(57)【要約】【課題】従来のスイッチに比べて大きな交換容量を持ち、必要とされる交換容量の変化や通信端末数の増加に、網の設計後であっても柔軟に応じることのできる、スケーラブル、かつ低コストなスイッチクラスタを提供する。【解決手段】パケット交換網における通信用スイッチシステムとして使用されるスイッチクラスタであって、複数のスイッチモジュールと、制御手段とを有し、前記各スイッチモジュールは、電気スイッチと、任意の波長を持つ光信号の挿入／抜出が可能な光ＡＤＭ装置とから構成され、前記各スイッチモジュールの電気スイッチは、第１の回線を介して他のモジュールの電気スイッチと相互に接続され、前記各スイッチモジュールの光ＡＤＭ装置は、光回線を介して他のモジュールの光ＡＤＭ装置とリング状に接続され、前記制御手段は、前記各光ＡＤＭ装置を制御し、前記光回線を介して任意のスイッチモジュール間を論理的に接続する。【選択図】　　　　図２
2004032159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パケット交換網における通信用スイッチシステムとして使用されるスイッチクラスタであって、
複数のスイッチモジュールと、制御手段とを有し、
前記各スイッチモジュールは、電気スイッチと、任意の波長を持つ光信号の挿入／抜出が可能な光ＡＤＭ装置とから構成され、
前記各スイッチモジュールの電気スイッチは、第１の回線を介して他のモジュールの電気スイッチと相互に接続され、
前記各スイッチモジュールの光ＡＤＭ装置は、光回線を介して他のモジュールの光ＡＤＭ装置とリング状に接続され、
前記制御手段は、前記各光ＡＤＭ装置を制御し、前記光回線を介して任意のスイッチモジュール間を論理的に接続することを特徴とするスイッチクラスタ。
【請求項２】
前記電気スイッチは、少なくとも４つ以上の回線を持ち、
前記少なくとも４つ以上の回線の中の前記光ＡＤＭ装置に物理的に接続される回線は、光回線であることを特徴とする請求項１に記載のスイッチクラスタ。
【請求項３】
前記複数のスイッチモジュールは、前記第一の回線を介してリング状に相互に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスイッチクラスタ。
【請求項４】
前記制御手段は、スイッチモジュール間のトラフィックを監視し、当該監視結果に基づき、前記各光ＡＤＭ装置を制御し、前記光回線を介して任意のスイッチモジュール間を論理的に接続することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のスイッチクラスタ。
【請求項５】
前記制御手段は、前記各スイッチモジュールにおける単位時問あたりのトラフィックとその履歴、パケット廃棄率、遅延、トポロジーを取得し、これらの値と運用指針に基づいて、前記各光ＡＤＭ装置を制御し、前記光回線を介して任意のスイッチモジュール間を論理的に接続することを特徴とする請求項４に記載のスイッチクラスタ。
【請求項６】
前記各スイッチモジュールは、前記パケット送信先のスイッチモジュールを決定する経路表を有し、
前記制御手段は、前記各光ＡＤＭ装置および前記経路表を制御し、前記光回線を介して任意のスイッチモジュール間を論理的に接続することを特徴とする請求項４または請求項５に記載のスイッチクラスタ。
【請求項７】
前記制御手段は、前記各スイッチモジュールにおける単位時問あたりのトラフィックとその履歴、パケット廃棄率、遅延、トポロジーを取得するモジュール監視部と、
前記各光ＡＤＭ装置を制御し、前記光回線を介して任意のスイッチモジュール間を論理的に接続するアクチュエータ部と、
前記モジュール監視部からの情報と運用指針とに基づいて、前記光回線を介して任意のスイッチモジュール間を論理的に接続する指令を前記アクチュエータ部に送出するプラン部とを有することを特徴とする請求項５に記載のスイッチクラスタ。
【請求項８】
前記各スイッチモジュールは、第１および第２の光ＡＤＭ装置を有し、
前記各スイッチモジュールの第１の光ＡＤＭ装置は、第１の光回線を介して他のモジュールの第１の光ＡＤＭ装置とリング状に接続され、
前記各スイッチモジュールの第２の光ＡＤＭ装置は、第２の光回線を介して他のモジュールの第２の光ＡＤＭ装置とリング状に接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のスイッチクラスタ。
【請求項９】
前記各スイッチモジュールの光ＡＤＭ装置の集合体が、光信号の交換操作を受け持つ機能を有する光スイッチファブリックとして動作することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のスイッチクラスタ。
【請求項１０】
前記第１の回線、および前記光回線、並びに前記制御手段は、スイッチクラスタの基盤となるバックプレーンに予め配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のスイッチクラスタ。
【請求項１１】
パケット交換網における通信用スイッチシステムとして使用されるスイッチクラスタの構成方法であって、
前記スイッチクラスタを、各スイッチモジュールが電気スイッチと、任意の波長を持つ光信号の挿入／抜出が可能な光ＡＤＭ装置とから構成される、複数のスイッチモジュールで構成し、
前記各スイッチモジュールの電気スイッチを、第１の回線を介して他のモジュールの電気スイッチと相互に接続し、
前記各スイッチモジュールの光ＡＤＭ装置を、光回線を介して他のモジュールの光ＡＤＭ装置とリング状に接続し、
通常の通信は、前記第一回線を通して行い、トラフィックの輻輳状態に応じて、前記各光ＡＤＭ装置を制御し、前記光回線を介して任意のスイッチモジュール間を論理的に接続することを特徴とするスイッチクラスタの構成方法。
【請求項１２】
前記複数のスイッチモジュールは、前記第一の回線を介してリング状に相互に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載のスイッチクラスタの構成方法。
【請求項１３】
前記各スイッチモジュール間のトラフィックを監視する制御手段を設け、
前記制御手段が、前記トラフィックの監視結果に基づき、前記各光ＡＤＭ装置を制御し、前記光回線を介して任意のスイッチモジュール間を論理的に接続し、迂回路を構成することにより、トラフィック分散をはかり、スイッチクラスタ全体の交換容量を増大させることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のスイッチクラスタの構成方法。
【請求項１４】
前記制御手段は、前記各スイッチモジュールにおける単位時問あたりのトラフィックとその履歴、パケット廃棄率、遅延、トポロジーを取得し、これらの値と運用指針に基づいて、前記各光ＡＤＭ装置を制御し、前記光回線を介して任意のスイッチモジュール間を論理的に接続することを特徴とする請求項１３に記載のスイッチクラスタの構成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パケット交換網における通信用スイッチシステムとして使用されるスイッチクラスタおよびその構成方法に係わり、特に、光ＡＤＭ装置と、ＧｂＥのような電気的に動作する電気スイッチとを組み合わせたスイッチモジュールが、リング状に配置されるスイッチクラスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
パケット交換網におけるスイッチとは、パケット交換網においてパケットを宛先に転送するための装置である。
スイッチには、金属媒体による電気信号を扱うインターフェイスを持つものと、光ファイバによる光信号を扱うインターフェイスを持つもの、その両方を持つものがある。
パケットは、インターフェイスから取り込まれ、光信号の形態を持つパケットについては電気信号に変換されて、スイッチ内部において、交換動作を受け持つ装置であるスイッチファブリックにより、パケットが宛先に転送される。
従来、スイッチファブリックには、半導体を用いた電気素子が用いられてきた。以後、このようなスイッチを電気スイッチと称する。
現在パケット交換網では、電気スイッチとして、イーサーネットが最も多く用いられている。イーサーネットは、ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ　８０２．３で定義される規格である。イーサーネットスイッチは、初期の１０Ｍｂｐｓの回線速度を持つものから、１Ｇｂｐｓの回線速度を持つギガビットイーサーネット（ＡＮＳＩ／ＩＥＥＥ　８０２．３ｚ）まであり、また交換容量もさまざまなものが市販されており、一般に価格が安いために広く使われている。
【０００３】
近年、電気スイッチによるスイッチングは、交換速度が物理的な限界に近付いていると指摘がある。これを解決する画期的な技術として、光交換への期待が高まっている。
光交換とは、光信号を電気信号に変換せずに、そのままの形で交換を行う技術である。既に、さまざまな形態の実用的な光部品が開発されてきており、これらの光部品を用いて、光信号を光のまま交換することが可能な光スイッチファブリックが実用段階に近付きつつある。
現在では、電気スイッチの交換速度の限界を補う技術として、電気スイッチと光スイッチファブリックが相補的に組み合わせられて用いられるようになってきた。
光スイッチファブリックとしては、光信号から何らかの宛先情報（ラベル）を読み出すことによって、パケット毎に交換を行うものと、パケット毎あるいはストリーム毎ではなく、光波路をなんらか（マイクロミラーやマイクロバブルなど）の手法により物理的に変更することで、回線単位で切替えることを可能にしたものがある。
【０００４】
前者のように、パケット単位での交換を行うことのできる実用レベルの製品はまだない。
これらの電気スイッチと光スイッチを組み合わせる技術は、例えば、下記文献（１）に記載されている。
（１）ＧｅｎｅｒａｌｉｚｅｄＭＰＬＳ　（Ｅｒｉｃ　Ｍａｎｎｉｅ，　ｅｄ．　Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ　Ｍｕｌｔｉ−ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ＬａｂｅｌＳｗｉｔｃｈｉｎｇ（ＧＭＰＬＳ）　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，　ＩＥＴＦ　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ−Ｄｒａｆｔ，　Ｍａｒｃｈ　２００２
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｅｔｆ．ｏｒｇ／ｉｎｔｅｒｎｅｔ−ｄｒａｆｔｓ／ｄｒａｆｔ−ｉｅｔｆ−ｃｃａｍｐ−ｇｍｐｌｓ−ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ−０２．ｔｘｔ
また、この枠組に基づくパケット網のトラフィック制御については、例えば、下記文献（２）に記載されている。
（２）Ｄ．Ａｗｄｕｃｈｅ，　ｅｔｃ，ａｌ．　Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｆｒｏ　Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｏｖｅｒ　ＭＰＬＳ，ＩＥＴＦ　ＲＦＣ２７０２，　Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ　１９９９
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｅｔｆ．ｏｒｇ／ｒｆｃ／ｒｆｃ２７０２．ｔｘｔ
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、ネットワークの構築においては、従来の技術で述べたようなスイッチの中から、網設計段階での需要予測と、導入コストを勘案して、適切な交換容量および伝送容量を持つようなものを選択するのが一般的である。
しかし、インターネットの急速な普及に伴い、網設計の段階で予測し得ないトラフィックが発生し、需要に速やかに応じることが困難となる場面が増えてきている。
このような状況に対応するため、需要予測よりも余剰な設備を予め配置しておき、需要に応じてそれらを順次稼働状態にする方法や、予め迂回路を配置しておいて状況に応じて使い分ける方法が採用されている。
しかし、余剰設備を配置しておくことは高コストにつながり、ネットワークの規模が大きくなるにつれてそのコストの増大は無視できないものとなる。また、迂回路の管理もネットワークの規模が大きくなるにつれて困難となる。
そこで、スイッチ自体にも、需要に柔軟かつ自律的に対応する機能が要求される。
【０００６】
一方、パケット交換網のユーザー数の増大に伴い、多くの通信端末用の回線を持つスイッチに対する需要が大きくなってきている。
多くの通信端末用の回線を持つためには、それに応じた交換容量を持つスイッチファブリックが必要となる。
しかし、電気的な信号処理による交換速度は限界に近付きつつあると指摘されており、交換速度の向上による交換容量の増大は難しくなってきているため、大規模スイッチの要求に応えきれなくなってきている。
また、スイッチファブリックの高速化にともなって、スイッチの開発費用が年々膨大なものとなってきており、開発コストが製品価格に上乗せされ、このようなスイッチの価格は非常に高価なものとなってきている。
【０００７】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、従来のスイッチに比べて大きな交換容量を持ち、必要とされる交換容量の変化や通信端末数の増加に、網の設計後であっても柔軟に応じることのできる、スケーラブル、かつ低コストなスイッチクラスタとその構成方法を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のスイッチクラスタは、必要に応じた交換容量を持つことが可能で、網設計後においても需要に柔軟に応じることのできるスケーラブル、かつ低コストなスイッチクラスタである。
交換容量を増大させるためには、電気スイッチファブリックの性能を向上を計ることが一般的である。
しかし、前述したように、近年では電気スイッチファブリックの性能向上は限界に近付いていると指摘されている。
また、その開発コストも膨大なものとなりつつあり、それに伴って製品も非常に高価なものとなっている。
【０００９】
そこで、本発明では、電気スイッチファブリックの高性能化により交換容量の増大をはかるのではなく、既存の安価な電気スイッチと、光ＡＤＭ装置の組を一つのスイッチモジュール（これ以降、スイッチモジュールを単にモジュールと呼ぶ）とし、各モジュール内部の光ＡＤＭ装置の集合体が、仮想的な高性能な光スイッチファブリックとなるようにスイッチクラスタを構成することで、交換容量の増大をはかるものである。
なお、ここでいう光ＡＤＭ（Ａｄｄ−Ｄｒｏｐ　Ｍｏｄｕｌｅ）装置とは、ＷＤＭ技術を用いたインターフェイスの一種で、単一の光ファイバの中のＷＤＭ光信号から、特定の波長を持つ光信号だけを取り出し（ｄｒｏｐ）また加え（ａｄｄ）、他の波長は通過させることのできる装置である。
通常、この光ＡＤＭ装置は、大規模ネットワークにおいて、遠隔のスイッチ間を複数の波長で結ぶ装置として使用されている。
【００１０】
スイッチクラスタ内部では、スイッチクラスタ全体を管理する制御装置が、各モジュール内部から経路表（ＦＤＢ：Ｆｏｍａｒｄｉｎｇ　Ｄａｔａ　Ｂａｓｅ）、回線設定状況、トラフィック統計などの情報を元に解析を行って、モジュール間の帯域使用率、各通信のプロトコル別内訳を計算し、これらと予めプログラムされた運用指針などに基づいて、複数の光ＡＤＭ装置を操作して、モジュールを結ぶ光パスを動的に設定するなど自律的な制御を行う。
ここで、使用できる波長数には限りがあるため、波長数の範囲内で制御を行う。
一般に、トラフィックには、時間的、空間的な偏りがあり、全ての通信端末間で同時に高いトラフィックが発生することは少ない。
そこで、前述したように、必要に応じて論理的な接続を切り替えることで、その時点での交換容量の増大を計ることができる。ここで、論理的な接続とは、波長の選択および光パスの設定を意味する。
【００１１】
本発明では、このような方法で、既存の電気スイッチ単体の性能を上回るスイッチを実現する。
また、通信端末数が増加した場合には、単純にモジュールを追加することにより、より多くの通信端末を接続することが可能である。
このとき、必要に応じて各モジュール間が、内部光ＡＤＭ装置を経由して、オンデマンドで接続されるため、バックプレーンに予め余剰設備を配置する必要がない。ここでいうバックプレーンとは、スイッチモジュールを収容する基盤的装置を指す。
また、バックプレーンに空きスロットがなくなり、モジュールが追加できなくなっても、別のバックプレーンと光リングを共有することにより、スイッチクラスタを積み重ねて接続することでスイッチクラスタの大規模化が容易となる。
本発明では、このようにして高いスケーラビリティを維持する。
モジュール間の光リングを介した接続では、光ＡＤＭ装置により複数の波長を使って単一光ファイバにより接続するため、接続部分の機械的構造をシンプルにすることが可能である。これにより、製造コストを低く抑えることが可能である。
また、いくつかの波長を非常用に待機させておく、即ち、ホットスタンバイとすることにより、バーストトラフィックと呼ばれる急激なトラフィック変動にも適切な光パスを設定して対処することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１は、本発明の実施の形態のスイッチクラスタで使用されるモジュールの一例の概略構成を示す模式図である。
図１に示すように、モジュールの内部では、電気スイッチ１に、光スイッチ２が、アップリンク回線３を介して接続される。ここで、アップリンク回線３は光回線でなければならない。アップリンク回線を増やせば、同時により多くのモジュールとの接続が可能となる。
なお、図１では、アップリンク回線３を１本としているが、この回線数は期待する性能とコストを勘案して決定される。
また、４ａ，４ｂは、隣接するスイッチヘの通常回線である。この通常回線（４ａ，４ｂ）は、光回線、電気回線のどちらでもよく、また、多重化のために複数の回線を配置してもよい。
【００１３】
５ａは光リングヘの光出カインターフェイス、５ｂは光リングからの光入カインターフェイスである。
また、６は通信端末用回線であり、この通信端末用回線６も、電気回線でも光回線でもよい。
また、７は電気スイッチ１と光スイッチ２の一次制御装置であり、一次制御装置７は、電気スイッチ１および光スイッチ２ヘの制御線（８ａ，８ｂ）を介して、電気スイッチ１および光スイッチ２の設定を行ったり、電気スイッチ１および光スイッチ２から各統計量を取得するために用いられる。
また、９はスイッチクラスタ本体の制御装置への制御線である。
なお、図１からも明らかなように、モジュールで使われる電気スイッチには、最低４入出力の通信回線が必要である。
このときの内訳は、アップリンク回線（図１の３）が１、通常回線（図１の４ａ，４ｂ）が２、通信端末用回線（図１の６）が１となる。これらの回線は必要に応じて増やすことができる。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態のスイッチクラスタの概略構成を示す模式図である。なお、図２において、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈはモジュールであり、モジュール（１ａ〜１ｈ）は、アップリンク回線が２、通常回線が２、通信端末用回線が４の、８入出力回線を持つ電気スイッチを内蔵したモジュールである。
図２に示すモジュール（１ａ〜１ｈ）の概略構成を図３に示す。図３に示すモジュールは、アップリンク回線が、３ａ，３ｂの２、通信端末用回線が、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄの４になっている点で、図１に示すモジュールと相違する。
本実施の形態では、モジュール（１ａ〜１ｈ）は、光ＡＤＭ装置を介して光リング１１に接続されている。
この光リング１１は、光ファイバであり、このファイバ中で光信号が波長多重されている。
本実施の形態では、このように、光交換を行う部分に、従来のように集中型の単一光スイッチファブリックを使うのではなく、光ＡＤＭ装置の集合体を用い、任意のモジュール間の光パスを設定することで光交換を行う。
即ち、各モジュールの光ＡＤＭ装置の集合体が一つの仮想的な光スイッチファブリック１２として動作する（図２中の破線で囲んだ部分）。
この光スイッチファブリックにより形成される回線を迂回回線と呼ぶ。
【００１５】
また、隣接するモジュール間は、通常回線（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ）によって接続されている。この通常回線（４ａ〜４ｈ）は、電気回線でも光回線でもよい。
なお、通常回線（４ａ〜４ｈ）の接続の仕方は、必ずしもリングである必要はなく、例えば、一台のイーサーネットスイッチに収容する形を取ってもよい。
制御線（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ）によって、各モジュール（１ａ〜１ｈ）に繋がれた制御装置１６は、各モジュール（１ａ〜１ｈ）を制御するために用いられ、各回線の状態、トラフィック、ストリームなどを監視し、電気スイッチのコンフィグレーション、光パス設定などの制御を行う。
なお、図２では、モジュール数を８としているが必要に応じて増やすことも減らすこともできる。
また、図２では、１つのモジュールが持つ通信端末用回線は４つであるため、通信端末回線数は３２となる。
【００１６】
図４は、本発明の実施の形態のスイッチクラスタの実装構造を示す概略斜視図である。
図４に示すように、シャーシ（筐体）２０の内部にバックプレーン２１が固定され、バックプレーン上には、通常回線（４ａ〜４ｈ）および、光リング（迂回回線）１１と制御装置１６が設置されている。
このバックプレーン２１には接続用コネクタ（図示せず）があり、ここに各モジュール（１ａ〜１ｈ）の通常回線用の回線端子と光リング用の回線端子、および制御線用端子が接続される。
シャーシ２０に、新規にモジュールが挿入されると、通常回線（４ａ〜４ｈ）と光リング１１の一部が切り離され、その間にモジュールのそれぞれの回線インターフェイスが挿入される。また、バックプレーン上にある制御装置１６から延びた信号線にも接続されて制御が開始される。
【００１７】
図５は、図２に示す制御装置１６の機能構成を示すブロック図である。
モジュール監視部３１は、回線毎の帯域使用率、パケット廃棄率、ノード遅延、トラフィックのプロトコル別の内訳などの統計情報や、各モジュール（１ａ〜１ｈ）の負荷や、ＦＤＢ（Ｆｏｍａｒｄｉｎｇ　Ｄａｔａ　Ｂａｓｅ）などの設定情報、光ＡＤＭ装置の設定情報を各モジュール（１ａ〜１ｈ）から取得し、それらの個別情報からスイッチクラスタ内のストリームの全体的な解析を行う。
ここで、ＦＤＢとは、パケットの発信元を示すＩＤから、パケットを次に送るべきモジュールを決定するための経路表である。
また、解析された情報を定期的にプラン部３３に報告したり、プラン部３３から指定されたイベントが発生するとプラン部３３に直ちに通知する。
オペレータ操作部３５は、ネットワーク管理者のＮＥ管理端末３６とのインターフェイスであり、入力された運用指針を受け付けて翻訳し、プラン部３３に報告する。
【００１８】
アクチュエータ部３２は、指定されたトラフィックを別の経路に誘導する機能を持つ。この機能は、各モジュール（１ａ〜１ｈ）の光ＡＤＭ装置を操作して光パスを設定し、また、ＦＤＢを書き換えることで実現する。また、臨時に各種情報を取得するためにコマンドを各モジュールに発行する。
プラン部３３は、全体の動作を統括する機能を持つ。
オペレータ操作部３５、モジュール監視部３１から得られた情報の履歴は、プラン部３３の持つデータベース３４に保存され、トラフィックの時間的な変化や空間的な偏在などのトラフィック特性や、プロトコル別の使用状況について定期的に解析を行い、スイッチクラスタの置かれたネットワーク特性について学習を行う。解析結果および学習結果はデータベース３４に保存される。
また、学習結果に基づいて最適なネットワーク構成を導出し、アクチュエータ部３２に指令を送ってスイッチ内部の論理トポロジーの変更を行う。
【００１９】
［動作の説明］
以下、本実施の形態のスイッチクラスタの基本動作を説明する。
初期状態においては、光スイッチファブリックとなる光ＡＤＭ集合体は、リセットされており、全てのモジュール間は、光ファイバによって物理的には接続されているが、迂回回線は論理的に切断されている。
即ち、各モジュール（１ａ〜１ｈ）は、光リング（光ファイバ）１１によって接続されているが、光信号の通信路が設定されていない状態にあり、動作開始直後のモジュール間のトラフィックは、リング状に形成された通常回線（４ａ〜４ｈ）によって処理されることが基本である。
電源投入後、各部は以下のような動作を行う。
【００２０】
［モジュール監視部３１］
モジュール監視部３１は、各モジュール（１ａ〜１ｈ）の状態を監視している。
各モジュール（１ａ〜１ｈ）の状態とは、例えば、モジュール内部およびモジュール間のトラフィック、ノード遅延、パケット廃棄率などの各統計値について、単位時間の平均値、変化率などを算出して保持する。
図６に示すように、モジュール監視部３１は、プラン部３３よりの割り込み（ステップ１０１）があると、データベース３４から長期データを読み出してプラン部３３に報告する（ステップ１０２）。
また、前述の各統計値や現在の回線接続状況などを、図７のフローチャートに示すように、タイマ割り込みによるポーリングを行って自立的に取得している。即ち、タイマ割り込み時があると（ステップ１１１）、短期タイマがタイムアウトか否かを判断し（ステップ１１２）、ステップ１１２でＹｅｓの場合には、単位時間あたりの統計量を算出して短期データとしてデータベースに記憶する（ステップ１１３）。
次に、しきい値を超えたトラフィックがあったか否かを判断し（ステップ１１４）、ステップ１１４でＹｅｓの場合には、プラン部３３に報告する（ステップ１１５）。
また、ステップ１１２でＮｏの場合には、長期タイマがタイムアウトか否かを判断し（ステップ１１６）、ステップ１１６でＹｅｓの場合には、単位時間あたりの統計量を算出して長期データとしてデータベースに記憶する（ステップ１１７）。ステップ１１６でＮｏの場合には処理を終了する。
このように、タイマには、短期タイマと長期タイマの二種類があり、統計値の長期的傾向と短期傾向とをそれぞれ保持させてネットワークの状態把握に用いる。短期的傾向を把握することにより、バーストトラフィックの発生の検出に役立つ。
【００２１】
［アクチュエータ部３２］
アクチュエータ部３２は、初期化後は、プラン部３３からの指令を受信するまで停止状態にとなっている。
アクチュエータ部３２の主要な働きは、指定されたストリームを迂回させたり、通常回線（４ａ〜４ｈ）に切り戻すことである。
プラン部３３からの割り込みがかかり、迂回／切り戻しの指示が送られると、できるだけ回線断が発生しないような戦略で実行する。
アルゴリズムの一例を図８、図９に示すフローチャートで説明する。
始めに、指定されたストリームを迂回させる場合のアクチュエータ部３２の処理手順を説明する。
プラン部３３からストリームＸを迂回回線経由とする指令を受け取ると（ステップ１２１）、使用する波長を空き波長の中から選択し（ステップ１２２）、迂回回線上に新しい光パスを設定し（ステップ１２３）、対象となるモジュール内部のＦＤＢを書き換えてストリームＸを迂回させる。
次に、指定されたストリームを通常回線（４ａ〜４ｈ）に切り戻す場合のアクチュエータ部３２の処理手順を説明する。
プラン部３３からストリームＸｏｆｆを通常回線経由とする指令を受け取ると（ステップ１２５）、対象となるモジュール内部のＦＤＢを書き換えてストリームＸｏｆｆを通常回線（４ａ〜４ｈ）に戻し（ステップ１２６）、ストリームＸｏｆｆが通過していた迂回回線上の光パスを削除し（ステップ１２３）、ストリームＸｏｆｆが使用していた波長を開放する。
なお、ストリームとは、発信元と送信先の組で区別される、回線上を流れるデータの流れを指す。
【００２２】
［プラン部３３］
プラン部３３の動作の一例を、図１０に示すフローチャートで説明する。
プラン部３３は動作が開始されると、モジュール監視部３１から各種情報を読み出し（ステップ１３１）、モジュール監視部３１から得られたデータを元に、まずリンク毎のストリーム別使用帯域表を作成して更新する（ステップ１３２）。
この表は、図１１のようにして作成される。
即ち、各モジュール（１ａ〜１ｈ）毎の光パス設定状況５１、および通常回線設定状況５２に基づき、トポロジデータベース（隣接行列）５５を作成する。
このトポロジデータベース５５と、各モジュール（１ａ〜１ｈ）毎のＦＤＢ５３とに基づき、ストリーム毎の経路リスト（始点、終点、経路）５７を作成する。
また、各モジュール（１ａ〜１ｈ）のストリーム毎のトラフィック統計５４からトラフィック行列５６を作成する。
ストリーム毎の経路リスト５７と、トラフィック行列５６とからリンク毎のストリーム別使用帯域表５８を作成し、リンク毎の合計の使用帯域表５９を作成する。
【００２３】
〈長期的トラフィック傾向に基づくトポロジ設定〉
プラン部３３は、トポロジ構成の見直しを長期タイマのタイムアウトを契機に行う。
即ち、長期タイマがタイムアウトか否かを判断し（ステップ１３３）、ステップ１３３でＹｅｓの場合は、帯域使用率が継続して７０％を超えているリンクがあるか否かを判断し（ステップ１３４）、帯域使用率が継続して７０％を超えているリンクがある場合には、ストリーム迂回アルゴリズムを実行する（ステップ１３５）。
前述の見直しでは、まず、ストリーム別帯域表とデータベース３４に蓄えられている運用指針を基にリンクが幅榛状態にあるかどうかを判定する。ここで、運用指針は、ネットワーク管理者によって決められるものであり、オペレータ操作部３５から随時入力されているものである。
図１０に示すフローチャートでは、リンクの帯域使用率が回線速度の７０％を超えたときに輻輳状態にあると見なすように条件が与えられたとしている。
なお、輻輳しているかどうかは、帯域使用率に加えて、パケット廃棄率、モジュールの負荷、ノード遅延を元に総合的に判断することにより、より精密な判定が可能となるが、これらについては本発明の範囲としない。
【００２４】
リンクが輻輳しているとプラン部３３が判断すると、ストリーム迂回アルゴリズムにより、アクチュエータ部３２に指令して二つのモジュール間に光ＡＤＭ装置を介して光パスを設定し、任意のモジュール間を論理的に直接接続する。プラン部３３は波長制限の範囲内でストリームの迂回を行う。
ストリーム迂回アルゴリズムの一例を図１２に示すフローチャートで説明する。
始めに、リンクＸ上の帯域使用率が７０以上であると（ステップ１５１）、リンクＸで、トラフィックが最大の最大トラフィックストリーム（ストリームＸｓｍａｘ）を調べ（ステップ１５２）、ストリームＸｓｍａｘの始点ノードと終点ノードの間の迂回回線上に空き波長があるか否かを判断する（ステップ１５３）。
ステップ１５３でＹｅｓの場合は、アクチュエータ部３２に指令し、ストリームＸｓｍａｘを迂回回線へ迂回させる（ステップ１５６）。
ステップ１５３でＮｏの場合は、トラフィックが、ストリームＸｓｍａｘのトラフィックよりも小さいストリームＸｏｆｆが迂回回線上にあるか否かを判断し（ステップ１５４）、ステップ１５４でＮｏの場合には処理を終了する。
ステップ１５４でＹｅｓの場合は、アクチュエータ部３２に指令し、ストリームＸｏｆｆを通常回線経由に戻し（ステップ１５５）、ストリームＸｓｍａｘを迂回回線へ迂回させる（ステップ１５６）。
【００２５】
〈バーストトラフィックヘの対処〉
輻輳を発生させるほどのトラフィックを持つ単一ストリームであり、なお、かつトラフィックの発生期間が比較的短いと予想されるとき、これをバーストトラフィックという。また、このバーストに対処する光パス用の波長をホットスタンバイと呼ぶ。
急激なトラフィックの変化をモジュール監視部３１が検出すると、プラン部３３に報告する。その報告を受けてプラン部３３は、バーストトラフィックが発生しているか否かを判断する（ステップ１３６）。
その変化が、バーストトラフィックであるかどうかの判定は、プラン部３３が運用指針とそれ以前の学習結果に基づいて行う。
例えば、ｆｔｐプロトコルを用いた１ストリームのデータ転送の持続時間が３０秒以内であり、回線の６０％以上の帯域を使っている場合にバーストトラフィックと見なすような運用指針が与えらえていたとしよう。
プラン部３３は、発信元と送信先の情報をキーとして過去のトラフィック履歴を調べる。そのストリームが、ｆｔｐプロトコルを使用している場合、転送の持続時間がいつも３０秒以内に終了していると判明すれば、プラン部３３はバーストトラフィックと判断する。
【００２６】
ステップ１３６でＹｅｓの場合には、バーストトラフィック用迂回回線が設定済みか否かを判断し（ステップ１３７）、ステップ１３７でＮｏの場合は、バーストトラフィック用迂回回線を設定する（ステップ１３８）。
即ち、プラン部３３は、アクチュエータ部３２に指令して、ホットスタンバイ用に予約された波長を使ってトラフィックを迂回させるようにし、輻輳を避ける。
バーストがなくなれば、プラン部３３は、光パスを速やかに解除して次のバーストトラフィックに備える。
即ち、ステップ１３６でＮｏの場合は、バーストトラフィック用迂回回線が設定されているか否かを判断し（ステップ１３９）、ステップ１３７でＹｅｓの場合は、バーストトラフィック用迂回回線の設定を解除する（ステップ１４０）。
【００２７】
［実施の形態の変形例：二重リング］
前述したように、前述の実施の形態１では、光リング中の光の進む方向はどちらか一方向であるため、光パスは往復が一致していない。
インターネットに於いては、行きのトラフィックが経由するノードと、帰りトラフィックが経由するノードが一致している必要がないため、通信そのものは、本アーキテクチャでも間題はない。
しかし、往復の経路が異なることにより、光パスの管理が複雑になってしまう。
そこで、図１３に示す例のように、各々のモジュール（１ａ〜１ｈ）に、１個の光ＡＤＭ装置を追加し、光ファイバリングを複数束ねることにより、ファイバ束を流れる光の往復の経路を一致させることができる。
例えば、図１３に示すモジュール１ｄからモジュール１ｇへは、太線で表した光リング（光ファイバ）１１ａの中を、モジュール（１ｅ，１ｆ）を通ってトラフィックが運ばれ、モジュール１ｇからモジュール１ｄへは、細線で表した光リング１１ｂを、モジュール（１ｅ，１ｆ）を通ってトラフィックが運ばれる。
なお、制御の簡便さとコストのトレードオフとなるため、このアーキテクチャを選ぶかどうかは総合的に判断する必要がある。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）本発明によれば、光ＡＤＭ装置と、電気スイッチを組み合わせたモジュールを用いてスイッチクラスタを構成することにより、従来の電気スイッチ単体の性能を上回る交換容量を持つスイッチを実現することが可能となる。
（２）本発明によれば、大規模なパケットスイッチにおいて、モジュールを追加することによって、より多くの通信端末を接続することが可能となる。
このとき、予め余剰設備を配置する必要がないため、スケーラビリティの高いスイッチを実現することが可能となる。
（３）モジュール間の光による接続は光ＡＤＭ装置により、単一の光ファイバを媒体に、複数の波長を使うことで接続することを基本とするため、接続部分をシンプルにすることが可能となる。
（４）本発明によれば、いくつかの波長をホットスタンバイとすることで、定常的なトラフィックの偏りのみならず、バーストトラフィックのようなトラフィック変動にも対処することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のスイッチクラスタで使用されるモジュールの一例の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態のスイッチクラスタの概略構成を示す模式図である。
【図３】図２に示すスイッチモジュールの概略構成を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態のスイッチクラスタの実装構造を示す概略斜視図である。
【図５】図２に示す制御装置の機能構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示すモジュール監視部における、プラン部への報告時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図７】図５に示すモジュール監視部における、統計量を算出する時の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】図５に示すアクチュエータ部における、プラン部からの迂回／切り戻しの指示があった時に処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】図５に示すアクチュエータ部における、プラン部からの迂回／切り戻しの指示があった時に処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】図５に示すプラン部の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１１】図５に示すプラン部が作成するリンク毎のストリーム別使用帯域表の作成方法を説明するための図である。
【図１２】図５に示すプラン部がリンクが輻輳している判断した場合の、プラン部の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施の形態のスイッチクラスタの変形例の概略構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１…電気スイッチ、１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈ…スイッチモジュール、２…光スイッチ、３，３ａ，３ｂ…アップリンク回線、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈ…通常回線、５ａ…光リングヘの光出カインターフェイス、５ｂ…光リングからの光入カインターフェイス、６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ…通信端末用回線、７…一次制御装置、８ａ…電気スイッチ１ヘの制御線、８ｂ…光スイッチ２ヘの制御線、９，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ…スイッチクラスタ本体の制御装置への制御線、１０…スイッチクラスタ、１１，１１ａ，１１ｂ…光リング、１２…光スイッチファブリック、１６…スイッチクラスタ本体の制御装置、２０…シャーシ、２１…バックプレーン、３１…モジュール監視部、３２…アクチュエータ部、３３…プラン部、３４…データベース、３５…オペレータ操作部、３６…ＮＥ管理端末。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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