(57)【要約】      （修正有）【課題】冗長な光チャネルデータユニットスイッチにおいて、１次パス上に障害がある場合に、システムがスタンバイパスに高速にスイッチングすることを可能にする。【解決手段】光チャネルデータユニット（ＯＤＵ）スイッチが、２つ以上のクライアントカード３０１のセットと、２つ以上のラインカード３０２のセットと、２つ以上のスイッチカードのセットと、を備える。各スイッチカードは、全てのクライアントカード、全てのラインカード及び全ての他のスイッチカードに接続され、各クライアントカード、各ラインカード及び各スイッチカードは、ＯＤＵスイッチの動作を分散形式で管理するための制御ロジック３０５を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光チャネルデータユニット（ＯＤＵ）スイッチであって、
２つ以上のクライアントカードのセットと、
２つ以上のラインカードのセットと、
２つ以上のスイッチカードのセットと、
を備え、各スイッチカードは、全てのクライアントカード、全てのラインカード、及び全ての他のスイッチカードに接続され、各クライアントカード、各ラインカード、及び各スイッチカードは、該ＯＤＵスイッチの動作を分散形式で管理するための制御ロジックを備える、光チャネルデータユニットスイッチ。
【請求項２】
前記スイッチカードは、同時及び独立に動作する、請求項１に記載のＯＤＵスイッチ。
【請求項３】
各スイッチカードは、前記ＯＤＵスイッチの状態を維持し、各スイッチカードは、前記状態を他のスイッチカードに報告する、請求項１に記載のＯＤＵスイッチ。
【請求項４】
各クライアントカード又は各ラインカードは、各スイッチカードからコマンドを受信し、前記ＯＤＵスイッチは、最も高い信頼性を有する前記コマンドのみを処理する、請求項１に記載のＯＤＵスイッチ。
【請求項５】
ｋ番目のスイッチパスの信頼性は、全ての入力の加重和
ｄｋ＝Σ（ｗｋ，ｊＬｋ，ｊ）＋Ｗ０Ｌ０
として表され、ここで、ｗｋ，ｊは、ｋ番目のパスのｊ番目の状態指標の重みであり、Ｌｋ，ｊは、前記ｋ番目のパスの前記ｊ番目の状態指標であり、Ｗ０は、前記他のスイッチカードの重みであり、Ｌ０は、前記他のスイッチカードの状態である、請求項１に記載のＯＤＵスイッチ。
【請求項６】
各クライアントカード及び各ラインカードは、全てのスイッチカードに対してデータを送受信する、請求項１に記載のＯＤＵスイッチ。
【請求項７】
前記クライアントカードは、ラインカードに取り替えられる、請求項１に記載のＯＤＵスイッチ。
【請求項８】
前記ＯＤＵスイッチの状態遷移は、入力メッセージ及び関連付けられた動作に基づいている、請求項３に記載のＯＤＵスイッチ。
【請求項９】
前記制御ロジックは、前記コマンドに基づいて、前記スイッチカードのうちの１つから入力を選択して出力に接続する、請求項４に記載のＯＤＵスイッチ。
【請求項１０】
前記制御カードは、前記制御ロジックの状態を読み取り、前記制御ロジックの前記状態を更新する、請求項１に記載のＯＤＵスイッチ。
【請求項１１】
ｋ番目のスイッチパスの信頼性は、全ての入力の加重和
ｄｋ＝Σ（ｗｋ，ｊＬｋ，ｊ）＋Ｗ０Ｌ０
として表され、ここで、ｗｋ，ｊは、ｋ番目のパスのｊ番目の状態指標の重みであり、Ｌｋ，ｊは、前記ｋ番目のパスの前記ｊ番目の状態指標であり、Ｗ０は、前記他のスイッチカードの重みであり、Ｌ０は、前記他のスイッチカードの状態である、請求項５に記載のＯＤＵスイッチ。
【請求項１２】
前記ＯＤＵスイッチは、前記クライアントカード及び前記ラインカードにおいて種々のスイッチカードからの入力を時間において位置合わせする、請求項１に記載のＯＤＵスイッチ。
【請求項１３】
データが障害後に失われないように、前記ＯＤＵスイッチへの入力は、前記クライアントカード及び前記ラインカードにおいてバッファリングされる、請求項１に記載のＯＤＵスイッチ。
【請求項１４】
ＯＤＵスイッチを動作させるための方法であって、
２つ以上のクライアントカードのセット及び２つ以上のラインカードのセットに接続された２つ以上のスイッチカードのセットの制御ロジックを分散形式で同時及び独立に動作させることと、
各スイッチカード内の前記ＯＤＵスイッチの状態を維持することと、
を含む、ＯＤＵスイッチを動作させるための方法。
【請求項１５】
各クライアントカード又は各ラインカードが各スイッチカードからコマンドを受信することであって、最も高い信頼性を有する前記コマンドのみを処理すること、
を更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
各クライアントカード及び各ラインカードから全てのスイッチカードにデータを送信すること、
を更に含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
各クライアントカード又は各ラインカードが各スイッチカードからデータを受信することであって、最も高い信頼性を有する前記スイッチカードからの前記データのみを処理すること、
を更に含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、光通信に関し、より詳細には、光チャネルデータユニットのスイッチングに関する。
【背景技術】
【０００２】
光多重化デバイス及び光スイッチングデバイスは、長距離にわたる高速データ通信に用いられる。ＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．７０９及びＩＥＥＥ８０２．３の１００Ｇイーサネット（登録商標）等の標準規格は、大量のデータの通信を可能にする。ＩＴＵ−Ｔは、クライアントデータを搬送する光チャネルの伝送、多重化、スイッチング、管理、監視、及び生存性の機能を提供することができる、光ファイバーリンクによって接続された光ネットワークエレメント（ＯＮＥ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）の集合として、光伝送ネットワーク（ＯＴＮ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）を定義している。クライアントデータは、Ｇｉｇａｂｉｔ（ギガビット）又はそれよりも高いレートのイーサネットカードから生成して送信前にＯＴＮ信号マッピングすることもできるし、送信前に高次のＯＤＵに多重化される幾つかの低次の光チャネルデータユニット（ＯＤＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｈａｎｎｅｌ  Ｄａｔａ  Ｕｎｉｔ）にマッピングすることもできる。これらの信号は、デバイスノードによって受信されて処理される。この処理は、多重化動作、多重分離動作、及びスイッチング動作を伴うことができる。
【０００３】
図１に示すように、光チャネルデータユニット（ＯＤＵ）スイッチノード１００は、クライアントカード１１０、ラインカード１２０、及びスイッチカード１３０を備えることができる。図２に示すように、ＯＤＵスイッチ１５０の他の変形形態は、ラインカードのみを有する。しかしながら、基本となる動作原理、すなわち、ＯＤＵ信号を入力し、それらの信号をスイッチングし、多重化／多重分離し、次いで、ＯＤＵ信号を出力する原理は同様である。従来、１つのスイッチカードのみ又は複数のスイッチカードからなるＣｌｏｓネットワークが用いられる。これについては、例えば、特許文献１を参照されたい。全てのデータは、単一のスイッチカードを通過する。それゆえに、このスイッチカードは、単一障害点となる可能性がある。したがって、ＯＤＵスイッチの信頼性を高めることが所望されている。
【０００４】
信頼性を高める１つの方法は、光リンクの冗長性を有することである。これは、１＋１保護と呼ばれ、コスト及びネットワークオーバーヘッドを増加させる可能性がある。
【０００５】
冗長なスイッチも知られている。単純なアーキテクチャは、１次スイッチカード及びスタンバイスイッチカードを用いる。全てのデータは、通常、１次カードによってスイッチングされる。通例集中型の監視メカニズム又は制御メカニズムが障害を検出した場合、スタンバイスイッチカードがアクティブ化される。これは、１：１スイッチ保護と呼ばれる。より高度なアーキテクチャは、Ｎ＋Ｋ個のスイッチカードを有する。Ｎ個のスイッチカードは、通常、任意の所与の時点において機能し、Ｋ個のスイッチカードは、スタンバイモードにある。Ｎ個のカードのうちの１つが障害を有する場合、Ｋ個のスタンバイカードのうちの１つがアクティブ化される。障害の検出及びスタンバイカードへのスイッチングに多少の遅延が生じる結果、かなりの量のデータが失われる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，９６７，４０５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
冗長性は、スループット及びロードバランシングを高めるためにも用いられてきた。このアーキテクチャでは、データは、並列に動作する複数の並列のスイッチカードにわたって分散される。しかしながら、並列のカードは、信頼性を必ずしも高めない。実際には、カード障害の確率が増加し、信頼性が減少する。
【０００８】
本発明の実施形態は、分散制御を有する光チャネルデータユニットスイッチを用いてデータを操作及び通信するためのシステム及び方法を提供する。これらの実施形態は、冗長なリソース並びに分散監視及び制御のメカニズムを用いる。
【発明の効果】
【０００９】
ローカルなエントリーポイントを監視することによって、本発明は、１次パス上に障害がある場合に、システムがスタンバイパスに高速にスイッチングすることを可能にする。本発明は、部分的に障害のあるスイッチカードが検出されたときに、管理された切り替え（ｓｗｉｔｃｈ−ｏｖｅｒ）を達成する方法も教示する。共同意思決定機能が、高い信頼性を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態によるデータラインを示すＯＤＵスイッチノードの概略図である。
【図２】本発明の実施形態による制御ラインを示すＯＤＵスイッチノードの概略図である。
【図３】本発明の実施形態によるスイッチカードの接続性の概略図である。
【図４】本発明の実施形態によるスイッチカードの概略図である。
【図５】本発明の実施形態によるクライアントカード及びラインカードの接続性の概略図である。
【図６】単一のスイッチカードが複数のクライアントカード及びラインカードに接続された従来の光チャネルデータユニット（ＯＤＵ）スイッチノードの概略図である。
【図７】単一のスイッチカードが複数のラインカードに接続された従来のＯＤＵスイッチノードの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
光チャネルデータユニット（ＯＤＵ）スイッチノード
図３は、本発明の実施形態による光チャネルデータユニット（ＯＤＵ）スイッチノード３００の概略図である。クライアントカード及びラインカードは、インターフェース（ＩＦＣ）モジュール、フレーム処理（ＦＲ）モジュール、及び制御ロジックを備える。
【００１２】
このＯＤＵスイッチノードは、入力側に２つ以上のクライアントカード３０１のセットと、出力側に２つ以上のラインカード３０２のセットと、データライン３１０によって接続された２つ以上のスイッチカード（ＳＷ  Ａ及びＳＷ  Ｂ）３０３のセットとを備える。各スイッチカードは、複数、例えば４つのクライアントカード及びラインカードをサポートすることができる。各スイッチカードは、制御ロジック３０４を備え、各クライアントカード及び各ラインカードは、制御ロジック３０５を備え、これらの制御ロジックはともに、以下でより詳細に説明される。ＯＤＵスイッチノードが入力側及び出力側にラインカードのセットのみを備えるように、クライアントカードをラインカードに取り替えることができることに留意されたい。
【００１３】
上流のトラフィックについて、データが入力側から出力側に流れるとき、最初に、クライアント信号のうちの幾つかをＦＲブロックによってＯＤＵ信号にマッピングすることができる。次に、信号の複数のコピーが、各スイッチカードにつき１つ、クライアントカード上で生成される。各スイッチカードは、それらの信号をそれらの宛先仕様に従って独立してスイッチングし、スイッチカードからの出力信号は、ラインカードに転送される。このため、各ラインカードは、同じ信号の複数の２つ（以上）のコピーを各スイッチカードから１つ受信する。ラインカードは、多重化用にこれらの信号のうちの１つを選択する。次に、フレーム処理ブロックは、多重化された信号をフレーム内に配置し、出力ライン上に送信する。ライン側からクライアント側に流れる下流のトラフィックも、同様にハンドリングされる。
【００１４】
制御ライン
図４は、制御ロジック３０４及び３０５を接続する制御ライン４１０を示している。これらの制御ロジックは互いに通信するが、それぞれは独立に動作する。スイッチカードは、制御情報及びステータス情報の交換のために（例えば、Ａへ／から及びＢへ／から）相互接続されている。これらの情報は、入力メッセージ及び関連付けられた動作に基づくＯＤＵスイッチの状態遷移を規定する状態機械を構築するのに用いられる。この状態機械の機能の一部として、スイッチカードは、それに応じて制御コマンドをラインカード及びクライアントカードに送信する。
【００１５】
各ラインカード及び各クライアントカードは、スイッチカード制御ロジック３０４からコマンドを受信する制御ロジック３０５を備える。この制御ロジックは、コマンドに基づいて、スイッチカードのうちの１つからの入力を選択して出力に接続する。
【００１６】
ラインカード又はクライアントカードが、矛盾している２つの制御コマンドを受信したとき、最も高い信頼性を有するコマンドのみが処理される。例えば、この信頼性は、状態指標（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ  ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）の全重みに従って求めることができる。クライアントカード及びラインカード上の制御ロジック３０５は、状態情報をスイッチカード制御ロジック３０４に送信する。クライアントカード及びラインカードは、種々のスイッチカードからトラフィック送信元を選択することができる。全てのスイッチカードが正常に機能している場合、スイッチ制御ロジックは、トラフィックを１次（アクティブ）スイッチカードに管理された方法で徐々に移すことができる。
【００１７】
スイッチカード接続性
図５に示すスイッチカードの制御ロジック３０４は、クライアントカード及びラインカードからの複数の入力に基づいて制御信号（コマンド）を生成する。他のカードからの入力は、直列化され、スイッチカードに送信され、スイッチカード上のデシリアライザー（ｄｅ−ｓｅｒ：ｄｅ−ｓｅｒｉａｌｉｚｅｒ）によって非直列化される。
【００１８】
制御ロジック３０４の出力は、全てのクライアントカード及びラインカードに送信される前にシリアライザー５０２によって直列データに変換される。制御ロジック３０４は、その状態を示す必要な信号も生成し、これらの信号を直列化して、ユニット内の他のスイッチカードに送信する。シリアライザー・デシリアライザー（ＳＥＲＤＥＳ）５０１は、直列化された信号と並列信号との間の変換を担当する。
【００１９】
加えて、制御ロジックは、マイクロプロセッサインターフェース（ｕＰ−ｉｆｃ）を介して制御カードともインターフェースする。制御カードは、制御ロジックの状態を読み取ることができ、制御ロジックの状態の更新も行う。
【００２０】
スイッチユニットが、Ｎ個のクライアントカード及びＭ個のラインカードを備えるものと仮定すると、Ｎ＋Ｍ＋１個のシリアル入力が存在する。制御ロジック３０４は、入力（Ｎ＋Ｍ＋１個のラインから非直列化されたもの）を取り込み、現在の大域的な状態に基づいて新たな状態を生成し、この新たな状態に基づいて制御出力を更新する。全ての入力が、新たな状態の計算に用いられる。これらの指標の重要度に基づいてこれらの入力（状態指標）に異なる重みを割り当てることが可能である。制御ロジックは、軟判定及び／又は硬判定を生成することができる。一例として、ｋ番目のスイッチパスの信頼性状態は、全ての入力の加重和
ｄｋ＝Σ（ｗｋ，ｊＬｋ，ｊ）＋Ｗ０Ｌ０
として表すことができる。ここで、
ａ．  ｗｋ，ｊ：ｋ番目のパスのｊ番目の状態指標の重みであり、
ｂ．  Ｌｋ，ｊ：ｋ番目のパスのｊ番目の状態指標であり、
ｃ．  Ｗ０：他のスイッチカードの重みであり、
ｄ．  Ｌ０：他のスイッチカードの状態である。
【００２１】
シリアルリンクが機能を停止している場合、制御ロジックは、その所与のリンクからの入力を受け付けない。これは、信号損失、同期外れ等のデシリアライザーの信号の完全性及び状態５０４を監視することによって達成される。例えば、デシリアライザーの信号損失（ＬＯＳ）は、制御ロジック３０５に報告される。このＬＯＳ検出は、ローカルな制御ロジック３０５及びスイッチカード制御ロジック３０４によって制御判定に用いられる。
【００２２】
クライアントカード及びラインカード
２つの異なるパスからのデータストリームが、完全に整列して、「ヒットレススイッチング」、すなわち、或る入力から別の入力へのデータの損失のないカードスイッチを可能にすることが不可欠である。図６は、位置合わせ選択ブロック３１２を示している。このブロック３１２は、１つのスイッチカードからの入力データ４１０を記憶するための第１のバッファー６０４と、第２のスイッチカードからの入力データ４１０を記憶するための第２のバッファー６０８とを備える。遅延発見ブロック６０１は、２つの入力４１０を比較し、これらのストリーム間の遅延を求める。次に、発見ブロック６０１は、バッファー６０４及び６０８内でそれぞれ遅延を調整する制御信号６１４及び６１８を生成する。バッファー６０４及び６０８の出力データストリームは、時間の位置合わせが行われ、制御ロジック３０５によって制御される選択回路６０３に供給される。
【００２３】
図７は、クライアントカード３０１及びラインカード３０２の制御ロジック３０５の詳細を示している。クライアントカード及びラインカード用の制御ロジックブロックは、スイッチカード用のものよりも単純である。各スイッチカード、例えばＳＷ  Ａ及びＳＷ  Ｂにつき１つのｓｅｒｄｅｓライン７０１のセットがある。これらのラインは、特定の用途において必要とされるときに規定することができるクライアント／ラインカード状態７１０及びカード制御７２０等の信号損失（ＬＯＳ）メッセージ及びフレーム損失（ＬＯＦ）メッセージ、並びに他のステータス報告メッセージの形態でスイッチカードへ及びスイッチカードから制御情報を送信するのに用いられる。制御ロジックは、データ位置合わせ及びライン選択を決定するのにローカルマイクロプロセッサ又は外部コントローラーを用いて実施することができる。
【００２４】
動作説明
上記で説明したように、全てのデータ信号の複数のコピー、例えば２つコピーが、スイッチカードに入り、スイッチカードから出てくる。具体的には、クライアントカード及びラインカードからスイッチカードによって受信されたあらゆるデータ信号は、２つ（以上）のデータライン上に複製される。各スイッチカードには１つのデータ信号が行く。同様に、出て行く信号の２つのコピーが、クライアントカード及びラインカードに到達する。各スイッチカードからは１つのコピーが来る。スイッチカードは、スイッチングを同時かつ独立に実行する。各クライアントカード及び各ラインカードは、受信されたコピーのうちの一方を処理用に選択する。この選択は、幾つかの所定の判定基準に基づいている。しかしながら、任意の所与の時点において、異なるラインカードが異なるスイッチカードからの信号を選択している可能性があることは起こり得る。同じことは、クライアントカードにも当てはまる。各スイッチカードは、入力信号のそのコピーに対してスイッチングを実行するので、スイッチカードのうちの１つ又は複数が機能不良でない限り、出力信号は同一である。
【００２５】
本明細書で説明したようなシステム及び方法によって、柔軟性及び信頼性を高めることが可能になる。スイッチカードが、例えば部分的にのみ機能不良であり、したがって、クライアントカード又はラインカードのサブセットに影響を与える場合、影響を受けたクライアントカード及びラインカードは、依然として１つ又は複数の他のスイッチカードから受信された信号の代替のコピーを有するので、システムは動作し続ける。部分的な機能不良は、スイッチカードに報告することができる。
【００２６】
自動（又は半自動）復旧メカニズムが、機能不良のスイッチカードから管理された切り替え（ｓｗｉｔｃｈ  ｏｖｅｒ）を実行することができる。切り替えの成功後、修理ステップ（ソフト／ハードリセット及び／又は機能不良のカードの物理的な交換を含むが、これらに限定されるものではない）を行って、問題を修正することができる。
【００２７】
システムは、スイッチカードのうちの１つの突然の完全な障害に対する保護も提供する。そのような場合、障害を有するカードからの信号を処理していた、影響を受けるクライアントカード及びラインカードは、他のスイッチカードから受信された信号を処理するように切り替わる。本発明は、そのような状況を取り扱う２つの場合を可能にする。
【００２８】
第１のより単純な場合には、信号の位置合わせのための余分なメカニズムは必要とされない。１つのスイッチカードの障害を検出した後、影響を受けるクライアント／ラインカードは、単に、他のスイッチカード、すなわち機能しているカードからの信号の処理を開始するだけである。データのうちの幾つかは、この切り替えの間、失われる（又は２回処理される）可能性がある。第２の場合には、２つのスイッチカードから到来した信号は、上記で説明したように、クライアントカード及びラインカードによってバッファリングされ、位置合わせされる。１つのスイッチカードの障害が検出された後、他のカードからの信号の処理が、以前の位置合わせマークから開始する。そのようにして、データは失われず、また、複数回の処理もフレーム化もされない。
【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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【外国語明細書】
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