(57)【要約】      （修正有）【課題】光リングネットワークトポロジにおいて発信元ノードから複数の宛先ノードに対してパケットのマルチキャスト転送を行う【解決手段】各ノードにはパケットを受信するための波長が関連付けられておりパケットは制御ヘッダ及びペイロードを有する。発信元ノードにおいてパケットの制御ヘッダ内にマルチキャストチェーン情報を格納する。マルチキャストチェーン情報は発信元ノード及び複数の宛先ノードを特定しパケットが順に転送されることになるノードのシーケンスを定めたものである。シーケンス内の次のノードに対し該次のノードの波長を用いてパケットを送信し、シーケンス内の各ノードにおいてシーケンスにより定められている順序に従ってパケットを受信し、シーケンスに従って当該ノードに続く後続のノードを特定するために制御ヘッダを処理し、後続のノードが特定された場合に該後続のノードに対し該後続のノードの波長を用いてパケットを送信する。【選択図】図２
2014165924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パケット光リングネットワークトポロジにおいて発信元ノードから複数の宛先ノードに対してパケットのマルチキャスト転送を行う方法であって、各ノードにはパケットを受信するための波長が関連付けられており、前記パケットは制御ヘッダ及びペイロードを有し、
前記発信元ノードが、前記パケットの前記制御ヘッダ内にマルチキャストチェーン情報を格納するステップであって、該マルチキャストチェーン情報は、前記発信元ノード及び前記複数の宛先ノードを各々のノードＩＤによって特定することにより、前記パケットが順に転送されることになるノードのシーケンスをマルチキャストチェーンとして定めたものである、ステップと、
前記ノードのシーケンスにおいて前記発信元ノードに続く次のノードに対し、該次のノードの波長を用いて前記パケットを送信するステップと、
前記シーケンスにおいて前記発信元ノードに続く各ノードが、前記シーケンスにより定められている順序に基づいて、前記パケットを受信し、前記ノードのシーケンスに基づいて当該ノードに続く後続のノードを特定するために前記制御ヘッダを処理するとともに、該処理の結果、後続のノードが特定された場合には、該後続のノードに対し該後続のノードの波長を用いて前記パケットを送信するステップと
を含む方法。
【請求項２】
受信した前記パケットの前記制御ヘッダを処理することは、該制御ヘッダを処理できるようにするために前記パケットを遅延させることを含み、
前記後続のノードに対し該後続のノードの波長を用いて前記パケットを送信することは、受信した前記パケットの波長を前記後続のノードの波長へと変換する波長変換を行うことを含むものである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
受信した前記パケットの前記制御ヘッダを処理することは、
前記パケットをその光学的表現から電気的表現へと変換し、その結果として得られたパケットの電気的表現をバッファリングすることと、
バッファリングされた前記パケットの電気的表現に基づいて前記パケットの光学的表現を生成し、前記後続のノードの波長を用いて、好ましくは高い優先順位で、前記パケットの光学的表現を前記後続ノードに送信することと
を含むものである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記制御ヘッダを処理することは、前記制御ヘッダにおいて定められている前記マルチキャストチェーンに従って該処理を行うノードの識別情報を削除することを含むものである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ノードのシーケンス内の最後のノードが前記パケットを正常に受信した場合にのみ、前記シーケンス内の最後のノードが前記発信元ノードに対しＡＣＫメッセージを送るステップを更に含む請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記シーケンス内のあるノードが前記パケットを正常に受信しなかった場合には、当該ノードが前記発信元ノードに対してＮＡＣＫメッセージを送るステップを更に含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記発信元ノードがＮＡＣＫメッセージを受信した場合には、該発信元ノードが前記パケットを再送するステップを更に含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記パケットの受信にそれまでに成功した宛先ノードが前記チェーンから削除されて、前記パケットを未だに正常に受信していない前記シーケンス内のノードに対してのみ前記パケットを再送できるようにするために、再送の前に、前記マルチキャストチェーンを変更することにより前記パケットが変更される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
タイムアウト時間内に前記発信元ノードがＡＣＫメッセージを受信しなかった場合に、前記パケットを再送するステップを更に含む請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ノードのシーケンス内の最後のノードが、好ましくは前記パケットの受信に成功した後に、前記光リングネットワークから前記パケットを削除するステップと、
前記ノードのシーケンス内のある宛先ノードが前記パケットを正常に受信しなかった場合に、該宛先ノードが前記光リングネットワークから前記パケットを削除するステップと
のいずれか又は両方のステップを更に含む請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
パケット光リングネットワークトポロジにおいて発信元ノードから複数の宛先ノードに対してパケットのマルチキャスト転送を行うための装置であって、各ノードにはパケットを受信するための波長が関連付けられており、前記パケットは制御ヘッダ及びペイロードを有し、
前記発信元ノードが、前記パケットの前記制御ヘッダ内にマルチキャストチェーン情報を格納するためのモジュールであって、該マルチキャストチェーン情報は、前記発信元ノード及び前記複数の宛先ノードを各々のノードＩＤによって特定することにより、前記パケットが順に転送されることになるノードのシーケンスをマルチキャストチェーンとして定めたものである、モジュールと、
前記ノードのシーケンスにおいて前記発信元ノードに続く次のノードに対し、該次のノードの波長を用いて前記パケットを送信するためのモジュールと、
前記シーケンスにおいて前記発信元ノードに続く各ノードが、前記シーケンスにより定められている順序に基づいて、前記パケットを受信し、前記ノードのシーケンスに基づいて当該ノードに続く後続のノードを特定するために前記制御ヘッダを処理するとともに、該処理の結果、後続のノードが特定された場合には、該後続のノードに対し該後続のノードの波長を用いて前記パケットを送信するためのモジュールと
を備えた装置。
【請求項１２】
パケット光リングネットワークトポロジにおいて複数の宛先ノードに対してパケットのマルチキャスト転送を行う発信元ノードであって、各ノードにはパケットを受信するための波長が関連付けられており、前記パケットは制御ヘッダ及びペイロードを有し、
前記発信元ノードが、前記パケットの前記制御ヘッダ内にマルチキャストチェーン情報を格納するためのモジュールであって、該マルチキャストチェーン情報は、前記発信元ノード及び前記複数の宛先ノードを各々のノードＩＤによって特定することにより、前記パケットが順に転送されることになるノードのシーケンスをマルチキャストチェーンとして定めたものである、モジュールと、
前記ノードのシーケンスにおいて前記発信元ノードに続く次のノードに対し、該次のノードの波長を用いて前記パケットを送信するためのモジュールであって、前記シーケンスにおいて前記発信元ノードに続く各ノードが、前記パケットを受信し、後続のノードを特定するために前記ヘッダを処理し、特定された後続のノードに対し該後続のノードの波長を用いて前記パケットを送信できるようにするモジュールと
を備えた発信元ノード。
【請求項１３】
パケット光リングネットワークトポロジにおいて複数の宛先ノードに対するパケットのマルチキャスト転送に関与する、前記複数の宛先ノードのうちの１つのノードであって、各ノードにはパケットを受信するための波長が関連付けられており、前記パケットは制御ヘッダ及びペイロードを有し、
当該ノードが前記シーケンスにおいて先行するノードから前記パケットを受信するためのモジュールであって、前記パケットはその制御ヘッダ内に格納されたマルチキャストチェーン情報を有しており、前記マルチキャストチェーン情報は前記発信元ノード及び前記複数の宛先ノードを各々のノードＩＤによって特定することにより、前記パケットが順に転送されることになるノードのシーケンスをマルチキャストチェーンとして定めたものである、モジュールと、
前記ノードのシーケンスに従って当該ノードに続く後続のノードを特定するために、前記制御ヘッダを処理するモジュールと、
前記処理の結果として後続のノードが特定された場合に、該後続のノードに対し該後続ノードの波長を用いて前記パケットを送信することと
を備えたノード。
【請求項１４】
請求項２〜１０のいずれか一項に記載のステップを実行するモジュールを更に備えた請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法をコンピュータに実行させるか、又は請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の装置として前記コンピュータを機能させるコンピュータプログラムコードを有するコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パケット光リングネットワークトポロジ（packet optical ring network topology）において、発信元ノード（source node）から複数の宛先ノードに対してパケットのマルチキャスト転送を行う方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光バックホーリングに関するマルチキャストトラフィックは、特に多地点協調（ＣｏＭＰ, Coordinated Multi-Point）送信により、一層魅力的なものとなりつつある。この多地点協調送信は、（各基地局における下流側モバイルトラフィックに相当する量）の大量のマルチキャストトラフィックをモバイルバックホールにもたらし、そして、非特許文献１によれば、１ｍｓ〜５ｍｓ程度の非常に短い遅延を要件とするものである。しかし、光パケット交換型リングトポロジにおける既存の、あるいは従来のマルチキャスト解決法は、実際の実施態様において実用的ではなく、あるいはコストの点で効率的ではない。明示的なマルチキャストチャネルが必要であるということは、各リングノードが、マルチキャストチャネル（波長）ごとに、１つの光ゲート、例えば半導体光増幅器（ＳＯＡ, Semiconductor Optical Amplifier）と、１つの送受信機（数千ユーロの範囲のコスト）とを有していなければならないことを意味する。さらには、複雑なマルチキャストチャネルアクセスプロトコル（遅延、処理）が必要とされている。特に、将来的に、ノードが複数のマルチキャストグループに加入する必要があると想定される場合には、衝突のないマルチキャストチャネルアクセスを保証するためにコストが更に上昇することになる。すなわち、既存あるいは従来のマルチキャストに基づく従来の解決策には拡張性が全くない。
【０００３】
別の問題は、マルチキャストグループ内の各ノードが個別にＡＣＫ（Acknowledgement）メッセージ及びＮＡＣＫ（Negative Acknowledgement）メッセージをマルチキャスト発信元に送信する必要があるために、マルチキャストにおける信頼性の確保が難しいということである。これは、発信元ノードにおける輻輳及び大量の処理をもたらし、そして、複数のＡＣＫメッセージ及びＮＡＣＫメッセージのオーバーヘッドをもたらす。さらに、ＡＣＫ及びＮＡＣＫの情報をマルチキャストツリーの後方に集約することは、ＡＣＫ及びＮＡＣＫの送信のスケジューリングを更に複雑なものとし、マルチキャストツリー上の各中間ノードにおいて更に多くの処理を必要とするため、さらなる遅延をもたらす。
【０００４】
非特許文献２に開示されているように、理論的には、光パケットリングにおいては、例えばパケット光アド・ドロップマルチプレクサ（ＰＯＡＤＭ, Packet Optical Add-Drop Multiplexer）を用いることにより、物理層のマルチキャストが簡単なものとなる。この手法では、発信元ノードは、光パケットの制御ヘッダ内に複数の宛先（マルチキャストグループとも呼ぶ）を格納し、共有されているマルチキャストチャネル、すなわちマルチキャスト送信専用の波長を用いるチャネルを通じてマルチキャストパケットを送信する。この波長は、マルチキャスト送信に関与する任意のノードにより、該ノードがユニキャストのために使用する波長とは別個に用いられるものである。図１は、５つのノードＮ１〜Ｎ５を有する光リングネットワークトポロジを示している。図示のシナリオでは、ノードＮ１（発信元ノード）からノードＮ２、Ｎ３、Ｎ５（宛先ノード）に向けてマルチキャストパケットが転送されることになる。このパケットは、共有されているマルチキャストチャネル上で送受信され、宛先ノードは光スプリッタを用いて、光パケットのローカルコピーを得る。光マルチキャストパケットは、その他の宛先に向かって移動し続ける。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】3GPP Technical Document No. R1-092311 “Consideration of backhaul technology evolution in support of CoMP”
【非特許文献２】D. Chiaroni et al., “Packet OADMS for the next generation of ring networks”, Bell Lab. Technical Journal, 14, 4 (February 2010), pp. 265-283
【発明の概要】
【０００６】
一実施形態によれば、パケット光リングネットワークトポロジにおいて発信元ノードから複数の宛先ノードに対してパケットのマルチキャスト転送を行う方法が提供される。各ノードにはパケットを受信するための波長が関連付けられており、前記パケットは制御ヘッダ及びペイロードを有する。本方法は、前記発信元ノードにおいて、前記パケットの前記制御ヘッダ内にマルチキャストチェーン情報を格納するステップであって、前記マルチキャストチェーン情報は、それぞれのノードＩＤによって前記発信元ノード及び前記複数の宛先ノードを特定し、それにより、前記パケットが順に転送されることになるノードのシーケンスを前記マルチキャストチェーンとして定めたものである、ステップと、前記発信元ノードに続く前記ノードのシーケンス内の次のノードに対し、該次のノードの波長を用いて前記パケットを送信するステップと、前記シーケンス内の前記発信元ノードに続く各ノードにおいて、前記シーケンスにより定められている順序に従って、前記パケットを受信し、前記ノードのシーケンスに従って当該ノードに続く後続のノードを特定するために前記制御ヘッダを処理するとともに、該処理の結果として後続のノードが特定された場合に、該後続のノードに対し該後続のノードの波長を用いて前記パケットを送信するステップとを含む。
【０００７】
したがって、本方法は、ユニキャストのメカニズムを用いてマルチキャストを実現しつつ、純粋なユニキャストと比べてマルチキャストと同じように帯域幅を削減することができる。そのため、共有の光マルチキャストチャネルを用いてマルチキャストを実施する手法に比べて、ハードウェアの複雑度は緩和される。さらに、例えば、共有のマルチキャストチャネルではなく、ユニキャストチャネルを使用することによって衝突を回避でき、それにより、サービス品質（quality of service, ＱｏＳ）を向上させることによって、媒体アクセス制御（Media Access Control, ＭＡＣ）層の設計が簡略なものとなる。
【０００８】
一実施形態によれば、受信した前記パケットの前記制御ヘッダを処理することは、前記制御ヘッダを処理できるようにするために前記パケットを遅延させることを含む。そして、前記後続のノードに対し該後続のノードの波長を用いて前記パケットを送信することは、受信した前記パケットの波長を前記後続のノードの波長へと変換する波長変換を行うことを含む。
【０００９】
これにより、処理はパケットの制御ヘッダに限定され、効率が高まる一方で、パケットのペイロードは光遅延線内及び後続の波長変換器内を進み、この波長変換器は、受信パケットの波長から上記後続のノードの波長への波長の変換を効率的に実行する。
【００１０】
一実施形態によれば、受信した前記パケットの前記制御ヘッダを処理することは、前記パケットをその光学的表現（optical representation）から電気的表現（electrical representation）に変換するとともに、その結果得られたパケットを電気的表現においてバッファリングすることと、前記パケットの、バッファリングされた電気的表現に基づいて前記パケットの光学的表現を生成するとともに、前記後続のノードの波長を用いて、好ましくは高い優先順位で、前記パケットの光学的表現を前記後続のノードに送信することとを含む。
【００１１】
それにより、光学的表現から電気的表現への変換は、従来の光アド・ドロップマルチプレクサ（optical add-drop multiplexer, ＯＡＤＭ）デバイス等の既存のハードウェアを用いて行うことができ、別個の波長変換器が必要とされないため、ハードウェア設計は簡略なものとなる。ノードによって別のパケットが同時に送信されることになる場合でも、高い優先順位でマルチキャストパケットを送信することにより、マルチキャスト送信の全体の遅延を短縮することができる。
【００１２】
一実施形態によれば、前記制御ヘッダを処理することは、前記制御ヘッダにおいて定められている前記マルチキャストチェーンに従って該処理を行うノードの識別情報を削除するステップを含む。
【００１３】
それにより、制御ヘッダ長、それゆえ、パケット長を削減することができ、それにより、送信のオーバーヘッド、及びマルチキャストチェーン内の後続ノードにおける処理のオーバーヘッドを削減することができる。
【００１４】
一実施形態によれば、パケット光リングネットワークトポロジにおいて発信元ノードから複数の宛先ノードに対してパケットのマルチキャスト転送を行う方法が提供される。前記ノードのシーケンス内の最後のノードが前記パケットを正常に受信した場合にのみＡＣＫメッセージが送信される。前記ＡＣＫメッセージは、前記シーケンス内の最後のノードから前記発信元ノードへと送信される。
【００１５】
それにより、発信元ノードは、ＡＣＫメッセージを受信すると、そのマルチキャストチェーン内の全てのノードがマルチキャストパケットの受信に成功したことを知ることができる。マルチキャストグループのサイズとは無関係に、１つのＡＣＫメッセージのみが送信されるため、本方法は効率的である。
【００１６】
一実施形態によれば、パケット光リングネットワークトポロジにおいて発信元ノードから複数の宛先ノードに対してパケットのマルチキャスト転送を行う方法が提供される。前記シーケンス内の宛先ノードがパケットを正常に受信しなかった場合には、該宛先ノードから前記発信元ノードへとＮＡＣＫメッセージが送信される。
【００１７】
それにより、発信元ノードは、そのマルチキャストチェーン内で定められている宛先ノード及びそれに続く宛先ノードがマルチキャストパケットの受信に成功しなかったことを知ることができる。
【００１８】
一実施形態によれば、パケット光リングネットワークトポロジにおいて発信元ノードから複数の宛先ノードに対してパケットの、信頼性のあるマルチキャスト転送を行う方法が提供される。前記発信元ノードがＮＡＣＫメッセージを受信した場合には、前記パケットは前記発信元ノードによって再送される。
【００１９】
それにより、宛先ノードは、発信元ノードから転送されたマルチキャストパケットを少なくとも一度、受信することが保証される。ＡＣＫメッセージ及びＮＡＣＫメッセージを組み合わせることが、効率的で信頼性のあるマルチキャストプロトコルの基本である。
【００２０】
一実施形態によれば、パケット光リングネットワークトポロジにおいて発信元ノードから複数の宛先ノードに対してパケットの、信頼性のあるマルチキャスト転送を行う方法が提供される。それまでに前記パケットの受信に成功した宛先ノードが前記チェーンから削除され、それにより、前記パケットを未だ正常に受信していない前記シーケンス内のノードに対してのみ前記パケットを再送できるように、再送の前に、前記マルチキャストを変更することにより前記パケットが変更される。
【００２１】
それにより、マルチキャストパケットの損失又は破損が生じた場合に、全ての宛先ノードが発信元ノードから送信されたマルチキャストパケットをちょうど一度だけ受信することが保証されるように、そのパケットは選択的に再送される。全ての宛先ノードがマルチキャストパケットの受信に成功した後に一度だけＡＣＫメッセージを転送し、ブロードキャストパケットの再送にあたり一度だけＮＡＣＫメッセージが転送されるように設計されているため、このような信頼性のあるマルチキャストプロトコルは効率的である。
【００２２】
一実施形態によれば、パケット光リングネットワークトポロジにおいて発信元ノードから複数の宛先ノードに対してパケットの、信頼性のあるマルチキャスト転送を行う方法が提供される。タイムアウト時間内に前記発信元ノードがＡＣＫメッセージを受信しなかった場合に、前記パケットが再送される。
【００２３】
それにより、ＡＣＫメッセージあるいはＮＡＣＫメッセージの損失又は破損が生じた場合であっても、このマルチキャストプロトコルは信頼性を確保することができる。
【００２４】
一実施形態によれば、パケット光リングネットワークトポロジにおいて発信元ノードから複数の宛先ノードに対してパケットの、信頼性のあるマルチキャスト転送を行う方法が提供される。好ましくはパケットの受信に成功した後に、前記パケットは、前記ノードのシーケンス内の最後のノードによって前記光リングネットワークから削除され、及び／又は、前記パケットを宛先ノードが正常に受信しなかった場合には、前記パケットは前記ノードのシーケンス内のその宛先ノードにより前記光リングネットワークから削除される。
【００２５】
それにより、全ての宛先ノードによって受信されたマルチキャストパケット又は破損したマルチキャストパケットが、ネットワークに更なる負荷をかけないこととなる。
【００２６】
一実施形態によれば、パケット光リングネットワークトポロジにおいて発信元ノードから複数の宛先ノードに対してパケットのマルチキャスト転送を行うための装置が提供される。各ノードには、パケットを受信するための波長が関連付けられており、前記パケットは制御ヘッダ及びペイロードを有する。本装置は、前記発信元ノードにおいて、前記パケットの前記制御ヘッダ内にマルチキャストチェーン情報を格納するモジュールであって、前記マルチキャストチェーン情報は、それぞれのノードＩＤにより前記発信元ノード及び前記複数の宛先ノードを特定し、それにより、前記パケットが順に転送されることになるノードのシーケンスを前記マルチキャストチェーンとして定めたものである、モジュールと、前記発信元ノードに続く前記ノードのシーケンス内の次のノードに対し、該次のノードの波長を用いて前記パケットを送信するモジュールと、前記発信元ノードに続く前記シーケンス内の各ノードにおいて、前記シーケンスにより定められている順序に従って、前記パケットを受信し、前記ノードのシーケンスに従って前記ノードに続く後続のノードを特定するために前記制御ヘッダを処理するとともに、該処理の結果として後続のノードが特定された場合には、前記後続のノードに対し該後続のノードの波長を用いて前記パケットを送信するためのモジュールとを備えている。
【００２７】
このようにして、マルチキャスト転送を行うための装置又はシステムを実現することができる。
【００２８】
一実施形態によれば、パケット光リングネットワークトポロジにおいて複数の宛先ノードに対してパケットのマルチキャスト転送を行う発信元ノードが提供される。各ノードにはパケットを受信するための波長が関連付けられており、前記パケットは制御ヘッダ及びペイロードを有する。上記発信元ノードは、該発信元ノードにおいて、前記パケットの前記制御ヘッダ内にマルチキャストチェーン情報を格納するモジュールであって、前記マルチキャストチェーン情報は、それぞれのノードＩＤによって該発信元ノード及び前記複数の宛先ノードを特定し、それにより、前記パケットが順に転送されることになるノードのシーケンスを前記マルチキャストチェーンとして定めたものである、モジュールと、該発信元ノードに続く前記ノードのシーケンス内の次のノードに対し該次のノードの波長を用いて前記パケットを送信するモジュールであって、それにより、前記シーケンス内の該発信元ノードに続く各ノードが前記パケットを受信し、前記ヘッダを処理して後続のノードを特定し、特定された後続のノードに対し該後続のノードの波長を用いて前記パケットを送信できるようにするモジュールとを備えている。
【００２９】
このようにして、マルチキャスト転送を行う発信元ノードを実現することができる。
【００３０】
一実施形態によれば、パケット光リングネットワークトポロジにおいて複数の宛先ノードに対するパケットのマルチキャスト転送に関与する、前記宛先ノードのうちの１つであるノードが提供される。各ノードにはパケットを受信するための波長が関連付けられており、前記パケットは制御ヘッダ及びペイロードを有する。本ノードは、前記シーケンスにおいて先行するノードから前記パケットを受信するモジュールであって、前記パケットの制御ヘッダにはマルチキャストチェーン情報を格納されており、前記マルチキャストチェーン情報は、それぞれのノードＩＤによって前記発信元ノード及び前記複数の宛先ノードを特定し、それにより、前記パケットが順に転送されることになるノードのシーケンスをマルチキャストチェーンとして定めたものである、モジュールと、前記制御ヘッダを処理し、前記ノードのシーケンスに従って当該ノードに続く後続のノードを特定するモジュールと、前記処理の結果として後続のノードが特定された場合に、前記後続のノードに対し該後続ノードの波長を用いて該パケットを送信することとを備えている。
【００３１】
このようにして、マルチキャスト転送に関与するノードを実現することができる。
【００３２】
一実施形態によれば、上記の実施形態のうちの１つに基づく方法を実行するモジュールを更に備えた装置が提供される。
【００３３】
一実施形態によれば、上記の実施形態のうちの１つに基づく方法をコンピュータに実行させるコンピュータプログラムコードを有するコンピュータプログラムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来技術における、光パケットリング内で共有されるマルチキャストチャネルを用いた物理層のマルチキャストの原理を示す説明図である。
【図２】一実施形態における、別個のマルチキャストチャネルを必要とすることなく、ユニキャストのメカニズムを用いてマルチキャストを実現する原理を示す説明図である。
【図３】７つのノードからなるリングにおける多地点協調（ＣｏＭＰ）のトラフィックのシミュレーションに用いられるモバイルバックホールアクセスネットワークのシナリオの説明図である。
【図４】７ノード、１９ノード、３７ノードからなるリング上の多地点協調（ＣｏＭＰ）のトラフィックのシミュレーションの解析結果を示す説明図である。特に、ユニキャストと、物理層のマルチキャストと、光パケット交換リングにおけるマルチキャスト（multicast over Optical Packets Switched Ring, ＭＯＰＳ）方式という３つのパケット転送方式の帯域幅利用率を比較している。後者は、一実施形態に基づくものである。
【図５】３つのパケット転送方式の比較の要点をまとめた説明図である。
【図６】マルチキャストパケットの制御ヘッダ内のマルチキャストチェーンを示す説明図である。
【図７】直接波長変換（direct wavelength conversion）を用いるノード構造を示す説明図である。
【図８】従来のパケット光アド・ドロップマルチプレクサ（Optical Add-drop Multiplexer, ＯＡＤＭ）のハードウェアを用いたノード構造を示す説明図である。
【図９】ＮＡＣＫメッセージの受信後に再送を行う場合の、マルチキャストパケットの制御ヘッダ内のマルチキャストチェーンの変更を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
一実施形態によれば、パケット光リングネットワークトポロジにおいて発信元ノード（source node）から複数の宛先ノードに向けてパケットのマルチキャスト転送を行う方法が提供される。各ノードは、該ノードに送信された（ユニキャスト）パケットを受信するための、関連付けられた波長を有している。ネットワーク内で送信されるパケットは、制御ヘッダ及びペイロードを有している。
【００３６】
このような構成に基づいて、一実施形態によれば、以下のようにマルチキャスト送信が行われる。
【００３７】
マルチキャスト送信の発信元ノードにおいて、パケットの制御ヘッダ内にマルチキャストチェーン（multicast chain）情報が格納される。このマルチキャストチェーン情報は、発信元ノード及び複数の宛先ノードを（例えば、それぞれのノードＩＤにより）特定するものである。このため、宛先ノードのノードＩＤと、必要に応じて発信元ノードのノードＩＤをも、制御ヘッダ内に格納することができる。これによって、各ＩＤにより、パケットが順に転送されることになるノードのシーケンスがマルチキャストチェーンとして定められる。そして、パケットは、発信元ノードに続く、ノードのシーケンス内の次のノードに向けて、該次のノードの波長を用いて送信される。その、上記発信元ノードに続く、シーケンス内の次のノードにおいて（そして、更に次の各ノードにおいても）、以下のことが行われる。
−  その（次の）ノードがパケットを受信し、ノードのシーケンスに基づく、その（次の）ノードに続く後続のノードを特定するために制御ヘッダを処理する。
−  処理の結果、（次のノードにより）後続のノードが特定された場合には、該後続のノードの波長を用いて、該後続のノードに向けてパケットを送信する。
【００３８】
これは、発信元ノードから開始して、反復的な処理が行われることを意味する。この反復的な処理は、マルチキャストチェーン内の次のノードに向けて、該次のノードの波長を用いてパケットを送信することと、該次のノードが制御ヘッダを処理して、マルチキャストチェーンにより定められている、更に次の（有り得る）ノードを特定することと、このような更に次のノードが特定された場合には、該更に次のノードに向けて、該ノードの波長を用いてパケットを送信することとを含む。
【００３９】
この手法は、ユニキャストのメカニズム（ユニキャスト送信用に用いられる各ノードの個別の波長）と、（マルチキャストチェーンを有するという）ヘッダの特別な構成とにより、マルチキャスト用の特定の波長を必要とせずに、ユニキャストのメカニズムを用いてマルチキャスト送信を行うものである。これにより、光リングネットワークにおいてマルチキャスト送信を特に効率的に行うことが可能となる。
【００４０】
一実施形態では、マルチキャストチェーン内のノードのシーケンスの順序は、光リングネットワークトポロジ内のノードのシーケンスの順序と同じであることに留意されたい。これにより、光リングネットワークに沿ってパケットが送信されることになるノードのシーケンスを特定することが特に容易なものとなる。
【００４１】
ＩＤとして１〜６を有する６つのノードが存在し、マルチキャストチェーンにより、ノード１が発信元ノード、ノード２、３、５が宛先ノードとして定められ、そのため、マルチキャストチェーンが、（２、３、５）という順序で宛先ノードを含むことになることを前提とする。
【００４２】
しかし、一実施形態によれば、マルチキャストチェーン内の宛先ノードの順序は、リングネットワークに沿ってノードが位置する順序と一致している必要はない。例えば、この例におけるマルチキャストチェーンは、（３、２、５）という順序で宛先ノードを含むこともできる。それにもかかわらず、このようなマルチキャストチェーンであっても、パケットが転送されることになる、ネットワークトポロジに従ったノードのシーケンスを定めることになる。これは、リングネットワークトポロジに照らして、発信元ノードがノード１であり、宛先ノードがノード３、２、５である場合には、パケットが２、３、５という経路に沿って移動しなければならないことがやはりネットワークトポロジ上、明らかなためである。
【００４３】
そのため、マルチキャストチェーンのノードの順序が、パケットが送信されることになるノードの順序を「直接的に」反映していない場合であっても、マルチキャストチェーンを定めるノードのシーケンスはやはり、「パケットがその光リングネットワークトポロジに従って順に転送されることになるノードのシーケンス」を定める。ネットワーク内のノードがネットワークトポロジを認識している限り、マルチキャストチェーン内の宛先ノードの順序を「ミックス」することができ、ネットワークリングトポロジ内の順序に従う必要はない。
【００４４】
しかし、一実施形態によれば、発信元ノードは、慣例により（例えば、マルチキャストチェーン内の最初のノードとして）、又はそのノードを発信元ノードと特定するための特別の識別子によって、明確に特定されるべきであることに言及する必要がある。これは、（経由する）各ノードが、そして最終の宛先ノードにとって、ＮＡＣＫメッセージ又はＡＣＫメッセージを送信する相手が確実にわかるようにするために必要である。このことは、後述の実施形態で更に明らかにする。
【００４５】
別の実施形態によれば、宛先ノードの各々がパケットを受信するまで、マルチキャストチェーンによって定められる順序に従いリングネットワークに沿ってパケットが移動する。マルチキャストチェーン内のノードの順序がリングトポロジ内のノードの順序と一致していない場合には、パケットがリング内を何度も移動しなければならない場合がある。
【００４６】
複数の実施形態によれば、実用的な、光パケット交換（Optical Packet Switching）リングトポロジにおけるマルチキャスト手法（Multicast approach over Optical Packet Switching）（以下、ＭＯＰＳと呼ぶ）が明らかになる。上記の実施形態の手法に基づいて、信頼性のある新規のマルチキャスト方式を実現することができる。この手法は、ＰＯＡＤＭのメカニズム及びストアアンドフォワード（store-and-forwarding）の基本的概念を使用するものである。この手法により、光パケット交換ネットワークにおける将来のモバイルマルチキャストアプリケーション、例えば、多地点協調（ＣｏＭＰ）送信、ページング、ＭＢＭＳ（Multimedia Broadcast Multicast Services）などのサポートと、マルチキャストのための自動再送要求（automatic repeat request, ＡＲＱ）方式を適用した効率的で信頼性のある送信とが可能となる。
【００４７】
一実施形態では、ユニキャストのメカニズムを用いて、マルチキャストが行われる。別個のマルチキャストチャネルは不要である。マルチキャストパケットの発信元ノードは、マルチキャストグループ内の第１のノードの波長を用いてパケットを送信する。マルチキャストグループ内のあるノードがパケットを受信すると、そのノードはそのパケットを読み取り、マルチキャストグループ内の次のノードの波長を用いてそのパケットを再び送る。マルチキャストを行うにあたり、新たなパケットヘッダが導入され、各プロトコルは、マルチキャストグループ内の全ノードの適切なアドレス指定を担う。
【００４８】
パケットを受信し、そのパケットを後続のノードに再送する中間ノードによる「パケットの再送」は、パケットを電気的に「生成」又は「再生」し、そのパケットをある搬送波上で「変調」するステップを伴うことを必ずしも意味するものではないことを理解されたい。むしろ、「送信」又は「再送」は、パケットを再送するノードが、その波長を、マルチキャストチェーンに従ってパケットを受信することになる次のノードである後続のノードの波長へと変換することを単に意味する場合がある。そのため、本実施形態における再送の仕組みは実際には、搬送波上へのパケットの変調ではなく、パケットの波長変換を含むだけである。それにもかかわらず、パケットはこの波長変換により宛先に向けて「送出」又は「送信」されるため、やはり「送信」という処理であると理解されるべきである。
【００４９】
一実施形態では、マルチキャストグループのサイズとは無関係に、マルチキャストパケットごとに単一のＡＣＫ及びＮＡＣＫを設けることによって、信頼性のあるマルチキャスト送信が行われる。これについて、後に更に詳細に説明する。
【００５０】
図２は、一実施形態による、５つのノードを有する光リングネットワークトポロジを示している。ノードＮｉには、当該ノードがパケットを受信するための波長λｉが関連付けられている。図示のシナリオでは、ノードＮ１（発信元ノード）からノードＮ２、Ｎ３、Ｎ５（宛先ノード）に向けて、マルチキャストパケットが転送される。ノードＮ１は、波長λ２を用いてユニキャストチャネルを通じてマルチキャストパケットを送信する。ノードＮ２はそのパケットを受信し、該パケットを、波長λ３を用いてユニキャストチャネルを通じて再び送る。ノードＮ３は該パケットを受信し、そのパケットを、波長λ５を用いてユニキャストチャネルを通じて再び送る。ノードＮ５はそのパケットを受信する。
【００５１】
ユニキャストのメカニズムを用いてマルチキャストを実現することにより、マルチキャストと同様に帯域幅を削減しつつ、純粋なユニキャストと比べてハードウェアの複雑度を緩和できる。例えば、共有のマルチキャストチャネルではなく、ユニキャストチャネルを使用することにより、衝突を回避してサービス品質（quality of service, ＱｏＳ）を向上させることにより、ＭＡＣ層の設計が簡略化される。そのため、この実施形態は、マルチキャストトラフィックの受信確認（acknowledgement）の効率的な実現をサポートする。
【００５２】
説明する実施形態の手法が他の利用可能な解決法よりも有益であることを示すために、多地点協調（ＣｏＭＰ）トラフィックのシミュレーションを行い、解析している。ＣｏＭＰを用いる場合、（ｅＮｏｄｅＢとコアネットワークとの間のトラフィックであるＳ１トラフィックに比例して）大量のトラフィックが生まれる可能性がある。シミュレーションでは、７ノード、１９ノード及び３７ノードを有するリングを使用している。説明する手法は、多岐にわたる用途を有するパケット光リングネットワークにおいてマルチキャスト転送を行う一般的な方法であることと、ハックホールネットワークにおいてＣｏＭＰトラフィックを実現すること以外の用途にも利用できることとを理解されたい。
【００５３】
図３は、リング構造により接続された７つのノードのＣｏＭＰトラフィックのシミュレーションに用いるモバイルバックホールアクセスネットワークのシナリオを示している。ノードすなわちエンハンストノードＢ（ｅＮｏｄｅＢ）の各々は、３つのセルに分けられた（すなわちアンテナは３つである）１つのサイトを制御する。用いるＣｏＭＰアーキテクチャは、３つのセルのサイト間協調のケースである。本発明の実施形態による手法を用いた帯域幅の利得が、ユニキャストと比べて、従来のマルチキャストの場合の利得と同様であることを評価により示す。
【００５４】
図４における表は、リング内（intra-ring）トラフィック及び全トラフィックの両方の帯域幅の利得を示している。リング内トラフィックは、同じリング内の、協調して動作するノード間のＣｏＭＰトラフィックである。その例は、ノードＮ１、Ｎ４、Ｎ５が隣接して位置しているセグメントにおいて協調するこれらのノードＮ１、Ｎ４、Ｎ５間のトラフィックである。リング内トラフィックに加えて、全トラフィックは、外部のトラフィックすなわちリング間（inter-ring）トラフィックを含む。このトラフィックは、別々のリング内のノードが協調して動作する場合のそれらノード間のトラフィックである。その例として、リング内の任意の他のノードの任意の他のセグメントに隣接していないノードＮ３のセグメントが、別のリング（不図示）内の別のノードと協調して動作する場合が挙げられる。本発明の実施形態による手法及び従来のマルチキャストはいずれも、ユニキャストと比べて同様の帯域幅の削減を伴う。３つのセルのサイト間の協調ＣｏＭＰ（発信元ノードが他の２つのノードに対してトラフィックをマルチキャストする）の場合、帯域幅の削減率は２０％〜３０％である。協調して動作するセルの数が増えると、帯域幅の利得が大きくなる。
【００５５】
ハードウェアに目を向けると、ＭＯＰＳは、従来のマルチキャストの場合に比べて、別個のハードウェアを必要としない。その一方で、非特許文献２によるトラフィック解析によると、従来のマルチキャストであれば、各リング内に光送受信機及び光ゲートがさらに必要となる（７ノードのリングであれば、７個の送受信機及び１個のゲートが必要であり、１９ノードのリングであれば、２２個の送受信機及び２個のゲートが必要である）。これにより、本発明の実施形態よりも各ノードのコストが著しく増加することになる。
【００５６】
遅延は、目を向けるべき別の重要なパラメータである。ユニキャストのケースでは、遅延は、２回のパケット伝送の時間（マルチキャストグループ内の２つのノードに対して２つの別々のパケットを送信する）を、最も遠いノードまでの伝送遅延に加えたものである。従来のマルチキャストにおける遅延は、１回の伝送の時間（マルチキャストチャネルを用いて全ノードに１つのパケットを送信する）と、最も遠いノードまでの伝送遅延とである。本発明の実施形態による手法を用いれば、従来のマルチキャストの場合と概ね同程度にまで遅延を小さくすることができる。経由するノードにおける処理時間は、制御ヘッダの処理時間による影響を大きく受ける。この時間は、非特許文献２によれば、ＰＯＡＤＭでは約１００ｎｓである。ただし、光パケットの通過時間は無視することができる。
【００５７】
図５は、３つのパケット転送方法の比較結果をまとめたものである。本発明の実施形態による手法は、従来のマルチキャストと同様の帯域幅の利得を伴う。しかし、本手法は、別個のハードウェアを全く必要としないため、各ノードのコストを削減することができる。さらに、既存のハードウェアは、簡単なソフトウェア更新によって、マルチキャストに容易に対応させることができる。したがって、説明する手法は、必要に応じてマルチキャストのサポートを導入することによって柔軟性及び拡張性をサポートし、将来性が証明された解決策であると考えることができる。本発明の実施形態による手法の遅延は、従来のマルチキャストのケースに相当するものであり、依然としてユニキャストの場合よりもはるかに小さい。
【００５８】
一実施形態によれば、光パケットの新たなヘッダが定められる。発信元ノードにより、マルチキャストチェーンを制御ヘッダ（又はパケットの任意のヘッダ）に追加する必要がある。発信元ノードは、自己のアドレスに続けて、マルチキャストグループ内のノードのアドレスを、そのデータフローのシーケンスに基づいてマルチキャストチェーンに格納する。
【００５９】
図６は、一方向型リングにおいて、ノードＮ１がノードＮ２、Ｎ３、Ｎ５に対し、マルチキャストパケットを送信する場合の制御ヘッダ内のマルチキャストチェーンを示している。
【００６０】
マルチキャストパケットを伝送する方法は以下の通りである。
−マルチキャストパケットの発信元ノードは以下のステップを実行する。
・マルチキャストパケットを作成し、制御ヘッダ内にマルチキャストチェーン情報を入れる（好ましくはリング内のノードのシーケンスに従って、マルチキャストチェーンを作る）。
・チェーン内の次のノードの波長を用いて、制御ヘッダ及びマルチキャストパケットのペイロードを送信する。
−マルチキャストパケットの経由ノードは以下のステップを実行する。
・制御ヘッダを解釈する。
・オプション１：  直接波長変換（direct wavelength conversion）
＊光パケットを遅延させ、制御ヘッダを処理できるようにする。
＊受信した光パケットの波長をターゲットの波長へとオンザフライで変換する。
・オプション２：  バッファリング及び再送
＊光パケットを電気的な形式に変換し、それをバッファリングする。
＊マルチキャストチェーン内の次のノードの波長を用いて、高い優先順位でマルチキャストパケットを送信する。
−最後の受信ノードは以下のステップを実行する。
・パケットをローカルに記憶し、そのマルチキャストパケットを光リングから削除する。
【００６１】
一実施形態では、ノードがデフォルト設定により光パケットを次のホップに常に転送することができる。この場合、リングから上記パケットを削除することは、そのパケットに対してデフォルト設定による処理を行わないことと、そのパケットをリング上で更に送信することを止めることとを意味する。
【００６２】
後で更に詳細に説明することになる幾つかの実施形態では、パケットを正常に受信しなかったノードは、そのパケットをリングから削除して、そのパケットがネットワークに沿って移動し続けることを防ぐ。
【００６３】
一実施形態では、パケットの制御ヘッダの伝送は、同じチャネル内でそのパケットのペイロードとともに行われるか、又は同期した別個の制御チャネル内で行われる。
【００６４】
以下、実際のノードの構造の２つの実施形態を説明する。
【００６５】
第１の実施形態は、直接波長変換（direct wavelength conversion）を使用するものである。光パケットの制御ヘッダは、電気的な形式に変換され、電気的に処理されて、マルチキャストチェーン情報が復号化される。この光パケットのペイロードは光遅延線（optical delay line）を経由し、光パケット内の制御ヘッダを処理できるようになる。さらに、図７に示すように、通過するマルチキャストパケットの波長を、マルチキャストチェーン内の次のホップによる受信のための波長へと変換するために、波長変換器が必要である。処理された制御ヘッダは、光信号に再び変換され、光結合器（optical coupler）により、変換された光ペイロード信号と結合される。
【００６６】
第２の実施形態は、例えば非特許文献２のような、従来のパケットＯＡＤＭデバイスの既存のハードウェアを使用するものである。図８に示すように、制御信号は第１のオプションと同じように処理される。マルチキャスト光パケットのペイロードは、通常のケースにおいて光パケットを受信するために用いられる光バースト受信機（optical burst receiver）により電気的な形式に変換され、電気的バッファに一時的に保存される。制御ヘッダの解釈結果に従い、通常のケースにおいて光パケットを送信するために用いられる波長可変レーザ（tunable laser）を次のホップの受信のための波長に合わせ、この波長可変レーザが、一時的なバッファに保存されている、通過するマルチキャストパケットを送信する。この一時的なバッファは、電気パケット及び光パケットのカプセル化の待ち行列のために用いられる通常のバッファとは異なるものである。
【００６７】
別の実施形態によれば、以下に説明するように、特に信頼性の高いマルチキャストを行うことができる。そのために、一実施形態によれば、対応するノードにおいて以下のような別のステップを追加することができる。
−マルチキャストパケットの発信元ノードは、上記のステップに加えて、以下のステップを実行する。
・ＮＡＣＫメッセージを受信した場合、それに応じてマルチキャストチェーンを変更し、次のホップの波長を用いて再び送る。ＡＣＫメッセージを受信せずにタイムアウトとなった場合は、マルチキャストチェーンを変更せずに、次のホップの波長を用いてマルチキャストパケットを再び送る。
−マルチキャストパケットの経由ノードは、上記のステップに加えて、以下のステップを実行する。
・マルチキャストパケットを正常に受信しなかった場合には、発信元ノードにＮＡＣＫメッセージを送り、マルチキャストグループ内の次のノードに対するマルチキャスト送信を止める。
−最後の受信ノードは、上記のステップに加えて、以下のステップを実行する。
・マルチキャストパケットを正常に受信しなかった場合は、発信元ノードにＮＡＣＫメッセージを送り、マルチキャストパケットを正常に受信した場合には、発信元ノードにＡＣＫを送る。
【００６８】
一実施形態では、マルチキャストパケットの正常な受信の検証は、該パケットの光ペイロードを電気的な形式に変換することと、この電気的な形式に関して、例えば、巡回冗長検査又は他の誤り検出符号の評価を行うこととを含む。
【００６９】
一実施形態では、マルチキャスト送信の中止は、光リングからマルチキャストパケットを削除し、そのパケットをそれ以上送信しないことを意味する。これは、一実施形態によれば、パケットが正常に受信できない場合の中間ノード、及び／又は、好ましくは最終ノードがパケットを正常に受信したか否かに関わらず、該最終ノードが行うことができる。
【００７０】
図２に示した例では、ノードＮ１が、ノードＮ２、Ｎ３、Ｎ５に対してマルチキャストパケットを送る。このパケットを全てのノードが正常に受信した場合には、ノードＮ５が発信元ノードＮ１に対しＡＣＫメッセージを送る。ノードＮ２が該パケットを正常に受信したものの、ノードＮ３が誤りを検出した場合には、ノードＮ３はマルチキャストパケットの次のノードへの送信を止め、発信元ノードＮ１に対しＮＡＣＫメッセージを送る。ノードＮ２は最初の送信時にパケットを正しく受信しているため、発信元ノードＮ１は、ノードＮ２のアドレスのない新たなマルチキャストチェーンを用いてマルチキャストパケットを再送することになる。図９は、ＮＡＣＫメッセージを受信した後に再送を行う上記の場合における、マルチキャストパケットの制御ヘッダ内のマルチキャストチェーンの変更を示している。
【００７１】
これまでに説明された実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、又はソフトウェア及びハードウェアの組み合わせによって実現できることは当業者には理解されよう。本発明の実施形態に関連して説明したモジュール及び機能は、全体として、又は部分的に、本発明の実施形態に関連して説明した方法又はモジュールに従って動作するように適切にプログラミングされ、かつ適切なインターフェース及び周辺機器を有するマイクロプロセッサ又はコンピュータによって実現することができる。
【００７２】
本発明の実施形態を実現する装置は、例えば、コンピュータ、ルータ、スイッチ、又は光リングネットワークのエンティティとして、若しくはその一部としての役割を果たすことができる任意の装置若しくは装置の組み合わせを含むことができる。
【００７３】
本発明の実施形態によれば、データキャリア内に記憶されるか、又は記録媒体若しくは伝送リンクのような幾つかの物理的手段によって具体化される他の方法により記憶され、コンピュータ上で実行されると、これまでに説明した本発明の実施形態に従ってコンピュータを動作させることができるようにするコンピュータプログラムが提供される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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