(57)【要約】【課題】電子的クロスコネクトなしで波長チャネルの数を減らし、市販のまたは出現する技術を用いて実施することができる、分岐ポイントを有するメッシュ・ネットワークにおけるグルーミング手法を提供すること。【解決手段】光通信のシステムおよび方法において、光信号は、複数の波長チャネルにおいて生成される。各光信号は、ネットワークの発信元ノードから送信先ノードへ受動的に搬送される。送信先ノードは信号波長によって決められる。少なくともいくつかの信号について、受動的搬送は、信号波長によって、信号波長がそこを通ってルーティングされる出力分岐が決められるような、ネットワークの分岐ポイントを通る搬送を含む。ある実施形態において、同じ波長を有するが異なる発信元ノードから到来する信号が、同じ送信先ノードに同時に到着するのを実質的に防止するように考案されたスケジュールに従って信号が生成される。【選択図】図２
2005328106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノードであって、光通信ネットワークによって相互接続されることにより、前記ノードのうちの少なくとも一部のノードが、前記ネットワーク上で搬送される光バーストに関して発信元−送信先ノード対として機能することができる、複数のノードと、
１つまたは複数の受動光デバイスであって、前記受動光デバイスの各々が前記ネットワークの分岐ポイントを占有し、前記受動光デバイスの各々が、光バーストを波長に従ってそれぞれの出力分岐に分類するように構成され、前記１つまたは複数の受動光デバイスがさらに、それぞれの送信先ノードについて少なくとも１つの木グラフを定義するように構成される、１つまたは複数の受動光デバイスと、
前記発信元ノードから発信される前記バーストをスケジューリングするように動作するバースト・スケジューラとを備え、
それぞれの木グラフは、特定の送信先ノードに固定され、前記ルート送信先ノードに固有の１つまたは複数の割り当てられた波長を有し、
それぞれの木グラフは、発信元ノードから関連する前記送信先ノードへの光バーストに対して許容可能な全ての経路を表し、
前記スケジューラは、同じ送信先ノードに向けられているが異なる発信元ノードから発信されたバーストをスケジューリングするように構成され、共通の前記送信先ノードへそのバーストが同時に到着するのを実質的に防止するシステム。
【請求項２】
光通信方法であって、
ａ）複数の光信号を生成するステップであって、それぞれの光信号が指定された持続期間および指定された波長を有するステップ、および、
ｂ）ネットワークの発信元ノードから前記信号波長で決まる送信先ノードへそれぞれの光信号を受動的に搬送するステップを含み、
ｃ）前記ネットワークが２つ以上の出力分岐を有する少なくとも１つの分岐ポイントを含み、
ｄ）前記複数の信号のうちの少なくとも１つの信号について、その信号をその送信先ノードへ受動的に搬送する前記ステップは、前記ネットワークの少なくとも１つの分岐ポイントから、前記信号波長で決まる出力分岐を介して前記信号を搬送するステップを含み、
ｅ）前記光信号を生成するステップおよび前記光信号搬送するステップは、異なった信号波長を有する少なくとも２つの異なった光信号が、共通発信元ノードから異なる送信先ノードへ送信されるように実行される光通信方法。
【請求項３】
前記複数の光信号はスケジュールに従って生成され、前記スケジュールは、同じ波長を有するが異なる発信元ノードから到来する信号が、同じ送信先ノードに同時に到着するのを実質的に防止するように工夫されている請求項２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つの分岐ポイントにおいて、同じ波長を有する前記複数の全ての出力信号は共通の出力光ファイバ上で合成される請求項２に記載の方法。
【請求項５】
２つ以上の入力ポートを有する少なくとも１つの分岐ポイントにおいて、同じ波長を有する前記複数の全ての出力信号は共通の出力光ファイバ上で合成され、
指定された波長を有する少なくとも１つのさらなる光信号は、入力ポートを介して前記分岐ポイントに入り、出力光ファイバ上に受動的に誘導され、
前記波長および前記入力ポートによって、前記さらなる光信号のための出力光ファイバの選択が共同して決定される請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記受動的な搬送は、それぞれの光信号が、前記関連する信号波長と関連づけられるトポロジカルな木を通る経路を通過するように実行され、前記関連する発信元ノードは前記木のリーフを構成し、前記関連する送信先ノードは前記木のルートを構成する請求項２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々の発信元からの信号が光学的にグルーミングされて（ｇｒｏｏｍｅｄ）、リンク上のチャネル容量を費用効果的な方法で使用するようにする種類のＷＤＭ光ネットワークに関する。
【背景技術】
【０００２】
全光（ａｌｌ−ｏｐｔｉｃａｌ）ＷＤＭネットワークについてよく知られている１つのアーキテクチャにおいて、発信元ノードと送信先（ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ）ノード間の各要求によって、その発信元−送信先ノード対の間にエンドツーエンド経路を構成するリンクの全ての上で一意である専用波長チャネルが得られる。こうしたネットワークを介した光搬送は、相互接続が光領域でのみ実行されるため、比較的単純である。しかし、こうしたネットワークについてのネットワーク要素の費用は比較的高い。その理由は、波長チャネルが概して非効率的に使用されているため、また、比較的多くの波長（大まかには、送波を発生し、受信することができるネットワーク・ノードの数の二乗）に対してネットワーク要素を設けなければならないためである。
【０００３】
ある場合、特にコア・ネットワークにおいて、このタイプのネットワークは、波長チャネルのほとんどが、ネットワークの全帯域幅容量のかなりの部分まで利用される場合、経済的に可能である。しかし、通常のエンドツーエンド要求が、波長チャネルで利用可能な全帯域幅の少しの部分しか満たさないということがしばしば起こるであろう。こうした場合、このタイプのネットワークの経済的な可能性は不利となる傾向にある。
【０００４】
種々の多重化技法を使用して、ネットワークの指定されたリンク上の指定された波長チャネルの利用を増やすことができる。たとえば、トラフィック・グルーミングとして知られる技法において、１つまたは複数の共通リンクを介してルーティングされた、本質的に異なる（ｄｉｓｐａｒａｔｅ）トラフィック・ストリームは、その第１の共通ノードで電子的に多重化され、単一波長チャネル上を集成（ａｇｇｒｅｇａｔｅ）信号として搬送される。集成信号は、ストリームがそこか、またはそこの近くで分岐するダウンストリーム共通ノードに達した時に逆多重化される。
【０００５】
トラフィック・グルーミングは、有用ではあるが、クロスコネクトにおいて光−電子変換を必要とするため、ネットワーク用の機器の費用を増加させる傾向があり、クロスコネクトは概して、比較的多くの入力および出力を必要とする。すなわち、クロスコネクトは、必要な多重化および逆多重化機能を行うのに十分な細分性（ｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙ）を有しなければならない。したがって、トラフィック・グルーミング・ネットワークの設計者は概して、効率と費用のトレードオフに直面するであろう。
【０００６】
波長チャネルをより効率的に利用する別の手法は、光バースト・スイッチング（ＯＢＳ）によって提供される。ＯＢＳにおいて、光信号は、バーストごとに光クロスコネクトの入力ポートから出力ポートへ切り換えられる。言い換えると、波長は、短い期間の間のみエンドポイント間で確立され、中間ノードで切り換えられる。ＯＢＳの１つの短所は、商業的に可能なネットワークにおいて、光信号が約数マイクロ秒以下の切り換え時間を有することである。こうしたスピードを得ることができる市販のスイッチング技術はほとんどないかまたは全くない。さらに、ＯＢＳは大型のクロスコネクトに対しては十分にスケーリングされない。
【０００７】
一般的に、知られているグルーミング手法のさらに別の欠点は、グルーミング手法が、スイッチングのタイプおよび適応機能の数を増やす追加のネットワーク層を伴うことである。結果として、これらの追加の機能は、全体のネットワーク費用を増加させる傾向がある。
【０００８】
上述した問題のいくつかを克服する、リング・ネットワーク上での全光送信用の新しい方式は、米国特許出願第１０／４１１，０３９号「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｗｉｔｈ  Ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｇｒｏｏｍｉｎｇ」に記載された。しかし、少なくとも１つの分岐ポイントを有するメッシュ・ネットワークの環境で上述の問題を克服する必要がやはり残っている。
【特許文献１】米国特許出願第１０／４１１，０３９号
【非特許文献１】D.M.Marom著「Wavelength-Selective 1×4 Switch for 128 WDM Channels at 50 GHz Spacing」Post-Deadline PaperFB7, Optical Fiber Conference OFC2002, Los Angeles, 2002
【非特許文献２】S.Rubin等著「Implementation of ultrafast widely-tunable burst-mode 10 Gbit/s transceiver」Electronics Letters 38 (Nov. 2002)1462-1463
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、特に、電子的クロスコネクトなしで波長チャネルの数を減らし、市販のまたは今後出現する技術を用いて実施することができる、分岐ポイントを有するメッシュ・ネットワークにおけるグルーミング手法がいまだ必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
先に引用した、米国特許出願第１０／４１１，０３９号「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｗｉｔｈ  Ｓｕｂｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｇｒｏｏｍｉｎｇ」は、リング・ネットワーク上での全光送信用の新しい方式を記載している。本願の発明者等はこの方式をＴＤＭ−ＷＤＭリングと呼ぶ。ＴＤＭ−ＷＤＭリングにおいて、特定の波長チャネルまたはチャネルのセットが各送信先ノードに割り当てられる。発信元ノードは、種々の送信先ノードに、たとえば、波長可変レーザを介して断続的に送信する。所与の送信先ノードへの各送信は、送信が発生したノードに関係なく、割り当てられた波長チャネルにおいて行われる。
【００１１】
本願発明者等は、少なくとも１つの分岐ポイントを有するメッシュ・ネットワークの環境で、ＴＤＭ−ＷＤＭリングの利点を享受することを可能にするネットワーク・アーキテクチャを開発した。こうした環境で、ノードが２つ以上の出力ポートを有し、出力ポートのそれぞれが異なる下流ノードに向けられている場合、ノードはネットワークの「分岐ポイント」を占有する。こうしたネットワークの特別な場合として、たとえば、スター型ネットワークおよびハブ型ネットワークが含まれる。本発明者等は、新しいアーキテクチャを時間領域インターリーブド・ネットワーキング（Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ  ＮｅｔＷｏｒｋｉｎｇ  ＴＷＩＮ）と呼ぶ。
【００１２】
本発明者等の新しいアーキテクチャにおいて、所与の各発信元から所与の各送信先へのルーティングは、波長割り当て、および、割り当てられた各波長に対する事前に割り当てられたグラフ（「木」と呼ぶ）によって決められ、そのグラフは、発信元の各ノードからその波長に割り当てられた送信先ノードまでに通過すべき一種のリンクを指定する。次に、木は、波長選択性クロスコネクト（ＷＳＣＣ）、特に、共通入力波長を共通出力ファイバ上に合成（ｍｅｒｇｅ）させるクロスコネクトによって実施されるのが有利である。この点に関して、１×Ｋスイッチを用いて実施することができるＷＳＣＣは特に有利である。
【００１３】
波長の割り当ておよび木は、たとえば、要求パターンを変えることによって、指示された変更を受ける。しかし、こうした変更は通常、光スイッチング時間よりずっと長い期間、通常、何分、何時間、何日またはそれより長い期間にわたって起こるであろう。この点に関して、通常の光スイッチング時間は、波長可変レーザのスイッチング時間であるであろう。
【００１４】
本質的に異なる発信元から共通送信先への送信が衝突するのを防ぐために、各発信元ノードからの送信は、制限された長さのシーケンス（本明細書では光バーストと呼ばれる）にパックされるのが有利である。バーストは、衝突を回避するようにネットワークにわたってスケジューリングされる。
【００１５】
とりわけ、本発明者等のアーキテクチャにおける光バーストは、その発信元ノードからその送信先ノードへ受動的に搬送される。「受動的に搬送される」とは、ルーティングが、ルーティングの働きをするハードウェア要素の状態を変化させずに、バースト自体の固有の物理的特性によって達成されることを意味するグルーミング手法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、電子クロスコネクトなしで、電子的クロスコネクトなしで波長チャネルの数を減らし、市販のまたは出現する技術を用いて実施することができる、分岐ポイントを有するメッシュ・ネットワークにおけるグルーミング手法を提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、１つの全波長チャネルが各発信元−送信先ノード対に専用であり、１０のレーザが必要とされる、いわゆる「１対１」光ＷＤＭリング・ネットワークを概略的に示す。教育的な目的で、示されるリングは、５つの双方向リンクによって相互接続された、５つのノード１０．１〜１０．５のみに限定した。各リンクは、３つのサブリンクに細分され、それぞれがリンク上の１つの全波長チャネルに対応しているように示された。図において、各サブリンクの陰影部は対応する波長チャネルを示す。
【００１８】
次に、サブリンク２０．１は、ノード１０．１をノード１０．２に接続し、サブリンク２０．２〜２０．５はそれぞれ、同様に、１つの隣接するノード対に接続する。サブリンク３０．１Ａおよび３０．１Ｂは、同じ波長チャネルに対応し、ノード１０．１をノード１０．３に接続する。同様に、３０．２Ａ／３０．２Ｂ〜３０．５Ａ／３０．５Ｂは、単一波長チャネルに対応し、１つの非隣接ノード対に接続する。
【００１９】
図１に示すような構成は有用であるが、ある種の非効率性を有する。その理由は、全波長チャネルが、全ての発信元−送信先対に割り当てられなければならず、発信元−送信先対には、その要求がせいぜい割り当てられたチャネルの容量の少しの部分にしかならない発信元−送信先対が含まれるからである。結果として、ネットワークの費用は、十分に利用されていない波長チャネルを維持する、光源、たとえば、レーザ、および光アド・ドロップ要素などの十分に利用されていない部品によって押し上げられる。波長を再利用することによって、通常は、電気的なグルーミング技法を適用することによって、より高い効率を達成することができるが、これらの技法は一般に、少なくともあるノードでは、光学的領域から電気的領域への変換およびその逆を必要とし、そのことが機器の費用を増やす。
【００２０】
対照的に、図２は、ＴＷＩＮの単純な例が実施された同様なリングを示す。図２のノードは、先の図と同様に同じ参照番号が与えられている。図１の双方向リンクと対照的に、図２のリンクは、単純化するために単方向リンクとして示されている。図に示すように、各リンクは、４つのサブリンクに細分され、それぞれが対応する波長チャネルを示すように陰影をつけられている。各送信先ノードは、図の陰影付けによっても示されるように、波長チャネルの１つと連結している。
【００２１】
図に示すように、ノード１０．１への全ての送信は、サブリンク４０．１Ａ〜４０．１Ｄからなる経路の一部または全てを使用する。同様に、ノード１０．２への送信はサブリンク４０．２Ａ〜Ｄを使用し、ノード１０．３への送信はサブリンク４０．３Ａ〜Ｄを使用し、ノード１０．４への送信はサブリンク４０．４Ａ〜Ｄを使用し、ノード１０．５への送信はサブリンク４０．５Ａ〜Ｄを使用する。
【００２２】
図１を調べると、図１に示すリングで使用される波長チャネルの全部の数が１０であり、５つが隣接ノードの接続用であり、５つが隣接しないノードの接続用であることが明らかであろう。ノードの光源として固定波長のレーザが使用される場合、２０のそのようなレーザ、すなわち、各方向に１０のレーザを必要とする。対照的に、図２のリングは、５つの波長チャネルのみ、すなわち、各送信先ノードについて１つを使用する。５つの波長可変レーザは、図２のリングに対する光源として十分であろう。
【００２３】
図３は図２のノード１０．１についての木を表す。送信先、すなわち、ノード１０．１は、本明細書では図の上部に示されている木のルートにある。他のノードのそれぞれからノード１０．１への送信は、図に示す一連のノードを介して（もちろん一連の相互接続リンクを介して）（図に示すように）上に進む。他のノードのそれぞれについて同様の木が存在する。
【００２４】
上述したように、ＴＷＩＮはリング・ネットワークに限定しないが、代わりに一般に光ネットワークに適用される。さらなる例示によれば、図４は、リング・ネットワークではない単純化した光メッシュ・ネットワークを示す。図で見られるように、図に示すネットワークは、説明の目的で三角形の頂点にある、３つのノード５０．１〜５０．３および三角形の中心にある第４ノード５０．４を有する。ＴＷＩＮの基本概念によれば、４つのノードはそれぞれ、適切なノードにつながれているように示すペナントの陰影付けによって図で示される、割り当てられた波長チャネルを有する。
【００２５】
可能性のある種々の送信先ベースの木グラフを示すことのみを意図している、図４のネットワークについてのルーティング方式が考案された。ルーティング方式は、最適性（ｏｐｔｉｍａｌｉｔｙ）すなわち、実際に実用性を考慮することなく考案された。ルーティング方式は、各リンクを１つ、２つ、または３つのサブリンク（それぞれは波長チャネルに対応するように陰影付けされている）に細分することによって、図に示されている。
【００２６】
図を見ると、ノード５０．２〜５０．４のそれぞれがノード５０．１に直接送信することがわかるであろう。この構成は図５Ａの木に図示されている。さらに図４を見ると、ノード５０．４のそれぞれがノード５０．２に直接送信するが、ノード５０．１および５０．３がノード５０．４を通してのみノード５０．２に送信することがわかるであろう。この構成は図５Ｂの木に図示されている。さらに図４を見ると、ノード５０．１および５０．４がノード５０．３に直接送信するが、ノード５０．２がノード５０．１を通してのみノード５０．３に送信することがわかるであろう。この構成は図５Ｃの木に図示されている。最後に図４を見ると、ノード１０．１〜１０．３が、シーケンス１０．３から１０．２から１０．１から１０．４に従って、ノード１０．４に直接送信することがわかるであろう。
【００２７】
一般に、多くの異なる木が、所与のネットワークの各送信先ノードに対して可能であるであろう。ネットワーク設計者が適切な木を選択するのに役立つ種々のアルゴリズムが利用可能である。特に、任意所与のネットワークの任意所与の送信先ノードに対して、最小スパンの木または最短経路の木を容易に特定するであろうアルゴリズムを利用可能である。木はまた、ネットワークの故障の可能性を考慮する冗長性を有して設計されることができる。
【００２８】
上述したように、再環境設定を可能にするために、ノードの一部または全てに波長選択性クロスコネクト（ＷＳＣＣ）を取り付けることによって、木を実施することが有利である。これらのＷＳＣＣが、共通入力波長を共通出力ファイバの上に合成するさらなる機能を行うこともまた有利である。ＷＳＣＣが１×Ｋ波長選択性スイッチを用いて実施される場合、費用に関する大きな利点が達成される。
【００２９】
図６は合成を伴うＷＳＣＣの単純化した略図である。図でわかるように、ＷＳＣＣはＫの入力ポート６０．１〜６０．Ｋ（Ｋは正の整数）を有する。入力ポートのそれぞれにおいて、信号は、種々の発信元ノードから、かつ種々の波長チャネルにおいて到着することができる。図に示すように、Ｋの入力ノードの全てからの到着信号の全てはまず、受動コンバイナ（ｃｏｍｂｉｎｅｒ）７０で結合される。
【００３０】
受動コンバイナ７０から、結合した信号は導波媒体８０上に出力され、導波媒体は結合した信号を波長選択性スイッチ９０に送出し、波長選択性スイッチは、図６では１×Ｋとして示されているが、出力の数は必ずしも入力ポートの数Ｋに等しい必要はないことに留意すべきである。
【００３１】
波長選択性スイッチ９０はＫの出力ポート１００．１〜１００．Ｋ（Ｋは正の整数）を有し、全ての入力波長チャネルを適切な出力ポートに独立にルーティングすることができる。これらの出力ポートのそれぞれを出る信号のストリームは一般に、種々の発信元ノードからの信号を含むが、所与の出力ポートを出る全ての信号は、単一波長チャネル、または、より一般的には、他の出力ポートと連結した、同じセットから離れた波長チャネルのセット内にあるであろう。したがって、各波長チャネルにおける到着信号は、その波長チャネルに対応する単一出力ポートを出る信号のストリームに合成させられる。
【００３２】
ある場合には、たとえば、経済的な因子が１つまたは複数の波長を複数の送信先で再使用しなければならないことを指示する時、部分的にのみ合成すること、すなわち、所与の波長の一部ではあるが全てではない信号を単一出力ポート上に合成することが有利であるであろう。
【００３３】
図７は、部分的な合成を伴うＷＳＣＣの単純化した略図である。図には、Ｋの入力ポート６０．１〜６０．ＫおよびＫの出力ポート１００．１〜１００．Ｋが示される。以下で説明されるように、追加の入力および出力ポート（図示せず）が存在してもよい。図６の構成に対して、受動コンバイナ７０および波長選択性スイッチ９０の位置は逆になっている。結果として、単一波長選択性スイッチの代わりに、ここでは、各入力ポートについて１つの波長選択性スイッチが存在する。したがって、図には、Ｋの波長選択性スイッチ９０．１〜９０．Ｋが示されている。同様に、単一受動コンバイナの代わりに、ここでは、各出力ポートに対応する１つの受動コンバイナが存在する。図に示すように、Ｋのコンバイナ７０．１〜７０．Ｋが存在する。
【００３４】
図７に示すように、所与の入力ポート６０．ｋ（ｋ＝１，…，Ｋ）からの入力ストリームは、波長選択性スイッチ９０．ｋによって、波長に応じてＫ−１の別個のストリームに分割される。図に示す例示的な構成において、スイッチ９０．１〜９０．Ｋ−１を出る所与の波長、たとえば、ｊ番目の波長（ｊ＝１，…，Ｋ−１）に対応するストリームは、受動コンバイナ７０．ｊに誘導され、受動コンバイナは、ストリームを合成し、出力ポート１００．ｊに誘導する。
【００３５】
図でわかるように、同じことがスイッチ９０．Ｋを出る、いくつかの単一波長ストリームに当てはまる。しかし、Ｋ−１番目の波長に対応する、出力ポート１１０．Ｋ−１を出るストリームは、受動コンバイナ７０．Ｋ−１内に合成されず、代わりに、受動コンバイナ７０．Ｋ内に合成される。受動コンバイナ７０．Ｋ内に、図には明確には示されていない他の入力ポートおよび波長選択性スイッチからのＫ−１番目のチャネルの出力ストリームが合成されることもできる。部分的な合成を伴う実際のＷＳＣＣにおいて、Ｋ−１番目のチャネルについて図７で示すのと同じ方法で再使用を受ける２つ以上の波長チャネルが存在することが理解されるであろう。こうした再使用される各チャネルについて、図のスイッチ９０．Ｋおよびコンバイナ７０．Ｋと同様に機能する波長選択性スイッチと受動コンバイナの１つまたは複数の組み合わせが存在するであろう。
【００３６】
受動光コンバイナを実施するための技術はよく知られており、本明細書で詳細に論ぜられる必要はない。ＭＥＭＳマイクロミラーに基づく波長選択性スイッチは実証されており、たとえば、D.M.Marom著「Wavelength-Selective 1×4 Switch for 128 WDM Channels at 50 GHz Spacing」Post-Deadline PaperFB7, Optical Fiber Conference OFC2002, Los Angeles, 2002に記載されている。
【００３７】
図８は、ＷＳＣＣ１２０およびデータ・アセンブラ（ａｓｓｅｍｂｌｅｒ）１３０を含むノードの概略的な機能図である。データ・アセンブラの機能は、通常、電気的領域で信号入力を供給する信号源１６０からの入力信号ストリームを、各送信先に応じて複数波長チャネルにわたって配信された、また、少なくともある場合にはＷＳＣＣ１２０への局所入力ファイバ１４５にわたって配信された、適切にタイミングをとった光バーストのシーケンスに変換することである。信号源１６０からの信号入力が同期フォーマットかまたは非同期フォーマットを有してよいことが、制限がないわけではないが例として留意されるべきである。通常の同期フォーマットはＤＳ−１、ＳＴＳ−１、およびＳＴＳ−３である。通常の非同期フォーマットはＩＰ、ＡＴＭ、ＦＲ、イーサネット（登録商標）、およびＳＡＮである。
【００３８】
図において、データ・アセンブラ１３０は、波長チャネルのそれぞれについてそれぞれのバッファ１９０を含むように示されている。図において、３つの例示的な波長は、それぞれ、全部ふさがった（ｆｉｌｌｅｄ）円、半分ふさがった（ｈａｌｆ−ｆｉｌｌｅｄ）円、および空いた（ｏｐｅｎ）円によって示される。各バッファ１９０は、各レーザ送信機２００に信号入力を供給しているように示されている。次に、各レーザ送信機２００の出力は、ＷＳＣＣの局所入力ファイバ１４５に光学的に結合しているように示される。
【００３９】
レーザ送信機２００に関して、可能であれば、固定波長レーザのバンクの代わりに単一の波長可変レーザを使用することが一般に好ましいであろうことが留意されるべきである。したがって、光源は、単に例示的な目的のためにレーザバンクとして図に示されており、任意の好ましい実施形態を示すものではないことが理解されるべきである。固定波長のレーザが実際に使用される時、レーザは連続的に動作するのではなく、むしろ断続的に動作するであろうこともまた留意されるべきである。すなわち、レーザは、対応する波長のバーストが送信されるべき時にオンになり、送信されない時オフになるであろう。
【００４０】
例示の目的で、ＷＳＣＣ１２０は、３つの局所入力ファイバ１４５、および隣接ノードからの６つの入力ファイバ１４０を有するように示されている。また例示の目的で、ＷＳＣＣは、隣接ノードへの６つの出力ファイバ１５０、および３つの局所ドロップ・ファイバ１５５、１５７を有するように示されている。
【００４１】
信号光源は、高速波長可変レーザであることが好ましく、それによって、レーザ送信機の全ての数が大幅に低減されることができる。（レーザは、１００ｎｓ未満のスイッチング時間を有する場合、この環境において「高速波長可変」であると考えられる。）たとえば、３つの固定レーザ２００は、ただ１つの高速波長可変レーザと置き換えることができる。本発明の環境において役立ち、１つの波長から別の波長へ、ナノ秒以下で切り換えることができる高速波長可変は市販されている。
【００４２】
本発明の少なくともいくつかの実施形態において、本明細書においてデータ通信ネットワーク（ＤＣＮ）と呼ばれる、別個のネットワーク１７０にわたるノードに対してタイミング情報および他の制御情報を配信するのが有利であろう。ＤＣＮ１７０を利用する１つの部品はネットワーク・スケジューラ１８０である。ネットワーク・スケジューラの機能は、各信号源ノードからの各波長チャネルにおいて光バースト用のタイムスロットを割り当てることである。タイミングを調整して（ａｒｒａｎｇｅ）、衝突が避けられる、すなわち、異なる信号源からではあるが共通波長チャネルのバーストが、送信先ノードに到着時に重ならないようにされなければならない。
【００４３】
わかるように、上述した木グラフを用いることによって、衝突回避の複雑さが大幅に低減される。特に、木の使用によって、送信先で衝突が起こらない場合、以前の任意の時点で衝突が起こらないであろうことが確実になる。このことは、２つのバーストが実際に中間ノードで衝突する場合、２つのバーストはその後、送信先へのいたるところで衝突するであろうという事実から当然である。
【００４４】
一般に、ネットワーク・スケジューラは、発信元−送信先ノード対のそれぞれの間の遅延時間を考慮するであろう。タイミングの問題を解決する有益な一手法が以下で述べられる。
【００４５】
再びＷＳＣＣ１２０を調べると、図に示すように、ＷＳＣＣの入力ファイバおよび出力ファイバはそれぞれ、ＷＳＣＣ内で波長シンボルのアレイ（その３つは、上述したように、全部ふさがった円、半分ふさがった円、および空いた円として明確に表示される）にファンアウトする（ｆａｎ  ｏｕｔ）。これらのシンボルはそれぞれ、ＷＳＣＣにわたって入力ファイバから出力ファイバに接続されることができる波長を表す。２、３の例示的な相互接続が、矢印によって図に示されており、接続はそれぞれ、入力側の波長シンボルから整合する出力側の波長シンボルに延びている。これらの相互接続は通常、ネットワークの保守オペレーションに特有の比較的長期の時間尺度に関して、ＤＣＮ１７０にわたって送出される信号に応答して再プログラム可能である。
【００４６】
合成機能は、所与の共通波長の入来信号を共通出力ポートに誘導することによって達成される。通常、こうした信号は、共通出力ファイバ上に出力されるであろう。
図に示すノードは、その割り当てられた波長チャネルが全部ふさがった円で表されているノードである。そのため、図は、「局所ドロップ」出力ファイバに接続されているそのチャネルにおいて４つの入来信号を示す。なお、出力ファイバ１５７に誘導された信号は、局所的に生成された信号である。こうした信号は、通信目的ではなく制御の目的で使用されることができる。
【００４７】
各発信元ノードにおいて、データ・アセンブラ１３０内で集成機能を実行することができる。すなわち、入来トラフィックの流れは、ＩＰパケットの形態でＡＴＭセル、ＭＬＰＳフレームなどに入る。所与のクライアントからのこれらの情報のユニットは、本明細書では、総称的に（ｇｅｎｅｒｉｃａｌｌｙ）「クライアント・プロトコル・データ・ユニット（ＰＤＵ）」と呼ばれる。複数のクライアントからの、所与の送信先に対するＰＤＵのグループは、単一の光バーストに集成されることができる。送信先ノードにおいて、受信された光信号は復調された後、各クライアント・ポートに転送されるために、こうした各バーストは個々のクライアントＰＤＵにカプセル解放され（ｄｅｃａｐｓｕｌａｔｅ）なければならない。この点に関して、同期信号および非同期信号について、それぞれ別個の集成機能が必要な場合があることが留意されるべきである。
【００４８】
局所的にドロップされた（ｄｒｏｐｐｅｄ）光信号を検出する受信機は図８には示されていない。各ノードにおいて、こうした受信機は、非同期にクロック駆動される種々の送信機から到着するバーストを検出し、バーストごとに（ｂｕｒｓｔ−ｂｙ−ｂｕｒｓｔ  ｂａｓｉｓ）周波数およひ位相の同期を行い、それによって、異なる波長に関して信号の受信が区別でき、時間分離できることが必要とされるであろう。この目的に適した受信機は知られており、当技術分野では「バーストモード受信機」と呼ばれる。こうした受信機は、たとえば、S.Rubin等著「Implementation of ultrafast widely-tunable burst-mode 10 Gbit/s transceiver」Electronics Letters 38 (Nov. 2002)1462-1463に記載されている。
【００４９】
同期を容易にする有益な一方法は、各光バーストに前置きをするプレアンブル（ｐｒｅａｍｂｌｅ）フィールドによる。プレアンブル・フィールドによって、受信機のシンクロナイザが、各バーストについて、送信機のビット・ストリームにロックすることが可能になる。やはり光バーストに前置きをするスタートオブバースト・デリミタ・フィールドは、ビット同期が達成されると、バーストを区切る（ｄｅｌｉｎｅａｔｅ）のに有効であろう。
【００５０】
バースト長の実際の下限は、異なるノード間で共通のタイミングがないことによって課される。好ましい実施形態において、各ノードは、通常、１００ｎｓ以下の不正確さを有するであろうＧＰＳから、その時刻（ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｄａｙ）を引き出す。こうした不正確さを補償するために、２つの隣接するバーストは一般に、不正確さと同じオーダーのガード時間間隔だけ離れているであろう。次に、バースト長は、よい効率を達成するために、ガード時間間隔よりずっと長くなければならない。一方、バースト長は、パケット化遅延が大幅に増えるほどに長くなってはならない。本発明者等が見出したことは、現在利用可能な技術を用いる場合、数十ミリ秒の範囲のバースト長が良好なトレードオフをもたらすことである。
【００５１】
例として、光バースト用のフォーマットは、ある程度の修正を伴って、規格文書ＩＴＵ−Ｔ  Ｒｅｃ．Ｇ．７０４１「Ｇｅｎｅｒｉｃ  Ｆｒａｍｉｎｇ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ  （ＧＦＰ）」Ｄｅｃ．  ２００１に記載されるＧＦＰ仕様に従うのが有利である可能性がある。１つの有益な修正は、より長いペイロードに対処できるようにＧＦＰペイロード長フィールドを拡張することであろう。別の有益な修正は、各クライアントＰＤＵがペイロード内で区分されるようにＰＤＵ長フィールドを追加することであろう。さらなる別の有益な修正は、プレアンブルおよびスタートオブバースト・デリミタを追加することであろう。
【００５２】
光バーストの送信を編成する例示的な方式において、各バーストは１つの時間スロットによって運ばれる。したがって、１つの時間スロットの総持続期間は、ペイロード持続期間、ガード時間、およびオーバヘッド持続期間の総和である。通常の時間スロットの持続期間は２〜２０マイクロ秒であり、光チャネル・レートが１０Ｇｂｐｓであり、細分性が最小のストリームがおよそ５０Ｍｂｐｓである時に好適である。時間スロットの数、通常、１５０〜２００が繰り返しサイクルにパックされる。
【００５３】
スケジューリング機能は、スロットを発信元−送信先対に割り当てるように動作し、それによって衝突が回避され、スロットの利用が最大になり、好ましくは、各発信元−送信先対について少なくともある最小の送信レートが確保される。本発明の例示的な実施形態において、分散（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ）スケジューラ（ＤＳ）は非同期トラフィックを維持し、集中化（ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ）スケジューラ（ＣＳ）は同期トラフィックを維持する。同じスロットについてＤＳとＣＳによる競合を回避するために、各サイクルは、２つの期間（トラフィックの各クラスの送信用の期間）に細分されるのが有利である。
【００５４】
有利には、各ＤＳは、所与の送信先と関連付けられ、その送信先に送出されるべき情報を有する発信元ノードの間でスケジューリングを行う。ＤＳは、発信元が送出した帯域幅要求（ｒｅｑｕｅｓｔ）を調査し、それに応答して、後続のサイクルで選択されたスロットを容認する（ｇｒａｎｔ）。要求および容認メッセージは、ＤＣＮにわたってではなく、所定帯域内で、すなわち、データ・チャネルと同じ光チャネルで送信され、その結果、情報は要求の変化に対応するのに十分迅速に交換される。
【００５５】
ＣＳは同期トラフィックのバースト送信をスケジューリングする。同期トラフィックにおいてクライアントＰＤＵは周期的に到着し、同期トラフィックに対して接続帯域は比較的一定である。したがって、ＣＳは、比較的長期の時間尺度にわたって、たとえば、秒のオーダーで、トラフィック要求マトリクスなどの適切な情報を収集し処理することができる。その結果、ＣＳは、発信元−送信先対についての所望のスロット割り当てを計算するための非常に効率的なアルゴリズムを実行することができる。こうした１つのアルゴリズムが以下で述べられる。スケジューラは、種々のノード対の間の伝搬遅延を考慮しなければならない。
【００５６】
今関心のあるスケジューリング・アルゴリズムは、バースト間の衝突を回避する問題と独立集合のグラフ理論の概念の間の関係に基づく。グラフ理論において、頂点の独立集合は、隣接する頂点対、すなわち、１つの縁によって接続された頂点対を含まない。グラフ理論は、所与の時間スロットにおける、あるノードｉからあるノードｊへの可能性のある送信に対して頂点（ｉ，ｊ）を割り当てることによって、スケジューリング問題に適用される。
【００５７】
得られるグラフの２つの頂点（ｉ，ｊ）、（ｉ’，ｊ’）は、２つの頂点が、隣接条件（ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）を満たす場合、近傍（ｎｅｉｇｈｂｏｒｈｏｏｄ）である。送信が瞬時である場合、または、ノードｉからノードｊへの送信遅延ｄｉｊが全てのｉおよびｊについて等しい場合、隣接条件が、ｉ＝ｉ’またはｊ＝ｊ’の場合に満たされる。（別途述べない限り、「または」は包括的である。）
【００５８】
ｉとｉ’の等号（ｅｑｕａｌｉｔｙ）は、禁止された衝突として扱われる。その理由は、各発信元ノードが、時間スロット当たりせいぜい１つの送信先ノードに送信する可能性があるからである。ｊとｊ’の  等号（ｉ≠ｉ’について）は、異なった発信元からの送信が同じ時間スロットにおいて共通送信先に到着するという意味で衝突を示唆する。
【００５９】
異なる（ｉ，ｊ）について、ｄｉｊが異なる場合、隣接条件はより複雑になる。本発明者等は、時間スロット添え字ｋ、ｋ＝１，…，Ｔを導入する。ここでＴはその時に指定されたトラフィック要求Ｗｉｊのほとんどまたは全てをスケジューリングするのに十分に長い。ｉからｊへの送信が時間スロットｋで始動される場合、この時、対応する頂点が添え字付けされる（ｉ，ｊ，ｋ）。
【００６０】
ｉ≠ｉ’について、共通送信先（ｊ＝ｊ’）を有し、時間スロットｋのｉから送出されたバーストが、時間スロットｋ’（ｋ＋ｄｉｊ＝ｋ’＋ｄｉ’ｊ）のｉ’から送出されたバーストと同時にｊに到着する場合、頂点（ｉ，ｊ，ｋ）および（ｉ’，ｊ’，ｋ’）は、この時、隣接条件を満たす。先に説明したように、頂点の対はまた、共通発信元（ｉ＝ｉ’）および共通初期時間スロット（ｋ＝ｋ’）を有する場合、隣接条件を満たすであろう。
【００６１】
以下で述べられるアルゴリズムのために、本発明者等はまた、実行可能性（ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ）と呼ぶ頂点特性を導入する。時間スロットｋのノードｉからの送信について、バーストが未スケジューリングであるか、または、ノードｊ行きであるバーストが、時間スロットｋ＋ｄｉｊで到着するように未スケジューリングである場合、頂点（ｉ，ｊ，ｋ）は実行可能である。第２の代替の条件は、ｋ’＝ｋ＋ｄｉｊ−ｄｉ’ｊであるような送信（ｉ’，ｊ，ｋ’）が未スケジューリングであることを意味する。
【００６２】
したがって、時間ｋにおけるノード対（ｉ，ｊ）についての実行可能性インジケータは、禁止された衝突の懸念なしで、時間スロットｋにおいてバーストをスケジューリングすることができる場合、１の値をとる。スケジューリングできない場合、実行可能性インジケータはゼロの値をとる。実行可能性インジケータを用いて、禁止された衝突を実質上防止できる。こうした環境において、「実質的な防止」とは、タイミングまたは遅延測定値の不正確さによって起こる衝突を除く全ての衝突を防止することを意味する。
【００６３】
時間スロット添え字に遅延を付加する時、各遅延ｄｉｊは、次のより高次の時間スロット・ユニットに対して丸められることが理解されるであろう。
送信の独立集合は単一時間スロット内で同時に（ｉｎ  ｃｏｎｃｅｒｔ）送出されることができる。その理由は、定義上、独立な送信は発信元または送信先で衝突しないためである。述べられるべきアルゴリズムは、２つの望ましい目標、すなわち、連続する時間スロットのそれぞれについて、スケジューリング未処理要求の可能性のある最大の独立集合を探すこと、および、その間に最大の未スケジューリング要求が残っているノード対に便宜を与える（ｆａｖｏｒ）こと、の間のトレードオフを得ようとする。
【００６４】
所望のトレードオフを達成するために、アルゴリズムは、本発明者等が、本明細書で正規化重み（ＮＷ）と呼ぶ量を参照する。時間ｋにおけるノード対（ｉ，ｊ）についてＮＷは、その対の間の未スケジューリング要求Ｄｉｊを、ノード対（ｉ，ｊ）の時間ｋにおける近傍のノード対についての未スケジューリング要求の合計で割った値である。
【００６５】
重要なことには、この合計は、所定の期間にわたって、ならびに、ノード対にわたって実行される。したがって、各時間スロットｋ’において、（ｉ，ｊ）の近傍であり、かつ、（代替の要求ではなくさらなる要求として）それに対して頂点（ｉ’，ｊ’，ｋ’）が実行可能性条件を満たすようなノード対（ｉ’，ｊ’）でそのノード対のみが数えられる。（この点に関して、（ｉ，ｊ）は、それ自身の近傍の一構成要素であると考えられる。）
ＮＷは以下の式
【数１】
2005328106.tif 000003
で表される。ここで、合計は、（ｉ，ｊ，ｋ）の近傍の頂点にわたってのみ実行され、ｆｉｊ（ｋ’）は、（ｉ’，ｊ’，ｋ’）が実行可能であれば１に等しく、実行可能でなければゼロに等しい。
【００６６】
本発明者等のスケジューリング・アルゴリズムによれば、本発明者等は、ｋ∈｛１，…，Ｔ｝について、最大のＮＷを有する実行可能性のある頂点（ｉ＊，ｊ＊，ｋ＊）をまず得ようとする。本発明者等は（ｉ＊，ｊ＊，ｋ＊）をスケジューリングし、１ユニットだけＤｉ＊ｊ＊をデクリメントする。本発明者等は、全ての要求がスケジューリングされるか、または、残っている頂点で実行可能性のあるものがなくなるまで同じ手順を繰り返す。
【００６７】
実際のネットワークにおいて、リンクの故障または他の障害に直面した時にノード対の間の接続を維持する保護方式を含むのが有利である。本発明者等は、以下で述べる、実施するのが簡単な保護方式を考案した。保護方式の実施によって、ネットワーク性能が多少落ちることが予想されるであろう。しかし、現実的なトラフィック・モデリングに基づいた数値シミュレーションが示したことは、本発明者等の方式に伴う性能低下は一般に比較的小さい。
【００６８】
本発明者等の方式によれば、全てのノード対は、２つの経路、すなわち、正常動作時に使用される主経路および故障が検出される時に切り換わるバックアップ経路、を割り当てられる。各送信先へのバックアップ経路のセットは、そのノードと関連するバックアップ木を構成するであろう。本論考は、保護が全てのノード対に与えられると仮定しているが、同様な議論は、ノード対のサブセットのみが保護される時に当てはまることが理解されるであろう。
【００６９】
主要な木に関して、バックアップ木を生成するために、種々の既知のアルゴリズムの任意のものが容易に使用される。一般に、各バックアップ経路を、対応する主要な木から離すことが最も有利であろう。それによって、少なくとも単純な障害の場合に、２つの経路の一方のみが１回故障する。
【００７０】
上述したようなスケジューリング・アルゴリズムは、主要な経路およびバックアップ経路の両方をスケジューリングするために行われる。これは、各ノード対（ｉ，ｊ）を２つのノード対（ｉｐ，ｊｐ）および（ｉｂ，ｊｂ）（それぞれは、それぞれの遅延
【数２】
2005328106.tif 000004
を有する）と置き換えることによって達成される。（通常、主要な遅延はより短い遅延である。）
【００７１】
スケジューリング・アルゴリズムを行う時、衝突に対する禁止は、主要なノード対と同様な方法でバックアップ・ノード対に当てはまる。しかし、これらの禁止は、主要な経路とその対応するバックアップ経路の間に当てはまらない。
【００７２】
正常なネットワーク動作において、全ての要求は主要な経路について実行され、したがって、バックアップ・ノード対の間でスケジューリングされるべきゼロ要求が存在するであろう。影響を受けたノード対が故障を検出する時、これらの対の間の全ての要求は、バックアップ経路に切り換えられ、それに従ってスケジューリングされるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】従来技術のＷＤＭリング・ネットワークの概念図である。
【図２】ＴＷＩＮのある種の基本概念を示すＷＤＭリング・ネットワークの概念図である。
【図３】図２のノード１０．１に対応する木のグラフの図である。
【図４】ＴＷＩＮの例示的実施形態に従って構成されたＷＤＭメッシュ・ネットワークの概念図である。
【図５Ａ】図４の各ノードに対応する木のグラフの図である。
【図５Ｂ】図４の各ノードに対応する木のグラフの図である。
【図５Ｃ】図４の各ノードに対応する木のグラフの図である。
【図５Ｄ】図４の各ノードに対応する木のグラフの図である。
【図６】波長を完全に合成した例示的波長選択性クロスコネクト（ＷＳＣＣ）の概略図である。
【図７】波長を部分的に合成した例示的波長選択性クロスコネクト（ＷＳＣＣ）の概略図である。
【図８】ＴＷＩＮの例示的実施形態に従って構成した例示的ＷＤＭメッシュ・ネットワークのノードの概略機能図である。
【図１】
2005328106.tif 000005
【図２】
2005328106.tif 000006
【図３】
2005328106.tif 000007
【図４】
2005328106.tif 000008
【図５Ａ】
2005328106.tif 000009
【図５Ｂ】
2005328106.tif 000010
【図５Ｃ】
2005328106.tif 000011
【図５Ｄ】
2005328106.tif 000012
【図６】
2005328106.tif 000013
【図７】
2005328106.tif 000014
【図８】
2005328106.tif 000015