サブキャリアのうち、同一波長スロットで隣接リンクにおける連続した未使用スロット数が多い順番で光サブキャリアの選定を行う。すなわち、波長がλ９とλ１０である光サブキャリアは、ノードＢからノードＤの隣接リンクにおいて既にサービス５が運用されているので、隣接する未使用スロット数は「０」である。一方、波長がλ８である光サブキャリアは、ノードＢからノードＤの隣接リンクにおいて運用されているサービスが存在しないので、隣接する未使用スロット数は２個である。以上により、サービス１を構成する光サブキャリアの中では、波長がλ８である光サブキャリアが運用停止する光サブキャリア（変更候補光サブキャリア）に決定される。

次に、再運用時における波長を設定する。上述したサービス１を構成する波長がλ８である光サブキャリアの移設候補として、λ１とλ３とλ６の３個の波長スロットが存在する。この３個の波長の中で、まず、対象となるリンクの隣接リンクにおける波長スロットの使用率が高い順番で設定波長を選定する。すなわち、波長がλ１とλ３の隣接リンクは未使用であるため「０」とし、波長がλ６の隣接リンクはノードＢからノードＤまでサービス４が運用しているため、使用率は「１」となる。したがって、隣接リンクの使用率の高い波長λ６を再設定する波長とする。

サービス１の次に波長デフラグメンテーション制御の対象となるサービス２についても、同様なアルゴリズムにより処理を行う。サービス２では、サービス１と同様なアルゴリズムにより、波長がλ１である光サブキャリアが波長デフラグメンテーションの対象となる。また、再稼働時の移設候補の波長は、候補となるλ４、λ５、λ８の中から、隣接リンクの使用率からλ４とλ５に絞り込まれる。両者は隣接波長の使用率も同じであることから、波長の短いλ４を移設先に選定する。

サービス３およびサービス４については、リンク数および光サブキャリア数が同じであるので、波長が短い順に処理を行う。この場合、サービス３が次の処理対象となる。サービス３は波長がλ４とλ５である２個の光サブキャリアを用いて運用されている。λ４の隣接リンクであるノードＣとノードＤの間には、サービス２で運用されていた波長がλ１である光サブキャリアが移設されてくる。そのため、隣接する未使用の波長スロット数を比較すると、λ４が「０」、λ５が「１」となるので、波長がλ５である光サブキャリアが運用停止の対象となる。サービス４については、波長がλ６である光サブキャリアが処理対象となるが、事後的に隣接リンクに未使用の波長スロットが存在しない状態となるため、波長デフラグメンテーションの対象候補とはならない。

上述したアルゴリズムによる波長デフラグメンテーション処理によって、波長デフラグメンテーション後の波長利用状況は図５Ｂに示す状態になる。波長デフラグメンテーション前（図５Ａ）と波長デフラグメンテーション後（図５Ｂ）の波長利用状況を、以下で比較する。波長デフラグメンテーション前はノードＡからノードＤまで連続した波長帯域は存在していなかったが、波長デフラグメンテーション後は、波長がλ１とλ５とλ８の３個の波長帯域において連続した波長帯域の確保が可能となる。

次に、本実施形態による帯域制御技術について説明する。

上述したように、ネットワーク管理装置１００が管理している波長利用状況に応じて、マルチキャリアの中で特定の光サブキャリアが波長デフラグメンテーションの対象として選定される。したがって、帯域制御技術として、光サブキャリア数の変更、およびそれに伴うクライアントデータのマッピングテーブルの変更が必要になる。

すなわち、光ノード装置２００は、変更候補光サブキャリアを選定する処理と変更後光サブキャリアの波長を設定する処理の結果に基づいて光サブキャリア変更処理を行い、それとともに再マッピング処理を行う。ここで、再マッピング処理には、クライアント信号を、複数の光サブキャリアのうち変更候補光サブキャリア以外の光サブキャリアにマッピングし直す処理が含まれる。

本実施形態では伝送フレームの同期技術を利用した無瞬断の帯域制御技術を適用する。光サブキャリアの個数を無瞬断で変更するためには、複数レーンで伝送する光サブキャリアのフレーム同期条件とクライアントデータの光サブキャリアへのマッピング条件を動的に変更する必要がある。複数レーンの伝送フレームの同期条件は、ＳＤＨ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ）伝送におけるＬＣＡＳ（Ｌｉｎｋ Ｃａｐａｃｉｔｙ Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ Ｓｃｈｅｍｅ）技術をＯＴＮ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）に拡張することによって達成することができる。ここでＬＣＡＳとは、ＧＦＰ（Ｇｅｎｅｒｉｃ Ｆｒａｍｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）やＶＣＡＴ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｃｏｎｃａｔｅｎａｔｉｏｎ）により構成されたレイヤ１の帯域を、無瞬断で増加・減少させる技術である。すなわち、ＬＣＡＳ技術は送信ノードと受信ノードの間で同期してレーンを切り替えることによって、無瞬断で伝送レーン数を変更する技術である。

また、クライアントデータの光サブキャリアへのマッピング条件に関しては、上述したフレーム同期と連動して、クロスコネクト部が保有するデータの転送テーブルを更新することにより行う。これにより、マッピング条件を無瞬断で変更することが可能である。

ここで、レイヤ２のＭＡＣ（Ｍｅｄｉａ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）フレームをレイヤ１のＯＴＵフレームに収容して伝送する場合について説明する。レイヤ２データの最大スループットが単一の光サブキャリアのスループットより大きい場合は、ＭＡＣフレームのフラグメンテーション処理により、クライアントのデータの伝送フレームを複数の処理レーンに分割し、複数の光サブキャリアにマッピングする。クライアントデータ量が減少した場合、出力レーン数を減少させるため、光ノード装置２００内のクロスコネクト部２２０はフラグメンテーション処理の処理テーブルを変更する。この処理テーブルの変更と同時に、レーン変更情報を対向ノードに通知し、送受信ノード間で同時にレーン数を切り替える。これにより、無瞬断でレーン数を可変することができる。

このように、本実施形態による光ノード装置２００は、光サブキャリア変更処理と再マッピング処理とを、同期して行う。ここで、光サブキャリア変更処理は、光サブキャリアを伝送する伝送レーンを、送信側と受信側で同期して切り替える処理である。また、再マッピング処理は、クライアント信号の転送テーブルを送信側と受信側で同期して更新する処理である。

また、再稼働時も同様に、クライアント信号の増加をトリガ信号として、レーン数の変更情報を対向ノードに通知し、送受信ノード間で同時にレーン数を切り替える。同時に、各送受信ノードのクロスコネクト部において、処理テーブルの変更処理を行う。

すなわち、データ量が減少した後に増加に転じる場合をデータ量の変動とする。この場合、光サブキャリア変更処理は、運用光サブキャリアに変更後光サブキャリアを追加する処理となる。また、再マッピング処理は、クライアント信号を、複数の光サブキャリアのうち変更候補光サブキャリア以外の光サブキャリアと変更後光サブキャリアにマッピングし直す処理となる。

上述したように、本実施形態による光ネットワークシステム、光ノード装置および光ネットワーク制御方法によれば、光ネットワークの運用中であっても、ネットワークの瞬断によるデータの欠損を生じることなく、波長デフラグメンテーションを行うことができる。

〔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。第２の実施形態においては、クライアント信号の収容形態が第１の実施形態と異なる。第１の実施形態においては、単一のクライアント信号を扱う場合について説明したが、本実施形態においては、クライアント信号が複数種類のクライアント信号を含む場合について説明する。すなわち、同一の送信ノード装置と受信ノード装置との間の通信において、同一対地で複数のクライアントサービスを収容する場合について説明する。なお、本実施形態における光ネットワークシステムおよび光ノード装置の構成、および制御アルゴリズムは第１の実施形態によるものと同様であるので、それらの説明は省略する。

本実施形態ではクライアント信号が、ＭＰＬＳ－ＴＰ（Ｍｕｌｔｉ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ Ｌａｂeｌ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ － Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｐｒｏｆｉｌｅ）におけるＬＳＰ（Ｌａｂｅｌ Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｐａｔｈ）などの複数のクライアントデータである場合について説明する。このような複数のクライアントデータを、第１の実施形態と同様に、複数の光サブキャリアにマッピングして同一対地で伝送する。

ここで、複数のクライアントデータの中で、ある特定のクライアントデータ、例えばＭＰＬＳ－ＴＰの場合のＬＳＰのスループットが減少した場合、他のクライアントデータ（ＬＳＰ）がすでにマッピングされている光サブキャリアへ移設マッピングする。そして、このときクライアントデータを移設した後に未使用状態となった光サブキャリアの運用を停止する。

図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃを用いて、さらに具体的に説明する。

図７Ａに、複数のＬＳＰを複数の光サブキャリアにマッピングする構成例を示す。同図に示すように、５種のクライアントデータ（ＬＳＰ－１～５）を１本当たり１００Ｇｂｐｓのスループットを有する光サブキャリア４本にマッピングする場合を例に説明する。この場合、ＬＳＰ－１からＬＳＰ－５までの５種のデータをＯＤＵ４－４ｖ（Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｈａｎｎｅｌ Ｄａｔａ Ｕｎｉｔ）のバーチャルコンテナに収容する。

ここで、ＬＳＰ－１からＬＳＰ－５までのクライアント容量が３００Ｇｂｐｓ以下まで減少したとき、例えばＬＳＰ－２（２）とＬＳＰ－４（４）のデータ量が減少した場合、図７Ｂに示すようにＬＳＰ－２（２）をＬＳＰ－４（４）の光サブキャリアに移設する。それとともに、ネットワーク管理装置（ＮＭＳ）が管理している波長利用状況から、波長フラグメンテーションを解消するのに最適な光サブキャリア、すなわち波長デフラグメンテーション候補である光サブキャリアＤＦを選定する。そして、光サブキャリアＤＦに搭載されているクライアントデータ、図７Ａの例ではＬＳＰ－５のクライアントデータ（５）をＬＳＰ－２がマッピングされていた光サブキャリアに移設する。同時に、光サブキャリアＤＦの運用を停止し、フレーム連接数を１個減らしてＯＤＵ４－３ｖに収容する。この帯域制御は、第１の実施形態と同様に、無瞬断で行うことが可能である。

この後、クライアント信号が増加したことによるトリガ信号によって、再稼働処理が行われる。この場合、図７Ｃに示すように、波長デフラグメンテーションの結果、ＬＳＰ－５のクライアントデータ（５）は光サブキャリアＤＦとは異なる波長スロットの光サブキャリアに移設される。

再稼働処理の場合においても、レーン数を削減する場合と同様にＬＣＡＳ技術を用いることにより、レーン数の変更情報（レーン数の増加）を対向ノードに通知し、送受信ノード間で同期してレーン数を無瞬断で増加させることができる。また、各ノードの光ノード装置が備えるクロスコネクト部は、レーン数の変更と同期して、ＬＳＰをスイッチする処理テーブルを変更する処理を行う。

上述したように、本実施形態による光ネットワークシステム、光ノード装置および光ネットワーク制御方法によれば、光ネットワークの運用中であっても、ネットワークの瞬断によるデータの欠損を生じることなく、波長デフラグメンテーションを行うことができる。

〔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。第３の実施形態においては、光ノード装置がトラフィック予測部を備えた構成とした点において、第１の実施形態による光ノード装置２００と異なる。その他の構成は、第１の実施形態によるものと同様であるので、その説明は省略する。

本実施形態による光ノード装置は、トラフィック予測部が、クライアント信号のデータ量が単一の光サブキャリアの伝送容量を超えて変動すると予測した場合に、クロスコネクト部が処理を開始する。トラフィック予測部は、データ保持部とデータ解析部を備えた構成とすることができる。データ保持部は、特定の時間間隔で検出したトラフィック量を保持する。また、データ解析部は、トラフィック変動量の傾きを検出する。なお、トラフィック予測部はクライアント側インターフェース部２１０またはクロスコネクト部２２０に配置される。

第１の実施形態および第２の実施形態においては、クライアント信号のスループットの減少量が単一の光サブキャリアのスループットを超えた場合にトリガ信号を発出する構成とした。すなわち、光レイヤの転送能力が過剰になったと判断した時点を、波長デフラグメンテーション処理の開始信号とした。

それに対して、本実施形態においては、トラフィック予測部がトラフィック変動量の変動経緯から推測してトリガ信号を発出する構成とした。トラフィック予測部は、クライアント信号のデータ量をリアルタイムに検出しその変動量の増減の傾きから、一定時間後のクライアントデータ量を予測する。これにより、クロスコネクト部２２０が波長デフラグメンテーションに必要な処理を行う時間をより多く確保することが可能になる。

上述したように、本実施形態による光ノード装置、およびそれを用いた光ネットワークシステムによれば、光ネットワークの運用中であっても、ネットワークの瞬断によるデータの欠損を生じることなく、波長デフラグメンテーションを行うことができる。

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。

１０００ 光ネットワークシステム
１００ ネットワーク管理装置
２００ 光ノード装置
２１０ クライアント側インターフェース部
２２０ クロスコネクト部
２２２ クライアント信号監視部
２３０ ライン側インターフェース部
２４０ 制御部
３００ クライアント側ネットワーク
４００ 基幹系ネットワーク

Claims (7)

1. ネットワーク上のクライアント信号のデータ変動の通知を受け付ける受信部と、
   前記ネットワークにおける光サブキャリアの未使用部分の個片化を低減させる制御を行う制御部、とを備え、
   前記制御部は、
   受け付けた前記データ変動に応じて、前記クライアント信号の伝送に使用する前記光サブキャリアである運用光サブキャリアを、光送信ノードと光受信ノードとで同期して変更させ、
   変更後の前記運用光サブキャリアに、前記クライアント信号を、前記運用光サブキャリアの変更に同期してマッピングさせ、
   前記クライアント信号のマッピング条件を、前記光送信ノードと前記光受信ノードとで同期して更新する
   光ネットワーク管理装置。
2. 前記制御部は、
   前記運用光サブキャリアのうち、運用を停止する変更候補光サブキャリアを選定する制御と、
   変更により前記運用光サブキャリアとなる変更後光サブキャリアの波長を設定する制御、
   との各結果に基づいて、前記運用光サブキャリアを変更する制御を行う
   請求項１に記載した光ネットワーク管理装置。
3. 前記制御部は、前記光サブキャリアのうち、前記変更候補光サブキャリア以外の前記光サブキャリアに、前記クライアント信号をマッピングする制御を行う
   請求項２に記載した光ネットワーク管理装置。
4. 前記制御部は、前記変更候補光サブキャリアを選定する制御、および、前記変更後光サブキャリアの波長を設定する制御において、リンクの個数が最小である前記運用光サブキャリアから制御を開始する
   請求項２に記載した光ネットワーク管理装置。
5. 前記制御部は、前記光サブキャリアのうち、同一波長帯で隣接するリンクの未使用光サブキャリアの連続数が最大となる光サブキャリアを、前記変更候補光サブキャリアに選定する
   請求項２または３に記載した光ネットワーク管理装置。
6. 前記制御部は、前記未使用光サブキャリアの連続数が同一である場合、隣接する波長帯の光サブキャリアのうち、未使用の光サブキャリア数が最大となる光サブキャリアを、前記変更候補光サブキャリアに選定する
   請求項５に記載した光ネットワーク管理装置。
7. 前記制御部は、同一波長帯で隣接するリンクにおける使用中の光サブキャリア数が最大となる前記変更後光サブキャリアの波長に、前記変更後光サブキャリアの波長を設定する
   請求項２に記載した光ネットワーク管理装置。

Images