フォトニックネットワークアーキテクチャに関する研究

近年の光伝送技術の発展には目覚しいものがあり、WDM(波長分割多重)技術やOTDM(光時分割多重)技術などに、よってネットワークの回線容量は爆発的に増大してきた。しかし、光伝送技術とネットワーキング技術はおのおの別個の歴史を持ち、インターネットに適した光通信技術の適用形態については明らかになっていないのが現状である。短期的には、高性能光パスネットワークがその中心技術になると考えられ、その点に着目した研究を行っている。さらに長期的な解としては、フォトニックネットワーク独自の通信技術も十分に考えられる。これらの点を鑑みて、それぞれの研究テーマに取り組んでいる。

1000波長WDM技術のIP over WDMネットワークへの適用効果(工学研究科北山研究室との共同研究)

次世代インターネットの基盤ネットワークとしてWDM技術にもとづいたIP over WDMネットワークが有望視されており、ノード間リンクに対してWDM技術を適用したWDMスイッチもすでに商用化されている。一方で、光クロスコネクトを用いることによって波長ルーティングを可能としたパスネットワーク技術についても研究が行われている。おそらく、IP over WDMネットワークに適したネットワーク形態を考える際には、実現可能な波長数が鍵となるであろう。本研究では、まず、1,000波長WDMの実現可能性について論じ、それをIP over WDMに適用した時に、ネットワークボトルネックがどの程度解消されるかについて数値例を用いて明らかにした。

[関連発表論文]

フォトニックインターネットにおける論理トポロジー設計手法に関する研究

次世代インターネットの基盤ネットワークとして、WDM技術に基づいたIP over WDMネットワークが有望視されている。このようなIP over WDMネットワークのアーキテクチャの一つとして物理トポロジー上にライトパスを設定することで論理パストポロジーを構築し、その上でIPパケットを転送するアーキテクチャが考えられている。しかし、従来の論理トポロジー設計手法では、主にネットワークのスループット向上を目標としており、遅延時間に関してはほとんど考慮されていなかった。しかし、WDMネットワークをIPに適用した場合、論理パストポロジーによってノード間に与えられるパスは必ずしもIPルーティングにとって最適とは言えない。そこで、本研究では、上位プロトコルがIPであることを考慮して、ノードへの負荷を軽減することでネットワークの平均遅延時間の最小化を目的とする論理トポロジー設計手法を提案した。また、論理トポロジー上でフロー偏差法を用いて経路を定めることによって、提案方式と従来方式との比較を行うとともに、経路の安定性の評価を行った。その結果、波長数が限定されている資源の場合において、提案手法による論理トポロジー設計が有効であることがわかった。

[関連発表論文]

フォトニックインターネットにおける高信頼化手法と機能分担に関する研究

IPパケットをWDM上に直接転送するIP over WDMネットワークは、次世代インターネットのネットワークアーキテクチャの一つとして期待されている。IP over WDMネットワークにおいては、WDMプロテクションを利用することで、高い信頼性を有するネットワークの構築が可能となる。しかし、信頼性の確保はIPレベルにおける経路制御においても行われている。そのため、高信頼なIP over WDMネットワークを構築するためには、両層での機能分担が重要であると考えられる。本研究では、まず初めにWDMネットワークにおけるプロテクション機能の最適化問題として定式化を行った。ただし、本研究における最適化問題では、少ないノード数あるいは、少ない波長の場合に対してのみ解くことができる。そこで、より効率的なアルゴリズムとして、バックアップパスへの波長割当問題に対して適用可能な、min-hop-firstアルゴリズムとlargest-traffic-firstアルゴリズムをあらたに提案した。評価の結果、WDM層によって信頼性を確保する場合には、min-hop-firstアルゴリズムを適用することで、使用波長数を少なく抑えることが可能となる。ただし、IP層とWDM層において信頼性制御機能を分担する場合には、largest-traffic-firstアルゴリズムを適用することにより、障害時のIPルータのトラヒック増加量を抑えることが可能となることが明らかになった。

[関連発表論文]

光バーストスイッチング技術に関する研究(工学研究科北山研究室との共同研究)

WDMを利用したデータ通信方式の一つに光バースト交換がある。光バースト交換方式では、データ発生時に送受信間に光パスを設定するため、効率的なデータ転送が可能となる。しかし、従来の波長予約プロトコルを用いた場合、その性能は経由するリンク数に大きく依存する。本研究では、波長予約プロトコルとして並列予約方式を用いる場合に、公平性が向上する同時予約波長数パラメータの決定を、解析を利用した。さらに、解析により得られるパラメータの有効性を明らかにするために、シミュレーション結果との比較評価を行った。その結果、並列波長予約方式において、グループ当たりの波長数設定に解析で得られた結果を適用することによって、データ転送要求の異なるホップ数間での公平性が向上することが示された。

[関連発表論文]

光圧縮技術を用いたフォトニックネットワークにおけるパス設計手法に関する研究

近年、OTDM方式に光パルスの圧縮/伸長技術を適用し、数Gbpsから100Gbpsの伝送容量を提供する高速な光リングネットワークによるMAN (Metropolitan Area Network) を構築することが可能になりつつある。また、WDM技術を併用することにより、各リンク上に複数コネクションを同時に設定し、さらに広帯域を利用することが考えられる。しかし、リングに接続している各ノードのパケット処理能力が劣ると、その広帯域性を十分に有効利用できない場合がある。そこで、本研究では、接続されたノード間のすべてのトラヒックを収容する場合を対象として、対象とするリングネットワークにおける最大性能を理論的に解析し、次に、任意のトラヒック要求と波長数に適応できるパス設定アルゴリズムを提案してその評価を行った。 また、リング型ネットワークにおいては、故障が発生した場合の影響が大きいことから、信頼性の高いネットワークの構築が重要とされる。そこで本研究では、光パルス圧縮/伸長技術に基づく光圧縮TDM方式を用いたリングネットワークの耐故障性を考慮した設計手法を提案した。具体的には、4種類のパス/リンク切断時の対処手法を提案し、それぞれのリングネットワークに接続された全ノード間のパスを設定するのに必要となるスロット、フレーム数の理論的下限値を導出した。それによって、各種パラメータがフレーム数、スロット数に与える影響を明らかにした。次に、信頼性を考慮したパス設定アルゴリズムを提案し、各耐故障処理手法における最適な結果を達成するパラメータ領域が存在することを示した。

[関連発表論文]

フォトニックラベル処理に基く光パケットスイッチングに関する研究(工学研究科北山研究室との共同研究)

フォトニックラベル処理によって、光パケット交換機におけるパケット処理の高速化が可能になる。本研究では、フォトニックラベル処理の適用として特に、光パケットスイッチングを対象とし、そのアーキテクチャをMPLS (Multi-Protocol Label Switching)上で実現する方策を提案している。また、非同期・可変長パケットを扱う光パケットスイッチングアーキテクチャを提案し、その実現策を詳細に検討し、その性能評価をパケット棄却率の観点から行っている。その結果、波長数を増加させる効果が非常に大きいことを示している。

[関連発表論文]