JP4740027B2 - 光ネットワーク設計方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光送受信カードを用いたクライアント信号の最適収容設計方法、および、光ネットワークの最適設計方法に関するものである。
近年、SONET信号（ANSI T1.105勧告: Synchronous Optical Network Basic Description Including Multiplex Structures，Rates，and Formats）や、SDH信号（ITU-T勧告G.803: Architecture of Transport Networks Based on The Synchronous Digital Hierarchy）の分岐・挿入機能と、光信号のトランスポンダ機能（信号光を発生する機能）を統合実装した光送受信カード（一般的にADM on λ、ADM on a cardなどと呼ばれる）が開発され、WDMシステムで構築する光ネットワーク上に、SONET信号やSDH信号(以降SONET/SDHと略す)、イーサネット（登録商標）、ファイバチャネルといった多種多様なクライアント信号を収容する上位層のネットワークが構築可能となってきた。
WDM網上に構築されるSONET/SDH網に収容されるクライアント信号の、SONET/SDHフレームへの収容設計技術に着目する。
図７に、SONET信号フレームのマッピング例を示す。
図７は、SONET信号であるOC48 4本を、OC192のSONETフレームにマッピングする例を示している。
OC48を４本多重し、OC192のSONETフレームにマッピングする際には、OC48のそれぞれのフレームのオーバヘッド部分を分離し、OC192のフレームのオーバヘッド部分にまとめてマッピングする。また、OC48のそれぞれのペイロード部分は、OC192のペイロード部分にまとめてマッピングされる。
図８は、本発明が前提とする技術を説明する図である。
従来、WDM網とその上に構築されるSONET/SDH網は、WDM装置とSONET/SDH ADM（Add / Drop Multiplexing）装置という、それぞれ異なる装置によって構成される。WDM装置は、光信号を異なる波長の光に載せて波長多重を行う装置であり、SONET/SDH ADM装置は、各チャネルのクライアント信号を時分割多重して一つの波長の光に載せる信号を生成する装置である。該ネットワーク上でのクライアント信号の収容設計の目的は、与えられた全てのクライアント信号を収容し、かつ、その際必要となるSONET/SDH ADM装置数を最小とし、装置コストを最小とすることである。SONET/SDH ADM装置を用いてクライアント信号を収容する場合、従来、各クライアント信号の帯域幅を考慮し、各光信号の帯域利用率を高めるように収容が行われていた。一般的に、SONET/SDH ADM装置のクライアント信号ポート数は多く、1光信号当たりのクライアント信号本数を考慮する必要がなかったため、クライアント信号数に係わらず光信号の帯域利用率が最大となる組合せが優先的に選択されていた。すなわち、従来の収容設計では、すべてのクライアント信号に対して、以下の(1)式より得られる自然数分のクライアント信号を収容可能なポート数分のインタフェースを搭載することができた。
(クライアント信号側ポート数) = (SONET/SDH ADM装置の光信号帯域幅)/(クライアント信号1本の帯域幅) (1)
しかし、図８に示すように、従来は、光信号のトランスポンダ機能のみを提供していたWDM装置の光送受信カード（図中 TRPN）１０−１〜１０−Ｎに、近年になり、SONET/SDH信号のADM機能１１−１〜１１−Ｎが統合実装されるようになった（TRPN１２−１〜１２−Ｎ）。これにより、WDM装置のみで、WDM網に加えSONET/SDHリングネットワーク（同期ディジタル信号網）が構築可能となってきている。
最適な分配という点についての従来技術としては、特許文献１がある。特許文献１には、高い収益を得る確率の高い最適なポートフォリオを探索する方法が記載されている。共有リソースを割り付けるという点についての従来技術としては、特許文献２がある。特許文献２は、共有リソースを使用したい装置からリソースの要求量と価格を入札させ、この入札を処理して、リソースの割付を行う技術が記載されている。
特開２０００−２９３５６９号公報 特表２００３−５２０４９６号公報
SONET/SDH ADM装置とWDM装置を用いて構成されるネットワークの構成と、ADM on λ機能を具備した光送受信カードを用い、WDM装置のみで構成される光ネットワークの構成の違いを図８に示す。ここで、該光送受信カード１２−１〜１２−Ｎを用いてクライアント信号を収容する際、SONET/SDH ADM装置を用いた場合と異なるのは、該光送受信カード１２−１〜１２−Ｎのクライアント信号ポート数が多くても10程度と小さい点である。このため、従来と異なり、
(光送受信カードの光信号の信号帯域幅)/(光送受信カードのクライアント信号の挿入ポート数)
＜ (クライアント信号の帯域幅) (2)
となるクライアント信号と、
(光送受信カードの光信号の信号帯域幅)/(光送受信カードのクライアント信号の挿入ポート数)
≧ (クライアント信号の帯域幅) (3)
となるクライアント信号が存在することとなる。
図９は、SONET/SDH ADM装置とWDM装置を用いた場合と、該光送受信カードを搭載したWDM装置を用いた場合とで、クライアント信号の収容結果が異なる場合の例を示している。図９では、（2.5 G, 1.25 G, 622 Mbps）の信号各（4, 4, 8）本を一波長当たり10 Gbpsの帯域幅に収容している。また、光送受信カードのクライアントポート数は8としている。ここでは、（光信号の帯域幅）/（クライアント信号挿入ポート数）= 1.25 Gbpsとなり、(2) 式を満たすクライアント信号と(3) 式を満たすクライアント信号が共存している。従来のSONET/SDH ADM装置を用いた設計では、合計帯域の利用率のみを最大化すればよいため、帯域の大きい信号から順に収容し、図９ （ａ） に示すような2本の光信号が生成される。しかし、該光送受信カードでの収容を、同様に、帯域利用率のみを考慮して行った場合、図９（ｂ） のように、3枚の光送受信カードが必要となり、図９（ｃ） に示す2枚のカードでの最適収容を実現できない。これは、従来方式が光送受信カードのクライアント側ポート数の制限を考慮しないためである。
本発明の課題は、ADM on λ機能を具備し、かつ、クライアント側ポートが有限である光送受信カードを用いたクライアント信号の収容において、クライアント側のポートと光信号帯域の双方を最大利用し、所要となる光送受信カード数を最小とする光ネットワーク設計方法を提供することである。
本発明の光ネットワーク設計方法は、光ネットワークの多重化装置に含まれる、クライアントからの信号を時間多重と波長多重して光信号として出力する光送受信カードへのクライアント信号の収容の仕方を設計する光ネットワーク設計方法において、該光送受信カードへのクライアント信号のポート数と、該光送受信カードの光信号帯域と、各クライアント信号の帯域幅と、各帯域幅を有するクライアント信号の数とをコンピュータに入力し、コンピュータが、該光信号帯域を該ポート数で割った値よりも大きな帯域幅のクライアント信号が存在するか否かを判断し、コンピュータが、光信号帯域を該ポート数で割った値よりも大きな帯域幅のクライアント信号が存在する場合に、帯域幅最大のクライアント信号を少なくとも１本含み、全帯域が該光信号帯域以内となる、ポート数本のクライアント信号の組み合わせを抽出し、コンピュータが、該抽出されたクライアント信号のうち、合計帯域が最大となる組み合わせを、該光送受信カードに収容するクライアント信号の組み合わせとして選択することを特徴とする。
本発明により、クライアントポート数に制限がある下でのクライアント信号の最適収容設計が可能となり、与えられたトラフィックデマンドであるクライアント信号を収容するのに必要となる光送受信カード数が最小化され、ネットワーク全体の装置コストが最小化される。
本発明は、WDM装置とSONET/SDH ADM装置の機能を併せ持つ光送受信カードを用いて、与えられたクライアント信号を、クライアント側ポート数、光信号帯域の順に最大利用を行うよう収容することを特徴とする光ネットワーク設計方法である。また、特に、本発明の実施形態では、この光ネットワーク設計方法をプログラムによって自動的に実行する。
本発明の実施形態の設計方法では、同一ノード間に与えられたクライアント信号群から、クライアント信号の本数が光送受信カードのクライアント挿入ポート数以下で最大となり、かつ、合計帯域幅を光送受信カードの光信号帯域幅以内で最大とし、かつ、帯域幅最大のクライアント信号を少なくとも1本含む組合せを順に生成する。
図１は、本発明の実施形態の同一ノード間での設計方法の処理手順を示すフローチャートである。
図１のフローチャートにおいて、Ｐはクライアントポート数、ＢＷは、光信号帯域幅である。まず、ステップＳ１０において、全クライアント信号を１波長に収容可能であるか否かを判断する。ステップＳ１０の判断がＹｅｓの場合には、帯域のみを最大とする組み合わせを生成する従来の方法を提供する。ステップＳ１０の判断がＮｏの場合には、同一ノード間のクライアント信号群について、以下の3条件が全て満たされているかを調査する。
・複数種類のクライアント信号が存在する（ステップＳ１１）。
・帯域幅最大のクライアント信号が (2) 式を満たす（ステップＳ１２）。
・クライアント信号の合計帯域幅が光信号帯域を超過、あるいは合計本数がクライアントポート数を超過している（ステップＳ１８）。
上記３条件のうち、少なくとも１条件が満たされない場合、従来方式と同様に帯域幅の大きいクライアント信号から順にクライアントポート数分の組合せを順に生成する。
一方、上記３条件が全て満たされた場合、まず、クライアントポート数Ｐと同数の信号本数で、かつ、合計帯域幅が光信号帯域幅ＢＷ以内となる組合せが存在するかどうかを調査する(ステップＳ１３）。組合せが存在する場合（ステップＳ１３でＹｅｓ）、その中で帯域幅が最大となる組合せを最大組数抽出し（ステップＳ１４、Ｓ１５）、ステップＳ１６で、同組み合わせを抽出後に、処理すべきクライアント信号が残っているか否かを判断する。ステップＳ１６の判断がＮｏの場合には、処理を終了し、Ｙｅｓの場合には、ステップＳ１７で、Ｐを初期値に戻して、同様の処理を最初から繰り返す。組合せが存在しない場合（ステップＳ１３でＮｏ）、調査する組合せの本数を1本減少させ（ステップＳ１９）、同様の組合せ探索処理を繰り返す。
図１のフローチャートの点線内の処理の詳細を説明する。
第１の方法では、あらかじめ可能なクライアント信号の組合せのデータベースを保持しておき、図１の点線内の処理に適用する。データベースに必要となる要素は、以下の通りである。
・存在し得る全クライアント信号の種類とその本数
・組合せの合計本数
・組合せの総帯域幅
クライアント信号の本数が光送受信カードのクライアントポート数以下である全組合せのうち、総帯域幅が光送受信カードの光信号帯域以下となるものを抽出し、以下の優先順位で並べる。
・合計本数の大きいもの
・総帯域幅の大きいもの
・帯域幅の大きいクライアント信号の本数の大きいもの
実際にクライアント信号の収容を行う際には、上記で作成したデータベースを参照し、与えられたクライアント信号から生成可能であり、かつ、与えられたクライアント信号のうちで帯域幅最大のクライアント信号を少なくとも1本含み、かつ、最も優先度の高い組合せを生成する。
表1にデータベースの一例を示す。ここでは、光送受信カードの帯域幅をOC192（STS-192）、クライアント側ポート数を8としている。また、クライアント信号として、OC48（STS-48）、OC12（STS-12）、OC3（STS-3）、GbE信号の4種類を想定している。ここで、GbEはSONETのVirtual Concatenation機能を用いて収容されるとし、本明細書ではSTS-1-24vとして扱う。表1において、帯域幅は各クライアント信号の組合せにおける合計帯域幅をSTS-1単位で示し、本数は各組合せにおけるクライアント信号本数を示している。
本例では、組合せの優先度の3番目として、帯域幅の大きいクライアント信号の本数の大きいものとしているが、与えられたクライアント信号に応じて、例えば、最もデマンドの多いクライアント信号の本数が大きい組合せなどを3番目の優先度として適用する場合もある。
表１−表２のような表から上記条件をかんがみて、最適なエントリを選択するプログラムのアルゴリズムは、当業者によれば、容易に想到されるであろうから、説明を省略する。
図２は、図１の点線内の処理の第２の例を説明するフローチャートである。
本例では、図１の点線内の処理に、動的計画法に基づいたアルゴリズムを適用する。以下では、１枚の光送受信カードのクライアントポート数をP、光信号帯域をBWとする。
本処理では、まず、帯域幅が最大のクライアント信号で生成可能な組合せのうち、合計本数がP本であり、合計帯域幅が最大となる組合せを求める。次に、2番目に帯域幅の大きいクライアント信号を含め、合計本数P本、合計帯域幅最大となる組合せを求める。以降も同様の手順で組合せ探索を行い、全クライアント信号を含めた組合せを抽出する。
具体的な計算手段について述べる。与えられたクライアント信号の種類がk種類のとき、各信号の帯域幅の大きい順に各クライアント信号種名をC1, C2, …, Ckと表す。それぞれの1本ごとの帯域幅をB1, B2, …, Bkとし、トラフィックデマンドとして与えられた本数をそれぞれN1, N2, …, Nkとする。また、ｘｉを各クライアント種から抽出する本数、ＢＬｉ（Ｐ−ｐ）をＣｉ＋１からＣｋまでのクライアント信号（Ｐ−ｐ）本を用いた組み合わせ中、最小の合計帯域幅（対象信号数が（Ｐ−ｐ）本未満の場合、対象全信号の合計帯域幅）とする。
ここで、本処理における目的は、組合せの合計帯域幅を求める目的関数をFとして、以下のように定義できる。
（命題1）
ここで、iは区間[1, k]の任意の自然数とし、xiはクライアント信号Ciから抽出するクライアント信号本数とする。また、min[]関数は括弧内の値のうちの最小値を求める関数である。
次に、Fの部分和として、fi(p)を定義し、fi(p)の最大値を順次求めることを考える。fi(p)はC1からCiまでの各クライアント信号を合計p本集約した場合の組合せの合計帯域幅とする。ただし、
である。ここに、以下の命題を定義する。
（命題2）
ここで、lは区間[1, i]の任意の自然数とし、xlはクライアント信号Clから抽出するクライアント信号本数とする。(BW - BLi(P-p))をfi(p)の上限値とするのは、fi(p)を計算する際に、BW-BLi(P-p)<fi(p)≦BWとなる組合せを選択しても、残り(P-p)本を加えて、合計帯域幅がBW以下となるP本の組合せは生成できないためである。ただし、Ci+1からCkまでのクライアント信号の総本数が(P-p)未満の場合には、BLi(P-p)を以下のように定義する。
命題2で得られる部分和fi(p)の最大値をそれぞれFi(p)とすると、F1(p)は以下のように表せる。
また、i=2,…,kについて、Fi(p)はFi-1(p)を用いて以下のように表せる。ただし、0<fi(p)≦BW-BLi(P-p)となるfi(p)が得られなかった場合、Fi(p) = ∞とする。Fi(p)は、整数j = 0, 1, …, min[p-1, Ni]に対して、{Bi×j+Fi-1(p-j) }で与えられる値の中で、区間 (0, BW-BLi(P-p)] にあるもののうち、最大となる値とする。
ここで、抽出するクライアント信号Ciの本数xiは、上記Fi(p)を決定した{ Bi×j+Fi-1(p-j) }を最大とするjの値となる。また、C1からCi-1までのクライアント信号の本数x1~xi-1は、Fi-1(p-xi)の計算過程から得られる。帯域幅と本数が等しい組合せが複数検出された場合には、より帯域幅の大きいクライアント信号の本数が大きい組合せを選択する。
上記によって、i=1から順にFi(p)を求めると、命題1の目的関数であるFがFk(P)から決定される。Fk(P) ≠ ∞となった場合、得られたFk(P)を生成する組合せによって、P本のクライアント信号の組合せが選択される。一方、Fk(P) = ∞の場合、P本の組合せは生成できないことがわかるため、P = P-1とし、再度組合せ探索処理を試行する。
図２にしたがって、上記アルゴリズムを説明する。
ステップＳ３０のループ１で、１〜Ｐの整数値ｐについて、ステップＳ３１〜ステップＳ３４の処理を繰り返し行う。ステップＳ３１では、BL1(P-p)を求める。ステップＳ３２において、p≦N1かつpB1≦BW-BL1(P-p)であるか否かを判断する。ステップＳ３２の判断がＮｏの場合には、F1(p)=∞とし、ステップＳ３２の判断がＹｅｓの場合には、F1(p)=pB1、F1(p)に対するx1＝ｐとする。
ステップＳ３５のループ２では、１〜ｋの整数値であるｉについて、ステップＳ３６からステップＳ４１を繰り返し行う。ステップＳ３６のループ３では、１〜Ｐの整数値であるｐについて、ステップＳ３７からステップＳ４１を繰り返し行う。ステップＳ３７において、BLi(P-p)を求める。ステップＳ３８において、ｊ＝０、１、２、・・・、ｍｉｎ［Ｐ−１、Ｎｉ］に対して、Fi-1(p-j)+jBiを求める。ステップＳ３９において、ステップＳ３８で求めた値に区間(0, BW-BLi(P-p)]内の値があるか否かを判断する。ステップＳ３９の判断がＮｏの場合には、Fi(p)=∞とする。ステップＳ３９の判断がＹｅｓの場合には、Fi(p)をその値の最大値とし、Fi(p)に対応するxiをそのときのｊ、ｘ１〜ｘｉ−１をＦｉ−１（ｐ−ｘｉ）を構成する値とする。ステップＳ４２では、Ｆｋ（Ｐ）＝∞か否かを判断する。ステップＳ４２の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ４３において、Ｐ＝Ｐ−１とし、最初に戻る。ステップＳ４２の判断がＮｏの場合には、Ｆｋ（Ｐ）を構成する、ｘ１〜ｘｉの組み合わせを出力する。この出力では、Ｐ本で帯域最大の組み合わせとなっている。
上記の処理においては、さまざまな制限を持った変数値の最大値を求めているが、これは、コンピュータに可能なすべての場合の変数値を生成させ、そのうち、制限を満たす最大値をコンピュータに選択させることで実現することができる。
本処理の動作例を示す。ここでは、P=8, BW=192とした。クライアント信号はC1: OC48, C2: GbE, C3: OC12, C4: OC3の4種とし、GbEはSONETのVirtual Concatenation機能を利用して収容されることとし、STS-1-21vとして扱った。与えられる各クライアント信号の本数は全て10とした。すなわち、B1 = 48, B2 = 21, B3 = 12, B4 = 3, Ni = 10 (i=1,2,3,4)である。なお、ＧｂＥの帯域幅は２４、２１のいずれでもよく、ここでは２１とする。
以下、出力されるBLi(P-p)とFi(p)、およびxiの値を順に列挙する。下線で示される値が、選択された最大値である。また、同じ帯域幅となる組合せが複数ある場合は、選択した組合せを「」で示した。最終的に算出されたF4(8)の結果から、この場合に選択される組合せは、(x1, x2, x3, x4) = (3, 1, 1, 3)となる。(3, 1, 1, 3)の組合せはNi=10であることから3組抽出可能なため、これらの３組の抽出後に残るクライアント信号の各本数は、(N1, N2, N3, N4) = (1, 7, 7, 1)となる。これらの残りのクライアント信号群についても、同様の処理を行って、すべてのクライアント信号を複数の光送受信カードに収容する。
なお、F4(8)はFi(p), i =1,2,3の値から求められるため、本来F4(1) ~ F4(7)を計算する必要はないが、説明のため記載した。

BL1(7) = 21, F1(1) = 48, x1 = 1
BL1(6) = 18, F1(2) = 96, x1 = 2
BL1(5) = 15, F1(3) = 144, x1 = 3
BL1(4) = 12, F1(4) = ∞
BL1(3) = 9, F1(5) = ∞
BL1(2) = 6, F1(6) = ∞
BL1(1) = 3, F1(7) = ∞
BL1(0) = 0, F1(8) = ∞

BL2(7) = 21, F2(1) = [48] = 48, x1 = 1, x2 = 0
BL2(6) = 18, F2(2) = [96, 21+48] = 96, x1 = 2, x2= 0
BL2(5) = 15, F2(3) = [144, 21+96, 42+48] = 144, x1 = 3, x2= 0
BL2(4) = 12, F2(4) = [∞, 21+144, 42+96, 63+48] = 165, x1= 3, x2 = 1
BL2(3) = 9, F2(5) = [∞, 21+ ∞, 42+144, 63+96, 84+48] = 159, x1= 2, x2 = 3
BL2(2) = 6, F2(6) = [∞, 21+ ∞, 42+ ∞, 63+144, 84+96, 105+48] = 180, x1 = 2, x2 = 4
BL2(1) = 3, F2(7) = [∞, 21+ ∞, 42+ ∞, 63+ ∞, 84+144, 105+96, 126+48] = 174, x1 = 1, x2 = 6
BL2(0) = 0, F2(8) = [∞, 21+ ∞, 42+ ∞, 63+ ∞, 84+ ∞, 105+144, 126+96, 147+48] = ∞

BL3(7) = 21, F3(1) = [48] = 48, x3 = 0, x1 = 1, x2 = 0 (F2(1))
BL3(6) = 18, F3(2) = [96, 12+48] = 96, x3 = 0, x1= 2, x2 = 0 (F2(2))
BL3(5) = 15, F3(3) = [144, 12+96, 24+48] = 144, x3 = 0, x1= 3, x2 = 0 (F2(3))
BL3(4) = 12, F3(4) = [165, 12+144, 24+96, 36+48] = 165, x3= 0, x1 = 3, x2 = 1 (F2(4))
BL3(3) = 9, F3(5) = [159, 12+165, 24+144, 36+96, 48+48] = 177, x3= 1, x1 = 3, x2 = 1 (F2(4))
BL3(2) = 6, F3(6) = [180, 12+159, 24+165, 「36+144」, 48+96, 60+48] = 180,
x3= 3, x1 = 3, x2 = 0 (F2(3)) （x1 の比較）
BL3(1) = 3, F3(7) = [174, 12+180, 24+159, 36+165, 48+144, 60+96, 72+48] = 183,
x3= 2, x1 = 2, x2 = 3 (F2(5))
BL3(0) = 0, F3(8) = [∞, 12+174, 24+180, 36+159, 48+165, 60+144, 72+96, 84+48] = 186,
x3= 1, x1 = 1, x2 = 6 (F2(7))

BL4(7) = 0, F4(1) = [48] = 48, x4 = 0, x1 = 1, x2 = 0, x3 = 0 (F3(1))
BL4(6) = 0, F4(2) = [96, 3+48] = 96, x4 = 0, x1= 2, x2 = 0, x3 = 0 (F3(2))
BL4(5) = 0, F4(3) = [144, 3+96, 6+48] = 144, x4 = 0, x1= 3, x2 = 0, x3 = 0 (F3(3))
BL4(4) = 0, F4(4) = [165, 3+144, 6+96, 9+48] = 165, x4 = 0, x1 = 3, x2 = 1, x3 = 0 (F3(4))
BL4(3) = 0, F4(5) = [177, 3+165, 6+144, 9+96, 12+48] = 177, x4= 0, x1 = 3, x2 = 1, x3 = 1 (F3(5))
BL4(2) = 0, F4(6) = [180, 「3+177」, 6+165, 9+144, 12+96, 15+48] = 180,
x4= 1, x1 = 3, x2 = 1, x3 = 1 (F3(5)) （x1, x2 の比較）
BL4(1) = 0, F4(7) = [183, 「3+180」, 6+177, 9+165, 12+144, 15+96, 18+48] = 183,
x4= 1, x1 = 3, x2 = 0, x3 = 0 (F3(6)) （x1の比較）
BL4(0) = 0, F4(8) = [186, 3+183, 6+180, 「9+177」, 12+165, 15+144, 18+96, 21+48] = 「186,」
「x 4 = 3, x 1 = 3, x 2 = 1, x 3 = 1」 (F3(5)) （x1, x2 の比較）
図３に、SONET/SDHリング網上での本発明の設計方法の動作例を示す。図３の設計方法は、SONET網全体に対して設定を行う場合に適用される。
本設計方法は、3ステップで構成される。各ステップにおいて、与えられるトラフィックデマンドであるクライアント信号を多重化装置の光信号に収容可能なクライアント信号群に集約していく。ステップＳ２５では、図１に示した収容手順を適用し、同一ノード間のクライアント信号をまとめる。ステップＳ２６では、ステップＳ２５で生成されたクライアント信号群のうち、クライアントポートとネットワーク帯域双方に空きがあるもの同士を分岐・挿入ノードのどちらかを共有するようにまとめ、クライアント信号群の集約を行う。ここで、分岐・挿入ノードとは、トラフィックデマンドであるクライアント信号を終端する光送受信カードが置かれている局舎（ノード）を指す。ステップＳ２６では、共通する分岐・挿入ノードにおけるクライアント側ポートの必要数とクライアント信号群の合計帯域幅を考慮する。ステップ２において光送受信カードの共有を図ることで、ネットワーク全体で所要となる光送受信カードを削減している。ステップＳ２７では、ステップＳ２６までに生成されたクライアント信号群同士を光信号帯域のみを考慮してクライアント信号群の集約を行う。このステップＳ２７において集約するクライアント信号群の分岐・挿入ノードは互いに共有しない関係となる。ステップ３では、光送受信カードは削減されないが、光信号帯域の有効利用を行うことにより、ネットワーク全体で利用されるSONET/SDHの(リング)ネットワーク数が削減され、延いてはWDM網上にSONET/SDHネットワークが構築される場合に光信号数（波長数）を削減する効果に結びつく。ステップ３の処理後、生成された全クライアント信号群がそれぞれ多重化装置の1光信号に収容される。
図４は、図３のステップＳ２６の詳細フローチャートである。
双方向のクライアント信号デマンドを、SONETのUPSR（Unidirectional Path Switched Ring）で収容する場合の一例を示す。SONET UPSRでは、信号の伝送が一方向であるため、双方向のトラフィックによってリング全体の経路が利用される。
図３のステップＳ２５では、図１の設計方法を用いて同一ノード間のクライアント信号から、クライアント信号群が生成される。クライアント信号群は、分岐・挿入ノードの位置、各ノードの必要ポート数、合計帯域の情報からなる。
ステップＳ２６以降では、クライアント信号群同士の組合せを行う。ここで、クライアント信号群に必要な情報は、以下の3項目である。
・分岐・挿入ノード
・各分岐・挿入ノードで利用されているクライアントポート数（以下、ポート数）
・合計帯域幅
ステップＳ２５終了時点では、各クライアント信号群の分岐・挿入ノード数は2、ポート数は収容しているクライアント信号本数である。
ステップＳ２６では、まず、ステップＳ２５の結果得られたクライアント信号群のうち、ポート数がP未満であり、かつ、合計帯域幅がBW未満であるものを抽出し、以下の優先順位で並び替える。
・合計帯域
・必要ポート数（合計信号本数）
以上、降順。
次に、優先度最高のクライアント信号群と、分岐・挿入ノードを共有し、組合せ可能なクライアント信号群のうち、優先度最高のものとを組み合わせ、組合されたクライアント信号群は処理済みとする。さらに、組合せ後のクライアント信号群と、ノードを共有しつつ組合せ可能な他のクライアント信号群との組合せを同様の手順で行い、組合せ可能なクライアント信号群がなくなるまで繰り返す。次に、処理済みでないクライアント信号群のうち、優先度最高のものについて同様の処理を繰り返す。
図４にしたがって説明する。
ステップＳ５０において、全クライアント信号群を以下の優先順位で並び替える（降順）。
１．合計帯域
２．必要ポート数（合計信号本数）
ステップＳ５１において、処理済を示すフラグが立っていない最上位のクライアント信号群をカレントグループとし、フラグを立てる。ステップＳ５２において、フラグの立っていない最上位のクライアント信号群をテストグループとする。ステップＳ５３において、以下の条件を満たし、ノード共有によってカレントグループとテストグループが組み合わせ可能かどうかを調査し、可能なら組み合わせる。
・共通する分岐・挿入ノードがある。
・合計帯域がネットワーク帯域以下である。
・共通する全ノードの合計必要ポート数がクライアントポート数以下である。
ステップＳ５３において、組み合わせ可能と判断された場合には、ステップＳ５４において、組み合わせ後、カレントグループを更新し、テストグループにフラグを立てて、ステップＳ５２に戻る。ステップＳ５３において、組み合わせが不可能と判断された場合には、ステップＳ５５において、テストグループより下位にフラグのたっていないクライアント信号群があるか否かを判断する。ステップＳ５５の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ５６において、テストグループより下位でフラグのたっていない最上位のクライアント信号群を新たにテストグループとしてステップＳ５３に戻る。ステップＳ５５の判断がＮｏの場合には、ステップＳ５７において、カレントグループを出力リストに保存し、ステップＳ５８において、入力リスト中にフラグの立っていないクライアント信号群があるか否かを判断する。ステップＳ５８の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ５１に進み、ステップＳ５８の判断がＮｏの場合には、処理を終了する。
図５は、図３のステップＳ２７の詳細フローチャートである。
ステップＳ２７では、ステップＳ２５、Ｓ２６において生成されたクライアント信号群のうち、合計帯域幅がBW未満のものを抽出し、合計帯域幅の大きい順に並べ替える。次に優先度最大のクライアント信号群について、ノードを共有せず組合せ可能なクライアント信号群のうち、優先度最高のものを組合せ、組合されたクライアント信号群を処理済みとする。さらに、組合せ後のクライアント信号群と、ノードを共有せず組合せ可能な他のクライアント信号群との組合せを同様の手順で行い、組合せ可能なクライアント信号群がなくなるまで繰り返す。次に処理済みでないクライアント信号群のうち、優先度最高のものについて同様の処理を繰り返す。
図５にそって説明する。図５の入力情報は、図４の処理で得られた全クライアント信号群である。全クライアント信号群は、分岐・挿入ノードの位置、合計帯域からなる。ステップＳ６０において、入力リストの全クライアント信号群を合計帯域の優先順位で並び替える。ステップＳ６１において、処理済を示すフラグのたっていない最上位のクライアント信号群をカレントグループとして、フラグを立てる。ステップＳ６２において、フラグのたっていない最上位のクライアント信号群をテストグループとする。ステップＳ６３において、以下の条件を満たし、ノードを共有せず、カレントグループとテストグループが組み合わせ可能か否かを調査し、可能なら組み合わせる。
・共通する分岐・挿入ノードがない。
・合計帯域がネットワーク帯域以下である。
ステップＳ６３において、組み合わせが不可能と判断された場合には、ステップＳ６５に進む。ステップＳ６５においては、テストグループより下位にフラグのたっていないクライアント信号群があるか否かを判断する。ステップＳ６５の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ６６において、テストグループより下位で、フラグのたっていない最上位のクライアント信号群を新たにテストグループとし、ステップＳ６３に戻る。ステップＳ６５の判断がＮｏの場合には、ステップＳ６７において、カレントグループを出力リストに保存する。ステップＳ６３において、組み合わせが可能と判断された場合には、ステップＳ６４において、組み合わせ後カレントグループを更新し、テストグループにフラグを立て、ステップＳ６７に進む。Ｓ６７において、カレントグループを出力リストに保存する。ステップＳ６８において、入力リスト中にフラグの立っていないクライアント信号群があるか否かを判断する。ステップＳ６８の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ６１に戻る。ステップＳ６８の判断がＮｏの場合には処理を終了する。
図６に本発明の適用例として、本発明の実施形態の設計方法を適用したネットワーク設計部を具備したネットワーク管理システム（NMS: Network Management System）を含む光ネットワークの一構成例を示す。
本適用例は、NMS２０に本発明の実施形態の設計方法を自動的に実行するネットワーク設計部２１を具備し、かつ、光ノードのクライアントインタフェースにADM on λ機能を具備した光送受信カード２２−Ａ−１〜２２−Ａ−ｎ、２２−Ｂ−１〜２２−Ｂ−ｎ、２２−Ｃ−１〜２２−Ｃ−ｎを持ち、かつ、ADM on λカードのクライアント側入出力部に光マトリクススイッチ２３−Ａ、２３−Ｂ、２３−Ｃを具備している。そして、この構成において、NMS２０のネットワーク設計部２１で計算されたクライアント信号の収容設計結果に基づいて光マトリクススイッチ２３−Ａ、２３−Ｂ、２３−Ｃの接続を制御し、各クライアント信号のパス設定を行う光ネットワーク構成となっている。本適用例における光ネットワークは、NMS２０、光送信端局装置Ａ〜Ｃ、および、光ファイバ２４から構成される。NMS２０はネットワーク運用管理部２５に加え、ネットワーク設計部２１を保持する。各光送信端局装置Ａ〜Ｃは、クライアント信号の方路切り替えを行う光マトリクススイッチ２３−Ａ〜２３−Ｃと、ADM on λ機能を具備した光送受信カード２２−Ａ−１〜２２−Ｃ−ｎと、波長を光のまま分岐・挿入するOADM（Optical Add/Drop Multiplexing）装置２６−Ａ、２６−Ｂ、２６−Ｃ、および、該装置の運用管理を行うEMS（Equipment Management System）２７−Ａ、２７−Ｂ、２７−Ｃを具備する。EMS２７−Ａ〜２７−Ｃは光送受信端局装置Ａ〜Ｃ内の各装置と接続されており、OADM装置２６−Ａ〜２６−Ｃで分岐・挿入する波長、光送受信カード２２−Ａ−１〜２２−Ｃ−ｎの光送信波長、および、光マトリクススイッチ２３−Ａ〜２３−Ｃの方路等を自動で設定することができる。また、各EMS２７−Ａ〜２７−ＣはNMS２０と接続されており、NMS２０からの指示に基づき、該光送信端局装置Ａ〜Ｃ内の各装置の設定変更を行う。本適用例によって、クライアント信号の最適収容を自動で実際のネットワークへ適用することが可能となる。
ネットワークを運用中、ファイバスパンの追加・削除によるネットワーク構成の変更が管理者からNMS２０に入力されると、NMS２０に具備されたネットワーク設計部２１が光送受信カード数を最小とする収容設計を行う。再設計の結果、各光送信端局装置Ａ〜Ｃ内の各光送受信カードに収容されるクライアント信号と、光送信波長、各OADMで分岐・挿入される光信号波長等が新たに決定される。決定された各設定は、当該光送信端局装置Ａ〜Ｃに通知され、クライアント側光マトリクススイッチの方路設定、光送受信カードの光伝送波長、およびOADMの分岐・挿入波長等の設定変更が行われ、ネットワーク全体の構成変更が行われる。NMSにおいて再設計を行った結果、光送受信カードが新たに必要となった場合には、当該ノードのEMS管理者に追加する光送受信カードと、その挿入スロットを指示する。このとき、別のサイトでは既設の光送受信カードが不要となる場合もあるため、在庫の光送受信カードを利用できる場合には、移動させる光送受信カードの情報をNMS管理者と、削除・追加が必要な光送信端局装置のEMS管理者に通知する。
トラフィックデマンドの追加があった場合も同様にネットワークの再設計を行う。このとき、オペレータがクライアント信号を挿入した光マトリクススイッチ上のポートをNMSに対して指示することにより、前記ネットワーク設計結果にしたがって光マトリクススイッチの制御を行い、クライアント信号を適切な光送受信カードへ接続し運用を開始可能となる。
（付記１）
光ネットワークの多重化装置に含まれる、クライアントからの信号を時間多重と波長多重して光信号として出力する光送受信カードへのクライアント信号の収容の仕方を設計する光ネットワーク設計方法において、
該光送受信カードへのクライアント信号のポート数と、該光送受信カードの光信号帯域と、各クライアント信号の帯域幅と、各帯域幅を有するクライアント信号の数とをコンピュータに入力し、
コンピュータが、該光信号帯域を該ポート数で割った値よりも大きな帯域幅のクライアント信号が存在するか否かを判断し、
コンピュータが、光信号帯域を該ポート数で割った値よりも大きな帯域幅のクライアント信号が存在する場合に、帯域幅最大のクライアント信号を少なくとも１本含み、全帯域が該光信号帯域以内となる、ポート数本のクライアント信号の組み合わせを抽出し、
コンピュータが、該抽出されたクライアント信号のうち、合計帯域が最大となる組み合わせを、該光送受信カードに収容するクライアント信号の組み合わせとして選択する
ことを特徴とする光ネットワーク設計方法。
（付記２）
前記抽出ステップでは、可能なクライアント信号の組み合わせを所定の優先順位をつけて予めテーブルとして作成し、該テーブルから必要なクライアント信号の組み合わせを抽出することを特徴とする付記１に記載の光ネットワーク設計方法。
（付記３）
前記優先順位は、可能なクライアント信号の組み合わせのうち、前記光送受信カードに収容するクライアント信号の本数の大きいものを上位とするものであることを特徴とする付記２に記載の光ネットワーク設計方法。
（付記４）
前記優先順位は、可能なクライアント信号の組み合わせのうち、前記光送受信カードに収容するクライアント信号の総帯域幅の大きいものを上位とするものであることを特徴とする付記２に記載の光ネットワーク設計方法。
（付記５）
前記優先順位は、可能なクライアント信号の組み合わせのうち、帯域幅の大きいクライアント信号の本数の大きいものを上位とするものであることを特徴とする付記２に記載の光ネットワーク設計方法。
（付記６）
前記抽出ステップでは、帯域幅の大きなクライアント信号の、前記光送受信カードに収容する本数から順に、所定の帯域制限の下に、該クライアント信号の合計帯域が最大となるように、該クライアント信号の本数を順次決定する動的計画法に基づいたアルゴリズムを用いて該光送受信カードに収容するクライアント信号の組み合わせを決定することを禿頭とする付記１に記載の光ネットワーク設計方法。
（付記７）
前記所定の帯域制限は、すでに決定されたクライアント信号の本数除いた、前記光送受信カードの残りのポート数にクライアント信号を収容した場合の最小の合計帯域幅を該光送受信カードの光信号帯域幅から引いた値を上限とするものであることを特徴とする付記６に記載の光ネットワーク設計方法。
（付記８）
前記光ネットワークに含まれるすべての前記多重化装置のペアについて、付記１〜７のいずれか１つに記載の光ネットワーク設計方法を適用してクライアント信号をいったん割り振り、
クライアント信号を収容するためのポートが空いている該多重化装置であって、該多重化装置のペアに共通の該多重化装置について、付記１〜７のいずれか１つに記載の光ネットワーク設計方法を適用し、該共通の多重化装置のクライアント信号の収容方法を最適化することを特徴とする光ネットワーク設計方法。
（付記９）
前記光ネットワークに含まれる前記多重化装置へのクライアント信号の収容に関して、いずれのクライアント信号についても共通とはならない該多重化装置へのクライアント信号の収容を、該多重化装置の光信号帯域を最大限利用するように、最適化することを特徴とする付記８に記載の光ネットワーク設計方法。
（付記１０）
請求項１〜９のいずれか１つに記載の光ネットワーク設計方法を使って設計された光ネットワーク。
（付記１１）
前記光ネットワーク設計方法は、光ネットワークの管理装置によって実行されることを特徴とする付記１に記載の光ネットワーク設計方法。
（付記１２）
光ネットワークの多重化装置に含まれる、クライアントからの信号を時間多重と波長多重して光信号として出力する光送受信カードへのクライアント信号の収容の仕方を設計する光ネットワーク設計方法をコンピュータに実現させるプログラムにおいて、
該光送受信カードへのクライアント信号のポート数と、該光送受信カードの光信号帯域と、各クライアント信号の帯域幅と、各帯域幅を有するクライアント信号の数とを入力させ、
該光信号帯域を該ポート数で割った値よりも大きな帯域幅のクライアント信号が存在するか否かを判断し、
光信号帯域を該ポート数で割った値よりも大きな帯域幅のクライアント信号が存在する場合に、帯域幅最大のクライアント信号を少なくとも１本含み、全帯域が該光信号帯域以内となる、ポート数本のクライアント信号の組み合わせを抽出し、
該抽出されたクライアント信号のうち、合計帯域が最大となる組み合わせを、該光送受信カードに収容するクライアント信号の組み合わせとして選択する
ことを特徴とする光ネットワーク設計方法をコンピュータに実現させるプログラム。
本発明の実施形態の同一ノード間での設計方法の処理手順を示すフローチャートである。 図１の点線内の処理の第２の例を説明するフローチャートである。 SONET/SDHリング網上での本発明の設計方法の動作例を示す図である。 図３のステップＳ２６の詳細フローチャートである。 図３のステップＳ２７の詳細フローチャートである。 本発明の実施形態の設計方法を適用したネットワーク設計部を具備したネットワーク管理システムを含む光ネットワークの一構成例を示す図である。 SONET信号フレームのマッピング例を示す図である。 本発明が前提とする技術を説明する図である。 SONET/SDH ADM装置とWDM装置を用いた場合と、該光送受信カードを搭載したWDM装置を用いた場合とで、クライアント信号の収容結果が異なる場合の例を示す図である。
符号の説明
１０−１〜１０−ｎ 光送受信カード（トランスポンダ）
１１−１〜１１−ｎ SONET ADM装置
１２−１〜１２−ｎ SONET ADM機能付き光送受信カード（トランスポンダ）
２０ ＮＭＳ（Network Management System）
２１ ネットワーク設計部
２２−Ａ−１〜２２−Ａ−ｎ、２２−Ｂ−１〜２２−Ｂ−ｎ、２２−Ｃ−１〜２２−Ｃ−ｎ 光送受信カード（ADM on λ）
２３−Ａ〜２３−Ｃ クライアント信号用光マトリクススイッチ
２４ 光ファイバ
２５ ネットワーク運用管理部
２６−Ａ〜２６−Ｃ ＯＡＤＭ（Optical Add/Drop Multiplexer）
２７−Ａ〜２７−Ｃ ＥＭＳ（Equipment Management System）

Claims (10)

  1. 光ネットワークの多重化装置に含まれる、クライアントからの信号を時間多重と波長多重して光信号として出力する光送受信カードへのクライアント信号の収容の仕方を設計する光ネットワーク設計方法において、
    該光送受信カードへのクライアント信号のポート数と、該光送受信カードの光信号帯域と、各クライアント信号の帯域幅と、各帯域幅を有するクライアント信号の数とをコンピュータに入力し、
    コンピュータが、該光信号帯域を該ポート数で割った値よりも大きな帯域幅のクライアント信号が存在するか否かを判断し、
    コンピュータが、光信号帯域を該ポート数で割った値よりも大きな帯域幅のクライアント信号が存在する場合に、帯域幅最大のクライアント信号を少なくとも１本含み、全帯域が該光信号帯域以内となる、ポート数本のクライアント信号の組み合わせを抽出し、
    コンピュータが、該抽出されたクライアント信号のうち、合計帯域が最大となる組み合わせを、該光送受信カードに収容するクライアント信号の組み合わせとして選択する
    ことを特徴とする光ネットワーク設計方法。
  2. 前記抽出ステップでは、可能なクライアント信号の組み合わせを所定の優先順位をつけて予めテーブルとして作成し、該テーブルから必要なクライアント信号の組み合わせを抽出することを特徴とする請求項１に記載の光ネットワーク設計方法。
  3. 前記優先順位は、可能なクライアント信号の組み合わせのうち、前記光送受信カードに収容するクライアント信号の本数の大きいものを上位とするものであることを特徴とする請求項２に記載の光ネットワーク設計方法。
  4. 前記優先順位は、可能なクライアント信号の組み合わせのうち、前記光送受信カードに収容するクライアント信号の総帯域幅の大きいものを上位とするものであることを特徴とする請求項２に記載の光ネットワーク設計方法。
  5. 前記優先順位は、可能なクライアント信号の組み合わせのうち、帯域幅の大きいクライアント信号の本数の大きいものを上位とするものであることを特徴とする請求項２に記載の光ネットワーク設計方法。
  6. 前記抽出ステップでは、帯域幅の大きなクライアント信号の、前記光送受信カードに収容する本数から順に、所定の帯域制限の下に、該クライアント信号の合計帯域が最大となるように、該クライアント信号の本数を順次決定する動的計画法に基づいたアルゴリズムを用いて該光送受信カードに収容するクライアント信号の組み合わせを決定することを特徴とする請求項１に記載の光ネットワーク設計方法。
  7. 前記所定の帯域制限は、すでに決定されたクライアント信号の本数除いた、前記光送受信カードの残りのポート数にクライアント信号を収容した場合の最小の合計帯域幅を該光送受信カードの光信号帯域幅から引いた値を上限とするものであることを特徴とする請求項６に記載の光ネットワーク設計方法。
  8. 前記光ネットワークに含まれるすべての前記多重化装置のペアについて、請求項１〜７のいずれか１つに記載の光ネットワーク設計方法を適用してクライアント信号をいったん割り振り、
    クライアント信号を収容するためのポートが空いている該多重化装置であって、該多重化装置のペアに共通の該多重化装置について、請求項１〜７のいずれか１つに記載の光ネットワーク設計方法を適用し、該共通の多重化装置のクライアント信号の収容方法を最適化することを特徴とする光ネットワーク設計方法。
  9. 前記光ネットワークに含まれる前記多重化装置へのクライアント信号の収容に関して、いずれのクライアント信号についても共通とはならない該多重化装置へのクライアント信号の収容を、該多重化装置の光信号帯域を最大限利用するように、最適化することを特徴とする請求項８に記載の光ネットワーク設計方法。
  10. 光ネットワークの多重化装置に含まれる、クライアントからの信号を時間多重と波長多重して光信号として出力する光送受信カードへのクライアント信号の収容の仕方を設計する光ネットワーク設計方法をコンピュータに実現させるプログラムにおいて、
    該光送受信カードへのクライアント信号のポート数と、該光送受信カードの光信号帯域と、各クライアント信号の帯域幅と、各帯域幅を有するクライアント信号の数とを入力させ、
    該光信号帯域を該ポート数で割った値よりも大きな帯域幅のクライアント信号が存在するか否かを判断し、
    光信号帯域を該ポート数で割った値よりも大きな帯域幅のクライアント信号が存在する場合に、帯域幅最大のクライアント信号を少なくとも１本含み、全帯域が該光信号帯域以内となる、ポート数本のクライアント信号の組み合わせを抽出し、
    該抽出されたクライアント信号のうち、合計帯域が最大となる組み合わせを、該光送受信カードに収容するクライアント信号の組み合わせとして選択する
    ことを特徴とする光ネットワーク設計方法をコンピュータに実現させるプログラム。
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