(57)【要約】【課題】予備面の集約ノード数を大きく低減し、低コストで信頼性の高いＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワーク予備面構成方法を実現する。【解決手段】ＡＷＧをハブノードに用いるＭＡＮを対象としたＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワークのうち、複数のノードをカプラＣＰで集約した後に、ＡＷＧに接続する構成のネットワークにおいて、各波長チャネル上でカプラが空き状態であるときに最初にカプラに到着したパケットのみを通過させ、他のパケットをブロックするパケット衝突回避機構を付与した能動型カプラＣＰＣＡを用いたネットワーク構成を対象に、同時に複数の能動型カプラが故障する可能性が低いことに着目し、現用面（Ｎｏｒｍａｌ  ｐｌａｎｅ）で同一の能動型カプラに収容されているノードから送出されるトラヒックのみを考えて、信頼性向上のための予備面（Ｂａｃｋｕｐ  ｐｌａｎｅ）を構成する。【選択図】図４
2008211728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノードをカプラで集約し、ハブノードであるＡＷＧに接続する構成のＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワークの予備面構成方法であって、
各波長チャネル上で前記カプラが空き状態であるときに最初に該カプラに到着したパケットのみを通過させ、他のパケットをブロックするパケット衝突回避機構を付与した能動型カプラを用い、
現用面で同一の能動型カプラに収容されているノードから送出されるトラヒックのみに予備面を構成することを特徴とするＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワーク予備面構成方法。
【請求項２】
請求項１に記載のＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワーク予備面構成方法において、
前記現用面に設置されたＤ個の能動型カプラにそれぞれ収容される最大Ｍ個のノードを、予備面に設置するＤ’個の能動型カプラに均等に収容し、
平均パケット転送時間がその許容値γを超えない範囲で、予備面のＦＳＲ値と設置能動型カプラ数Ｄ’を最小化することを特徴とするＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワーク予備面構成方法。
【請求項３】
請求項１に記載のＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワーク予備面構成方法において、
前記現用面で異なる能動型カプラに収容されているノード間では、予備面のＤ’個の能動型カプラを共有して使用することを特徴とするＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワーク予備面構成方法。
【請求項４】
各波長チャネル上で前記カプラが空き状態であるときに最初に該カプラに到着したパケットのみを通過させ、他のパケットをブロックするパケット衝突回避機構を付与した能動型カプラを用い、複数のノードをＤ個の該カプラまたはスプリッタで集約し、ハブノードであるＡＷＧに接続する構成の現用面ネットワークと、
前記現用面ネットワークで同一の能動型カプラに収容されているノードから送出されるトラヒックのみに構成された予備面ネットワークとを有することを特徴とするＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワークシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワークシステムにおいて、
前記各ノードは、２値スイッチ素子により正常時には現用面ネットワークのみにパケットを送出し、
障害検出を常時実施し、障害検出時には、現用面ネットワークを予備面ネットワークに切り替え、現用面と予備面ネットワークの両方でパケット受信を常時行い、現用面ネットワークが正常な場合には予備面ネットワークを経由してパケットを受信したとき、現用面ネットワークを経由してＡＣＫを返送することを特徴とするＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワークシステム。
【請求項６】
請求項４に記載のＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワークシステムにおいて、
前記現用面ネットワークのＤ個のノードグループが予備面ネットワークではＤ’個のパケット衝突回避機構を付与した能動型カプラとスプリッタを共用することを特徴とするＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワークシステム。
【請求項７】
請求項４に記載のＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワークシステムにおいて、
前記予備面ネットワークのＤ’個のパケット衝突回避機構を付与した能動型カプラとスプリッタを、現用面ネットワークで異なる能動型カプラに収容されているノード間で共有することを特徴とするＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワークシステム。
【請求項８】
請求項４に記載のＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワークシステムにおいて、
前記予備面ネットワークのＡＷＧに、外部トラヒックの送受信を行うＰＯＰも収容することを特徴とするＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワークシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ−Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ）をハブノードに用いるＭＡＮを対象としたＡＷＧシングルホップＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）ネットワークのうち、複数のノードをカプラで集約した後でＡＷＧに接続する構成のネットワークにおいて、各波長チャネル上でカプラが空き状態であるときに、最初にカプラに到着したパケットのみを通過させ、他のパケットをブロックするパケット衝突回避機構を付与した能動型カプラを用いたネットワーク構成を対象に、同時に複数の能動型カプラが故障する可能性は低いことに着目し、現用面で同一の能動型カプラに収容されているノードから送出されるトラヒックのみを考えて、信頼性向上のための予備面を構成する予備面構成方法およびその方法を用いたネットワークシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＡＮとＷＡＮにおける伝送容量の飛躍的な向上が続いているが、ＬＡＮとＷＡＮの間に介在するメトロエリアのネットワーク（ＭＡＮ）については、依然としてＳＯＮＥＴ／ＳＤＨが主流であり、メトロエリアの急激なトラヒックの増加に対して電気処理に伴うノードのボトルネック化が懸念されている。そのためＭＡＮにおいても、ノードでのパケットのストア＆フォワードを廃し、光信号のままカットスルー伝送する全光ネットワークの導入が期待されている。しかし、ＭＡＮはコストに対してより厳格であるため、設備コスト（ＣＡＰＥＸ）と制御コスト（ＯＰＥＸ）の両方を抑えた全光ネットワークを適用することが重要である。
【０００３】
全光ネットワークは大きく、波長パス網、光バーストスイッチ網、光パケットスイッチ網に分類できるが、波長資源の利用効率の観点からは交換粒度が最も小さい光パケットスイッチ網が優れている。しかし、大容量の光メモリの実装が難しく、その実現には解決すべき課題が多い。
一方、全てのノードが単一のハブノードに接続されるシングルホップＷＤＭネットワークは、ＬＡＮにおける全光ネットワークの実現方法として検討されてきた。
【０００４】
さらに近年、ＭＡＮにおける全光ネットワークとしても注目されている。全てのパケットは、他のノードを経由することなくハブノードを経て直接伝送されるため、ルーティングやシグナリングが不要であり、ＯＰＥＸを極めて低く抑えられる。また、受動的な光デバイスをハブノードに用い交換処理を行わないため、光メモリが不要である。このため、ＬＡＮやＭＡＮにおいて全光パケット網を実現する方法として有効である。
【０００５】
ハブノードに用いる光デバイスについては、スターカプラ（ＳＣ）とＡｒｒａｙｅｄ−ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｇｒａｔｉｎｇ（ＡＷＧ）の二つが検討されている。ＳＣを用いた構成の場合、ハブノードに到着したパケットは全てのノードにブロードキャストされるため、各波長チャネルの伝送帯域がＣ、多重波長数がＷである場合、ネットワーク全体で達成可能なスループットは最大でもＣＷとなる。さらに同一波長チャネルを複数のノードで共有する構成上、アクセス制御が必要となる。そのため、波長資源の利用効率が低く、ＳＣを用いたシングルホップＷＤＭネットワークはＬＡＮを対象に検討されてきた。
【０００６】
一方、ＡＷＧには波長周回性により波長資源を空間的に再利用することができ（同一波長を用いて同時に複数のノード間でパケットの転送が可能）、ネットワーク全体で達成可能なスループットがＣＷ２となり、さらに各ノードペアは波長チャネルを占有的に利用できることから、アクセス制御も不要である。このことから、コスト要求条件の厳しいＭＡＮにおける全光ネットワークとして、ＡＷＧをハブノードに用いたシングルホップＷＤＭネットワーク（以後、ＡＷＧ網と表記）が注目されている。
【０００７】
しかし、ＡＷＧ網において全ノード間でパケット転送を可能とするためには、ノード数をＮとすると、各ノードにＮ個のトランシーバを用意する必要がある。そのため、Ｎの増加に対して総トランシーバ数はＮ２に比例して増加するので、ＡＷＧ網はスケーラビリティに問題がある。例えば、ＭＡＮのノード数として２００ぐらいを考えた場合、総トランシーバ数は４０，０００となり、一つのＭＡＮに設置するトランシーバ数として実現的ではない。ＡＷＧ網におけるスケーラビリティの問題を解決するためには、ハブノードとノードの間にカプラとスプリッタを設置し、複数のノードをまとめて一つのＡＷＧポートに接続する形態が有効である。以後、このアーキテクチャを“ＡＷＧ−ＣＰ網”と表記する。
【０００８】
しかし、この形態では、カプラにおけるパケット衝突が高負荷時には問題となる。ランダムアクセス網の代表的なＭＡＣであるＣＳＭＡやＣＳＭＡ／ＣＤは、回線レートが高いとスループットが劣化する。固定タイムスロットを用いたデマンドアサイン方式は、タイムスロットの同期が必要であり制御チャネルを用いて動的に資源を確保する必要がある。
このような制御オーバーヘッドはＯＰＥＸを増大させ、コストに厳格なＬＡＮやＭＡＮには適用が困難である。シングルホップＷＤＭネットワークのシグナリングが不要という利点を生かすためには、全てのノードが自律して動作することが望ましい。
この問題を解決するため、ＡＷＧ−ＣＰ網のノード集約を行うカプラにパケット衝突回避機構を付加する網アーキテクチャが検討されている。このネットワークを“ＡＷＧ−ＣＣＡ網”と表記する。
【０００９】
パケット衝突回避機構は、元々、電気信号でデータを扱うハブノードを対象にＣＳＭＡ／ＣＤを用いた帯域共有型ＬＡＮのスループット向上を目的に提案された方式で、全入力ポートを常に監視し、送出伝送資源（全入力ポートで共有）が空き状態であるとき、最初に到着したパケットは通過させるが、そのパケットを転送中に到着した他の全パケットをブロックする。高負荷時にも、最低でも一つのパケット転送が保証されるため、ＡＬＯＨＡ方式やＣＳＭＡ／ＣＤ方式で生じる高負荷時のスループット低下が回避できる。
カプラの各入力ポートには、パケット衝突回避機構を実現するための入力モジュールが設置される。
【００１０】
図１は、ＡＷＧ−ＣＣＡ網の網構成とカプラに付加される入力モジュールの構成を示す図である。
光透過ノードにおけるパケット衝突回避は、ゲート制御装置の指示により通過波長が動的に切り替わる波長選択フィルタをＣＰの各入力ポートに設置することにより実現できる。
図１（ａ）にネットワークの構成を、また図１（ｂ）にカプラの入力モジュールの構成を示している。ＭＡＮには、ＭＡＮ内部の交流トラヒックである内部トラヒックと、ＭＡＮ外部との間の交流トラヒックである外部トラヒックが流れるが、外部トラヒックは全てＰＯＰ（Ｐｏｉｎｔ−Ｏｆ−Ｐｒｅｓｅｎｃｅ）を経由してＷＡＮに流出またはＷＡＮから流入するものと仮定する。そのため、ＰＯＰには大量のトラヒックが集中することから、ＰＯＰとハブノード（ＡＷＧ）の間にはｋ本の光心線が用意されるものとする。そのため、各ノードはｋ本の波長チャネルを用いてＰＯＰに対してパケットを送受信できる。Ｄ個のＣＰ（ＳＰ）が設置されることから、ＡＷＧのポート数はＤ＋ｋとなる。
パケットの衝突回避は、ゲート制御装置（Ｇａｔｅ  ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ）の指示により通過波長が動的に切り替わる波長選択フィルタをＣＰの各入力ポートに設置することにより実現される。
【００１１】
図１（ｂ）では、２値光スイッチ素子（ＳＯＡ等）と波長多重分離装置（Ｍｕｘ，Ｄｅｍｕｘ）の構成による波長選択フィルタを用いた場合を示している。入力モジュールに到着した光信号は波長分離装置（Ｄｅｍｕｘ）により波長ごとに分離され、さらにその一部がタップ（Ｔａｐ）によって取り出され、光検出器（Ｐｈｏｔｏ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ）により光信号の有無が検出される。
ゲート制御装置（Ｇａｔｅ  ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ）は、各波長に対してカプラ（ＣＰ）がパケットを転送していない状態で最初にパケットが到着した入力モジュールのゲートのみをＯＮ状態とし、他の全入力モジュールの対応する波長のゲートをＯＦＦ状態とする。
そして、そのパケットの転送が完了した時点で、それまで閉じられていた対応する波長のゲートを全てＯＮ状態とする。その結果、各波長チャネルにおいて、ＣＰが空き状態であるときに最初に到着したパケットのみがＣＰを通過し、そのパケットのパケット衝突が完全に回避される。
【００１２】
ゲートの開閉処理は、各ＣＰにおいて自律動作するため、ＣＰやノード、ＡＷＧ間で一切の制御信号の交換が不要であり、各ノードは任意のタイミングでパケットの送出が可能である。他のパケットが転送されているときにＣＰに到着したパケットはブロックされるため、パケットが消失する可能性を考慮しておく必要があるが、例えば、タイムアウト時間内にＡＣＫが返送されない場合に、送信端末はバックオフ時間後に同一フレームを再送する等の方法を用いることで、パケット損失に対応することができる。
なお、以上の技術については、下記特許文献１を参照されたい。
上山憲昭，“ＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワークシステムおよび最適カプラ数算出方法、ならびに装置”（特開２００６−５４６４８号公報）
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−５４６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ＡＷＧ，カプラ，スプリッタは全て受動的な光素子であるため、これらを用いてネットワークを構成するＡＷＧ網（ＡＷＧにノードが集約される網）やＡＷＧ−ＣＰ網（ＡＷＧにカプラ（ＣＰ）を介してノードが集約される網）は、故障が生じるまでの時間間隔（ＭＴＢＦ）が長く、信頼性が非常に高い。それに対してＡＷＧ−ＣＣＡ網（ＡＷＧにカプラ（ＣＰＣＡ）を介して集約される網）は、パケット衝突回避機構を実装するためにゲード制御装置やＳＯＡといった能動的なデバイスや光素子をカプラに付加するため、ノード集約部分のＭＴＢＦ（故障間隔）が低減することによる信頼性の低下が懸念される。ＭＡＮにおいて、故障により通信断が生じることは極力避ける必要があり、そのためには、ネットワークを現用面に加えて予備面を設けた２面構成にすることが不可欠である。
しかし、単純に全てのネットワーク構成要素を二重化した場合、ＣＡＰＥＸ（設備コスト）の増大が問題になる。
【００１５】
（目的）
本発明の目的は、複数の集約ノードが同時に故障する可能性が低いことに着目し、現用面の同一の集約ノードに収容されているノードのみを考慮して予備面を構成し、現用面の異なる集約ノードに収容されるノード間で予備面の集約ノードを共有することにより、予備面の集約ノード数を大きく低減し、低コストで信頼性の高いＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワーク予備面構成方法およびその方法を用いたネットワークシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワーク予備面構成方法は、ＡＷＧをハブノードに用いるＭＡＮを対象としたＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワークのうち、複数のノードをカプラで集約した後に、ＡＷＧに接続する構成のネットワークにおいて、各波長チャネル上でカプラが空き状態であるときに最初にカプラに到着したパケットのみを通過させ、他のパケットをブロックするパケット衝突回避機構を付与した能動型カプラを用いたネットワーク構成を対象に、同時に複数の能動型カプラが故障する可能性が低いことに着目し、現用面で同一の能動型カプラに収容されているノードから送出されるトラヒックのみを考えて、信頼性向上のための予備面を構成する。
【００１７】
また、上述のＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワーク予備面構成方法において、現用面に設置されたＤ個の能動型カプラの各々に収容される最大Ｍ個のノードを、予備面に設置するＤ’個の能動型カプラに均等に収容するという前提のもとで、平均パケット転送時間が許容率γを超えない範囲で、予備面のＦＳＲ（Ｆｒｅｅ  Ｓｐｅｃｔｒａｌ  Ｒａｎｇｅ）値と設置能動カプラ数Ｄ’を最小化する。
また、上述のＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワーク予備面構成方法において、現用面で異なる能動カプラに収容されているノード間では予備面のＤ’個の能動カプラを共有して使用する。
【００１８】
さらに、上述のＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワーク予備面構成方法において、各ノードはＳＯＡといった２値スイッチを用いて正常時には現用面のみにパケットを送出し、障害検出を自律的に行い、障害検出時には予備面に自律的に切り替え、現用面と予備面を受信方向についてはカプラを用いて集約し、常時、両面からパケットを受信し、現用面が正常な場合には、予備面経由でパケットを受信した場合にもＡＣＫを現用面経由で返信する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、複数の集約ノードが同時に故障する可能性は低いことに着目し、現用面の同一の集約ノードに収容されているノードのみを考慮して予備面を構成し、現用面の異なる集約ノードに収容されるノード間で予備面の集約ノードを共有することにより、予備面の集約ノード数を大きく低減し、低コストで信頼性の高いＡＷＧ−ＣＣＡを構成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図２は、本発明のＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワーク予備面構成方法に係る一実施形態のシステム構成図である。
図２において、１００は現用面のＦＳＲや設置能動カプラ数といった現用面の設計情報を入力する装置、１０１は予備面のＦＳＲや設置能動カプラ数といった予備面のを設計する装置、１０２は予備面の設計結果を出力する装置である。
まず、現用面設計情報入力装置１００に現用面の設計情報を入力し、これらの情報を基にして予備面設計装置１０１により予備面設計を行い、設計の結果を予備面設計情報出力装置１０２から出力する。
次に、本発明の実施の形態に係るＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワーク予備面構成方法について、以下順に、１）予備面構成方法と、２）予備面最適設計法とを、それぞれ説明する。
【００２１】
（予備面構成方法）
パケット衝突回避機構が付加されたカプラ（以後、ＣＰＣＡ（ｃｏｕｐｌｅｒ  ｗｉｔｈ  ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ  ａｖｏｉｄａｎｃｅ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）は、各々地理的に離れた場所に設置されるため、故障は独立に生じると仮定することができる。各々の故障確率は通常のカプラの場合（ＣＰ）と比較すれば大きいが、それでも十分に小さな値であるため、二つ以上のＣＰＣＡが同時に故障する可能性は小さいことが予想される。
各ＣＰＣＡの故障間隔（ＭＴＢＦ）が平均ｘの指数分布、故障ＣＰＣＡの復旧時間（ＭＴＴＲ）が平均ｙの指数分布に各々従うと仮定すると、各ＣＰＣＡの故障時間割合はｙ／（ｘ＋ｙ）となる。よって、現用面のＤ個のＣＰＣＡのうち２つ以上が同時に故障する確
率Ｐｍｂは、
【００２２】
【数１】
2008211728.tif 000003
となる。
図３は、複数ＣＰＣＡが故障する確率と要求ＭＴＢＦの特性図である。
図３（ａ）では、ＭＴＴＲ（復旧時間）がｙ＝４時間のときの、ＭＴＢＦ（故障間隔）（年）に対する確率ＰｍｂをＤ（現用面のＣＰＣＡの個数）に対して、ＭＴＴＲ（復旧時間）の三つの値について示している。また、図３（ｂ）では、確率Ｐｍｂ＝０．０１を満たすのに要求されるＭＴＢＦ（故障間隔）をＤ（現用面のＣＰＣＡの個数）に対して、ＭＴＴＲ（復旧時間）の三つの値について示している。
図３（ａ）の図からは、故障間隔（ＭＴＢＦ）＝２年の場合、ＣＰＣＡの個数が４のときに、２つ以上が同時に故障する確率Ｐｍｂは１０−４であるが、ＣＰＣＡの個数が３２のときには、約Ｐｍｂ＝１０−２．５となることが確認できる。また、図３（ｂ）の図からは、ＣＰＣＡの個数が４５の場合、復旧時間（ＭＴＴＲ）がｙ＝２年のときに、故障間隔（ＭＴＢＦ）は１年であるが、復旧時間（ＭＴＴＲ）がｙ＝４年のときには、故障間隔（ＭＴＢＦ）は２年であり、また復旧時間（ＭＴＴＲ）がｙ＝６年のときには、故障間隔（ＭＴＢＦ）は３年となることが確認できる。
例えば、ルータのＭＴＢＦ（故障間隔）が数年から十数年であることを考えると、２つ以上のＣＰＣＡが同時に故障する可能性（確率Ｐｍｂ）は十分に小さいことが確認できる。
【００２３】
各ノードは現用面と予備面の両方に接続されるが、以下の制御を想定する。
ａ）各ノードはＳＯＡといった２値スイッチを用いて、正常時には現用面のみにパケットを送出する。
ｂ）各ノードは障害検出を自律的に行い、障害検出時には予備面に自律的に切り替える。
ｃ）各ノードは現用面と予備面を受信方向についてはカプラを用いて集約し、常時、両面からパケットを受信する。
ｄ）現用面が正常なノードは、予備面経由でパケットを受信した場合も、ＡＣＫを現用面経由で返信する。
この場合、現用面のＣＰＣＡが故障した際には、予備面に流入するトラヒックは故障したＣＰＣＡに収容されているノードが送出したものに限定される。
【００２４】
図４は、本発明の一実施形態に係る予備面構成図である。
図３（ａ）（ｂ）を参照すれば、予備面設計時には、全てのノードではなく、単一のＣＰＣＡに収容されるＭ個のノードのみに予備面を設置すれば十分であることが確認できる。
すなわち、複数のＣＰＣＡが同時に故障しないという想定の元では、論理的には予備面はＤ個の独立した面を構成していると考えることができる。そこで、本実施形態では、図４に示す予備面構成方法を提案する。
【００２５】
図４に示すように、現用面（Ｎｏｒｍａｌ  ｐｌａｎｅ）にはＤ個のＣＰＣＡ（カプラ）とＳＰ（スプリッタ）が設置されており、Ｎ個のノードはこれらＣＰＣＡに均等に収容される。Ｍを単一のＣＰＣＡに収容される最大ノード数とすると、Ｍ＝〔Ｎ／Ｄ〕となり、各ＣＰＣＡの収容ノード数はＭもしくはＭ−１となる。
一方、予備面（Ｂａｃｋｕｐ  ｐｌａｎｅ）にはＤ’個のＣＰＣＡとＳＰが設置され、現用面で同一のＣＰＣＡに収容される最大Ｍ個のノードが、これらＤ’個のＣＰＣＡに均等に収容される。Ｍ’を予備面の単一のＣＰＣＡに収容される論理的な最大ノード数とすると、Ｍ’＝〔Ｍ／Ｄ’〕となり、各ＣＰＣＡの論理的な収容ノード数はＭ’もしくはＭ’−１となる。
【００２６】
現用面のＤ個のノードグループが予備面ではこれらＤ’個のＣＰＣＡとＳＰを共用するため、物理的には最大でＤＭ’個のノードが予備面の単一のＣＰＣＡに収容される。
図４では、Ｄ＝３、Ｄ’＝２の場合を示している。予備面のＤ’個のＣＰＣＡとＳＰを、現用面で異なＣＰＣＡに収容されているノード間で共有することにより、予備面のコストを大きく低減することが可能になる。
ところで、外部トラヒックはカプラによるノード集約を行わないことから、ここでは予備面を考慮しないが、ハブノード（ＡＷＧ）の障害に備えて、ＰＯＰ（Ｐｏｉｎｔ  Ｏｆ  Ｐｒｅｓｅｎｃｅ）も予備面のＡＷＧに収容する形態を考えることもできる。これにより、ハブノード（ＡＷＧ）の信頼性も高められる。
【００２７】
ＡＷＧの波長周回性により、各ＣＰＣＡとＳＰ間にはＦ本の波長チャネルが提供される。ノードはパケットを送出する際に、目的ノードが収容されているＳＰに対応する波長チャネルを選択して用いる必要がある。本実施形態では、現用面と予備面で各ＣＰＣＡやＳＰに収容されるノードの組合わせが異なることから、障害を検出して予備面に切り替わったノードは、使用する波長を同時に変更する。
【００２８】
（予備面最適設計法）
静的なトラヒックを考慮し、総トラヒック量Ｖのうち内部トラヒックの占める比率をｒとし、平均パケット転送遅延の許容値をγとし、トラヒック交流は全て均一でユニキャストと仮定する。各ノードは固定長Ｐのパケットをポアソン過程に従って送出し、再送制御が実施されるホスト間のラウンドトリップ時間を一定値Ｒとする。また、τ１をパケット転送成功時の転送遅延時間、τ２を平均再送待ち時間とし、γ＞τ１を想定する。
現用面において、単一のＣＰＣＡに収容される最大Ｍ個のノードを対象に予備面の設計を行えばよい。均一なトラヒックを仮定すると、あるノードｉから送出される内部トラヒック量ｄは、ｄ＝ｒＶ／Ｎとなる。目的ノードがあるＳＰに収容されている確率はＮ／Ｄ’＝ＮＭ’／Ｍで与えられ、各ＣＰＣＡ・ＳＰ間にはＦ本の独立した波長チャネルが用意されることから、予備面の各波長チャネルに加わるトラヒック量ｖは、
【００２９】
【数２】
2008211728.tif 000004
となる。
パケット衝突回避機構を用いた場合の平均パケット転送時間Ｔは、Ｔ＝(Ｃτ１＋τ２ｖ)／(Ｃ−ｖ)で与えられ、Ｔ≦γを満たす必要があることから、
【００３０】
【数３】
2008211728.tif 000005
を満たす必要がある。
任意のＦに対して、上式（３）を満足するＭ’(Ｆ)が以下のように得られる。
【００３１】
【数４】
2008211728.tif 000006
Ｍ’(Ｆ)≧１を満たす必要があることから、Ｆの最適値Ｆ０’が、
【００３２】
【数５】
2008211728.tif 000007
と得られる。
得られたＦ０’を用いてＭ’＝Ｍ’(Ｆ０’)よりＭ’を設計することができ、 Ｄ’＝「Ｍ／Ｍ’］よりＤ’が設計できる。
【００３３】
（評価条件）
以下、本発明の数値評価結果について説明する。
Ｃ＝１０Ｇｂｐｓ，Ｐ＝１５００ｂｙｔｅ，ｒ＝０．５，γ＝１×１０−３秒とした。また、エンド端末間の距離を１０ｋｍとし、パケット再送時の平均バックオフ時間を１０パケット時間とした。このとき、τ１＝１．０１２×１０−４秒、τ２＝１．２×１０−５秒となる。総トラヒック量Ｖを一定の量とし、ノード数Ｎを変化させて評価した（Ｎの増減に合わせノード当りの送受トラヒック量が変化）。総トラヒック量Ｖの値として、１Ｔｂｐｓと１０Ｔｂｐｓの二つを考えた（例えば、各ユーザの平均スループットが１０Ｍｂｐｓであるとすれば、前者は１０万ユーザの、後者は１００万ユーザの場合に各々相当）。
【００３４】
（現用面の設備量）
図５は、現用面の設置能動カプラ数の特性図である。
図５では、現用面におけるＡＷＧ−ＣＰ網の設置カプラ数Ｄと、ＡＷＧ−ＣＣＡ網の設置ＣＰＣＡ数Ｄを各々示している。図５（ａ）は総トラヒック量が１Ｔｐｓ（各ユーザの平均スループットが１０Ｍｂｐｓのとき１０万ユーザ数）の場合で、ノード数がＮ＝１０のとき、ＡＷＧ−ＣＰもＡＷＧ−ＣＣＡもともにカプラの個数は５個であるが、ノード数がＮ＝１００（１００万ユーザ数）のとき、ＡＷＧ−ＣＰではカプラの個数は２０個であるのに対して、ＡＷＧ−ＣＣＡではカプラの個数は８個では８個で済む。図５（ｂ）は総トラヒック量が１０Ｔｂｐｓ（各ユーザの平均スループットが１０Ｍｂｐｓのとき１００万ユーザ数）の場合で、ノード数がＮ＝１０のとき、ＡＷＧ−ＣＰもＡＷＧ−ＣＣＡもともにカプラの個数は７個位であるが、ノード数がＮ＝１００（１００万ユーザ数）のときには、ＡＷＧ−ＣＰのカプラの個数は５５個位であるのに対して、ＡＷＧ−ＣＣＡのカプラの個数は３０個程度で済む。
【００３５】
図６は、現用面のＦＳＲ特性図である。
ＡＷＧ−ＣＣＡ網はパケット衝突回避機構をカプラに導入することで、ＡＷＧ−ＣＰ網と比較してより多くのノードをカプラに集約することが可能になる。
実際に、Ｎが大きな領域では、ＡＷＧ−ＣＣＡ網はＡＷＧ−ＣＰ網と比較してＤを半減することが確認できる。一方、Ｎが小さな領域では、ノードペア間の交流トラヒック量が大きく、二つのネットワークでＤに差異は見られないが、ＡＷＧ．ＣＣＡ網はＦＳＲを大きく低減しており、やはりパケット衝突回避機構をカプラに導入する効果が確認できる。
【００３６】
（予備面の設備量）
図７は、予備面の設置能動カプラ数の特性図である。
図７では、予備面の設置ＣＰＣＡ数Ｄ’を、本発明と、単純に全てのＣＰＣＡを二重化した場合（Ｎａｉｖｅ  ｂａｃｋｕｐ  ｐｌａｎｅ）について示している。
図５（ａ）は総トラヒック量が１Ｔｂｐｓ（各ユーザの平均スループットが１０Ｍｂｐｓのとき１０万ユーザ数）の場合で、ノード数がＮ＝１０のとき、単純に二重化したケースではＤ’＝５であるのに対して、本発明のケース（Ｐｒｏｐｏｓｅｄ  ｂａｃｋｕｐ  ｎｏｄｅｓ）ではＤ’＝２である。また、ノード数がＮ＝１００（１００万ユーザ数）のとき、単純に二重化したケースではＤ’＝８であるのに対して、本発明のケースではＤ’＝３である。
図５（ｂ）は総トラヒック量が１０Ｔｂｐｓ（各ユーザの平均スループットが１０Ｍｂｐｓのとき１００万ユーザ数）の場合で、ノード数がＮ＝１０のとき、単純に二重化したケースではＤ’＝５であるのに対して、本発明のケースではＤ’＝２である。また、ノード数がＮ＝１００のとき、単純に二重化したケースではＤ’＝３２位であるのに対して、本発明のケースではＤ’＝３である。
これから明らかなように、Ｎが小さい場合には現用面のＣＰＣＡ数Ｄが小さく、本発明により予備面のＣＰＣＡ数を削除する効果が小さい。しかし、Ｎが１０程度より大きな領域では、本発明のＣＰＣＡ数削減効果が大きく現れることが確認できる。
【００３７】
図８は、現用面と予備面のＦＳＲの特性図である。
Ｎが小さい場合には、図７で見られるように、Ｄ’とＤの差が小さく、予備面のＣＰＣＡ数を削減する効果が見られないが、本発明によって予備面のＦＳＲが抑えられることが確認できる。また、Ｎが非常に大きな場合、各ノードペア間の交流トラヒック量が小さくなり、現用面、予備面ともにＦＳＲ＝１となる。しかし、Ｎが中程度である場合には、本発明の予備面におけるＣＰＣＡ数削減効果が大きく、その結果、予備面のＦＳＲは現用面のＦＳＲを超える。予備面のパケット送受のために各ノードで必要となるトランシーバ数はＤ’Ｆ０’となる。
【００３８】
図９は、現用面と予備面の所要トランシーバ数の特性図である。
図８で見られるように、Ｎが中程度の領域では、予備面のＦＳＲは現用面のＦＳＲより増加するものの、図７で見たように、予備面の設置ＣＰＣＡ数Ｄ’の削減効果がそれ以上に大きく、それらの積で決まる予備面の総トランシーバ数は現用面の必要数より大きく低減することが確認できる。そのため、Ｎの全領域において、予備面を構成するために新たにトランシーバをノードに追加設置する必要がないことが確認できる。
【００３９】
次に、予備面を構成することによって生じるＣＡＰＥＸ（設備コスト）を比較する。
メトロエリアのネットワーク規模では伝送距離が短いため、光心線や光アンプ等の伝送に関するコストは、ノードのコストに比べて小さい。また、ＣＰ（カプラ）、ＳＰ（スプリッタ）、ゲート制御装置の必要数は他のデバイスの必要数と比較して少なく、これらデバイスのコスト自体も小さいので考慮しない。
一方、全てのＣＰＣＡとＳＰには減衰した光信号を増幅するためのＥＤＦＡ光アンプの設置を想定する。予備面のコスト構成要素として、波長多重分離装置、ＥＤＦＡ光アンプ、ＳＯＡ、タップ、光検出器を考える。ＳＯＡ、タップ、光検出器の三つの光デバイスをまとめた１組当りの相対コストをＣｏｔｈｅｒｓ、トランシーバの相対コストをＣｔｒ、波長当りの波長多重分離装置の相対コストをＣｄｍ、ＥＤＦＡ光アンプの相対コストをＣｅｄｆａとする。
現状の価格を考慮して、Ｃｔｒ＝１０、Ｃｄｍ＝１、Ｃｅｄｆａ、＝４、Ｃｏｔｈｅｒｓ＝２と設定する。
【００４０】
図１０は、予備面の相対コストの特性図である。
図１０では、予備面の相対コストを本発明と単純に全てのＣＰＣＡを二重化した場合についての比較を示している。図７で見られるように、Ｎの小さな領域ではＮの増加に伴って予備面の設置ＣＰＣＡ数Ｄ’は変化しないが、図８で見られたように、Ｆ０’が減少するため予備面の光心線当りの多重波長数Ｗ’＝Ｄ’Ｆ０’が減少し、予備面の相対コストは減少する。
一方、Ｎの大きな領域では、Ｎの増加に伴ってＤ’が僅かに増加し、また予備面の論理的な収容ノード数Ｍが増加するため、予備面の相対コストは増加する。
しかし、全てのＮの領域において、本発明を用いることで予備面のコストを大凡１桁以上低減できることが確認される。特に、ＶとＮが大きい場合、予備面コストを２桁以上、低減することが可能である。
【００４１】
以上のように、本発明においては、１）複数のノードをカプラで集約し、ハブノードであるＡＷＧに接続する構成のＡＷＧシングルホップＷＤＭネットワークの予備面構成方法であって、上記カプラとして、各波長チャネル上でカプラが空き状態であるときに最初にそのカプラに到着したパケットのみを通過させ、他のパケットをブロックするパケット衝突回避機構を付与した能動型カプラを用い、現用面に設置されたＤ個の能動型カプラにそれぞれ収容される最大Ｍ個のノードを、予備面に設置するＤ’個の能動型カプラに均等に収容して、平均パケット転送時間がその許容値γを超えない範囲で、予備面のＦＳＲ値と設置能動型カプラ数Ｄ’を最小化するものである。
上記構成にすれば、予備面の集約ノード数を大きく低減し、低コストで信頼性の高いＡＷＧ−ＣＣＡ網を形成させることができる。
２）能動型カプラ数Ｄ’を最小化した値にしなくても、現用面で同一の能動型カプラに収容されているノードから送出されるトラヒックのみに予備面を構成することによっても、十分に低コストで高い信頼性を持たせることができる。これは、送出されるトラヒックのみに予備面を構成することが、『一度の障害で予備面に流れるトラヒックのみに着目して予備面を構成する』という意味にとれば、上記の能動型カプラ数Ｄ’を最小化した場合と同一の効果を持つことになる。
この場合には、現用面で同一の能動型カプラに収容されているノードから送出されるトラヒックのみに予備面を構成し、その予備面ネットワークを一定期間持続させる。継続する期間は、静的なトラヒックを想定して設計するので、週といった予想される周期変動を十分に収容できるように過剰にトラヒック量を見積って設計することになる。そのような意味では、１年といった期間で、増設処理を行うことになると思われるので、同一の構成が維持される期間は、１年程度と予想される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】ＡＷＧ−ＣＣＡ網の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るネットワークのシステム構成図である。
【図３】複数ＣＰＣＡが故障する確率と要求ＭＴＢＦの特性図である。
【図４】本発明の予備面の構成図である。
【図５】現用面の設置能動カプラ数の特性図である。
【図６】現用面のＦＳＲの特性図である。
【図７】予備面の設置能動カプラ数の特性図である。
【図８】現用面と予備面のＦＳＲの特性図である。
【図９】現用面と予備面の所要トランシーバ数の特性図である。
【図１０】予備面の相対コストの特性図である。
【符号の説明】
【００４３】
１００：現用面設計情報入力装置
１０１：予備面設計装置
１０２：予備面設計情報出力装置
ＰＯＰ：Ｐｏｉｎｔ  Ｏｆ  Ｐｒｅｓｅｎｃｅ
ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ−ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｇｒａｔｉｎｇ
ＣＰ：カプラ
ＳＰ：スプリッタ
Ｔ１１〜ＴＤＭ：トランスミッタ
Ｒ１１〜ＲＤＭ：レシーバ
Ｎｏｄｅ：ノード
ＳＯＡ：２値光スイッチ素子
Ｔａｐ：タップ
Ｐｈｔｏ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ：光検出器
Ｄｅｍｕｘ：波長分離装置
Ｍｕｘ：波長多重分離装置
ｇａｔｅ  ｃｏｎｔｒｐｌｌｅｒ：ゲート制御装置
【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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【図１０】
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