JP5168054B2 - 波長分散補償設計システムおよび波長分散補償設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ネットワークにおける波長分散補償設計システムおよび波長分散補償設計方法に関する。

光ネットワーク分野においては、光信号のまま波長単位での分岐挿入、経路切替等を実現する光分岐挿入（ＯＡＤＭ：Optical Add-Drop Multiplexer）装置、光ハブとも称される波長クロスコネクト（ＷＸＣ：Wavelength Cross Connect）装置等の実現により、リング相互接続、メッシュ等といった複雑なトポロジを持つ光ネットワークの構築が進んでいる。このように複雑化するネットワークの光伝送設計、機器配置等の最適設計に対する要求が高まってきている。

光ネットワークにおいて、光信号の伝送品質を決定する要因の１つとして、波長分散（chromatic dispersion）がある。この波長分散の影響による光信号の波形劣化を抑制するために、光ネットワーク中を伝送される任意の波長パスの残留分散値が所望の分散トレランス内に納まるように光伝送途中の波長分散補償器が適宜配置し、波長分散を補償する試みがなされている。

従来、リング相互接続またはメッシュネットワーク向けの波長分散補償設計方法として、光ネットワークの中から抽出した複数の波長パスの各終端における残留波長分散が、各波長パスに対して設定された残留波長分散について許容範囲内になるように、各波長パスに備わった波長分散補償器の分散補償量を決定する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２００５／００６６０４号パンフレット

しかしながら、特許文献１の技術では、各波長分散補償器の分散補償量からどの組合せを選択すればよいか具体的な解法が示されていない。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、より適切に波長分散補償の最適解を算出可能な波長分散補償設計方法および波長分散補償設計システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、明細書開示の波長分散補償設計システムは、光伝送路を介して相互に接続された複数のノードおよび複数のノードの各々に設けられた波長分散補償器を有する光ネットワークの情報を入力する入力手段と、光ネットワークの情報に基づいて始端ノードから終端ノードに至る複数の信号の波長パスごとに残留波長分散の許容範囲を設定する許容範囲設定手段と、光ネットワーク内の各光素子の波長ごとの波長分散ばらつきおよび入力手段によって入力された情報を考慮して各波長分散補償器の分散補償量の候補に基づいて残留波長分散の許容範囲内に収まる波長パス数を算出し、当該波長パス数に基づいて分散補償量を算出する算出手段と、を備えるものである。

上記課題を解決するために、明細書開示の波長分散補償設計方法は、光伝送路を介して相互に接続された複数のノードおよび複数のノードの各々に設けられた波長分散補償器を有する光ネットワークの情報を入力する入力ステップと、光ネットワークの情報に基づいて始端ノードから終端ノードに至る複数の信号の波長パスごとに残留波長分散の許容範囲を設定する許容範囲設定ステップと、光ネットワーク内の各光素子の波長ごとの波長分散ばらつきおよび入力ステップにおいて入力された情報を考慮して各波長分散補償器の分散補償量の候補に基づいて残留波長分散について許容範囲内に収まる波長パス数を算出し、当該波長パス数に基づいて分散補償量を算出する算出ステップと、を含むものである。

明細書開示の波長分散補償設計方法および波長分散補償設計システムによれば、より適切に波長分散補償の最適解を算出することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施例について説明する。

図１は、実施例１に係る波長分散補償設計システム１００のハードウェア構成を示す図である。図１に示すように、波長分散補償設計システム１００は、入力装置１１、出力装置１２、ドライブ装置１３、補助記憶装置１４、メモリ１５、演算処理装置１６およびデータベース１７を含む。これらの各要素は、システムバス１８によって相互に接続されている。この波長分散補償設計システム１００は、専用の装置構成であってもよく、汎用のパーソナルコンピュータ、ワークステーション等であってもよい。

入力装置１１は、ユーザ等が使用するキーボード、マウス等であって、各種データを入力可能な装置である。出力装置１２は、波長分散補償設計システム１００のプログラムを操作するために必要な情報を表示するためのディスプレイ等であって、プログラムの実行に従って動作する。このプログラムは、ドライブ装置１３等を介して補助記憶装置１４にインストールされる。

演算処理装置１６は、メモリ１５によって読み出され格納されているプログラムに基づいて、波長分散補償設計システム１００の処理を制御する。また、プログラムの実行に必要な情報等は、データベース１７から取得することができる。

図２は、波長分散補償設計システム１００が適用される光ネットワークの構成例および分散補償マップの一例を示す図である。図２の上側に示す光ネットワークは、一例として、光伝送路を介してメッシュ状に接続された複数のノードＮ１〜Ｎ８を含む。各ノードには、図示しない波長分散補償器（ＤＣＭ：Dispersion Compensation Module）が設けられている。各ノードの動作は、ネットワーク管理システム（ＮＭＳ：Network Management System）によって集中管理されている。

図２の下側に示す分散補償マップは、一例として、ノードＮ１を始端としてノードＮ５を終端とし、ノードＮ２，Ｎ３，Ｎ４を経由する波長パスの分散補償マップである。なお、この分散補償マップは、本実施例に係る波長分散補償設計方法に従って設定された最適分散補償マップである。最適分散補償マップの詳細については、後述する。

図３は、波長分散補償設計システム１００において実行される処理の一例を示すフローチャートである。波長分散補償設計システム１００は、まず、光ネットワーク情報の入力を行う（ステップＳ１０）。光ネットワーク情報は、入力手段１１を介して入力される。次に、波長分散補償設計システム１００は、各波長パスのパラメータを設定する（ステップＳ２０）。次いで、波長分散補償設計システム１００は、設計結果に影響しない分散ばらつき分の値を分散トレランス（残留波長分散の許容範囲）に考慮する（ステップＳ３０）。

次に、波長分散補償設計システム１００は、各波長分散補償器のパラメータを設定する（ステップＳ４０）。次いで、波長分散補償設計システム１００は、各波長分散補償器の分散補償量を設計し、混合整数計画法を用いて解を求める（ステップＳ５０）。次いで、波長分散補償設計システム１００は、結果を出力する（ステップＳ６０）。この結果は、出力装置１２を介して出力される。その後、波長分散補償設計システム１００は、フローチャートの実行を終了する。

以下、各ステップにおける処理の詳細について説明する。ステップＳ１０においては、設計対象となる光ネットワークについて、波長分散補償量の設計に必要な光ネットワーク情報がユーザによって入力装置１１に入力される。この光ネットワーク情報には、ネットワークトポロジ情報、ノード情報、スパン情報、波長パス情報、光ネットワーク内の各ノードおよび各スパンにおける伝送機器の波長分散ばらつき値等が含まれる。

具体的に、ネットワークトポロジ情報として、光ネットワーク上の各ノードの配置、各ノード間の接続状態に関する情報等があげられる。また、ノード情報として、各ノードの種別もしくは機能に関する情報等がある。図２に示した光ネットワークにおいては、各ノードに波長分散補償器が配置されている。したがって、各ノードは、ＯＡＤＭノード、光増幅中継ノード等の機能に加えて、分散補償ノードとしての機能も有している。ただし、本実施例においては、光ネットワーク上の全てのノードが分散補償機能を有することが必須ではないので、上記のノード情報によって各ノードの分散補償機能の有無が明らかにされていればよい。

スパン情報として、隣接するノード間を接続する光伝送路（以下、スパンと称する）に使用されている光ファイバに関する情報があげられる。例えば、ファイバ種、ファイバ長、波長分散値、伝送損失等である。

波長パス情報として、光ネットワーク上を伝送される各光信号の経路情報、信号種（２．４Ｇｂｐｓ、１０Ｇｂｐｓ、４０Ｇｂｐｓ、１００Ｇｂｐｓ等）、波長情報、各ノードからの光信号の出力パワー情報等がある。１つの波長パスは、同一の経路を伝送される１波長または複数波長の光信号を含む。光ネットワーク上に設定される複数の波長パスについて後述するパラメータ等を設定する際には、各波長パスを伝送される光信号を代表する標準波長が用いられる。この標準波長には、例えば信号波長帯の中心波長などをあらかじめ定めておいてもよい。

なお、本実施例において入力される光ネットワーク情報は、上記の具体例に限定されるものではない。後述する波長分散補償設計の演算処理に用いる各パラメータに関連する情報であればよい。

ステップＳ２０においては、ステップＳ１０において入力された光ネットワーク情報を基に、波長分散補償設計に必要な各波長パスのパラメータとして、各波長パスの終端ノードにおける波長分散トレランスと、各波長パスの終端ノードにおける残留波長分散目標値と、が設定される。

具体的に、波長分散トレランスは、各波長パスの経路情報、その経路に沿ったノード情報、経路上のノード間のファイバ情報、各波長パスを伝送される光信号の信号種、各ノードからの光信号の出力パワー情報等を基にして求められる。残留波長分散目標値は、上記で求めた波長分散トレランス内に、残留波長分散の設計目標値として新たに設定される。この残留波長分散目標値は、波長分散トレランス内の上限および下限を除いた中間部分に設定されることが好ましく、波長分散トレランスの上限と下限との中心に設定されることがより好ましい。

ステップＳ３０においては、混合整数計画法で使用するための分散トレランス値が算出される。ここで、残留分散は、それぞれのデバイス（ＤＣＭ、ファイバ等）の性能仕様分散値を基に計算されるが、実際にそれぞれのデバイスには、一定の分散ばらつきが存在する。

分散ばらつき値（ｄｅｖＵｐｐｅｒ、ｄｅｖＬｏｗｅｒ）は、大きく分けて２つの要素から構成される。なお、「Ｕｐｐｅｒ」は正側を示し、「Ｌｏｗｅｒ」は負側を示す。

上記の２つの要素のうち一方は、設計構成によって変動しないばらつき（ファイバ分散ばらつき等）である。本実施例においては、このばらつきの正側をＣｏｎｓｔＵｐｐｅｒＤｅｖ（ｄ，λ）と表現し、負側をＣｏｎｓｔＬｏｗｅｒＤｅｖ（ｄ，λ）と表現する。他方は、設計構成によって変動するばらつき（ＤＣＭ分散ばらつき等）である。本実施例においては、このばらつきの正側をＶａｒＵｐｐｅｒＤｅｖ（ｄ，λ，ＤＣＭ）と表現し、負側をＶａｒＬｏｗｅｒＤｅｖ（ｄ，λ，ＤＣＭ）と表現する。なお、上記の「ｄ」は、ｄｅｍａｎｄ（波長パス）のことを示す。

図４に示すように、分散正側のばらつきをｄｅｖＵｐｐｅｒ（ｄ，λ，ＤＣＭ）とし、分散負側のばらつきをｄｅｖＬｏｗｅｒ（ｄ，λ，ＤＣＭ）とする。この場合、下記式（１）が成立する。

ステップＳ４０においては、各スパンに配置される波長分散補償器に設定する波長分散補償量の候補が求められる。例えば、波長分散補償器を有するスパンを通過する全波長パスが持つ該スパンにおける残留分散目標値を考慮し、その残留分散目標値を全て包含する分散補償量を候補として選択する。また、波長分散補償量候補を求める手法は、この限りではない。

ステップＳ５０においては、ステップＳ１０〜４０で得られたパラメータを用いて各スパンの波長分散補償器の波長分散補償量が決定される。最適解を得るために、線形計画法の１つである混合整数計画法が適用される。混合整数計画法における制約条件は、下記の通りに設定される。

（制約条件）
（１）各スパンの波長分散補償器において設定可能な波長分散補償量は、ステップＳ５０で求めた波長分散補償量候補とする。
（２）ネットワーク内の各波長パスにおいて、波長依存性、分散ばらつき等の値を考慮した残留分散のとりうる範囲が分散トレランス外となる場合に、フラグｙを「１」とする。なお、フラグｙは、Ｂｏｏｌｅａｎ変数であって、各波長パスに設置される。

上記の制約条件を式で表すと、計算対象の波長λ_１〜λ_ｎに対して下記式（２）が導かれる。なお、正側の分散トレランスをＵｐｐｅｒＴｏｌｅｒａｎｃｅ［ｄ，λ］とし、負側の分散トレランスをＬｏｗｅｒＴｏｌｅｒａｎｃｅ［ｄ，λ］とする。また、ｙ１は分散トレランスの正側を示し、ｙ２は分散トレランスの負側を示す。

式（１）を式（２）に代入すると、制約条件を下記式（３）のように変形することができる。

式（３）のｙ［ｄ］＝１であれば、対象としている波長パスについては伝送不可であることが導かれる。ここで、伝送不可の波長パスの数は少ないことが好ましい。すなわち、各波長パスについてのｙ［ｄ］の総和が少ないことが好ましい。

例えば、ｙ［ｄ］の総和を最小にすることによって、各波長パスの失敗数を最小にすることができる。それにより、成功パスの数を最大とすることができる。

本実施例に係る波長分散補償設計システムによれば、目的関数が直接的であるため、光ネットワークの波長パスに対して伝送品質を確保した波長分散補償の最適解を算出することができる。

なお、出力装置１２は、上記式（３）の解を求める過程の情報を表示する。例えば、出力装置１２は、パスの状態、解を求めるために必要な処理時間、理想解に対する解の正確性、計算の途中結果等を表示してもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

実施例１に係る波長分散補償設計システムのハードウェア構成を示す図である。 波長分散補償設計システムが適用される光ネットワークの構成例および分散補償マップの一例を示す図である。 波長分散補償設計システムにおいて実行される処理の一例を示すフローチャートである。 分散正側のばらつきおよび分散負側のばらつきを示す図である。

符号の説明

１１ 入力装置
１２ 出力装置
１３ ドライブ装置
１４ 補助記憶装置
１５ メモリ
１６ 演算処理装置
１７ データベース
１８ システムバス
１００ 波長分散補償設計システム
Ｎ１〜Ｎ８ ノード

Claims (10)

1. 光伝送路を介して相互に接続された複数のノードおよび前記複数のノードの各々に設けられた波長分散補償器を有する光ネットワークの情報を入力する入力手段と、
   前記光ネットワークの情報に基づいて、始端ノードから終端ノードに至る複数の信号の波長パスごとに、残留波長分散の許容範囲を設定する許容範囲設定手段と、
   前記光ネットワーク内の各光素子の波長ごとの波長分散ばらつきおよび前記入力手段によって入力された情報を考慮して、各波長分散補償器の分散補償量の候補に基づいて前記残留波長分散の許容範囲内に収まる波長パス数を算出し、当該波長パス数に基づいて分散補償量を算出する算出手段と、を備えることを特徴とする波長分散補償設計システム。
2. 前記光ネットワークの情報は、波長パス情報と、設定された光素子の分散ばらつき情報と、を含むことを特徴とする請求項１記載の波長分散補償設計システム。
3. 残留波長分散について許容範囲内に収まる波長パス数が最大になるように、各波長パス上の波長分散補償器の分散補償量を選択する演算処理を行う演算処理部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２記載の波長分散補償設計システム。
4. 前記演算処理部は、前記演算処理の影響を受けない波長分散ばらつきを、演算処理前に残留波長分散の許容範囲の一部に考慮することを特徴とする請求項３記載の波長分散補償設計システム。
5. 前記算出手段が解を求める過程の情報を表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の波長分散補償設計システム。
6. 光伝送路を介して相互に接続された複数のノードおよび前記複数のノードの各々に設けられた波長分散補償器を有する光ネットワークの情報を入力する入力ステップと、
   前記光ネットワークの情報に基づいて、始端ノードから終端ノードに至る複数の信号の波長パスごとに、残留波長分散の許容範囲を設定する許容範囲設定ステップと、
   前記光ネットワーク内の各光素子の波長ごとの波長分散ばらつきおよび前記入力ステップにおいて入力された情報を考慮して、各波長分散補償器の分散補償量の候補に基づいて前記残留波長分散について許容範囲内に収まる波長パス数を算出し、当該波長パス数に基づいて分散補償量を算出する算出ステップと、を含むことを特徴とする波長分散補償設計方法。
7. 前記光ネットワークの情報は、波長パス情報と、設定された光素子の分散ばらつき情報と、を含むことを特徴とする請求項６記載の波長分散補償設計方法。
8. 残留波長分散の許容範囲内に収まる波長パス数が最大になるように、各波長パス上の波長分散補償器の分散補償量を選択する演算処理を行う演算ステップをさらに含むことを特徴とする請求項６または７記載の波長分散補償設計方法。
9. 前記演算処理ステップにおいては、前記演算処理の影響を受けない波長分散ばらつきを、演算処理前に残留波長分散の許容範囲の一部に考慮することを特徴とする請求項８記載の波長分散補償設計方法。
10. 前記算出ステップにおける解を求める過程の情報を表示する表示ステップをさらに含むことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の波長分散補償設計方法。

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