JP5570026B2 - Ｅｐｏｎに冗長性を与える冗長化システム - Google Patents

Description

本発明は、ネットワークに関し、特に、ＥＰＯＮに冗長性を与えるシステムに関する。

本明細書で使用される用語は、ＩＥＥＥ８０２．３仕様書（特に１Ｇに対しては６４，６５章と、１０Ｇに対しては７６，７７章）に記載されている。ネットワークにおける冗長性の必要、特にＥＰＯＮについての必要性は、従来公知である。図１を参照すると、ＥＰＯＮにおいて、ネットワーク・プロバイダのＯＬＴ（１００，１０１）は、光ファイバネットワーク（通信チャネル１０４Ａ，１０４Ｂ，１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｎ）を介して、ユーザのＯＮＵ１０８Ａ，１０８Ｂ，１０８Ｎと通信する。パッシブ型光学スプリッタ１０６は、ＯＬＴ−０ （１００）又はＯＬＴ−１（１０１）のいずれかを使用して、ＯＮＵ１０８Ａ，１０８Ｂ，１０８Ｎと通信するる。ホスト１２４は、ＯＬＴ（１００，１０１）の構築情報（コマンド、制御、モニタリング）を提供する。様々なアーキテクチャを用いて、光ファイバネットワークの冗長性を提供する。ＥＰＯＮ通信の標準は、ネットワークの故障からの回復を行う特徴を含む。ＥＰＯＮシステムの冗長性は、第１のＯＬＴ（現用系、メインとも称する）から第２のＯＬＴ（予備系、スタンバイとも称する）への切替、あるいは第１ネットワークから第２ネットワークへの切替の際のサービスの連続性を提供する。この切替は、交互に切り替わるＯＬＴの使用と光ファイバケーブルの使用を含む。
ＥＰＯＮ：Ethernet passive optical networks
ＯＬＴ:optical line transmission equipment
ＯＮＵ:optical networking units

特許文献１は、複数の活性インターフェースのシステムを教示する。このシステムにおいて、各インターフェースは、通信ネットワークと加入者端末との間の光学信号の送受信を制御する。これらの現用系のインターフェースにより使用される制御情報は、全てのインターフェースがアクセスできる共通のメモリに記憶される。故障が現用系のインターフェースで検知されると、予備系のインターフェースが、故障状態にあるインターフェースの制御情報をメモリから取り出し、この制御情報を予備系のインターフェースに送る。インターフェースは必ず同じ場所になければならない。その理由は、制御情報は、周回時間・ＲＴＴ（round trip time）を含むからである。更に必需品は、光学切り替え装置である。これにより、ネットワークと、現用系のインターフェースと、予備系インターフェースと、加入者端末を繋ぐデータ伝送パスを切り替えることができる。

米国特許公開第２００８／００３７９８１号明細書（特開２００７−３２４８５３号公報） 米国特許公開第２００８／００２５７２４号明細書（特開２００８−０５４２７８号公報） 米国特許公開第２００７／０２６８８１８号明細書（特開平１１−８０８２１９号、ただし公開されていない）

特許文献２には、複数のＰＯＮと複数のＯＮＵと局側装置を含むシステムを開示する。この局側装置は、光学切り替え装置を使用する複数のＰＯＮインターフェースセクションを含む。この局側装置により、ＰＯＮの１：Ｎの冗長性をＮ個の光学切替モジュールをカスケード接続することにより提供する。ＰＯＮインターフェースセクションは、この局側装置内に一緒に配置され、局側装置内の光学チャネル長さの調整を行っている。

特許文献３は、冗長性のユニットがそのインターフェースを開閉して、ＰＯＮネットワークの活性ユニット間を切り替える方法を教示する。この方法は、物理層の切替を提供するが、ネットワークの故障と回復のサービスあるいは動作について触れていない。

本明細書において、故障とは、ＯＬＴ（１００，１０１）の故障と、光ファイバネットワークの故障を含む。前者の故障は、内部ロジック故障又は停電であり、後者の故障は、光ファイバネットワークにおけるＯＬＴと第１ノードパッシブ型光学スプリッタ１０６との間の光ファイバケーブルの通信チャネル１０４Ａ，１０４Ｂでの破損である。従来の冗長性は、現用系OＬＴから予備系OＬＴへの切替を提供し、ある遅延時間後、サービスを確立された仕様に従ってＯＮＵに戻す。ＥＰＯＮシステムのＯＬＴの冗長性は、切替時間が長い（例えば１秒の）場合には、比較的簡単である。この場合、ＯＮＵは、登録が抹消され、予備系ＯＬＴがオンラインに入ってきて、全てのＯＮＵが、再度登録され、サービスが最終的に全てのＯＮＵに戻される。

ＯＮＵは、次の条件の下で登録から外れる（脱登録される）。
１．長時間（通常３００ｍｓ以上）が、ＯＮＵが下りＧＡＴＥパケットを受領せずに経過した場合。
２．ＯＮＵがＯＬＴから受領したタイムスタンプにおいて、タイムスタンプのドリフト時間が１６ＴＱ（２５６ｎｓ）がある場合。１ＴＱは１６ｎｓである。タイムスタンプのドリフトは、第１クロックを使用する第１ＯＬＴから第２クロックを使用する第２ＯＬＴへの切替が起こり、このクロック間で同期が取れていない場合に起こる。同期が取れているクロックの場合でも、各ＯＬＴから第１のノードへの光ファイバケーブルの長さの差が、タイムスタンプのドリフトの原因である。

３．新ＯＬＴがＯＮＵ用の現用セキュリティ・キーを有していない場合。
ＯＬＴが、ＯＮＵが最早利用していない旧セキュリティ・キーを用いてデータを送信した時に、ＯＮＵはそのデータを認識しない。ＯＮＵがこのデータを認識しないために、ＯＮＵはデータを受領していない状態にある。ＯＮＵがデータを受領せずにある時間が経過すると、ＯＮＵは登録から外される。制御パケットが暗号化されていない場合には、ＯＮＵは、データを認識することができず、データを受領できない状態にある。本明細書のおいては、データは、特に断らない限り、通信される全ての情報に対する一般的なリファレンスとして用いられる。システムのセキュリティがデータパケットのみであり、制御パケットは暗号化されずに送られる場合には、ＯＮＵも、同様にデータを受領できない状態にいる。

ＯＮＵの登録が抹消される（脱登録される）と、従来の回復時間は、約１秒であるが、通常３００ｍｓ−１５００ｍｓである。この回復時間は、新たなアプリケーションあるいは将来のアプリケーションのためには十分ではない。今やアプリケーションプロバイダが新たなアプリケーションと高レベルのサービスをユーザに提供するには、回復時間を５０ｍｓ未満にすることを要求している。この時間内に回復を行うためには、ＯＮＵは、予備系（控え）のＯＬＴへの切替時に、登録が抹消されることは許されない。

従来の冗長性を確保する手段は、予備系OＬＴを現用系と同じ場所に配置して、資源を共有し、予備系OＬＴと現用系ＯＬＴを同期し、光ファイバケーブルの長さの差を最小にしている。ＯＬＴの一般的な実現手段はプリント回路基板である。ネットワークプロバイダの設備内にある１つのシャーシ内に複数のＯＬＴを配置し、このＯＬＴを制御する１つのホストを配置する。各ＯＬＴが、ＯＬＴのタイムスタンプ・カウンタ用にクロック生成機を有している場合には、これらのタイムスタンプ・カウンタは同期していない。タイムスタンプカウンタは、１６ｎｓ（１ＴＱ）毎に進み、同期には、ＯＬＴ間を接続する２本のワイヤ（１本はクロック用で、１本はリセット用）を必要とする。これは、物理的な限界があるために、実現が難しい。各ＯＬＴから光ファイバネットワーク上にある第１のノードまでの光ファイバケーブルの長さが違うために、ＲＴＴ（周回時間）にばらつきがある。この場合、ＲＴＴを同一にするには、手動による作業が必要であり、これも又物理的な限界がある。更にＯＬＴとホストとを同一場所に配置することは、配置場所に冗長性がないために、システムを故障の危険性にさらすことがある。本明細書において、「配置場所の冗長性」とは、物理的に離れた場所にシステムの一部を配置することを意味する。一実施例においては、現用系と予備系OＬＴは、両方とも同一の部屋に配置されている。日常的な保守管理のための停電、自然災害（洪水）、人災（火事）は、現用系と予備系OＬＴの両方に影響を及ぼし、ＥＰＯＮの故障に繋がる。

セキュリティ・キーを同期化（一致）させる従来技術は、各ＯＮＵに対する現用のセキュリティ・キーのリアルタイムのデータベースを維持することを含む。新たなＯＬＴが、ＯＮＵに対する現用のセキュリティ・キーを有しない場合には、このＯＮＵは、新たなＯＬＴから送信されたデータを認識せず、その結果ＯＮＵは登録から外され、データが廃棄される。２つのＯＬＴの間でリアルタイムでセキュリティ・キーを同期させることは複雑な技術であり、ＯＬＴ間の広範囲なハードウエアのワイヤリングを必要とする。

本発明の目的は、回復時間が５０ｍｓ以下のＥＰＯＮ冗長性のシステムを提供することである。更にＥＰＯＮの複数のレイヤの冗長性を有することが望まし。この冗長性には、ネットワークプロバイダのＯＬＴ（装置の冗長性）、光ファイバネットワーク（パスの冗長性）、物理的配置場所（配置場所の冗長性）が含まれる。

本発明のＥＰＯＮの冗長性を与えるシステムにおいて、（ａ）ＯＮＵを有し、
前記ＯＮＵが通常状態にある時は、前記ＯＮＵは、入力通信を監視し、前記入力通信が所定の期間静止状態にある時には、前記ＯＮＵはレニエント状態に移行し、前記レニエント状態においては、
（ｉ）前記ＯＮＵは、旧セキュリティ・キーと新たなセキュリティ・キーを受領し、
（ｉｉ）パケットを受領すると、
（Ａ）前記ＯＮＵは、ＯＮＵのタイムスタンプを、前記パケットのタイムスタンプに基づいて更新し、
（Ｂ）前記ＯＮＵは、前記通常状態に移行し、
（ｉｉｉ）前記ＯＮＵが前記レニエント状態にある間、パケットを所定の時間受領しない場合には、前記ＯＮＵは、脱登録状態に移行する。
一実施例によれば、前記パケットを受領すると、前記ＯＮＵは、前記パケットのセキュリティ・カウンタに基づいて、ＯＮＵのセキュリティ・カウンタを更新する。
一実施例によれば、（ｂ）複数のＯＬＴと、（ｃ）パッシブ型光学スプリッタと、を更に有する。前記複数のＯＬＴの内第１のＯＬＴは第１の場所に配置され、第２のＯＬＴは第２の場所に配置され、前記パッシブ型光学スプリッタは、前記ＯＬＴと前記ＯＮＵとの間でパケットを交換する。
一実施例によれば、前記ＯＬＴは、切替信号を送信し、前記ＯＬＴは、他のＯＬＴから切替信号を受領する。
一実施例によれば、前記ＯＬＴが前記切替信号を受領した時に、前記ＯＬＴは切替プロセスを実行する。
一実施例によれば、前記ＯＬＴは、前記切替プロセスの後、ＩＧＭＰとＭＡＣアドレステーブル情報を決定するよう、構成される。
一実施例によれば、本発明のシステムは（ｄ）ホストを更に有し、前記ホストは、切替信号を送信し、前記ＯＬＴは、切替信号を、前記ホストから受領する。
一実施例によれば、前記ＯＬＴが切替信号を受領すると、前記ＯＬＴは切替プロセスを実行する。
一実施例によれば、本発明のシステムは（ｅ）ネットワーク交換機を更に有し、前記ネットワーク交換機は、前記ＯＬＴに接続され、前記ネットワーク交換機は、前記ＯＬＴとネットワークとの間のインターフェースを構成する。
一実施例によれば、前記ＯＬＴは、独立した統計カウンタを保持し、監視とトラブルシューティングを実行する。
一実施例によれば、本発明のシステムは、第１のＯＬＴの使用から第２のＯＬＴへの使用に５０ｍｓ以下で切り替える。
一実施例によれば、本発明のシステムは、ＯＮＵが依然として登録されている間、ＯＬＴの切替後周回時間（ＲＴＴ）を再計算する。

ＥＰＯＮネットワークのブロック図。 冗長性のあるＥＰＯＮネットワークのブロック図。 ＯＬＴ切替プロセスのタイミングフローチャート図。 ＯＮＵレニエントモード動作のフローチャート図。 Ｎ：１の冗長性のあるＥＰＯＮネットワークのブロック図。

本発明の実施例は、ＥＰＯＮにおける冗長性を提供するシステムである。本発明のシステムは、故障からの早期の回復（具体的には回復時間が５０ｍｓ以下）を可能とする。本発明のシステムは、光ファイバネットワークのパスの冗長性を可能とする。このシステムは、ＯＬＴの配置場所の冗長性を実現するが、これは光ファイバネットワークのより大きなパスの冗長性を可能とする。予備系OＬＴのセキュリティ情報は、現用系OＬＴとは非同期で更新される。このシステムはＮ：１の冗長性を提供する。具体的には第１実施例においては、２：１の冗長性を可能とし、この冗長性の実行を、いかにＮ：１の冗長性の提供に拡張するかを、その後で説明する。

図２において、第１の光学ライン伝搬装置（ＯＬＴ）であるＯＬＴ−１（２００Ａ）を第１の場所に、第２の光学ライン伝搬装置（ＯＬＴ）であるＯＬＴ−１（２００Ｂ）を第２の場所に配置する。各ＯＬＴを別々の場所に配置することにより、配置場所の冗長性が得られる。特定のアプリケーション及び配置場所の冗長性のレベルは、どの配置場所が配置場所の冗長性の要件を満たかを決定する要件を提供する。一実施例においては、ＯＬＴは同一の部屋に配置されるか更には同一のシャーシに配置され、各ＯＬＴは、独立した電源とネットワーク接続を有する。別の実施例においては、各ＯＬＴは別の建物内に配置される。ＯＬＴの配置場所の冗長性の構築は、ＥＰＯＮの仕様書の動作パラメータと実際の配置場所より制限される。ＯＬＴは、第１通信チャネル１０４Ａ，１０４Ｂを介して、パケットをパッシブ型光学スプリッタ１０６と送受信する。第２通信チャネル１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｎは、パッシブ型光学スプリッタ１０６を、関連するＯＮＵ２１４Ａ，２１４Ｂ，２１４Ｎにそれぞれ動作可能に接続する。本明細書においては、現用系の通信チャネルは、パケットをこの通信チャネル上にある所定の装置の間で送受信できる通信チャネルである。本明細書においては、「クワイエット（quiet）通信チャネル」とは、通信チャネル上の所定のデバイスの間でパケットを伝送（通信）しない通信チャネルを意味する。クワイエット通信チャネルは、通信チャネル上搬送される信号を物理的に有し、ネットワーク上の装置の入力に到達する。しかし信号が受信装置に向けられたものでない場合、あるいは受信装置がこの信号を処理できない場合には、通信チャネルはその装置にとってクワイエットであると見なされる。クワイエット・チャネルの一例は、パケットがＯＬＴからＯＮＵに送信されるが、ＯＮＵが受信したパケットを暗号解読する正しいセキュリティ・キーを有していない場合である。この場合、ＯＮＵは、使用可能なデータを受信せず、入力通信チャネルはクワイエットと見なされる。

通常の状態においては、ＯＮＵは、関連する第２通信チャネルを監視する。この第２通信チャネルが最小時間の間クワイエットの場合には、従来のＯＮＵは、通常の状態から脱登録（非登録）状態に切り替わるが、再登録するには約１０００ｍｓ（１秒）を必要とする。その間アプリケーションは送受信できない。一実施例においては、脱登録を回避するために、ＯＮＵは、本発明の「レニエント（lenient）状態：中立状態」を具備する。関連する通信チャネルが最低時間の間クワイエットの場合には、ＯＮＵは通常状態から中立状態に移行する。この中立状態においては、ＯＮＵは旧（前に使用した）セキュリティ・キーと新（現用の）セキュリティ・キーの両方を受領して、受領したパケットの脱暗号化（暗号解読）を実行する。これに関しては以下説明する。旧セキュリティ・キーは、パケットを暗号化し送信するために用いられる。この中立状態においては、ＯＮＵは、パケットを受領するが、このＯＮＵのタイムスタンプは、このパケットのタイムスタンプに基づいて更新され、ＯＮＵのセキュリティ・カウンタは、パケットのセキュリティ・カウンタに基づいて更新される。パケットを中立状態で受領した後、ＯＮＵは、通常状態に移行する。ＯＮＵが中立状態にあり、パケットをある期間受領しない場合には、ＯＮＵは脱登録状態に移行する。中立状態を用いることにより、切替時間は、平均１００ｍｓから最悪の場合でも２１ｍｓに減らすことができる。

ホスト２２４Ａ，２２４Ｂは、ＯＬＴ−１（２００Ａ），ＯＬＴ−２（２００Ｂ）に通信チャネル２３４により接続される。ネットワーク・スイッチ２２０は、ＯＬＴ−１（２００Ａ），ＯＬＴ−２（２００Ｂ）に通信チャネル２３０Ａ，２３０Ｂによりそれぞれ接続される。ネットワーク・スイッチ２２０は、通信チャネル２３２を介してコア・ネットワーク２２２に接続される。ＯＬＴ−１（２００Ａ），ＯＬＴ−２（２００Ｂ）の間の通信チャネル２３６は、汎用入出力ピン（ＧＰＩＯ）接続であり、本明細書においてはＧＰＩＯ接続と称する。ＯＬＴ−１（２００Ａ）からのＧＰＩＯ出力ピンは、ＯＬＴ−２（２００Ｂ）のＧＰＩＯ入力ピンに接続される。同様にＯＬＴ−２（２００Ｂ）のＧＰＩＯ出力ピンは、ＯＬＴ−１（２００Ａ）のＧＰＩＯ入力ピンに接続される。ＯＬＴが比較的近い場所にある実施例においては、ケーブルを用いてＯＬＴのＧＰＩＯに直接接続することもできる。ＯＬＴが物理的に別の場所に配置されている実施例においては、ＧＰＩＯ通信チャネルは、アプリケーションに対し適宜離れて制御される。通信チャネルを遠隔で制御する技術は従来公知であり、適宜の技術を用いてこれを実現できる。ＧＰＩＯ接続は、切替信号を現用系ＯＬＴ−１（２００Ａ）から予備系ＯＬＴ−２（２００Ｂ）に送信する。ＯＬＴ−２（２００Ｂ）が切替信号を受領すると、切替プロセスはＯＬＴ−２（２００Ｂ）に対し開始される。切替信号を送信する実施例は、現用系ＯＬＴのＧＰＩＯを「０」に下げることにより行われる。これは、ＧＰＩＯを入力モードに設定することにより行われる。この入力モードにおいては、出力は「高いＺ」の値を得て、pull-downレジスタによりpull-downされる。切替信号を送信する実施例においては、現用系ＯＬＴ信号がローレベルにあるか、現用系ＯＬＴの電源が故障している場合には、予備系ＯＬＴが切替信号を受領する。これにより、予備系OＬＴは現用系OＬＴの電源故障を認識できる。切替プロセスが完了すると、ＯＬＴ−２（２００Ｂ）は現用系OＬＴになり、ＯＬＴ−１（２００Ａ）は予備系OＬＴになり、将来の切替に備える。
ＧＰＩＯ：general-purpose input/output pins

光ファイバの保護の切替は、ＯＬＴ切替として公知であり、以下の様々な環境のより開始される。
・現用系OＬＴが、光ファイバの通信チャネルにおける問題点を検出する。
・予備系OＬＴが、現用系OＬＴの電源故障を認識する。
・切替コマンドがＯＬＴに与えられる。

予備系OＬＴと現用系OＬＴは、以下に示すような様々な形態で配置される。例えば、各ＯＬＴを別々の物理的場所に配置すること、ＯＬＴを同一場所に配置するが別のシャーシに配置すること、ＯＬＴのプリント回路基板を同一のシャーシに配置することである。ＯＬＴを、同一のシャーシ上であるが別のプリント回路基板上で実現する場合には、クロックを同期する必要も無いし、２つのプリント回路基板上の間で信号をリセットする必要もない。各ＯＬＴは、ＥＰＯＮとの通信用の光ファイバを有する。どのＯＬＴを現用系OＬＴにするか、予備系OＬＴにするかの選択は、アプリケーションの使用要件、ＯＬＴの配置要件に依存する。使用開始すると、一方のユニットは現用系OＬＴとして機能し、他方のユニットは予備系OＬＴとして機能する。切替が完了すると、前の現用系OＬＴは予備系OＬＴになり、前の予備系OＬＴは現用系OＬＴとして機能する。特定のＯＬＴを、現用系OＬＴあるいは予備系OＬＴとしての役割を永続的に持たせる必要はない。

この実施例において、最初はＯＬＴ−１（２００Ａ）を現用系OＬＴに、ＯＬＴ−２（２００Ｂ）を予備系OＬＴにして、ＯＬＴの切替を説明する。予備系ＯＬＴ−２（２００Ｂ）はパッシブ型であり、ＥＰＯＮへの通信チャネル１０４Ｂ上での通信処理あるいは通信チャネル２３０Ｂを介してのネットワーク切替を開始しない。同様にホスト２２４Ａの１つは現用系ホストと見なされ、ＯＬＴの構築情報、コマンド制御、監視制御を提供する。ホストにより保持される情報は、どのＯＮＵが登録され、ＯＮＵのダイナミックなバンド幅の割り当て（ＤＢＡ）の順番、アドレステーブル、ＩＧＭＰプロキシテーブル、ＯＮＵネットワーキング設定、各ＯＮＵのセキュリティ状態（イネーブルされているか／キー）と、分類ルールのような静的ＯＬＴ構築を含む。現用系ホスト２２４Ａは、アクティブに更新するか、ＯＬＴ−１（２００Ａ）により更新される。現用系ホスト２２４Ａは、予備系ＯＬＴ−２（２００Ｂ）を更新し、予備系・ホスト２２４Ｂを更新する。
ＤＢＡ：dynamic bandwidth allocation

図３において、コラム３００はネットワーク交換機の動作、コラム３１０はホストの動作、コラム３２０は最初は予備系OＬＴの動作、コラム３４０は最初は現用系OＬＴの動作を示す。この図の下への流れは相対的時間３０２で表す。この本明細書で記載される時間の長さが好ましいが、しかしタイムアウト期間や待機期間は別途構築可能であり、本発明のシステムは、アプリケーションに適した特定の時間間隔で構築可能である。切替プロセスは様々な方法で開始される。例えばホスト３１０が切替コマンド開始信号を現用系ＯＬＴ３４０に送り（ステップ３１２）、現用系OＬＴが光ファイバの通信チャネルに問題があることを検知する（ステップ３４２）。これは、光ファイバネットワークにおける問題点を（光ファイバの監視により）検出することにより行う。この場合、コラム３４０である現用系ＯＬＴは送信を停止するか、送信レーザの電源を切る（ステップ３４４）。現用系OＬＴは上り方向のトラフィックを検出しない。

送信が停止した後（ステップ３４４）、現用系ＯＬＴ３４０は、ＧＰＩＯをトリガーする（ステップ３４８）。この切替プロセスは、現用系ＯＬＴ３４０の電源が故障した時に開始する（ステップ３４６）。この場合、この故障は、電力の喪失に起因するため、ＧＰＩＯがトリガーされ（ステップ３４８）、レーザーが、電源の故障により発振停止する。一実施例においては、ＧＰＩＯは、上記したプルダウン・レジスタ技術によりトリガーされる。ある場合においては、切替コマンドは、現用系OＬＴに与えられ、現用系OＬＴを使用を中止し、現用系OＬＴの保守管理を実行する。別の場合には、現用系OＬＴが誤作動しても、ＯＬＴは依然として電力を有し、ＧＰＩＯはプルダウンされることはない。ＯＬＴの誤作動の一例は、ＯＬＴのプロセッサーの問題（通常これは「スタック」あるいは「ハング」したＣＰＵとして公知である）である。ＯＬＴの誤作動の別の例は、ＯＬＴＰＯＮの受信ラインに問題がある場合であり、これにより、クワイエットな通信チャネルとなる。この場合、ホストのwatchdog processが現用系OＬＴを監視し、現用系OＬＴがwatchdog processに応答しない場合には、ホストは、切替開始コマンドを予備系OＬＴに送り、切替プロセスを開始する。

現用系ＯＬＴ３４０に電力が与えられており、この現用系ＯＬＴ３４０に対する切替プロセスが行われる場合を説明すると、ＧＰＩＯがトリガーされた後、現用系OＬＴがホスト３１０に対し現用系OＬＴは最早現用系OＬＴとしては機能しない旨を、通知する（ステップ３５０）。このＯＬＴ３４０は、タイムアウトの期間待機すると、元の予備系ＯＬＴが新たな現用系OＬＴとして機能できるようになり、その結果、現用系ＯＬＴ３４０が新たな予備系ＯＬＴになる（ステップ３５４）。タイムアウトの時間はダイナミックバンド幅割り当て（ＤＢＡ）のサイクルの少なくとも２倍であるが、これは、どのＯＮＵも上りのパケットを送信しなくてもよいことを仮定している。一実施例においては、ＤＢＡのサイクルは０．５ｍｓであり、タイムアウトの時間は３ｍｓである。別の構成として、予備系ＯＬＴがＧＰＩＯを設定すると（ステップ３２４）、現用系ＯＬＴ３４０が新たな予備系ＯＬＴになる（ステップ３５４）。

ある従来のシステムにおいては、ＯＬＴは、ＥＰＯＮのネットワークを監視するが、この従来システムは、前記した同期の問題とセキュリティの問題を解決する必要がある。ここの開示した実施例は、より一般的な解決法を提供する。この解決法においては、予備系ＯＬＴ３２０は、ＥＰＯＮネットワークを監視しない（上り方向のトラフィックを聞かない／受信しない）が、その理由は、予備系OＬＴはデータをいつ受信するかを知らないため、受信したデータに同期することができず、ＥＰＯＮネットワークを学習することもできないからである。

現用系ＯＬＴ３４０がＧＰＩＯをトリガーすると（ステップ３４８）、このＧＰＩＯのトリガーは、予備系ＯＬＴにより検知される（ステップ３２２）。予備系ＯＬＴがトリガーされ、新たな現用系OＬＴとなるプロセスを開始すると、予備系OＬＴのレーザーはＯＦＦとなる。ある時点で、１つのＯＬＴが駆動中のレーザーを有し、このためパッシブ型光学スプリッタ１０６の正しいマルチプレックス制御を行うことができる。予備系ＯＬＴは、切替プロセスを、ＧＰＩＯを設定することにより、開始する（ステップ３２４）。ホストには、予備系ＯＬＴが現用系OＬＴとして機能し、その後この予備系ＯＬＴがタイムアウトの時間（例、３ｍｓ）を待っていることを、通知される（ステップ３２８）。このタイムアウトの期間は、ＯＮＵへの通信チャネルがクワイエットになるために、言い換えると、ラインをクリアにするために必要な期間である。ＯＮＵは、下流方向のトラフィックがない時間を認識し、送信を停止し、レニエント状態に移行する。タイムアウトの時間を待った後（ステップ３２８）、予備系ＯＬＴは、送信レーザをターンオンする（ステップ３３０）。その後、新たな現用系ＯＬＴからこのＯＮＵへのＲＴＴを校正する（ステップ３３２）。ＲＴＴを測定する１つの技術は、ＧＡＴＥコマンドを予備系ＯＬＴからＯＮＵに送り、各ＯＮＵに対するＲＴＴを校正することである。別の技術は、現用系OＬＴから予備系OＬＴへのデータベースの同期プロセスの間、ホストから受領したＲＴＴを調整することである。ＲＴＴを校正するプロセスは、各ＯＮＵに対する専用のディスカバリ・プロセスを実行することと等価である。この場合、各ＯＮＵは、ＧＡＴＥ／ＲＥＰＯＲＴのメッセージを用いて、既に登録されている。ＯＬＴは、各ＯＮＵに、ＧＡＴＥメッセージを送信し、ＲＥＰＯＲＴメッセージを得る。この受領したＲＥＰＯＲＴメッセージを用いて、ＲＴＴを校正する。

元の予備系ＯＬＴは、新たな現用系OＬＴとして動作（ＤＢＡの操作の開始を含む）を開始する（ステップ３３４）。適用可能な場合には、予備系ＯＬＴは、ＩＧＭＰ問い合わせを送信して、ＩＧＭＰプロキシ・テーブルを更新する（ステップ３３６）。ＩＧＭＰテーブルとＭＡＣアドレステーブルは、現用系OＬＴから予備系OＬＴに、リアルタイムではコピーできない。そのため、この操作を開始した後、新たな現用系OＬＴは失われた情報（例：ＩＧＭＰとＭＡＣアドレステーブル情報）を学習する。

切替プロセスの間、ホスト３１０は、現用系OＬＴは現用系OＬＴとして機能してないという通知を、現用系ＯＬＴ３４０から受領する（ステップ３１４）。あるいは、予備系OＬＴは現用系OＬＴとして動作するという通知を、予備系ＯＬＴから受領する（ステップ３２６）。ホスト３１０は、ネットワーク交換機３００に、現用系ＯＬＴ３４０から予備系ＯＬＴに切り替わった旨の通知をする（ステップ３１６）。その結果、ネットワーク交換機は、ポートを交換し（ステップ３０４）、現用系ＯＬＴ３４０へのデータのルーティングを停止し、予備系ＯＬＴへのデータのルーティングを開始する。

統計カウンタは、各ＯＬＴにより管理され、監視とトラブルシューティングを実行する。統計値（statistics）は、現用系OＬＴと、旧い現用系／予備系OＬＴの両方から読み出される。ＯＬＴ間の統計値の同期は必要ない。一実施例においては、ホストは、現用系OＬＴとして動作する第１ＯＬＴから統計値を読み出す。切替が起こると、第２ＯＬＴが今度は現用系OＬＴとして動作する。そしてホストは、この第２ＯＬＴから統計値を読み出す。ホストが第１ＯＬＴと通信している場合には、ホストは、第１ＯＬＴから統計値（あるいは残りの統計値）を読み出す。この特徴が用いられるのは、故障が起こった時、手動による切替を実行する時、例えばＯＬＴへのメンテナンス時、更新が必要な場合である。切替に必要な時間は、次のように計算される。この時間は最悪の場合である。

・現用系OＬＴがwatchdog processに応答しない間：３ｍｓ
・ＧＰＩＯ切替信号をトリガーする間：１ｍｓ
・予備系（新たに現用系となった）ＯＬＴがＥＰＯＮがレニエント状態に入るのを待つ間：３ｍｓ
・６４個のＯＮＵに対するＲＴＴの計算時間：１４ｍｓ
これらを加えると全部で２１ｍｓであり、切替時間の好ましい５０ｍｓ以下である。
例えば６４個のＯＮＵに対するＲＴＴ遅延計算に必要な時間は次の通りである。
・１ｍの光ファイバは、１／（ファイバ中の光速）＝１ｍ／（２００００００００ｍ／ｓ）＝５ｎｓを必要とする。
・ＯＬＴからＯＮＵへの最大ファイバ長さは＝２０ｋｍ
２０ｋｍ×５ｎｓ／ｍ＝１００μｓ
・ＯＬＴからＯＮＵ戻り更にＯＬＴに戻る周回時間は：
［ＯＬＴからＯＮＵへの１００μｓ］＋［ＯＮＵ内のＧＡＴＥ処理用の２０μｓ、これはＧＡＴＥからＲＥＰＯＲＴへの１２５０ＴＱである］＋[ＯＮＵからＯＬＴへ戻る１００μｓ］＝２２０μｓ
・６４個のＯＮＵ×２２０μｓ＝１４ｍｓ

図４において、ＯＮＵは、通常状態で動作する（ステップ４００）。従来のＯＮＵに対する通常状態の動作の詳細は、ＩＥＥＥ８０２．３仕様書に記載されている。通常状態においては、ＯＮＵは関連する通信チャネルを監視する。アプリケーションによっては、この監視は様々な技術を用いて行われる。一実施例においては、ＯＮＵは、物理層で関連する通信チャネルを監視する（ブロック４０２）。これは、例えばＯＮＵが信号を受領したか否かを見て行われる。物理層の監視（ブロック４０２）の代わりに、ＯＮＵは、ＧＡＴＥコマンドを受領したか否かを見る（ブロック４０４）。ＧＡＴＥのコマンドを受領しないことは、監視された通信チャネルはクワイエットであることを示す。関連する通信チャネルが最大時間クワイエットであると、ＯＮＵは通常状態からレニエント状態に代わる（ブロック４０６）。ＯＮＵが、レニエント状態にいながら、パケットをＯＬＴから所定の時間内に受領しない場合は、ＯＮＵはレニエント状態でタイムアウトになり（ブロック４０８）、ＯＮＵは脱登録状態に移行する（ブロック４２０）。脱登録状態になった後、ＯＮＵは、従来とうり再登録をし（ブロック４２２）、そして通常状態に移る。

ＯＮＵがレニエント状態にいる間（ブロック４０６）、ＯＮＵは、新旧のセキュリティ・キーを受領する（ブロック４１０）。言い換えると、新旧のセキュリティ・キーの両方を用いて、受信したパケットを復号する。ＯＮＵがレニエント状態に入ると、ＯＮＵは新旧のセキュリティ・キーの受領を開始し（ブロック４１０）、その後ＯＮＵは、同一の新旧のセキュリティ・キーを受領し続ける。別の実施例においては、切替後、ＯＬＴは、安全の確保されていない無担保パケットをＯＮＵに送り、ＯＮＵは、レニエント状態にいる間、この無担保パケットを受け入れそれを送信する。、これは、新たなセキュリティ接続が確立するまで、言い換えると新たなセキュリティ・キーが交換されるまで、行われる。通信がクワイエットであり、ＯＮＵがパケットを受領していない間（ブロック４１２）、ＯＮＵはレニエント状態にいる（ブロック４０６）。ＯＮＵがパケットを受領すると、ＯＮＵのタイムスタンプは更新され（ブロック４１４）、パケットのタイムスタンプに基づいて、ＯＮＵはパケットのセキュリティ・カウンタを受け入れ（ブロック４１５）、ＯＮＵは通常状態に移る（ブロック４００）。ＯＬＴから送信されＯＮＵが受領したタイムスタンプに、１６ＴＱ（２５６ｎｓ）以上のドリフトがある場合には、従来のＯＮＵは、登録が外される。本発明によれば、レニエント状態にあるＯＮＵにより、このＯＮＵは登録を外されることなく、ＯＮＵ上のタイムスタンプの変数を更新し、故障から早急の回復を達成する。従って、ＯＮＵのタイムスタンプのカウンタの１回の調整だけで、ＯＮＵに対する再生攻撃（replay attack）に対する保護を提供できる。通信ネットワークで実行される再生攻撃に対する別の保護は、各パケットにセキュリティ・カウンタを割り当てることである。その一例はＩＥＥＥ標準８０２．１ＡＥに記載されている。この標準においては、各パケットは、あるパケットから次に送信されるパケットに増分を行うセキュリティ・カウンタを確保する。従来のＯＮＵが、間違ったセキュリティ・カウンタを有するパケットを受領すると、ＯＮＵはこのパケットを無視する。受信したパケットが受け入れ不可のセキュリティ・カウンタを有すると、ＯＮＵはこのパケットを無視し続け、その結果、ＯＮＵは、クワイエット状態になり、最終的にＯＮＵの登録が外される。

レニエント状態にあるＯＮＵにより、このＯＮＵは、１回だけ新たなセキュリテカウンタを受け入れる。即ち言い換えると、誤ったセキュリティ・カウンタを受け入れる。新たなセキュリティ・カウンタを受け入れることにより、ＯＮＵはパケットの受領を継続し、クワイエット状態を阻止し、脱登録を回避し、故障からの早期の回復を可能とする。上記のレニエント状態の特徴の実行は、特定のアプリケーションに依存して、変わる。新たなセキュリティ・カウンタの１回だけの受け入れの特徴は、ＩＥＥＥ標準８０２．１ＡＥの再生保護変数（replayProtect variable）を使用する。ＯＮＵがレニエント状態に入ると、再生保護変数はターンオフし、その結果ＯＮＵは新たなセキュリティ・カウンタを受け入れる。パケットをＯＮＵが受領し、新たなセキュリティ・カウンタが受け入れられる（それと同時にＯＮＵが他の上記の機能を実行する）と、ＯＮＵは通常状態に移行し、再生保護変数はターンオンされる。ここに開示した説明により、当業者は適宜の他の技術を実行できるであろう。

レニエント状態のセキュリティ特徴を実行するために、ＯＮＵが通常状態にあり、ＯＮＵが新たなセキュリティ・キーを発行すると、この新たなセキュリティ・キーは、関連するＯＬＴに送信され、ＯＮＵはこの新たなセキュリティ・キーの使用を開始し、ＯＮＵとＯＬＴは、使用されていたセキュリティ・キー（旧セキュリティ・キー）を確保しておく。旧セキュリティ・キーを確保しておくことは、新たなセキュリティ・キーが発行された毎に行われる。一実施例においては、第１のセキュリティ・キーは、ＯＮＵにより使用される。第２のセキュリティ・キー（新たなセキュリティ・キー）が発行されると、第１のセキュリティ・キーは、最早暗号化と脱暗号化（暗号解読）のプロセスでは使用されないが、ＯＮＵとＯＬＴにより旧セキュリティ・キーとして確保される。第３のセキュリティ・キーが発行されると、第１のセキュリティ・キーは廃棄され、第２のセキュリティ・キーは旧セキュリティ・キーとなり、第３（新たな）のセキュリティ・キーを用いて、送受信されたパケットの暗号化と脱暗号化が行われる。

ＯＮＵが、ある最小時間の間データを受領しないと、ＯＮＵはレニエント状態に移行する。レニエント状態においては、第２（旧）と第３（新）のセキュリティ・キーを用いてパケットの暗号解読を試みる。ＯＮＵがレニエント状態でデータを送信すると、ＯＮＵは、旧セキュリティ・キーを使用して送信すべきデータを暗号化する。その理由は、新たなＯＬＴは、ＯＮＵと旧ＯＬＴとの間で使用されている新たなセキュリティ・キーを未だ持っていないからである。新たなＯＬＴが新たなセキュリティ・キーを有している場合には、新たなＯＬＴは、旧セキュリティ・キーで脱暗号化することができる。新旧のセキュリティ・キーの両方を用いても、認識可能なパケットは受領されず、ある時間経過後、ＯＮＵは脱登録状態に移行する。パケットの暗号解読が成功し、第２のセキュリティ・キー（この実施例では旧セキュリティ・キー）を使用していると認識されると、ＯＮＵのタイムスタンプは、受領したパケットのタイムスタンプで更新され、ＯＮＵは通常状態に移行し、第２セキュリティ・キーをＯＮＵが用いて、データの暗号化／送信と、脱暗号化／受信を行う。次に通常状態においては、新たな第４のセキュリティ・キーが発行され、第３のセキュリティ・キーが確保されていないと、第２のセキュリティ・キーは旧セキュリティ・キーとして保持され、第４のセキュリティ・キーが新たなセキュリティ・キーとなる（第３のセキュリティ・キーが廃棄された）。

図２において、システムの故障許容度は、様々な構成要素と通信チャネル内に冗長性を導入することにより、改善される。一実施例においては、１本の共有ネットワークとして実現されている通信チャネル２３４の代わりに、通信チャネル２３４を各ＯＬＴへの冗長性のある接続とホスト間の冗長性のある接続でもって、実行することもできる。他の実施例においては、冗長性のあるネットワーク交換機２２０と冗長性のある通信チャネル２３０Ａ，２３０Ｂ，２３２を実行することもできる。上記の説明及び本明細書の要件に基づいて、当業者は必要とされる故障許容度を提供するシステムを実現できる。

上記したように、２：１の冗長性の実行の説明は、Ｎ：１の冗長性の実行まで拡張できる。図５において、Ｎ：１の冗長性のＥＰＯＮネットワークの例においては、３個のＥＰＯＮネットワークが１個の予備系OＬＴを具備している。ＥＰＯＮネットワーク−１５００は図２の説明に類似する。ＯＬＴ−１（２００Ａ）を第１場所に配置して、通信チャネル１０４Ａを介してパッシブ型光学スプリッタ１０６に接続する。通信チャネル５０７は、パッシブ型光学スプリッタ１０６をＯＮＵ２１４Ａ，２１４Ｂ，２１４Ｎに接続する。図を簡略にするために、ホスト、ネットワーク交換機、通信チャネル、他の構成要素は、各ＥＰＯＮに対する図５には記載していない。

ＥＰＯＮネットワーク１と同様に、ＥＰＯＮネットワーク２５３０は、ＯＬＴ−３５３２を有し、それは通信チャネル５３４を介してパッシブ型光学スプリッタ５３６に接続される。通信チャネル５３７は、このパッシブ型光学スプリッタ５３６をＯＮＵ５３８Ａ，５３８Ｂ，５３８Ｎを接続する。
ＥＰＯＮネットワーク−５４０は、ＯＬＴ−Ｎ５４２を有し、それは通信チャネル５４４を介してパッシブ型光学スプリッタ５４６に接続される。通信チャネル５４７は、このパッシブ型光学スプリッタ５４６をＯＮＵ５４８Ａ，５４８Ｂ，５４８Ｎに接続する。

共通の予備系ＯＬＴ−２２００Ｂが第２位置に配置され、パッシブ型光学スプリッタ１０６，５３６，５４６に通信チャネル１４０Ｂ，５３４Ｂ，５４４Ｂを介して接続される。ＯＬＴ−２２００Ｂは、ＯＬＴ−１（２００Ａ），ＯＬＴ−３５３２，ＯＬＴ−Ｎ５４２に通信チャネル２３６，５３９，５４９に接続され、上記のＧＰＩＯ機能を提供する。図２で説明したように、構成要素は、同一場所あるいは異なった場所に配置可能である。上記の説明とＮ：１のネットワークの説明に基づいて、当業者は、他のＮ：１のネットワークを実行できるであろう。

以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。用語「又は」に関して、例えば「Ａ又はＢ」は、「Ａのみ」、「Ｂのみ」ならず、「ＡとＢの両方」を選択することも含む。特に記載のない限り、装置又は手段の数は、単数か複数かを問わない。

１０４ 通信チャネル
１０６ パッシブ型光学スプリッタ
２００Ａ ＯＬＴ−１
２００Ｂ ＯＬＴ−２
２１４ ネットワーキング・ユニット
２２０ ネットワーク・スイッチ
２２２ コア・ネットワーク
２２４ ホスト
２２４Ａ ホスト
２２４Ｂ 予備系ホスト
３１２ スタート・切替コマンド
３４２ プロブレム
図３
３００：ネットワーク交換機
３１０：ホスト
３２０：予備系ＯＬＴ
３４０：現用系ＯＬＴ
３０４：ポートの交換
３１２：切替開始
３１４：通知の受領
３１６：切替の通知
３２２：ＧＰＩＯをトリガーする
３２４：ＧＰＩＯを設定する
３２６：ホストに通知する
３２８：待機する
３３０：レーザをＯＮする
３３２：ＲＴＴを校正する
３３４：現用系ＯＬＴになる
３３６：ＩＧＭＰ問い合わせ
３４２：ＭＡＣ ＷＤが光ファイバの故障を認識する
３４４：レーザーをＯＦＦにする
３４６：電源の故障
３４８：ＧＰＩＯをトリガーする
３５０：ホストに通知する
３５２：タイムアウト
３５４：予備系OＬＴになる
図４
４００：ＯＮＵの通常動作
４０２：物理層で受領したデータか？
４０４：ＧＴＡＥコマンドを受領したか？
４０６：ＯＮＵはレニエント状態にいる
４０８：新ＯＬＴでの登録のタイムアウトか？
４１０：ＯＮＵが新旧のセキュリティ・キーを受け入れる
４１２：１つのパッケトを受領したか？
４１４：ＯＮＵがタイムスタンプの変更を受領する
４１５：ＯＮＵがセキュリティ・カウンタを受領する
４２０：ＯＮＵが脱登録する
４２２：ＯＮＵが再登録する

Claims (11)

1. ＥＰＯＮの冗長性を与えるシステムにおいて、
   （ａ）ＯＮＵを有し、
   前記ＯＮＵが通常状態にある時は、前記ＯＮＵは、第１のＯＬＴからの第１暗号キーで暗号化されたパス上を伝搬する入力通信を監視し、第１のタイムスタンプを用いて、前記第１のＯＬＴによる脱登録状態を回避し、
   前記入力通信が所定の期間クワイエット状態にある時には、前記ＯＮＵは、レニエント状態に、前記第１のＯＬＴから独立して、移行し、
   前記レニエント状態においては、
   （ｉ）前記ＯＮＵは、前記第１のＯＬＴからの第１暗号キーと第２のＯＬＴからの第２暗号キーを用いて脱暗号化し、
   （ｉｉ）パケットを送信する時に、前記ＯＮＵは、前記記第１暗号キーを用いて、前記送信するパケットを暗号化し、
   （ｉｉｉ）パケットを受領すると、
   （Ａ）前記ＯＮＵは、ＯＮＵのタイムスタンプを、前記パケットのタイムスタンプに基づいて更新し、この更新されたＯＮＵのタイムスタンプを用いて、前記第２のＯＬＴによる脱登録状態を回避し、
   （Ｂ）前記ＯＮＵは、前記通常状態に移行し、
   前記ＯＮＵが前記レニエント状態にある間、前記入力通信が所定の期間クワイエット状態にある時には、前記ＯＮＵは、脱登録状態に移行し、
   前記クワイエット状態にある入力通信は、前記ＯＮＵに着信するが前記ＯＮＵ宛てではない信号を含む
   ことを特徴とするＥＰＯＮに冗長性を与えるシステム。
2. 前記パケットを受領すると、前記ＯＮＵは、前記パケットのセキュリティ・カウンタに基づいて、ＯＮＵのセキュリティ・カウンタを更新する
   ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. 前記第１のＯＬＴは、第１の場所に配置され、
   前記第２のＯＬＴは、第２の場所に配置され、
   （ｂ）パッシブ型光学スプリッタを更に有し、
   前記パッシブ型光学スプリッタは、前記ＯＬＴと前記ＯＮＵとの間でパケットを交換する
   ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
4. 前記ＯＬＴは、切替信号を送信し、
   前記ＯＬＴは、他のＯＬＴから切替信号を受領する
   ことを特徴とする請求項３記載のシステム。
5. 前記ＯＬＴが前記切替信号を受領すると、前記ＯＬＴは切替プロセスを実行する
   ことを特徴とする請求項４記載のシステム。
6. 前記ＯＬＴは、前記切替プロセスの後、ＩＧＭＰとＭＡＣアドレステーブル情報を決定するよう、構成される
   ことを特徴とする請求項５記載のシステム。
7. （ｃ）ホストを更に有し、
   前記ホストは、切替信号を送信し、
   前記ＯＬＴは、前記切替信号を、前記ホストから受領する
   ことを特徴とする請求項３記載のシステム。
8. 前記ＯＬＴが切替信号を受領すると、前記ＯＬＴは切替プロセスを実行する
   ことを特徴とする請求項７記載のシステム。
9. （ｄ）ネットワーク交換機を更に有し、
   前記ネットワーク交換機は、前記ＯＬＴに接続され、
   前記ネットワーク交換機は、前記ＯＬＴとネットワークとの間のインターフェースを構成する
   ことを特徴とする請求項３記載のシステム。
10. 前記ＯＬＴは、独立した統計カウンタを保持し、監視とトラブルシューティングを実行する
    ことを特徴とする請求項３記載のシステム。
11. 前記入力通信は、以下の場合にクワイエット状態にある
    （ｉ）前記ＯＮＵでパケットを受領してない場合；
    （ｉｉ）前記ＯＮＵが受領したパケットを脱暗号化する為の正確なセキュリティ・キーを有していない場合；からなるグループから選択された前記ＯＮＵと前記ＯＬＴとの間でのパケット通信がない場合、
    ことを特徴とする請求項１記載のシステム。
    
    

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