Thesis or Dissertation 光スイッチングネットワーク構成技術の研究

三澤, 明

2016-03-24
Description
近年,インターネット上での多様なサービス普及によりトラヒックは急激に増えている.新しいサービスや事業者の登場のたびに,トラヒック増加だけでなく,そのトラヒック需要の分布が大きく変わる.そのため,キャリアネットワークの通信設備には,加入者増による長期的なトラヒック需要に対応する大容量化だけでなく,トラヒック需要分布の変動へも即応できるネットワークの柔軟性が求められている.これを実現するため,その時点で使用可能な通信設備を最大限利用して,通信需要トラヒックのパターンに合わせたネットワークを再構築できれば,新サービスによるトラヒック需要分布の変動や大規模災 害罹災時にもネットワークの可用性を高めることができる.本研究は,低消費電力化・高速大容量化に加え,需要に応じて帯域や方路を変更できるネットワークを提供するため,光パケット多重,光バースト多重技術と波長多重を用いたスイッチ技術をベースとした光スイッチングネットワーク構成技術を示した.以下に本論文の構成を示す.第1章では,研究の背景となるキャリアネットワークへの大容量化と可塑性という要求条 件を概説し,コアバックボーンやメトロ網での光スイッチング技術への期待を示した.第2章では,パケットスイッチの論理的構成モデルとトラヒック特性を明らかにし,波長多重技術など光技術の特徴を生かした光パケットスイッチ構成法を示した.パケットスイッチの構成としては,一つの大規模スイッチにバッファを組み合わせた集中型構成とサブスイッチシステムをネットワーク的に組み合わせたネットワーク型構成がある.集中型構成システムを組み合わせて,更に大規模なネットワーク型システムを構成できるため,基本構成となる波長多重を利用する集中型構成に着目した.システムの要素であるバッフ ァの位置により,入力バッファ型,出力バッファ型,ノックアウト型,入出力バッファ型などの論理構成とそのトラヒック特性を示し,バッファや波長チャネルセレクタなど構成要素の組み合わせにより,様々な波長多重パケットスイッチが構成できることを示した.第3章では,波長多重を用いたパケットスイッチングの実装構成を示した.波長分配選択型パケット スイッチは,光ファイバ遅延線バッファを用いることを特徴とし,制御が簡単でスループットも高いが,スイッチ規模が大きくなるほど,光ファイバ遅延線のハード量が大きくなる.この遅延線型バッファはタイムアウトによりパケット損失が起こるため,従来のメモリ型によるオーバーフローのよるパケット廃棄率と比較し,トラヒックモデル解析により必要なバッファサイズを示した.波長多重ノックアウトスイッチは,出力部に 複数出力ポートを持つ可変波長フィルタを用いることが特徴である.この可変波長フィルタで用いる光ゲートのハード量を削減する構成方法を示した.入出力型波長多重パケットスイッチは,入力バッファへのACKのフィードバック制御に波長ルータを用いる構成を示した.このような波長多重パケットスイッチの光通話路実装においては,構成デバイスに波長や偏波依存性による損失利得の差があるため,通過する経路により損失の等化が必要である.また,経路の差や環境温度の変化などにより伝播時間にも差があるため,光通話路の等長化も必要である.スイッチの大規模化や転送信号高速化に従い,完全な利得・損失の等化や等長化することが難しい.これを解決するため,パケット毎に時間同期を行うとともに,マンチェスタ符号受光器を用いることで,光の強度レベルが異なる光パケットを安定的に受信し,復号することが可能なことを示した.また,波長チャネルセレクタの構成では,様々な波長多重光から任意の一波を選択する回路が必要であるが,波長ルータと光ゲートの組み合わせで,波長多重光のままゲートすることでアクティブデバイスである光ゲート数を削減できることを示した.この構成において,損失レベルを等化するため,中心ポートから遠くなるほど損失が大きくなる波長ルータの特性を用いて損失を均一化する手法を示した.このとき同じ光信号を分岐するために,光ゲートの漏れ光がコヒーレントクロストークとして作用する光ゲートの消光比を大きくし,マンチェスタ符号受光器により,この影響のペナルティを軽減した.このように,光バッファ,波長チャネルセレクタの実装構成方法ならびに損失,利得を等化するための手法に加え,マンチェスタ符号受光器での変動耐性に強い要素技術を組み合わせることで,波長多重パケットスイッチが安定したシステムとしての動作ができること をプロトタイプシステム実験により示した.第4章では,メトロ集線網での加入者トラヒック集線処理を効率化するため,プロトコル処理を行う高位レイヤ資源再分配に仮想エッジのライブマイグレーションを用い,物理的接続に用いる共有リングでの帯域の資源再分配に光バースト転送を適用する高速帯域割当 制御方式の構成を示した.双方向に光バースト信号を用いる光スイッチング方式では,資源割当の計算時間を高速にするため,ライブマイグレーションする仮想マシンを一部に制限し,事前の切替先パスも制限することで資源の有効利用と高速帯域割当を実現できることを示した.波長分配選択と光バーストを組み合わせた方式では,複数の波長パスを同時に選択できる光スイッチング構成により,ライブマイグレーション前に事前にパスを準備することによりインサービスでマイグレーションできることを示した.第5章では,本研究を総括し,結論及びコンボの展望を述べた.光パケットスイッチによりバックボーンでのより光レイヤでの柔軟なネットワークの構築が可能であること,又,メトロ網において,エッジの仮想化と光バースト転送による動的帯域割当が高速に制御可能であることを明らかにした.今後は,これらのスイッチング技術と既存ネットワー ク装置との連携によるネットワーク方式の検討が必要である. 本学位論文は,トラヒック需要の変動に即応するため,光転送レイヤでの可変帯域を提供するため光パケットや光バースト転送を利用した光スイッチングシステムの実現に貢献しようとするものであり,波長多重技術を用いた光スイッチングシステムが有効な手段となりうることを結論するものである.
112p
Hokkaido University(北海道大学). 博士(工学)
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