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、その点に着目した研究を行っている。

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光パスを設定することで論理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。従来の論理トポロジー設計手法では、光ファイバで多重される波長数は一定であるとしていた。しかし、波長の多重数が大きい場合には、光ファイバに光ファイバ増幅器を導入しておく必要がある。IP over WDMネットワークを対象とし、光ファイバに導入される光ファイバ増幅器を考慮した、発見的手法に基づく論理トポロジー設計手法を提案している。提案アルゴリズムを論理トポロジー上での平均遅延時間、スループットおよび必要となる光ファイバ増幅器の数を比較し、設計された論理トポロジーに必要となる光ファイバ増幅器の数が減少することを示した。また、波長の多重数と１波長当たりの伝送帯域の積が一定であるとした上で、波長の多重数の違いがネットワークの性能におよぼす影響を明らかにし、その結果、波長の多重数を上げると収容可能なトラヒック量が増加することがわかった。

[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に関する研究

WDM技術によってネットワークの伝送容量が増大するにともなって、ネットワーク機器において障害が発生した時のデータ損失量も大きくなる。そのため、障害からの復旧手法としてWDM層でのプロテクション方式が考えられている。プロテクション方式では障害発生時にあらかじめ決められたバックアップパス上にトラヒックを流して障害復旧を行う。しかし、従来のプロテクション方式に関する研究では、信頼性に関する品質（QoP: Quality of Protection）に関する研究はほとんど行われていない。本研究では、障害発生時からバックアップパスへ切り替わるまでの時間、すなわち、障害復旧に必要となる時間をQoPとして規定した。さらに、QoPの要求を考慮した論理トポロジー設計手法を提案し、提案手法を用いた場合に必要となる波長数を明らかにした。

[関連発表論文]

フォトニックネットワークにおける段階的設計手法に関する研究

これまでの多くの研究では、トラヒック量が既知であるという仮定に基づいた論理トポロジー設計が行われてきた。しかし、インターネットへの適用を考えた場合、そのような仮定は非現実的である。本研究では、IP over WDMネットワークにおいて信頼性を高めつつ、動的に変動するトラヒック要求に対応するために、プライマリ／バックアップ光パスを設定するためのアルゴリズムMRB (Minimum Reconfiguring for Backup lightpaths)を提案している。また、バックアップ光パスは障害発生時にのみ使用されるため、変動するトラヒックを収容するためにバックアップ光パスの再構成することで、より多くのプライマリ光パスを効率的に収容するための最適化問題の定式化を行っている。シミュレーションによって、提案方式の有効性を検証しており、その結果、提案手法がより多くのトラヒックを収容できることを示している。

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光バーストスイッチング技術に関する研究（大阪大学大学院工学研究科北山研究室との共同研究）

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を、近似解析を利用して決定している。さらに、近似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。

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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。しかしながら、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もある。そこで、本研究では、接続されたノード間のすべてのトラフィックを収容する場合を考え、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、任意のトラフィ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。 その上で、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つのパス/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することができた。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ている。

[関連発表論文]