WO2022024331A1

WO2022024331A1 - 入出力スイッチ及び通信システム

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Publication number: WO2022024331A1
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Inventors: 學吉野
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Abstract

本発明の一態様は、対称的にポートが配されたスイッチを非対称に分割して形成された複数の仮想スイッチと、前記仮想スイッチ毎に割り当てられたエンドポイント側のポート及び中間スイッチ側のポートと、を備え、前記仮想スイッチの前記エンドポイント側のポートの一部は、前記仮想スイッチ間でトラフィックを折り返すパスを形成するポートとして機能する、入出力スイッチである。

Description

入出力スイッチ及び通信システム

　本発明は、入出力スイッチ及び通信システムの技術に関する。

　ノンブロッキングネットワークは、電話網、ＡＴＭ（Asynchronous Transfer Mode）ネットワーク、波長分割多重光ネットワーク、時分割パケットスイッチング等、各種の分野で適用されている。Ｃｌｏｓネットワークは、ノンブロッキングネットワークを構築するための実用的な手法である。

　Ｃｌｏｓネットワークは、基本的には、入力ステージと、中間ステージと、出力ステージとの３つのステージからなる。フォールデッドＣｌｏｓネットワークは、入力ステージと出力ステージとを同一の入出力スイッチ内に集約したものである。フォールデッドＣｌｏｓネットワークでは、通常、入出力スイッチの一方の側面は加入者機器（エンドポイント）側のラインに接続され、他方の側面は中間スイッチ側のラインに接続される。ただし、フォールデッドＣｌｏｓネットワークにおける入出力スイッチとしてポートが対称的に配列されているものを用いると、加入者機器側の入出力ポートに余剰が生じ、ポート利用効率が悪化する。このような課題に対し、非特許文献１には、フォールデッドＣｌｏｓネットワークを構成する際に、入出力スイッチを２つの仮想スイッチに分割することで、ポート利用効率を改善する技術が開示されている。

T. Mano, T. Inoue, K. Mizutani and O. Akashi, "Increasing Capacity of the Clos Structure for Optical Switching Networks", 2019 IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM)

　非特許文献１に示されるように、入出力スイッチを２つの仮想スイッチに分割することで、ポート利用効率は改善する。しかしながら、ポート利用効率のさらなる向上が望まれている。

　上記事情に鑑み、本発明は、ノンブロッキングで転送を行うフォールデッドＣｌｏｓネットワークにおいて、ポート利用効率を向上できる技術の提供を目的としている。

　本発明の一態様は、対称的にポートが配されたスイッチを非対称に分割して形成された複数の仮想スイッチと、前記仮想スイッチ毎に割り当てられたエンドポイント側のポート及び中間スイッチ側のポートと、を備え、前記仮想スイッチの前記エンドポイント側のポート及び前記中間スイッチ側のポートの一部は、中継網に直結するパスを形成するポートとして機能する、入出力スイッチである。

　本発明の一態様は、対称的にポートが配されたスイッチを非対称に分割して形成された複数の仮想スイッチと、前記仮想スイッチ毎に割り当てられたエンドポイント側のポート及び中間スイッチ側のポートと、を備え、前記仮想スイッチの前記エンドポイント側のポートの一部は、前記仮想スイッチ間でトラフィックを折り返すパスを形成するポートとして機能し、前記仮想スイッチの前記エンドポイント側のポート及び前記中間スイッチ側のポートの一部は、中継網に直結するパスを形成するポートとして機能する、入出力スイッチである。

　本発明の一態様は、上述の入出力スイッチを備えたフォールデッドＣｌｏｓネットワークを有する通信システムである。

　本発明により、ノンブロッキングで転送を行うフォールデッドＣｌｏｓネットワークにおいて、ポート利用効率を向上することが可能となる。

本発明の基本構成となる入出力スイッチの説明図である。本発明の基本構成となる入出力スイッチの説明図である。本発明の基本構成となる入出力スイッチの説明図である。本発明の第１の実施形態に係る通信システムの概要の説明図である。本発明の第２の実施形態に係る通信システムの概要の説明図である。本発明の第３の実施形態に係る通信システムの概要の説明図である。本発明の第４の実施形態に係る通信システムの概要の説明図である。本発明の第５の実施形態に係る通信システムの概要の説明図である。本発明の第６の実施形態に係る通信システムの概要の説明図である。本発明の第７の実施形態に係る通信システムの概要の説明図である。本発明の第８の実施形態に係る通信システムの概要の説明図である。本発明の第９の実施形態に係る通信システムの概要の説明図である。本発明の第１０の実施形態に係る通信システムの概要の説明図である。本発明の第１１の実施形態に係る通信システムの概要の説明図である。本発明の第１２の実施形態に係る通信システムの概要の説明図である。

　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の実施形態に係る通信システムは、ノンブロッキングで転送を行うフォールデッドＣｌｏｓネットワークを構成するものである。フォールデッドＣｌｏｓネットワークは、入出力スイッチ（ＩＯＳＷ）と、中間スイッチとから構成される。まず、本発明の基本構成となる入出力スイッチについて説明する。

＜スイッチ構成Ａ＞
　図１、図２、及び図３は、本発明の基本構成となる入出力スイッチの説明図である。図１は、フォールデッドＣｌｏｓネットワークを構成する場合の入出力スイッチの最も基本となるものである。以下、この構成をスイッチ構成Ａと称する。

　図１に示すように、入出力スイッチ１１は、一方の側面１２ａと他方の側面１２ｂとに同様なポートが対称的に配置されている。なお、入出力スイッチ１１は、例えば、格子型Ｎ×Ｍマトリクススイッチ、三角格子型、プレーナー型で、トーラス型でもよいし、バンヤン網でもよい。光スイッチの場合は空間分割型でも時分割や波長分割やフリースペース型のいずれの構成であってもよい。スイッチ構成Ａは、入出力スイッチ１１の一方の側面１２ａをエンドポイント側のポートとし、他方の側面１２ｂを中間スイッチ側のポートとしている。

　以下では、ＩＯＳＷが最大数の中間スイッチを接続する構成における制約条件と効率で例示するが、最大数の中間スイッチを接続する構成以外の場合、即ち一つのＩＯＳＷから一つの中間スイッチの片側のポートに対して複数接続する場合でも同様である。
　スイッチ構成Ａでは、最大数の中間スイッチを接続する構成におけるエンドポイント側のライン数をｐ、中間スイッチ側のライン数をｑとすると、ノンブロッキングで転送を行うための制約条件は、以下のようになる。
　ｑ≧２（ｐ－１）　　…（１１）　

　したがって、入出力スイッチ１１のポート数Ｍは、以下のようになる。
　Ｍ≧ｑ≧２（ｐ－１）　…（１２）
　一般的には、中間スイッチ数をLとすると、２[（ｐ－１）/ｑ]＋１≦Ｌであり、[]はガウス記号である。

　このように、ノンブロッキングで転送を行うためには、中間スイッチ側のライン数ｑはエンドポイント側のライン数ｐより大きくなる。したがって、図１に示すように、入出力スイッチ１１の一方の側面１２ａにエンドポイント側のポートからのラインを繋ぎ、他方の側面１２ｂに中間スイッチ側からのラインを繋ぐと、一方の側面１２ａのエンドポイント側のポートに余剰が生じる。

　スイッチ構成Ａでは、（１２）式より、等号時のポート利用効率（ポート利用効率＝使用ポート数／全ポート数）は、以下のようになる。
　ｐ／Ｍ＝ｐ／（２ｐ－２）～０．５　…（１３）

＜スイッチ構成Ｂ＞
　図２は、フォールデッドＣｌｏｓネットワークを構成する場合の入出力スイッチにおいて、ポートが対称的に配された入出力スイッチを、非対称な２つの仮想スイッチに分割することで、ポート利用効率を改善したものである。以下、この構成をスイッチ構成Ｂと称する。

　図２に示すように、スイッチ構成Ｂでは、入出力スイッチ２１は２つの仮想スイッチ２３ａ、２３ｂに仮想的に分割して使用される。スイッチ構成Ｂでは、入出力スイッチ２１の一方の側面２２ａ及び他方の側面２２ｂのポートは、ノンブロッキングで転送を行う制約条件を満足するように、エンドポイント側のポートと中間スイッチ側のポートとに割り当てられる。

　つまり、前述したように、エンドポイント側のライン数をｐ、中間スイッチ側のライン数をｑとすると、ノンブロッキングで転送を行うための制約条件は、以下のようになる。
　ｑ≧２（ｐ－１）　…　（２１）

　スイッチ構成Ｂでは、エンドポイント側のライン数ｐと、中間スイッチ側のライン数ｑとの加算値（ｐ＋ｑ）が入出力スイッチのポート数Ｍとなる。したがって、ノンブロッキングで転送を行うためのポート数Ｍの制約条件は、以下のようになる。
　Ｍ≧ｐ＋２（ｐ－１）＝３ｐ－２　…　（２２）

　（２１）式及び（２２）式より、スイッチ構成Ｂの場合には、等号時のポート利用効率は、以下のようになる。
　２ｐ／Ｍ＝２ｐ／（３ｐ－２）～０．６６　…　（２３）

　以上のように、スイッチ構成Ｂは、入出力スイッチ２１を２つの仮想スイッチ２３ａ、２３ｂに仮想的に分割し、一方の側面２２ａ及び他方の側面２２ｂのポートをノンブロッキングで転送を行う制約条件を満足するようにエンドポイント側のポートと中間スイッチ側のポートとに割り当てることで、ポートの利用効率を上げることができる。

＜スイッチ構成Ｃ＞
　図３は、スイッチ構成Ｂに、さらに、仮想スイッチの間を折り返すための折返しポートを割り当てたものである。この構成は、スイッチ構成Ｂをさらに改善したもので、本発明の基本構成となるものである。以下、この構成をスイッチ構成Ｃと称する。

　図３に示すように、スイッチ構成Ｃでは、入出力スイッチ３１は、非対称な２つの仮想スイッチ３３ａ、３３ｂに仮想的に分割して使用される。この構成は、図２に示したスイッチ構成Ｂと同様である。さらに、スイッチ構成Ｃでは、２つの仮想スイッチ３３ａ、３３ｂの間を、中間スイッチを経由せずに折り返すためのパスを形成する折返しポートが設けられる。この折返しポートは、分割した仮想スイッチ３３ａ、３３ｂ間を折り返すトラフィックに応じたポート数だけエンドポイント側のポートに設けられる。すなわち、エンドポイント側のポートの一部が、上記の折返しポートとして機能する。

　例えば回線が均等に分布すると仮定し、入出力スイッチ３１が２台（仮想スイッチ４台）の場合、エンドポイント側のポート数ｐの内、［ｐ／４］（＝ｋ，［］：ガウス記号）トラフィックは、中間スイッチ側のポートを経由せずに、仮想スイッチ３３ａと仮想スイッチ３３ｂとの間で転送される。

　前述したように、エンドポイント側のライン数をｐ、中間スイッチ側のライン数をｑとすると、ノンブロッキングで転送を行うための制約条件は、以下のようになる。
　ｑ≧２（ｐ－１）　…　（３１）

　スイッチ構成Ｃでは、［ｐ／４］は同一の入出力スイッチ３１の間で転送される。したがって、（３１）式における加入者機器側のライン数ｐは、（ｐ－［ｐ／４］）でよい。このことから、スイッチ構成（Ｃ)では、ノンブロッキングで転送を行うための条件は、以下のようになる。
　ｑ≧２（ｐ－［ｐ／４］－１）＝１．５ｐ－２　…　（３２）

　したがって、スイッチ構成Ｃでは、等号時のポート利用効率は、以下のようになる。
　Ｍ≧ｐ＋ｋ＋ｑ
　　＝ｐ＋ｐ／４＋（１．５ｐ－２）
　　＝（１１ｐ／４）－２　　…　（３３）

　以上のように、スイッチ構成Ｃは、入出力スイッチ３１を２つの仮想スイッチ３３ａ、３３ｂに仮想的に分割し、さらに、２つの仮想スイッチ３３ａ、３３ｂの間を、中間スイッチを経由せずに折り返すための折返しポートが設けられる。これにより、ポート利用効率を上げることができる。入出力スイッチ３１として、（１２８×１２８）のものであるとすると、加入者ライン数ｐは（ｐ＝４３）から（ｐ＝４７）に増大し、仮想スイッチ３２ａ及び３２ｂ間の折返しが常に半分なら、最大加入者数も増加する。

＜第１の実施形態＞
　次に、本発明の実施の形態の具体例について説明する。図４は、本発明の第１の実施形態に係る通信システム１００の概要の説明図である。

　本発明の第１の実施形態に係る通信システム１００は、入出力スイッチ１０１－１、１０１－２、…と、中間スイッチ１０２－１、１０２－２、…と、加入者機器１０３－１、１０３－２、…とにより構成され、フォールデッドＣｌｏｓネットワークを実現する。加入者機器１０３－１、１０３－２、…はエンドポイントであり、例えばＯＮＵ（Optical Network Unit）である。なお、この例では、通信システム１００は光ネットワークであるが、これに限定されるものではない。

　本発明の第１の実施形態に係る通信システム１００では、入出力スイッチ１０１－１、１０１－２、…として、前述のスイッチ構成Ｃと同様のものが用いられる。すなわち、スイッチ構成Ｃの入出力スイッチは、図３に示したように、１つのスイッチが２つの仮想スイッチに分割され、さらに、折返しポートが設けられている。この折返しポートは、加入者機器１０３－１、１０３－２、…側から、加入者機器１０３－１、１０３－２、…側に、仮想スイッチ間でトラフィックを折り返すパスを形成している。

　ここでは、各入出力スイッチ１０１－１、１０１－２、…の加入者機器側のライン数をｐ、中間スイッチ側のライン数をｑ、トラフィックを折り返すためのライン数をｋとする。入出力スイッチとして、図１に示したスイッチ構成Ａのものを用いた場合、入出力スイッチのポート数をＭとすると、ノンブロッキングで転送を行うための制約条件は、以下のとおりである。
　ｑ≧２（ｐ－１）
　Ｍ≧ｑ≧２（ｐ－１）

　スイッチ構成Ａを用いた場合、上式で等号時のポート利用効率は、以下のようになる。
　ｐ／Ｍ＝ｐ／（２ｐ－２）～０．５　…　（４１）

　これに対して、入出力スイッチとして、図２に示したスイッチ構成Ｂのものを用いると、ノンブロッキングで転送を行うための制約条件は、以下のようになる。
　ｑ≧２（ｐ－１）
　Ｍ≧ｐ＋２（ｐ－１）＝３ｐ－２

　この場合、等号時のポート利用効率は、以下のようになる。
　２ｐ／Ｍ＝２ｐ／（３ｐ－２）～０．６６　…　（４２）

　これに対して、本実施形態では、入出力スイッチ１０１－１、１０１－２、…として、図３に示したスイッチ構成Ｃのものを用いている。折返しポートの数をｋとすると、ノンブロッキングで転送を行うための制約条件は、以下のとおりである。
　ｑ≧２（ｐ－１）
　Ｍ≧ｐ＋ｑ＋ｋ
　　≧ｐ＋２（ｐ－１）＋ｋ
　　＝３ｐ－２＋ｋ

　この場合、等号時のポート利用効率は、以下のようになる。
　２（ｐ＋ｋ）／（３ｐ－２＋ｋ）　…　（４３）

　スイッチ構成Ｂを用いた場合と、本実施形態（スイッチ構成Ｃ）を用いた場合とで、ポート利用効率を比較すると、そのポート利用効率の差（式（４３）－式（４２））は、以下のようになる。
２（ｐ＋ｋ）／（３ｐ－２＋ｋ）－２ｐ／（３ｐ－２）
＝［（２ｐ；ｋ）（３ｐ－２）－２ｐ（３ｐ－２＋ｋ）］／［（３ｐ－２）（３ｐ－２；ｋ）］
＝ｋ（５ｐ－４）／［（３ｐ－２）（３ｐ－２；ｋ）］　…　（４４）

　（４４）式より、Ｐ≧１以上で、スイッチ構成（Ｃ）を用いた本実施形態では、スイッチ構成Ｂを用いた場合に比べて、ポート利用効率は良好になる。

　Ｍ＝８のときのポート利用効率を比較すると、以下のような結果が得られる。
スイッチ構成Ａの場合：ｐ／Ｍ≦５／８＝０．６２５
スイッチ構成Ｂの場合：２ｐ／Ｍ≦３×２／８＝０．７５
本実施形態（スイッチ構成Ｃ）の場合：２（ｐ＋ｋ）／Ｍ≦２×（３＋１）／８＝１
　なお、図示していないが、中間層ＳＷ（例えば中間スイッチ１０２）から中継網へ直結するポートを備えてもよい。このポートは、ＩＯＳＷと接続するポートとは別に設ける。中継網へ直結するポートは、当該中間層ＳＷで対向するＩＯＳＷと接続するポートと接続する。Ｃｌｏｓネットワークで、中継網と接続する場合、加入者機器―ＩＯＳＷ―中間層ＳＷ―ＩＯＳＷ―加入者機器の経路の一方の加入者機器を中継網に接続する。中継網へ直結するポートを用いることで加入者機器―ＩＯＳＷ―中間層ＳＷ―中継網と、介在するＳＷ（スイッチ）の数を減少し、ネットワークとしての効率が向上する。または、１または複数のＩＯＳＷに接続する分のポートを転用してもよい。当該中間層ＳＷの対向するポートを組単位で転用した場合、非対称の場合はＩＯＳＷの経路の設計上半分の経路がある計算せずに転用した分のポート数に応じたＩＯＳＷからのポートの数を加えて、制約条件を満たすように系を構成することが望ましく、この場合、転用する前と同様の制約式でノンブロッキングを保てる。これは以降の実施例でも同様である。

＜第２の実施形態＞
　図５は、本発明の第２の実施形態に係る通信システム２００の概要の説明図である。図５において、本発明の第２の実施形態に係る通信システム２００は、入出力スイッチ２０１－１、２０１－２、…と、中間スイッチ２０２－１、２０２－２、…と、加入者機器２０３－１、２０３－２、…とにより構成され、フォールデッドＣｌｏｓネットワークを実現する。加入者機器２０３－１、２０３－２、…はエンドポイントであり、例えばＯＮＵである。

　本発明の第２の実施形態に係る通信システム２００では、入出力スイッチ２０１－１、２０１－２、…は、それぞれ、２つの仮想スイッチに分割されている。さらに、各入出力スイッチ２０１－１、２０１－２、…は、中間スイッチ２０２－１、２０２－２、…を経由せずに、加入者機器２０３－１、２０３－２、…から中継網に直結する中継網ポートを備える。この中継網ポートは、入出力スイッチ２０１－１、２０１－２、…の加入者機器側と中間スイッチ側とにそれぞれ同数設けられる。
　図では、一方の仮想スイッチの加入者機器側のポートと中間スイッチ側のポートの組に加入者機器側の中継網ポートと中間スイッチ側の中継網ポートの組と並行するもののみ備えている。しかしながら、仮想スイッチ間で加入者機器と接続するポート数を平準化する観点から、両方の仮想スイッチのポートの組に並行する中継網ポートを備える方がよい。この理由は、加入者機器と接続する第１の実施形態でも備える加入者側のポートと加入者機器と接続する加入者側の中継網ポートとは、その区別はなく任意に接続する構成とするのが管理上容易であるためである。また、中間スイッチと接続する第１の実施形態でも備える中間スイッチ側のポートと、中継網と接続する中間スイッチ側の中継網ポートとは、その区別はなく任意に接続する構成とするのが管理上容易であるためである。

　本実施形態では、加入者機器から中継網に直結する中継網ポートの組の数をｈとすると、ノンブロッキングで転送を行うための制約条件は、以下のようになる。
　Ｍ≧（ｐ＋ｈ）＋ｑ
　＝ｐ＋（ｑ＋ｈ）≧ｐ＋２（ｐ－１）＋ｈ
　＝３ｐ－２＋ｈ

　本実施形態での等号時のポート利用効率は、以下のようになる。
　（２ｐ＋ｈ）／（３ｐ－２＋ｈ）　…　（５１）

　図２に示したスイッチ構成Ｂを用いた場合と、本願に係る構成とで、ポート利用効率を比較すると、そのポート利用効率の差（式（５１）－式（４２））は、以下のようになる。
（２ｐ＋ｈ）／（３ｐ－２＋ｋ）－２ｐ／（３ｐ－２）
＝［（２ｐ＋ｈ）（３ｐ－２）－２ｐ（３ｐ－２＋ｈ）］／［（３ｐ－２）（３ｐ－２；ｋ）］
＝ｋ（ｐ－２）／［（３ｐ－２）（３ｐ－２；ｋ）］

　よって、Ｐ≧ｐ以上で、本実施形態のポート利用効率は、スイッチ構成Ｂを用いた場合より良好になる。
　Ｍ＝８のときのポート利用効率を比較すると、以下のような結果が得られる。
スイッチ構成Ａの場合：ｐ／Ｍ≦５／８＝０．６２５
スイッチ構成Ｂの場合：２ｐ／Ｍ≦３×２／８＝０．７５
第１の実施形態の場合：２（ｐ＋ｋ）／Ｍ≦２×（３＋１）／８＝１
第２の実施形態の場合：（２ｐ＋ｈ）／Ｍ≦（２×３＋１）／８＝０．８７５

　本実施形態では、加入者機器２０３－１、２０３－２、…から中継網に直結する中継網ポートを設けたことにより、加入者側のポートの約倍の中間スイッチへのポートの利用を削減できるため、利用効率を上げることができる。なお、図示されるように、中間スイッチ２０２から中継網へ直結するポートが設けられてもよい。

＜第３の実施形態＞
　図６は、本発明の第３の実施形態に係る通信システム３００の概要の説明図である。本発明の第３の実施形態に係る通信システム３００は、入出力スイッチ３０１－１、３０１－２、…と、中間スイッチ３０２－１、３０２－２、…と、加入者機器３０３－１、３０３－２、…とにより構成され、フォールデッドＣｌｏｓネットワークを実現する。加入者機器３０３－１、３０３－２、…はエンドポイントであり、例えばＯＮＵである。

　本発明の第３の実施形態に係る通信システム３００では、入出力スイッチ３０１－１、３０１－２、…として、１つのスイッチが２つの仮想スイッチに分割され、仮想スイッチの間を折り返すための折返しポートが設けられ、さらに、加入者機器から中継網に直結する中継網ポートが追加されている。なお、図示されるように、中間スイッチ３０２から中継網へ直結するポートが設けられてもよい。

　仮想スイッチの間を折り返すための折返しポートの数をｋ、加入者から中継網に直結する中継網ポートの数をｈ、入出力スイッチのポート数をＭとすると、ノンブロッキングで転送を行うための制約条件は、以下のとおりである。
　Ｍ≧（ｐ＋ｋ＋ｈ）＋ｑ
　＝ｐ＋ｋ＋（ｑ＋ｈ）
　≧ｐ＋ｋ＋２（ｐ－１）＋ｈ
　＝３ｐ－２＋ｋ＋ｈ

　上式で等号時のポート利用効率は、以下のようになる。
　（２（ｐ＋ｋ）＋ｈ）／（３ｐ－２＋ｋ＋ｈ）　…　（６１）

　図２に示したスイッチ構成Ｂを用いた場合と、本実施形態を用いた場合とで、ポート利用効率を比較すると、そのポート利用効率の差（式（６１）－式（４２））は、以下のようになる。
（２（ｐ＋ｋ）＋ｈ）／（３ｐ－２＋ｋ＋ｈ）－２ｐ／（３ｐ－２）
＝［（２ｐ＋２ｋ＋ｈ）（３ｐ－２）－２ｐ（３ｐ－２＋ｋ＋ｈ）］／［（３ｐ－２）（３ｐ－２＋ｋ＋ｈ）］
＝［４ｋ（ｐ－１）＋ｈ（ｐ－２）］／［（３ｐ－２）（３ｐ－２＋ｋ＋ｈ）］　…　（６２）

　（６２）式より、ｐ＞２で、本実施形態のポート利用効率は、図２に示したスイッチ構成Ｂを用いた場合に比べて、良好になる。
　本実施形態において、Ｍ＝１４，ｋ＝３，ｈ＝１の時のポート利用効率は、以下のようになる。
（２（ｐ＋ｋ）＋ｈ）／（３ｐ－２＋ｋ＋ｈ）
＝（２×（４＋３）＋１）／（３×４－２＋３＋１）
＝１５／１４＞１

　本実施形態において、Ｍ＝１４，ｋ＝２，ｈ＝２の時のポート利用効率は、以下のようになる。
（２（ｐ＋ｋ）＋ｈ）／（３ｐ－２＋ｋ＋ｈ）
＝（２×（４＋２）＋２）／（３×４－２＋２＋２）
＝１４／１４＝１

＜第４の実施形態＞
　図７は、本発明の第４の実施形態に係る通信システム４００の概要を示す説明図である。本発明の第４の実施形態に係る通信システム４００は、入出力スイッチ４０１－１、…と、中間スイッチ４０２－１、４０２－２、…と、加入者機器４０３－１、４０３－２、…と、折返しスイッチ４０５－１、…とにより構成され、フォールデッドＣｌｏｓネットワークを実現する。加入者機器４０３－１、４０３－２、…はエンドポイントであり、例えばＯＮＵである。

　本発明の第４の実施形態に係る通信システム４００は、入出力スイッチ４０１－１、…として、前述の第１の実施形態と同様に、図３に示したスイッチ構成Ｃを用いたものが用いられる。すなわち、入出力スイッチ４０１－１、…は、１つのスイッチが２つの仮想スイッチに分割され、さらに、２つの仮想スイッチの間を折り返すための折返しポートが設けられている。さらに、本実施形態では、入出力スイッチ４０１－１、…のトラフィックの一部を、中継網側に折り返すパスを形成する折返しスイッチ４０５－１、…が設けられる。

　本実施形態は、第１の実施形態の入出力スイッチの一部を中継網側に折り返した構成となる。なお、折返しスイッチ４０５－１、…の数は、中継網への接続回線比による。折返しは、入出力スイッチ単位としているが、加入側ポート単位であってもよい。なお、図示されるように、中間スイッチ４０２から中継網へ直結するポートが設けられてもよい。

＜第５の実施形態＞
　図８は、本発明の第５の実施形態に係る通信システム５００の概要を示す説明図である。本発明の第５の実施形態に係る通信システム５００は、入出力スイッチ５０１－１、…と、中間スイッチ５０２－１、５０２－２、…と、加入者機器５０３－１、５０３－２、…と、折返しスイッチ５０５－１、…とにより構成され、フォールデッドＣｌｏｓネットワークを実現する。加入者機器５０３－１、５０３－２、…はエンドポイントであり、例えばＯＮＵである。

　本発明の第５の実施形態に係る通信システム５００は、入出力スイッチ５０１－１、…として、図５に示した第２の実施形態と同様のものが用いられる。さらに、本実施形態では、入出力スイッチ５０１－１、…の一部を中継網側に折り返すパスを形成する折返しスイッチ５０５、…が設けられる。

　本実施形態は、第２の実施形態の入出力スイッチの一部を中継網側に折り返した構成となる。折返しスイッチ５０５－１，…の数は、中継網への接続回線比による。折返しは、入出力スイッチ単位としているが、加入側ポート単位であってもよい。本実施形態では、加入者機器から中継網に直結するポートを設けることで、加入者ポートの約倍の中間スイッチへのポートの利用を削減できるため、利用効率が高くなる。なお、図示されるように、中間スイッチ５０２から中継網へ直結するポートが設けられてもよい。

＜第６の実施形態＞
　図９は、本発明の第６の実施形態に係る通信システム６００の概要を示す説明図である。本発明の第６の実施形態に係る通信システム６００は、入出力スイッチ６０１－１、…と、中間スイッチ６０２－１、６０２－２、…と、加入者機器６０３－１、６０３－２、…と、折返しスイッチ６０５－１、…とにより構成され、フォールデッドＣｌｏｓネットワークを実現する。加入者機器６０３－１、６０３－２、…はエンドポイントであり、例えばＯＮＵである。

　本発明の第６の実施形態に係る通信システム６００では、入出力スイッチ６０１－１、６０１－２、…として、図６に示した第３の実施形態と同様のものが用いられる。さらに、本実施形態では、入出力スイッチ６０１－１、６０１－２、…のトラフィックの一部を中継網側に折り返すパスを形成する折返しスイッチ６０５－１、…が設けられる。折返しスイッチ６０５－１、…の構成については、前述の第４の実施形態及び第５の実施形態と同様である。

　本実施形態は、第３の実施形態の入出力スイッチの一部を中継網側に折り返した構成となる。折返しスイッチ６０５－１、…の数は、中継網への接続回線比による。折返しは、入出力スイッチ単位としているが、加入側ポート単位であってもよい。

　本実施形態では、加入者機器から中継網に直結するポートを設けることで、加入者ポートの約倍の中間スイッチへのポートの利用を削減できるため、利用効率が高くなる。なお、図示されるように、中間スイッチ７０２から中継網へ直結するポートが設けられてもよい。

＜第７の実施形態＞
　図１０は、本発明の第７の実施形態に係る通信システム７００の概要の説明図である。本発明の第７の実施形態に係る通信システム７００は、入出力スイッチ７０１－１、…と、中間スイッチ７０２－１、７０２－２、…と、加入者機器７０３－１、７０３－２、…と、折返しスイッチ７０５－１、…と、経路設定部７０６と、により構成され、フォールデッドＣｌｏｓネットワークを実現する。

　経路設定部７０６は、各スイッチ（入出力スイッチ７０１，中間スイッチ７０２又は折返しスイッチ７０５）の経路を設定する。具体的には以下の通りである。経路設定部７０６は、入出力スイッチ７０１に関しては、加入者機器７０３と、加入者機器７０３や、中継網のポートや、中間スイッチ７０２とを接続するように経路を設定する。経路設定部７０６は、中間スイッチ７０２に関しては、入出力スイッチ７０１と、入出力スイッチ７０１や、中継網のポートとを接続するように経路を設定する。このような処理により、経路設定部７０６は、所望の入出力スイッチ７０１又は仮想ＳＷに収容される加入者機器７０３同士の通信や、加入者機器７０３と中継網を経由した対向の装置との通信を実現できるように設定する。経路の設定は、全経路を指定することで行われても良いし、対向する装置や網を指定することで行われても良いし、局装置７１０あるいはその他の装置が備える対応情報に応じた接続となるように行われても良い。

　接続の指示は、他の管理装置や他のシステム等から受信されてもよいし、加入者機器７０３から受信されてもよい。加入者機器７０３から受信される場合、初期接続時や設定変更時に行われる通信において受信されてもよいし、その通信でやりとりされる信号の一部にその指示が含まれていてもよい。含まれている指示として、ＥｔｈｅｒｎｅｔフレームやＩＰパケット中の送信元や送信先のアドレスが用いられてもよい。

　加入者装置からの指示は、初期接続時や変更時に、指示が経路設定機能に届くように経路設定し、そこで経路設定機能や波長設定機能とやりとりをして、所望の経路や通信先等の情報を取得して、取得した情報に応じて、加入者装置に波長等を設定する場合は加入者装置に対して、波長等を設定し、経路に含まれる装置や機能の波長等を設定する場合は、それらに波長等を設定し、調所望の経路や通信先等の情報に応じた経路となるように経路設定機能が経路設定する。

　加入者機器からの光信号で接続要求や指示をする例を示す。加入者機器からの要求や指示は、入出力スイッチや中間スイッチや中継網向けのポートまたはそれ専用のポートで経由して、スイッチや装置又はその制御部又はその制御システムやそれらに信号を伝える機能が受信してもよいし、ポートまたはスイッチのどこかに信号を取得するモニタを備えることで取得してもよい。なお、モニタは、経路の一部分を分岐し光電変換して終端してもよいし、半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）や過飽和吸収体等を用いて、光信号の導通を利得変動や素子の印加電圧や印加電流の変動として取得してもよい。受信する場合は、加入者への波長設定等の指示は信号を伝える機能を介して通常の通信で行ってもよい。モニタや既にいずれかの対地と通信している場合であれば、制御する機能が、加入者機器に対し、合分岐器か合分波器を介して信号光を加入者に接続している経路に挿入してもいいし、いずれかの対地と通信している信号光をＳＯＡや過飽和吸収対等の利得変動や素子の印加電圧や電流を変動することや変調器で変調することで指示してもよい。

　要求や指示を、例えば、設定部で受信する場合、制御部がその要求や指示が設定部に到達するように経路を設定し、設定部がモニタで受信する場合はモニタできる経路を通るように設定する。そして設定部が要求や指示を受信又はモニタして、要求や指示に応じた通信先と加入者装置が通信できる経路を設定する。

　要求や指示を、例えば、設定部で送受する場合、制御部がその要求や指示を設定部に到達するように経路を設定し、制御部がモニタで送受する場合はモニタと指示を挿入や変調できる経路を通るように設定する。そして加入者装置からの要求や指示や受信確認等を制御部が受信又はモニタし、制御装置が加入者装置に対して、波長設定等を送信し、加入者装置との送受が完了したら、制御装置が要求や指示に応じた通信先と加入者装置が通信できる経路を設定する。波長設定等とは、加入者装置の使用する波長、伝送速度、変調方式、符号、MAC,ユーザデータ（アナログ／デジタル、連続信号／フレーム、フレームの形態（Ethernet（登録商標）／OTN等）、制御方式（MPLS等）、加入者装置や対向装置のアドレス（MACアドレス、IPアドレス、VLANタグ、VXLANタグ）、偏波多重で用いる偏波、モード分割多重で用いるモード、マルチコアファイバ使用時のコア番号、複数伝送路使用時の伝送路、冗長構成や、OAM等におけるベンダスペシフィック領域の設定等である。

　経路の途中において、信号をモニタする機能（以下「モニタ機能」という。）を備える場合について説明する。この場合には、モニタ機能は、経路や波長等の設定や変更の依頼を取得し、経路設定部７０６や波長設定機能に転送する。経路に関する設定や変更の依頼であれば、経路設定部７０６は、その依頼に応じて経路を変更する。波長に関する変更の依頼であって、且つ、経路を変更せずに波長の変更が可能であって、且つ、その変更が他の装置に影響を与えない場合には、波長設定機能は波長を変更する。一方、その変更が他の装置に影響を与える場合には、局装置７１０は、信号の転送を停止したり、他の装置に影響を与えない経路に変更してから波長等を変更し、変更完了後に経路を戻す。変更指示等が経路設定部７０６と通信しないとできない場合は、初期接続時と同様に経路設定機能と通信するように経路変更してから経路を戻す。

　本発明の第７の実施形態は、図７に示した第４の実施形態に係る通信システムを、局装置７１０として実現したものである。この場合、入出力スイッチ７０１－１、…の加入者装置側のポート接続は、単一の加入者装置でもよいし、スター型のPassibe Double Star（ＰＤＳ）、バス型、リング型のAdd Drop Multiplexer（ＡＤＭ）のＤｒｏｐ側でもいいし、単一の局装置で加入者リングの一部になってもよいし、複数の局側装置でそれぞれ加入者リングの一旦と接続して局側装置や中継網を介してリングとしてもよい。局装置７１０は、例えば光ゲートウェイとして構成されてもよい。

　局装置自体が、リングやメッシュ接続してさらに大きな仮想的な局装置となってもよいし、局装置または仮想的な局装置が、対地の局装置とメッシュ（４対地であれば３対地と物理または論理接続）で接続したり、リング構成（シングルリングなら左回り右回りの２対地と接続、マルチリングならばリング構成に応じた対地で接続）で接続してネットワーク、例えば光フルメッシュネットワークを構成してもよい。

　入出力スイッチ７０１－１、…の中間スイッチ側のポートで光折返しをしてもよいし、ポートへの入出力をパワー／ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing ）等のスプリッタで合分岐してもよいし、たすき掛けで同じスイッチを通してもよい。たすき掛けの途中でＯＥ／ＥＯ（光／電気）変換する装置を介してもよい。

　光フルメッシュネットワークの中のノードや、アクセス面とローカルフルメッシュ面を接続し、パケット変換や多重・スイッチ制御といった電気処理を極小化して中継したり、サービスごとに光パスをエンド・ツー・エンドで提供したりするフォトニックゲートウェイ（Photonic GW、PhGW）と呼ぶ光ノードであってもよい。

　フォトニックゲートウェイの場合は波長管理制御を備えてもよいし、波長制御指示の方法として、ユーザ信号と干渉しない低周波数帯に管理制御信号をＡＭＣＣ（Auxiliary Management and Control Channel）として重畳して同一波長で通知してもよいし、ユーザデータをペイロードとするフレームで通知してもよい。切替制御は、入出力スイッチ接続前／同加入ポートで、Ｔａｐ／入出力スイッチ中間ポート／入出力スイッチ中間ポートで、Ｔａｐ／中間スイッチ／局装置外部／中継網側で行ってもよい。切替は、方路単位で行ってもよいし、方路と波長、周波数、符号等の組合わせで行ってもよい。なお、図示されるように、中間スイッチ７０２から中継網へ直結するポートが設けられてもよい。

＜第８の実施形態＞
　図１１は、本発明の第８の実施形態に係る通信システム８００の概要の説明図である。本発明の第８の実施形態に係る通信システム８００は、入出力スイッチ８０１－１、…と、中間スイッチ８０２－１、８０２－２、…と、加入者機器８０３－１、８０３－２、…と、折返しスイッチ８０５－１、…と、経路設定部８０６と、により構成され、フォールデッドＣｌｏｓネットワークを実現する。本発明の第８の実施形態は、本発明の第４の実施形態に係る通信システムを、局装置８１０として実現したものである。局装置８１０は、例えば光ゲートウェイとして構成されてもよい。経路設定部８０６は、経路設定部７０６と同様に構成される。なお、図示されるように、中間スイッチ８０２から中継網へ直結するポートが設けられてもよい。

＜第９の実施形態＞
　図１２は、本発明の第９の実施形態に係る通信システム９００の概要の説明図である。本発明の第９の実施形態に係る通信システム９００は、入出力スイッチ９０１－１、…と、中間スイッチ９０２－１、９０２－２、…と、加入者機器９０３－１、９０３－２、…と、折返しスイッチ９０５－１、…と、経路設定部９０６と、により構成され、フォールデッドＣｌｏｓネットワークを実現する。本発明の第９の実施形態は、本発明の第５の実施形態に係る通信システムを局装置９１０として実現したものである。局装置９１０は、例えば光ゲートウェイとして構成されてもよい。経路設定部９０６は、経路設定部７０６と同様に構成される。なお、図示されるように、中間スイッチ９０２から中継網へ直結するポートが設けられてもよい。

＜第１０の実施形態＞
　図１３は、本発明の第１０の実施形態に係る通信システム１０００の概要の説明図である。本発明の第１０の実施形態に係る通信システム１０００は、入出力スイッチ１００１－１、…と、中間スイッチ１００２－１、１００２－２、…と、加入者機器１００３－１、１００３－２、…と、経路設定部１００６と、により構成され、フォールデッドＣｌｏｓネットワークを実現する。本発明の第１０の実施形態は、本発明の第１の実施形態に係る通信システムを局装置１０１０として実現したものである。局装置１０１０は、例えば光ゲートウェイとして構成されてもよい。経路設定部１００６は、経路設定部７０６と同様に構成される。なお、図示されるように、中間スイッチ１００２から中継網へ直結するポートが設けられてもよい。

＜第１１の実施形態＞
　図１４は、本発明の第１１の実施形態に係る通信システム１１００の概要の説明図である。本発明の第１１の実施形態に係る通信システム１０００は、入出力スイッチ１１０１－１、…と、中間スイッチ１１０２－１、１１０２－２、…と、加入者機器１１０３－１、１１０３－２、…と、経路設定部１１０６と、により構成され、フォールデッドＣｌｏｓネットワークを実現する。本発明の第１１の実施形態は、本発明の第２の実施形態に係る通信システムを局装置１１１０として実現したものである。局装置１１１０は、例えば光ゲートウェイとして構成されてもよい。経路設定部１１０６は、経路設定部７０６と同様に構成される。なお、図示されるように、中間スイッチ１１０２から中継網へ直結するポートが設けられてもよい。

＜第１２の実施形態＞
　図１５は、本発明の第１２の実施形態に係る通信システム１２００の概要の説明図である。本発明の第１２の実施形態に係る通信システム１２００は、入出力スイッチ１２０１－１、…と、中間スイッチ１２０２－１、１２０２－２、…と、加入者機器１２０３－１、１２０３－２、…と、経路設定部１２０６と、により構成され、フォールデッドＣｌｏｓネットワークを実現する。本発明の第１２の実施形態は、本発明の第３の実施形態に係る通信システムを局装置１２１０として実現したものである。局装置１２１０は、例えば光ゲートウェイとして構成されてもよい。経路設定部１２０６は、経路設定部７０６と同様に構成される。なお、図示されるように、中間スイッチ１２０２から中継網へ直結するポートが設けられてもよい。

　以上説明したように、本実施形態では、ノンブロッキングで転送を行うフォールデッドＣｌｏｓネットワークを構成した場合に、ポート利用効率を向上させることができる。

　上述した各スイッチは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサーとメモリーを用いて構成されてもよい。この場合、プロセッサーがプログラムを実行することによって、上述した各スイッチが動作する。なお、各スイッチの各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されても良い。上記のプログラムは、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録されても良い。コンピューター読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、半導体記憶装置（例えばＳＳＤ：Solid State Drive）等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスクや半導体記憶装置等の記憶装置である。上記のプログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

　以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

　本発明は、フォールデッドＣｌｏｓネットワークに適用可能である。

１１，２１，３１…入出力スイッチ、　２３ａ，２３ｂ，３３ａ，３３ｂ…仮想スイッチ、　１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１，８０１，９０１，１００１，１１０１，１２０１… 入出力スイッチ、　１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２，７０２，８０２，９０２、１００２，１１０２，１２０２…中間スイッチ、　１０３，２０３，３０３，４０３，５０３，６０３，７０３，８０３，９０３，１００３，１１０３，１２０３…加入者装置

Claims

　対称的にポートが配されたスイッチを非対称に分割して形成された複数の仮想スイッチと、
　前記仮想スイッチ毎に割り当てられたエンドポイント側のポート及び中間スイッチ側のポートと、を備え、
　前記仮想スイッチの前記エンドポイント側のポートの一部は、前記仮想スイッチ間でトラフィックを折り返すパスを形成するポートとして機能する、
　入出力スイッチ。
　対称的にポートが配されたスイッチを非対称に分割して形成された複数の仮想スイッチと、
　前記仮想スイッチ毎に割り当てられたエンドポイント側のポート及び中間スイッチ側のポートと、を備え、
　前記仮想スイッチの前記エンドポイント側のポート及び前記中間スイッチ側のポートの一部は、中継網に直結するパスを形成するポートとして機能する、
　入出力スイッチ。
　対称的にポートが配されたスイッチを非対称に分割して形成された複数の仮想スイッチと、
　前記仮想スイッチ毎に割り当てられたエンドポイント側のポート及び中間スイッチ側のポートと、を備え、
　前記仮想スイッチの前記エンドポイント側のポートの一部は、前記仮想スイッチ間でトラフィックを折り返すパスを形成するポートとして機能し、
　前記仮想スイッチの前記エンドポイント側のポート及び前記中間スイッチ側のポートの一部は、中継網に直結するパスを形成するポートとして機能する、
　入出力スイッチ。
　請求項１から３のいずれか一項に記載の入出力スイッチを備えたフォールデッドＣｌｏｓネットワークを有する通信システム。
　前記入出力スイッチのトラフィックの一部を中継網側に折り返すスイッチをさらに備える、請求項４に記載の通信システム。