5. 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

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・高信頼光パスネットワークがその中心技術になると考えられ，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を用いた大規模かつ分散制御型の光パスネットワークやフォトニックパケットスイッチネットワークも十分に考えられる．本研究テーマでは，これらの点に着目した研究を進めている．

5.1 光パスネットワークに関する研究

5.1.1 論理トポロジー制御のためのトラヒックマトリクス推定手法に関する研究（NTTネットワークサービスシステム研究所との共同研究）

トラヒックを効率的に収容する方法として，IP/光ネットワーク上で，光パスによって構築される論理トポロジ（VNT）を動的に再構成する手法の研究が進められている．しかしながら，VNT を適切に再構成するためには，対地間のトラヒック量を把握することが必須であるが，ネットワークの規模が大きくなるとともに，すべての対地間トラヒック量を測定することは困難となる．そのため，リンク負荷などの一部の測定情報から対地間トラヒック量を推定するトラヒックマトリクス推定手法の適用が望まれるが，トラヒックマトリクス推定を考慮に入れていない従来のVNT 再構成手法では，推定誤差の影響を大きく受ける．下記論文では，トラヒックマトリクスを直接観測できないような状況においても，観測されたリンク使用率を元に，トラヒックマトリクスの取りうる範囲を求め，その範囲内のトラヒックマトリクスすべてを考慮にいれることにより，推定誤差の影響を受けずに，マルチレイヤTEを行う手法を導入する．また，TE に影響を与える一部の対地間トラヒックを観測対象として選択・観測することにより，リンク使用率の観測結果が少ない場合であっても，適切な論理トポロジ・経路の設計を行うことができる手法を提案する．シミュレーションにより，提案手法が，正確なトラヒックマトリクスが把握できない場合であっても，適切に観測対象の対地間トラヒックを選択し，最大リンク使用率を削減する論理トポロジ・経路を設計できることを示した．

[関連発表論文]

5.1.2 フォトニックインターネットにおける論理トポロジ制御手法に関する研究（NTTネットワークサービスシステム研究所との共同研究）

ネットワーク性能の最適化のみではなく，環境の変化に対する適応性を備えたネットワーク制御手法として，生物が未知の環境変化に適応する振る舞いをモデル化したアトラクター選択に基づく仮想網制御を提案し，その評価をおこなった．提案制御手法では，仮想網上の制約を取り入れた決定的制御とノイズ項からなる時間発展方程式により動作する．システムの状態が望ましい場合は決定的な制御によりシステムが動作し，環境変動によりシステムが望ましくない状態となった場合はノイズ項によりシステムの状態を変化させ，望ましい状態へとシステムを導く．シミュレーション評価により，提案手法がトラヒックの変動およびリンク故障などのネットワーク環境の変化に対して早く反応し，その変化に適応することを示した．アトラクター選択を用いた仮想網制御手法では，リンク利用率の改善が可能なトラヒック変動の大きさは，既存の仮想網制御手法と比較して2倍程度となり，リンク利用率改善に必要となる制御回数は既存の仮想網制御手法の十分の一程度となることを示した．また，物理トポロジが異なる場合においても同様の傾向を示している．以上の結果から，アトラクター選択を用いた仮想網制御は，より大きなトラヒック変動に対して適応的に動作し，適応性が高いことが明らかとなった．

[関連発表論文]

5.1.3 光符号分割多重技術に基づくマルチ粒度光ネットワークにおける多元接続干渉（MAI）によるサイクルアタックに関する研究（大阪大学大学院工学研究科北山研究室との共同研究）

昨年度までの研究において，ユーザに適切な粒度の帯域を提供し，波長の有効利用を図ることのできる光符号分割多重（OCDM）技術をベースとしたネットワークアーキテクチャを提案した．この技術ではOCを波長パスの最小ユニットとして用いることにより，個々のOCによる複数のチャネルを同じ波長上に多重化することができる．理想的な状況では，OCDM技術に対する多元接続干渉（MAI; Multiple access interference）は，中間ノードで完全に消去され，波長パスに沿って伝搬されたり，蓄積されたりはしない．しかしながら，透過的なOCDMに基づくネットワークにおいては，O/E変換やE/O変換が許されないため，MAIが全光ルータ等の途中ノードで全く取り除くことができない．その結果，MAIが波長パスに沿って伝搬され，さらに他の波長パスに影響を与え，ネットワークサービスの停止を引き起こすことがある．

本研究では，最初にMAIの伝搬メカニズムについて説明し，この伝搬によって発生するサイクルアタックについて述べる．動的に変化するトラフィック状況下でこのようなサイクルアタックを診断する深さ優先（DFS）アルゴリズムを用いた，簡単で直観的なアプローチを提案する．数値例からDFSベースのサイクルアタック診断アルゴリズムが効率的にそれらを検出し，advanced first-fit（AFF）発見的波長割当手法 がサイクルアタックによるブロック性能低下を軽減することを明らかにした．また，適当な波長とOCを設定することにより，AFF波長割当手法は理想的な状況に非常に近いブロック性能を提供できる．

[関連発表論文]

5.2 光パケットネットワークに関する研究

5.2.1 小容量バッファを持つフォトニックパケットスイッチネットワークに関する研究

パケット中のヘッダを識別してパケット単位のスイッチングを光領域で行う．ルーティングを行うフォトニックパケットスイッチは，現在のインターネットで広く用いられているIPパケット処理の高速化・大容量化を実現するスイッチング方式として期待されている．光パケットスイッチネットワークでは，中継ノード においてパケットの競合を回避するために，光領域でパケットを格納する光バッファが必要となる．近年，フォトニック結晶や双安定半導体レーザを用いた微小共振器構造による光閉じ込め効果を利用した光メモリの研究開発が行われているが，光メモリの集積度は電気の場合と比べる遙かに小さい．そこで，本研究では,小容量バッファを持つフォトニックパケットスイッチによって構成されたネットワークを対象とし,ネットワークのスループットを向上させるための手法を検討している．下記の論文では,エッジノード間にXCPに基づくフローコントロール機構を導入することで，必要バッファ容量が既存の研究と比較して3桁削減され，数十Kbyteとなることを示した．また，ノードにおいて回線の利用状況に応じてパケット送信間隔制御を行うことで，必要バッファ容量を10%程度削減可能であることがわかった．

[関連発表論文]