JP5276464B2 - 光波ネットワーク設計装置、光波ネットワーク設計方法、光波ネットワーク設計プログラム並びにそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、オール光の光波ネットワークにおいて、光の非線形性から生じる４光波混合を考慮した光波ネットワーク設計技術に関する。

光ファイバの波長多重伝送路では、４光波混合（ＦＷＭ：Four Wave Mixing）とよばれる光の非線形現象が知られている。ここで、波長多重伝送路における４光波混合を簡単に説明する。図１２（ａ）は、波長空間として、波長を横軸、その波長を使用して伝送されるデータを担持した信号の強度を縦軸方向に図示したものである。光ファイバ伝送路において、使用される各波長の間隔は必ずしも等間隔である必要はないが、簡単のため、ここでは、ある波長幅の中で使用される各波長が等間隔に並べられているものとする。図１２（ａ）において、ｎは波長λ_nを識別するナンバー（波長識別子）である。図示するように、波長識別子ｎ＝０〜５の波長λ₀〜λ₅が等間隔に並べられている。波長λ_nの上向き矢印は、その波長を用いた信号の信号強度を表わしている。なお、各波長λ₀〜λ₅の信号強度は同一とした。

連続した３つの波長、例えば、波長λ₁，λ₂，λ₃の信号による影響は、波長識別子ｎについての関係が１＋２−３＝０なので、波長識別子ｎ＝０の位置に並べられた波長λ₀の信号にノイズλ₁₂₃として影響する。図１２（ａ）において小さな上向き矢印で表記したノイズλ₁₂₃の値は、大きな上向き矢印で表記した波長λ₀の信号に影響するノイズのレベルを表わしている。

同様に、波長λ₁〜λ₃の信号による影響は、波長識別子ｎについての関係を入れ替えると、３＋１−２＝２なので、波長識別子ｎ＝２の位置に並べられた波長λ₂の信号にノイズλ₃₁₂として影響する。さらに、波長λ₁〜λ₃の信号による影響は、波長識別子ｎについての関係を入れ替えると、２＋３−１＝４なので、波長識別子ｎ＝４の位置に並べられた波長λ₄の信号にノイズλ₂₃₁として影響する。

光ファイバの波長多重伝送路では、選択して使用する波長に対して、その後（将来）使用する波長の影響を考慮すればよいと考えられるので、空いている波長を、波長識別子ｎの小さい順に選択するのであれば、例えば、波長λ₀を用いた信号を選択するときには、波長λ₁〜λ₃の信号による影響を考慮すればよいことになる。

そこで、図１２（ｂ）に示すように、波長識別子ｎを一般化して、３つの連続した波長識別子ｎ＝ｉ，ｊ，ｋの波長λ_i、λ_j、λ_kを使用して通信を行なうときを想定すると、波長識別子ｎについての関係はｉ＋ｊ−ｋ＜ｉなので、波長識別子ｎ＝ｉよりも左の位置に並べられた波長λの信号にノイズλ_ijkとして影響する。ノイズλ _ijk の値をノイズレベルとして、かつ、波長λ_i、λ_j、λ_kの値（大きな上向き矢印で表記したときの長さ）を信号強度とすると、式（１）の関係が知られている。
λ _ijk ＝λ_i＋λ_j−λ_k（ｉ≠ｋ、ｊ≠ｋ） … 式（１）

ちなみに、この式（１）において、一般に、ｉ、ｊ、ｋは、等間隔である必要はなく離れていてもよい。ただし、ｉ、ｊ、ｋの影響は、離れている距離の自乗に逆比例して減っていく。したがって、図１２（ｂ）に示すように、隣同士に並べられている波長の影響が一番大きいこととなる。

ノイズλ _ijk の値を示すノイズレベルは、ノイズλ_ijkが影響する信号のＳ／Ｎ比を劣化させる原因となる。また、信号に入るノイズλ_ijkのパワーＰ（λ _ijk ）は、波長λ_iを用いる信号のパワー、波長λ_jを用いる信号のパワー、波長λ_kを用いる信号のパワーに比例し、かつ、ノイズλ_ijkが入る信号の伝送される距離（ホップ数）に比例する。また、Ｓ／Ｎ比のシグナル（Signal：信号）について、短距離の通信と長距離の通信とを比べると、長距離ほど、シグナルのロスが大きくなり、Ｓ／Ｎ比が劣化の影響を受けやすい。

従来、光ファイバの波長多重伝送路では、パッキングルールと呼ばれる方法を用いた波長選択やランダムな波長選択が行われている。ここで、パッキングルールとは、順番に並べられた波長のうち、端から、波長をパッキングさせていく選択方法である。

また、光ファイバの波長多重伝送路において、従来は、コネクションが、ホップ数の多いコネクションであるのか、ホップ数の少ないコネクションであるのかを考慮して波長を選択していたので、シグナルのロスは考慮されていたと言えるが、４光波混合までは考慮されていなかった。

図１３は、従来の波長選択方法の第１の例の説明図である。
図１３（ａ）は、一直線上に配置された４つのノード（第１ノードＦ_A，第２ノードＦ_B，第３ノードＦ_C，第４ノードＦ_D）の間に、３つのリンクＧ（第１リンクＧ_α，第２リンクＧ_β，第３リンクＧ_γ）が接続されている様子を示している。

また、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示したノードとリンクを、波長ごとに分解して表示したものである。例えば、波長λ_kに対応して、４つのノードは、ノードＦ_A0、ノードＦ_B0、ノードＦ_C0、ノードＦ_D0と表記し、波長λ_k+1に対応して、４つのノードは、ノードＦ_A1、ノードＦ_B1、ノードＦ_C1、ノードＦ_D1と表記した。図示は省略するが他の波長も同様である。

また、例えば、波長λ_kに対応して、３つのリンクは、リンクＧ_α0、リンクＧ_β0、リンクＧ_γ0と表記し、波長λ_k+1に対応して、３つのリンクは、リンクＧ_α1、リンクＧ_β1、リンクＧ_γ1と表記した。図示は省略するが他の波長も同様である。なお、波長λ_Mまで示したが、多重される波長の個数は、数千程度でも可能である。

このように、例えば、図１３（ａ）に示す第１リンクＧ_αに対応して、波長λ_kのリンクＧ_α0にクロストークする（干渉する）、３つの波長λ_k+1のリンクＧ_α1、波長λ_k+2のリンクＧ_α2、および波長λ_k+3のリンクＧ_α3を「グループ」と称する。

図１３では、３つの波長λ_k+1、λ_k+2、λ_k+3の影響を受ける波長λ_kに対して、図１３（ｂ）に破線で示すように、ショートホップなコネクション（Ｓ／Ｎ比のシグナルSignalが大きい）が入っている。また、そのショートホップのコネクションは、４光波混合による影響も、たかだか１ホップ分のクロストークで済んでいる。ここで、１ホップ分のクロストークとは、例えば、リンクＧ_α0に対しては、リンクＧ_α1、リンクＧ_α2、リンクＧ_α3の影響（ノイズ）が干渉することを指す。

図１４は、従来の波長選択方法の第２の例の説明図である。なお、ノードとリンクを、波長ごとに分解して表示した。図１４は、ワーストケースとなりうる場合であり、３つの波長λ_k+1、λ_k+2、λ_k+3の影響を受ける波長λ_kに対して、破線で示すように、ロングホップのコネクションを収容している。ここで、ワーストケースとは、始点から終点まで経由する全てのリンクでＦＷＭによるノイズがあることを指す。この例では、長距離のため、Ｓ／Ｎ比のシグナル（Signal）のロスが大きく、Ｓ／Ｎ比のシグナル（Signal）が小さい上に、１つの信号に、３ホップにわたったノイズがのることになる。

このように、従来は、４光波混合による影響を考えた波長選択を行なう方法は、幾つか提案されている（非特許文献１、２参照）。また、特許文献１では、電気等による波長変換を最小とする方式が示されている。

特開平１１−１２２２５８号公報

Keng-Duan Chang, Guu-chang Yang and Wing C. Kwong, "Determination of FWM Products in Unequal-Spaced-Channel WDM Lightwave Systems", Journal of LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.18, NO.12, 2000 Iguatemi E. Fonseca, Raul C. Almeida Jr, Moises R. N. Reibeiro and Helio Waldman, "Algorithms for FWM-aware Routing and Wavelength Assignment", Proceedings SBM/IEEE MTTS IMOC 2003

しかしながら、非特許文献１，２に記載の技術は、波長の選択方法だけを検討しているものであり、経路が短距離であるのか、それとも長距離であるのかということまでは考慮していないため、距離に関わらず全ての経路に対して同じ規則で波長を割り当てていた。そのため、波長選択の効率が悪い。

また、特許文献１に記載の技術は、効率よく波長変換できるため、全光ネットワークとして構成することが可能である。しかしながら、Ｓ／Ｎ比つまり４光波混合まで考慮して波長選択するものではない。

光ファイバの波長多重伝送路では、ある所定の波長幅でなるべくたくさんの波長を使用し多くのサービスを提供したいという要求がある。しかしながら、狭い波長幅の中にできるだけ集約したすべての波長を使用すると、４光波混合に起因したノイズが発生し、サービスの品質が低下してしまうことになる。

現状では、４光波混合を避けるために、波長の間隔を等間隔とする（例えば全て１［ｎｍ］の間隔とする）のではなく、例えば、１［ｎｍ］、１．１［ｎｍ］、１．２［ｎｍ］、１．３［ｎｍ］のように隙間にノイズが入るような変則的なフィルタを物理的に作成し、使用している。しかしながら、変則的なフィルタを物理的に作成することや、波長間隔を狭くしたりすることは難しい。そこで、４光波混合を避けるべく、設計により、効率よく波長を使いつつ、なるべくノイズを低減することのできる技術が要望されている。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、４光波混合によるＳ／Ｎ比の劣化による影響を低減し、かつ、効率よく波長を選択することのできる技術を提供することを目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、本発明に係る光波ネットワーク設計装置は、複数のノードとノード間を接続する波長多重伝送路からなるリンクとを有する光波ネットワークの端部に配設されて光信号と電気信号とを相互に変換するノードを示す端局装置と、前記波長多重伝送路を光信号のままスイッチングするノードを示す光スイッチとを通過する経路を探索してパスを設定するパス設定制御部と、前記パスを介して所定のデータを担持した信号を伝送するために用いられる波長を設定する波長設定制御部と、前記信号を伝送するために使用される波長の使用状況を示す波長使用状況データベースを記憶する記憶部とを有する光波ネットワーク設計装置であって、前記波長設定制御部が、予め定められた短距離トラヒック用の波長と予め定められた長距離トラヒック用の波長のうち少なくとも前記短距離トラヒック用の波長を含む対象とする全波長を等間隔に並べた上で、前記信号を伝送するために使用される複数の波長からなる使用可能波長群と、前記使用可能波長群に隣り合って周期的に並べられて使用が禁止された使用不可波長とを、交互に並べ、前記対象とする全波長のうち、前記長距離トラヒック用の波長を含む場合に、前記使用不可波長に隣り合って並べられる波長のうちの一方は前記長距離トラヒック用の波長となり、また、前記長距離トラヒック用の波長を含まない場合に、前記使用不可波長に隣り合って並べられる波長は前記短距離トラヒック用の波長となるような順序で前記対象とする全波長を並べて前記波長使用状況データベースに記憶し、要求されたコネクションに基づいて、前記波長使用状況データベースに記憶された波長群から未使用の波長を選択する波長管理順序設定手段と、前記選択された波長にコネクションを設定するコネクション設定手段と、を備え、前記波長管理順序設定手段は、前記波長使用状況データベースに記憶した前記使用可能波長群において、４光波混合が将来生じる可能性がある並び順の波長に関しては、前記短距離トラヒック用波長を使用可能に設定すると共に、前記使用可能波長群において４光波混合が将来生じる可能性があるものとして設定された波長以外の４光波混合の影響を受けにくい波長に対しては、前記長距離トラヒック用の波長を含む場合には前記長距離トラヒック用波長を使用可能に設定し、前記長距離トラヒック用の波長を含まない場合には前記短距離トラヒック用波長を使用可能に設定することを特徴とする。

また、前記課題を解決するため、本発明に係る光波ネットワーク設計方法は、複数のノードとノード間を接続する波長多重伝送路からなるリンクとを有する光波ネットワークの端部に配設されて光信号と電気信号とを相互に変換するノードを示す端局装置と、前記波長多重伝送路を光信号のままスイッチングするノードを示す光スイッチとを通過する経路を探索してパスを設定するパス設定制御部と、前記パスを介して所定のデータを担持した信号を伝送するために用いられる波長を設定する波長設定制御部と、前記信号を伝送するために使用される波長の使用状況を示す波長使用状況データベースを記憶する記憶部とを有する光波ネットワーク設計装置による光波ネットワーク設計方法であって、前記波長設定制御部が、予め定められた短距離トラヒック用の波長と予め定められた長距離トラヒック用の波長のうち少なくとも前記短距離トラヒック用の波長を含む対象とする全波長を等間隔に並べた上で、前記信号を伝送するために使用される複数の波長からなる使用可能波長群と、前記使用可能波長群に隣り合って周期的に並べられて使用が禁止された使用不可波長とを、交互に並べ、前記対象とする全波長のうち、前記長距離トラヒック用の波長を含む場合に、前記使用不可波長に隣り合って並べられる波長のうちの一方は前記長距離トラヒック用の波長となり、また、前記長距離トラヒック用の波長を含まない場合に、前記使用不可波長に隣り合って並べられる波長は前記短距離トラヒック用の波長となるような順序で前記対象とする全波長を並べて前記波長使用状況データベースに記憶する波長管理順序設定ステップと、要求されたコネクションに基づいて、前記波長使用状況データベースに記憶された波長群から未使用の波長を選択する波長選択ステップと、前記選択された波長にコネクションを設定するステップと、を含んで実行し、前記波長管理順序設定ステップは、前記波長使用状況データベースに記憶した前記使用可能波長群において、４光波混合が将来生じる可能性がある並び順の波長に関しては、前記短距離トラヒック用波長を使用可能に設定すると共に、前記使用可能波長群において４光波混合が将来生じる可能性があるものとして設定された波長以外の４光波混合の影響を受けにくい波長に対しては、前記長距離トラヒック用の波長を含む場合には前記長距離トラヒック用波長を使用可能に設定し、前記長距離トラヒック用の波長を含まない場合には前記短距離トラヒック用波長を使用可能に設定することを特徴とする。

かかる構成の光波ネットワーク設計装置、または、かかる手順の光波ネットワーク設計方法によれば、光波ネットワーク設計装置は、信号を伝送するために用いられる波長を設定する際に、実際には使用しない使用不可波長も含めた波長群の各波長を等間隔に所定の順序で並べて波長使用状況データベースに記憶する。ここで、対象とする全波長の中に、長距離トラヒック用の波長が含まれる場合、使用不可波長に隣り合って並べられる波長のうちの一方が長距離トラヒック用の波長となるような順序とする。したがって、この長距離トラヒック用の波長は、４光波混合によるノイズの影響を受けにくくなる。また、使用不可波長に隣り合って並べられる短距離トラヒック用の波長も同様に４光波混合によるノイズの影響を受けにくくなる。そして、光波ネットワーク設計装置は、波長使用状況データベースに記憶された波長群から、未使用の空いている波長を単純に選択するのではなく、要求されたコネクションの距離、Ｓ／Ｎ比および将来４光波混合による影響が生じる可能性のある波長の使用状況に基づいて未使用の波長を選択する。従来技術では、隣の波長や他の波長の使用状況を考慮して波長を選択することはなく、また、コネクション（接続）の長さ（長距離、短距離）により選択できる波長を、Ｓ／Ｎの劣化という点で決定することはない。そのため、本発明の光波ネットワーク設計装置によれば、４光波混合に対して最も強く、かつ、効率よく波長を選択することができる。

また、本発明に係る光波ネットワーク設計装置は、前記波長管理順序設定手段が、１個の前記使用不可波長と、Ｋを３以上の自然数としたときに（Ｋ−１）個の波長からなる前記使用可能波長群とを１ユニットとする周期的な配列の１ユニットにおいて最短波長から順番に付される順序を管理する波長の波長識別子を自然数Ｕｎとし、Ｋ≧５とした場合、Ｕｎ＝１の波長に、前記使用不可波長を設定し、Ｕｎ＝２〜（Ｋ−３）までの波長に、短距離トラヒック用波長を設定し、Ｕｎ＝（Ｋ−２）〜Ｋまでの波長に、短距離トラヒック用波長または長距離トラヒック用波長を設定し、Ｋ＜４とした場合、Ｕｎ＝１の波長に、前記使用不可波長を設定し、Ｕｎ＝２〜Ｋまでの波長に、短距離トラヒック用波長または長距離トラヒック用波長を設定することが好ましい。

また、本発明に係る光波ネットワーク設計方法は、前記波長管理順序設定ステップが、１個の前記使用不可波長と、Ｋを３以上の自然数としたときに（Ｋ−１）個の波長からなる前記使用可能波長群とを１ユニットとする周期的な配列の１ユニットにおいて最短波長から順番に付される順序を管理する波長の波長識別子を自然数Ｕｎとし、Ｋ≧５とした場合、Ｕｎ＝１の波長に、前記使用不可波長を設定し、Ｕｎ＝２〜（Ｋ−３）までの波長に、短距離トラヒック用波長を設定し、Ｕｎ＝（Ｋ−２）〜Ｋまでの波長に、短距離トラヒック用波長または長距離トラヒック用波長を設定し、Ｋ＜４とした場合、Ｕｎ＝１の波長に、前記使用不可波長を設定し、Ｕｎ＝２〜Ｋまでの波長に、短距離トラヒック用波長または長距離トラヒック用波長を設定することが好ましい。

かかる構成の光波ネットワーク設計装置、または、かかる手順の光波ネットワーク設計方法によれば、光波ネットワーク設計装置は、周期的な配列の１ユニットにおいて、例えば、Ｋ≧５個の波長からなる使用可能波長群において順番に並べられた波長のうち、長距離トラヒック用波長がある場合には、短距離トラヒック用波長よりも後ろに設定する。このような場合、長距離トラヒック用波長は、次のユニットの使用不可波長と隣り合うことになる。これによって、逆に長距離トラヒック用波長を、短距離トラヒック用波長よりも前に設定する場合に比べて、４光波混合によるノイズの影響を低減することが可能となる。

また、本発明に係る光波ネットワーク設計装置は、前記コネクション設定手段が、要求されたコネクションのリンク数およびホップ数と、前記選択された波長を用いるときのＳ／Ｎ比の情報をコネクション情報として取得し、前記取得したコネクション情報に基づいて前記選択された波長に４光波混合の影響を与える可能性のある波長から及ぼされるノイズの合計値を算出し、前記取得したＳ／Ｎ比が前記算出されたノイズの合計値よりも小さい場合に、その差分を、前記４光波混合の影響を与える可能性のある波長で使用するリンクに割り当てるノイズレベルを算出し、前記算出したノイズレベルをペナルティとして当該リンクに設定するペナルティ設定手段を備えることが好ましい。

また、本発明に係る光波ネットワーク設計方法は、前記コネクション設定手段が、要求されたコネクションのリンク数およびホップ数と、前記選択された波長を用いるときのＳ／Ｎ比の情報をコネクション情報として取得するステップと、前記取得したコネクション情報に基づいて前記選択された波長に４光波混合の影響を与える可能性のある波長から及ぼされるノイズの合計値を算出するステップと、前記取得したＳ／Ｎ比が前記算出されたノイズの合計値よりも小さいか否かを判別するステップと、前記取得したＳ／Ｎ比が前記算出されたノイズの合計値よりも小さい場合に、その差分を、前記４光波混合の影響を与える可能性のある波長で使用するリンクに割り当てるノイズレベルを算出するステップと、前記算出したノイズレベルをペナルティとして当該リンクに設定するステップと、を含んで実行することが好ましい。

かかる構成の光波ネットワーク設計装置、または、かかる手順の光波ネットワーク設計方法によれば、光波ネットワーク設計装置は、要求されたコネクションのために選択された波長を使用するときのＳ／Ｎ比が、４光波混合の影響を将来及ぼす可能性のある４光波混合のグループ内の未使用の波長によるノイズの影響をキャンセルするには不充分な場合であっても、４光波混合のグループ内の未使用の波長に対して、不足分を割り当てることができる。つまり、このように要求されたコネクションのために選択された波長を使用するときのＳ／Ｎ比が不充分な場合であっても、要求されたコネクションのために選択された波長を使用することができる。したがって、４光波混合に対して最も強く、かつ、効率よく波長を選択することができる。

また、本発明に係る光波ネットワーク設計装置は、前記コネクション設定手段が、前記４光波混合の影響を与える可能性のある波長で使用するリンクに割り当てられたペナルティを、当該リンクのメトリックに加算するペナルティ加算手段を備え、前記パス設定制御部が、前記ペナルティと前記メトリックとの合計値が最小である波長で使用する前記リンクを優先的に選択して経路を探索してパスを設定することが好ましい。

また、本発明に係る光波ネットワーク設計方法は、前記コネクション設定手段が、前記４光波混合の影響を与える可能性のある波長で使用するリンクに割り当てられたペナルティを、当該リンクのメトリックに加算し、前記パス設定制御部が、前記ペナルティと前記メトリックとの合計値が最小である波長で使用する前記リンクを優先的に選択して経路を探索してパスを設定することが好ましい。

かかる構成の光波ネットワーク設計装置、または、かかる手順の光波ネットワーク設計方法によれば、光波ネットワーク設計装置は、要求されたコネクションのために選択された波長を使用するときのＳ／Ｎ比が不充分な場合であっても、算出したペナルティを、４光波混合のグループ内の未使用の波長のリンクのメトリックに加算する。そして、光波ネットワーク設計装置は、ペナルティとメトリックとの合計値が最小である波長を優先的に選択して経路を探索してパスを設定する。したがって、光波ネットワーク設計装置は、大きなペナルティが設定された波長やペナルティが設定された波長を回避するように効率よく波長を選択し、品質の良好なルーティングを行うことができる。

また、本発明に係る光波ネットワーク設計プログラムは、前記いずれかの光波ネットワーク設計装置を構成する各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムである。このように構成されることにより、このプログラムをインストールされたコンピュータは、このプログラムに基づいた各機能を実現することができる。

また、本発明に係るコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、前記光波ネットワーク設計プログラムが記録されたことを特徴とする。このように構成されることにより、この記録媒体を装着されたコンピュータは、この記録媒体に記録されたプログラムに基づいた各機能を実現することができる。

本発明によれば、４光波混合によるＳ／Ｎ比の劣化による影響を低減し、かつ、効率よく波長を選択することができる。

本発明の実施形態に係る光波ネットワーク設計装置が適用される光波ネットワークの一例を示す構成図である。 本発明の第１〜第３実施形態に係る光波ネットワーク設計装置の構成の一例を示すブロック図である。 図２に示す波長設定制御部において設定する波長順序を説明するための図である。 図２に示すパス設定制御部によるパス設定の流れを示すシーケンス図である。 図２に示す波長設定制御部による処理を示すフローチャートであって、（ａ）は波長管理順序設定処理、（ｂ）はコネクション設定処理をそれぞれ示している。 本発明の第２実施形態に係る波長設定制御部によるコネクション設定処理の一例を示すフローチャートである。 図６に示すペナルティ設定処理を示すフローチャートである。 ペナルティ設定処理の前提条件の一例を示す説明図であって、（ａ）は４光波混合の対象波長をまとめて表現した様子、（ｂ）は４光波混合の対象波長を分けて表現した様子をそれぞれ示している。 ペナルティ設定処理の手順を示す説明図であって、（ａ）はペナルティを３つの波長に割り当てた状態、（ｂ）はペナルティを２つの波長に割り当てた状態をそれぞれ示している。 ペナルティ設定処理の手順を示す説明図であって、（ａ）はペナルティが１つの波長の１つのリンクに滞留して蓄積した状態、（ｂ）は（ａ）の滞留が生じる状況の一例をそれぞれ示している。 図２に示す波長使用状況ＤＢの一例を示す説明図であって、（ａ）は第１実施形態、（ｂ）は第２実施形態、（ｃ）は第３実施形態にそれぞれ対応している。 波長多重伝送路における４光波混合の説明図であって、（ａ）はノイズ影響の具体例、（ｂ）はノイズ影響を一般化した例をそれぞれ示している。 従来の波長選択方法の第１の例の説明図であって、（ａ）は４光波混合の対象波長をまとめて表現した様子、（ｂ）はショートホップにて４光波混合の対象波長を分けて表現した様子をそれぞれ示している。 従来の波長選択方法の第２の例の説明図であって、ロングホップにて４光波混合の対象波長を分けた状態をそれぞれ示している。

図面を参照して本発明の光波ネットワーク設計装置および光波ネットワーク設計方法を実施するための形態（以下「実施形態」という）として、第１ないし第３実施形態について順次詳細に説明する。

［光波ネットワーク］
図１は、本発明の実施形態に係る光波ネットワーク設計装置が適用される光波ネットワークの一例を示す構成図である。光波ネットワーク設計装置（ＰＣＥ：Path Computation Element）１は、複数のノードとノード間を接続する波長多重伝送路からなるリンクとを有する光波ネットワークＮＷの各ノードと通信可能に接続されている。
光波ネットワークＮＷは、ノードとして、端局装置２（２ａ，２ｂ）と、端局装置２ａ，２ｂ間の波長多重伝送路を光信号のままスイッチングするオール光の光スイッチ３（３ａ，３ｂ）とを備え、各ノードは、例えば、光ファイバ等のリンク（波長多重伝送路）４で相互に接続されている。

端局装置２は、光波ネットワークＮＷの端部に配設されて光信号と電気信号とを相互に変換する交換機能を有し、例えば、レイヤ２スイッチ、ＴＤＭ（Time Division Multiplexing）クロスコネクト、波長クロスコネクト、ＭＰＬＳ（Multi Protocol Label Switching）のＬＳＲ(Label Switching Router)などに相当する。

端局装置２ａと光スイッチ３ａとは、リンク（波長多重伝送路）４ａで接続されている。光スイッチ３ａと光スイッチ３ｂとは、リンク（波長多重伝送路）４ｂで接続されている。光スイッチ３ｂと端局装置２ｂとは、リンク（波長多重伝送路）４ｃで接続されている。

端末装置５（５ａ，５ｂ）は、交換機能を有する装置であっても、パーソナルコンピュータのような交換機能を有さない端末装置であってもよい。端末装置５ａと端局装置２ａとは、リンク６で接続され、端局装置２ｂと端末装置５ｂとは、リンク７で接続されている。

光波ネットワーク設計装置１は、光波ネットワークＮＷのリンク（波長多重伝送路）４で使用する波長を選択する際に、アサインする（割り当てる）波長の重複の有無を確認し、効率のよい波長の選択を行なう。また、光波ネットワーク設計装置１は、公知の一般的なＰＣＥと同様にして、パス設定要求に応じて、経路計算を行い、パスとして最適な経路も選択する。すなわち、光波ネットワーク設計装置１は、Routing and Wavelength Assignment（ＲＷＡ）問題を解決するアルゴリズムを使用して光波ネットワークを設計するものである。

［光波ネットワーク設計装置の構成］
（第１実施形態）
図２は、本発明の第１〜第３実施形態に係る光波ネットワーク設計装置の構成の一例を示すブロック図である。光波ネットワーク設計装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置と、メモリ、ハードディスク等の記憶装置（記憶手段）と、外部との各種情報の送受信を行うインタフェース装置と、インストールされたプログラムとを備えている。この光波ネットワーク設計装置（ＰＣＥ）１は、ハードウェア装置とソフトウェアとが協働することによって、前記したハードウェア資源がプログラムによって制御されることにより実現され、図２に示すように、入出力部１０と、記憶部２０と、パス設定制御部３０と、波長設定制御部４０とを備えることとした。

この光波ネットワーク設計装置１は、主として、端局装置２と光スイッチ３とを通過する経路を探索してパスを設定する機能（パス設定制御部３０）と、パスを介して所定のデータを担持した信号を伝送するために用いられる波長を設定する波長設定機能（波長設定制御部４０）とを有している。

入出力部１０は、光波ネットワークＮＷの各ノードとの間で各種情報をやり取りするものである。記憶部２０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等からなる。記憶部２０は、プログラム記憶領域、設定データ記憶領域、演算データ一時記憶領域等に区分され、コマンド、データ、プログラム等各種情報を記憶する。例えば、設定データ記憶領域には、データとして、図２に示すように、パスＤＢ２１と、リンクＤＢ２２と、波長使用状況ＤＢ（波長使用状況データベース）２３とが保存されている。

パスＤＢ２１に格納されたパス情報の項目としては、例えば、始点装置ＩＤ、終点装置ＩＤ、パス識別子、経路、帯域およびパス識別子が含まれる。
始点装置ＩＤは、パスの始点となっている装置（始点装置）を一意に示す識別子である。終点装置ＩＤは、パスの終点となっている装置（終点装置）を一意に示す識別子である。ここで、始点装置ＩＤおよび終点装置ＩＤは、例えば、ＩＰアドレスが相当する。
パス識別子は、始点装置および終点装置のペアについて、パスを一意に示す識別子である。なお、パスの経路を示すＩＦ（InterFace）ＩＤとしては、例えば、単なる番号や、ＩＰアドレスが相当する。
経路は、パスが経由するリンクのリストを示す経路情報である。
帯域は、パスの帯域を示す情報である。

リンクＤＢ２２に格納されたリンク情報の項目としては、例えば、Ａ端装置ＩＤ、Ｚ端装置ＩＤ、Ａ端ＩＦＩＤ、Ｚ端ＩＦＩＤ、帯域および残余帯域が含まれる。
Ａ端装置ＩＤは、リンクの一方の端となっている装置（Ａ端装置）を一意に示す識別子である。
Ｚ端装置ＩＤは、リンクの他方の端となっている装置（Ｚ端装置）を一意に示す識別子である。
Ａ端ＩＦＩＤとは、Ａ端装置で該リンクを一意に示す識別子である。
Ｚ端ＩＦＩＤとは、Ｚ端装置で該リンクを一意に示す識別子である。
帯域とは、該リンクの最大利用可能帯域を示す情報である。
残余帯域とは、該リンクの残余帯域を示す情報である。

波長使用状況ＤＢ２３は、光波ネットワークＮＷ全体において、信号を伝送するために使用される波長の使用状況をデータベース化したものである。
波長使用状況ＤＢ２３に格納された情報の項目としては、例えば、波長および使用状況が含まれる。波長使用状況ＤＢ２３の記憶構造の一例を図１１（ａ）に示す。この例では、使用状況の項目において、「１」が使用中を示し、「０」が未使用を示している。なお、波長の項目は、例えば、波長識別子、波長の長さ、信号強度等の情報を含めてもよい。

パス設定制御部３０は、経路計算要求処理手段３１と、経路計算手段３２と、パス管理手段３３とを備えている。
経路計算要求処理手段３１は、端局装置２から経路計算要求情報を受信すると共に、端局装置２に対して、経路計算結果を含む経路計算応答情報を返送するものである。
経路計算手段３２は、経路計算要求情報に含まれる情報と、リンクＤＢ２２に格納されたリンク情報をもとに、パスの経路を計算する。この経路計算手段３２は、経路計算要求情報に含まれる始点装置と終点装置との間で、例えば、制約付ダイクストラ（Dijkstra）法などによりパスの経路計算を行う。
パス管理手段３３は、経路計算手段３２による経路計算結果を、経路計算要求情報と共に、パスＤＢ２１に格納すると共に、経路計算手段３２からの要求に応じて、始点装置ＩＤ、終点装置ＩＤ、パス識別子を検索キーとしてパスの経路を取得する。

波長設定制御部４０は、波長管理順序設定手段５０と、コネクション設定手段６０とを備えている。
波長管理順序設定手段５０は、短距離トラヒック用の波長と長距離トラヒック用の波長のうち少なくとも短距離トラヒック用の波長を含む対象とする全波長を等間隔に並べた上で、信号を伝送するために使用される使用可能波長群と、使用可能波長群に隣り合って周期的に並べられて使用が禁止された使用不可波長とを、交互に並べ、対象とする全波長のうち、長距離トラヒック用の波長を含む場合に、使用不可波長に隣り合って並べられる波長のうちの一方は長距離トラヒック用の波長となるような順序で、対象とする全波長を並べて波長使用状況ＤＢ２３に記憶する機能を有している。
また、波長管理順序設定手段５０は、波長使用状況ＤＢ２３に記憶された波長群から、要求されたコネクションの距離、Ｓ／Ｎ比および将来４光波混合による影響が生じる可能性のある波長の使用状況に基づいて未使用の波長を選択する機能を有している。

波長管理順序設定手段５０は、１個の使用不可波長と、（Ｋ−１）個の波長からなる使用可能波長群とを１ユニットとする周期的な配列の１ユニットにおいて順序を管理する波長の波長識別子をＵｎとし、Ｋの値に応じて、波長の順序を設定する。

まず、Ｋ≧５とした場合には、波長管理順序設定手段５０は、
Ｕｎ＝１の波長に、使用不可波長を設定し、
Ｕｎ＝２〜（Ｋ−３）までの波長に、短距離トラヒック用波長を設定し、
Ｕｎ＝（Ｋ−２）〜Ｋまでの波長に、短距離トラヒック用波長または長距離トラヒック用波長を設定する。

一方、Ｋ＜４とした場合には、波長管理順序設定手段５０は、
Ｕｎ＝１の波長に、前記使用不可波長を設定し、
Ｕｎ＝２〜Ｋまでの波長に、短距離トラヒック用波長または長距離トラヒック用波長を設定する。

本実施形態では、予め、４光波混合が将来生じる可能性があるところに関しては、Ｓ／Ｎ比が比較的ロバストな（頑健な）短距離トラヒック用波長を使用可能に設定することとした。また、４光波混合の影響を受けにくい波長に対しては、長距離トラヒック用波長を使用可能に設定した。そして、その長距離トラヒック用波長において、４光波混合が将来生じる可能性がある波長には、短距離トラヒック用波長を使用可能に設定することとした。

以下では、Ｋ＝６の場合を例示して具体的に説明することとする。
図３は、図２に示す波長設定制御部において設定する波長順序を説明するための図である。本実施形態では、一例として、波長の＃０、＃６、＃１２、…は、使用しないこととする（不使用、使用禁止）。この意味で、波長の＃０、＃６、＃１２、…を空波長と呼ぶ。波長の＃１，２、＃７，８、…は、短距離（Ｓｈｏｒｔ）接続のトラヒックをアサインする波長（短距離トラヒック用波長、以下単にＳと表記）として使用する。また、＃３，４，５、＃９，１０，１１、…は、長距離（Ｌｏｎｇ）接続のトラヒックをアサインする波長（長距離トラヒック用波長、以下単にＬと表記）として使用する。

本例を一般化すると、次の６つの式（２ａ）〜式（２ｄ）、総称して式（２）で表すことができる。
＃ｎ＝＃（６×ｉ） 空波長（φ） … 式（２ａ）
＃ｎ＝＃（６×ｉ＋１） 短距離トラヒック用波長（Ｓ） … 式（２ｂ）
＃ｎ＝＃（６×ｉ＋２） 短距離トラヒック用波長（Ｓ） … 式（２ｃ）
＃ｎ＝＃（６×ｉ＋３） 長距離トラヒック用波長（Ｌ） … 式（２ｄ）
＃ｎ＝＃（６×ｉ＋４） 長距離トラヒック用波長（Ｌ） … 式（２ｅ）
＃ｎ＝＃（６×ｉ＋５） 長距離トラヒック用波長（Ｌ） … 式（２ｆ）
ここで、ｉ＝０，１，２，…，ｉ_max

本例では、例えば、波長＃１は、後に続く３つの波長、すなわち、＃２〜＃４までの波長の信号の影響を受ける。また、波長＃２は、＃３〜＃５までの波長の信号の影響を受ける。同様に考えると、波長＃３は、＃４〜＃６までの波長の信号の影響を受けるはずである。ところが、＃６を空波長にしていることにより、波長＃３は、４光波混合の影響を受けにくい。このように＃６を空波長にしていることにより、波長＃４，＃５も、同様に、４光波混合の影響を受けにくい。

本例において、４光波混合の影響が低減される波長＃３〜＃５を長距離トラヒック用波長（Ｌ）としたことは、Ｓ／Ｎ比の限界がきびしいコネクション（ロングホップ：図１４参照）も用いることができることを意味している。ただし、図１３を参照して説明したように、短距離（Ｓｈｏｒｔ）の方がＳ／Ｎ上有利であるため、本発明の実施形態においても、長距離トラヒック用波長（Ｌ）である波長＃３〜＃５を、短距離トラヒック用波長（Ｓ）に置き換えて使用するようにしても構わないことはもちろんである。

コネクション設定手段６０は、波長管理順序設定手段５０で選択された波長にコネクションを設定するものである。図２に示すペナルティ設定手段７０と、ペナルティ加算手段８０とについては、第２および第３実施形態でそれぞれ説明する。

なお、光波ネットワーク設計装置１の波長設定制御部４０は、一般的なコンピュータを、波長設定制御部４０を構成する前記した各手段として機能させるプログラム（光波ネットワーク設計プログラム）により動作させることで実現することができる。このプログラムは、通信回線を介して提供することも可能であるし、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。

［光波ネットワーク設計装置の動作］
＜パス設定制御部による処理＞
図４は、図２に示すパス設定制御部によるパス設定の流れを示すシーケンス図である。
まず、ステップＳ１にて、例えば、オペレータからの指示を契機として、第１の端末装置５ａが、第１の端局装置２ａに対してパス設定要求情報を送信する。このとき、パス設定要求情報には、始点装置ＩＤ、終点装置ＩＤが含まれている。そして、ステップＳ２にて、第１の端局装置２ａが、光波ネットワーク設計装置１（図４および、ここではＰＣＥ１と表記する）に、受信したパス設定要求情報の始点装置ＩＤ、終点装置ＩＤの各情報を含んだ経路計算要求情報を送信する。そして、ステップＳ３にて、ＰＣＥ１が、経路計算要求処理手段３１により、経路計算要求情報を受信すると共に、経路計算手段３２により、パスの経路計算を行う。

次に、ステップＳ４にて、ＰＣＥ１が、パス管理手段３３により、経路計算手段３２が計算した経路情報を含んだパスのパス情報をパスＤＢ２１に格納する。そして、ステップＳ５にて、ＰＣＥ１が、経路計算要求処理手段３１により、第１の端局装置２ａに、パスの経路情報を含む経路計算応答情報を送信する。そして、ステップＳ６にて、第１の端局装置２ａが、経路計算応答情報を受け取り、この受け取った経路計算応答情報をもとに、パス設定要求情報を光スイッチ３ａに送信する。次に、ステップＳ７〜Ｓ１４にて、各ノードのネットワーク装置は、パス設定要求情報およびパス設定応答情報を送受信することで、パスを設定する。

＜波長設定制御部による処理＞
図５は、図２に示す波長設定制御部による処理を示すフローチャートであって、（ａ）は波長管理順序設定処理、（ｂ）はコネクション設定処理をそれぞれ示している。
図５（ａ）の波長管理順序設定処理において、波長設定制御部４０は、波長管理順序設定手段５０によって、前記した式（２）のｉ_maxの入力を受け付ける（ステップＳ２１）。そして、波長管理順序設定手段５０は、前記した規則（前記した式（２））にしたがって、波長識別子ｎに応じて、波長λ_nに、空波長（φ）、短距離トラヒック用波長（Ｓ）、長距離トラヒック用波長（Ｌ）を周期的に割り当てる（ステップＳ２２）。そして、波長管理順序設定手段５０は、割り当てた波長λ_nを波長使用状況ＤＢに保存する（ステップＳ２３）。

図５（ｂ）のコネクション設定処理において、波長設定制御部４０は、コネクション設定手段６０によって、コネクション情報（後記するステップＳ４３参照）を取得する（ステップＳ３１）。そして、コネクション設定手段６０は、波長使用状況ＤＢ２３を参照して波長λ_kを選択する（ステップＳ３２）。そして、コネクション設定手段６０は、選択した波長λ_kにコネクションを設定する（ステップＳ３３）。

第１実施形態によれば、光波ネットワーク設計装置１は、波長を設定する際に、使用不可波長も含めた波長群を、４光波混合によるノイズの影響を低減する予め定められた順序で等間隔に並べて管理し、コネクションの距離、Ｓ／Ｎ比および波長の使用状況に基づいて適切な波長を効率よく選択することができる。
また、光波ネットワーク設計装置１は、４光波混合によるＳ／Ｎの劣化を考慮して波長とルートの割り当てを行うため、４光波混合による使用中の通信への影響を排除できる。
さらに、従来技術では、４光波混合自体を防ぐために、わざわざ不等間隔に波長を決定する場合もあったが、光波ネットワーク設計装置１によれば、そのようなことが不要となる。そのため、従来の問題である、レーザやフィルタ等の複雑な製作に要するコストの問題も解決できる。

（第２実施形態）
第２実施形態の光波ネットワーク設計装置（ＰＣＥ）１Ａは、図２に示すように、波長設定制御部４０のコネクション設定手段６０にペナルティ設定手段７０を備えている。第１実施形態の光波ネットワーク設計装置１と同じ構成には同じ符号を付して説明を省略し、異なる点を説明する。

ペナルティ設定手段７０は、要求されたコネクションのリンク数およびホップ数と、波長管理順序設定手段５０で選択された波長を用いるときのＳ／Ｎ比の情報をコネクション情報として取得し、取得したコネクション情報に基づいて、選択された波長に４光波混合の影響を与える可能性のある波長から及ぼされるノイズの合計値を算出し、取得したＳ／Ｎ比がノイズの合計値よりも小さい場合に、その差分を、４光波混合の影響を与える可能性のある波長で使用するリンクに割り当てるノイズレベルを算出し、算出したノイズレベルをペナルティとして当該リンクに設定するものである。

第２実施形態の光波ネットワーク設計装置（ＰＣＥ）１Ａにおいて、波長使用状況ＤＢ２３の記憶構造の一例を図１１（ｂ）に示す。波長使用状況ＤＢ２３に格納された情報の項目としては、例えば、波長および使用状況のほかに、ペナルティが含まれる。

図６は、本発明の第２実施形態に係る波長設定制御部によるコネクション設定処理の一例を示すフローチャートであり、図７は、図６に示すペナルティ設定処理を示すフローチャートである。図６に示す処理は、未使用の波長λ_kにコネクション設定をするときの処理であり、ペナルティのあるリンクに波長を設定するときに、同一グループ内でのペナルティのやり取りの仕方を示したものである。また、図７に例示した処理は、規定値以下のＳ／Ｎしか持たない、新しいコネクション設定時にノイズを与える波長に対してペナルティを与える処理を示すものである。

初めに、図６を参照する。
コネクション設定手段６０は、波長λ_kにペナルティがあるか否かを判別する（ステップＳ４１）。波長λ_kにペナルティが設定されていない場合（ステップＳ４１：Ｎｏ）、コネクション設定手段６０は、ペナルティ設定手段７０によって、ペナルティ設定処理を実行する（ステップＳ４２）。ここで、図７を参照し、ステップＳ４２を説明する。

ペナルティ設定手段７０は、まず、波長λ_kにコネクション設定をするために、Ｓ／Ｎ比（Ｓ／Ｎ）、リンク数（Ｗ）、ホップ数（ｈ）を取得し（ステップＳ４３）、以下の式（３）により、コネクションに対するノイズの規定値（Ｖ）を算出する（ステップＳ４４）。
Ｖ＝ｍ×Ｗ … 式（３）
ここで、ｍは１リンクの最大クロストーク量（例では１０［ｄＢ］）

そして、ペナルティ設定手段７０は、Ｓ／Ｎ比（Ｓ／Ｎ）が規定値（Ｖ）よりも小さいか否かを判別する（ステップＳ４５）。Ｓ／Ｎ比（Ｓ／Ｎ）が規定値（Ｖ）よりも小さい場合（ステップＳ４５：Ｙｅｓ）、ペナルティ設定手段７０は、波長λ_k+1、波長λ_k+2、波長λ_k+3の使用リンクに付与するペナルティ（Ｐ）を、以下の式（４）により算出し（ステップＳ４６）、各波長λの使用リンクにペナルティ（Ｐ）を付与する（ステップＳ４７）。
Ｐ＝（Ｖ−Ｓ／Ｎ）／（３×ｈ） … 式（４）

ペナルティ設定手段７０は、Ｓ／Ｎ比（Ｓ／Ｎ）が規定値（Ｖ）以上である場合（ステップＳ４５：Ｎｏ）、ステップＳ４６，Ｓ４７をスキップし、図６のステップＳ５４に進み、波長λ_kにコネクション設定をする。

ここで、図６に戻って説明を続ける。
前記したステップＳ４１において、波長λ_kにペナルティが設定されている場合（ステップＳ４１：Ｙｅｓ）、コネクション設定手段６０は、ペナルティをグループ内の他のリンクに移動した場合の移動先のペナルティを算出し（ステップＳ５１）、算出したペナルティがペナルティ最大値よりも小さいか否かを判別する（ステップＳ５２）。本実施形態では、ペナルティ最大値は、例えば、４光波混合の影響により混入する、１リンク当たりのノイズレベルとする。このペナルティ最大値は、予め設定されている。そして、算出したペナルティがペナルティ最大値よりも小さい場合（ステップＳ５２：Ｙｅｓ）、コネクション設定手段６０は、波長λ_kのペナルティを他のリンクに移動し（ステップＳ５３）、波長λ_kにコネクション設定をする（ステップＳ５４）。一方、算出したペナルティがペナルティ最大値以上である場合（ステップＳ５２：Ｎｏ）、設定要求をリジェクトする（ステップＳ５５）。

＜ペナルティ設定処理の前提条件＞
図８は、ペナルティ設定処理の前提条件の一例を示す説明図であり、（ａ）は４光波混合の対象波長をまとめて表現した様子、（ｂ）は４光波混合の対象波長を分けて表現した様子をそれぞれ示している。図８（ａ）は、最悪の場合の３リンクで混入する４光波混合のノイズの一例を示している。ここで、最悪の場合とは、ノードＦ_A（始点装置）からノードＦ_D（終点装置）まで経由する全てのリンクＧ_α，Ｇ_β，Ｇ_γでＦＷＭによるノイズがあることを意味する。このように、すべてのリンクで混合した場合、１リンク当たりのノイズが例えば１０［ｄＢ］であると仮定する。

図８（ｂ）に示すように、波長λ_k+3のリンクＧ_β3は、他の３波長λ_k，λ_k+1，λ_k+2に対して、クロストークする（干渉する、ノイズが混入する）可能性がある。そこで、１リンク当たり他の波長に与える影響の初期値を「１０（単位はｄＢ）」とする。つまり、影響を受ける側からすると、１リンク使用するためには、ノイズの影響を相殺できるだけの「１０」のＳ／Ｎ比が必要であると想定する。したがって、波長λ_kを使用して全リンクＧ_α，Ｇ_β，Ｇ_γに信号を伝送する場合には、通常であれば、波長λ_kに隣接する３波長λ_k+1〜λ_k+3の影響として、第１リンクＧ_α0のノイズ＋第２リンクＧ_β0のノイズ＋第３リンクＧ_γ0のノイズ＝３０［ｄＢ］であると仮定できる。したがって、この影響を相殺できるだけのＳ／Ｎ比が必要であるものとする。なお、クロストークする可能性については、同様に全リンクについて想定する。

＜ペナルティ設定処理の手順＞
図９は、ペナルティ設定処理の手順を示す説明図であって、（ａ）はペナルティを３つの波長に割り当てた状態、（ｂ）はペナルティを２つの波長に割り当てた状態をそれぞれ示している。図９（ａ）では、波長λ_kを使用して全リンクＧ_α，Ｇ_β，Ｇ_γに信号を伝送する場合であるが、通常とは異なり、Ｓ／Ｎ比が不充分であり、３波長λ_k+1〜λ_k+3の影響で仮定された３０［ｄＢ］よりも小さい２１［ｄＢ］の影響しか相殺できない状況であるものとする。このような場合には、不足分である９［ｄＢ］すべてを、ノイズ発生の可能性のあるグループの波長λ_k+1〜λ_k+3の３リンクに対して平等に割り振ることとする。このときの割り振られた１単位を、図９において（１）と表記した。このように割り振られた不足分をペナルティと呼ぶ。ここで、これら９個の（１）は、お互いに関係あるペナルティであることは分かっている。
９［ｄＢ］＝３（波長数）×３（リンク数）×１（ペナルティ） … 式（５）

≪ペナルティの移動１≫
次に、図９（ａ）に示すようにペナルティが割り振られた状態から、時間経過に伴って、波長λ_kだけではなく、新たに波長λ_k+3を使用することになった場合について説明する。この場合には、これまで波長λ_k+3の３リンクに対して割り振られていたそれぞれのペナルティ（１）は、グループ内の各リンクの中のいずれかに加算して使用する。ただし、本実施形態では、１リンク当たりのノイズが例えば１０［ｄＢ］であると仮定したので、１リンクに割り振ることのできるペナルティ最大値は「１０」であるものとする。波長λ_k+3の３リンクすべてを使用する場合には、１リンク当たりのペナルティ（１）を、例えば、波長λ_k+2の３リンクにそれぞれ移動させる。ペナルティの移動後には、図９（ｂ）に示すように、波長λ_k+2には、１リンク当たりペナルティ（２）が割り振られたこととなる。

≪ペナルティの移動２≫
次に、図９（ａ）、図９（ｂ）に示すようにペナルティが割り振られた状態から、さらに時間経過に伴って、新たに波長λ_k+1，λ_k+2を使用することになった場合について図１０を参照して説明する。図１０は、ペナルティ設定処理の手順を示す説明図であって、（ａ）はペナルティが１つの波長の１つのリンクに滞留して蓄積した状態、（ｂ）は（ａ）の滞留が生じる状況の一例をそれぞれ示している。図１０（ａ）は、波長λ_k+2の第３リンクＧ_γ3にすべてのペナルティ（９）が蓄積した様子を示している。この場合には、ペナルティ（９）は、ペナルティの最大値「１０」よりも小さいので、波長λ_k+2の第１リンクＧ_γ1や第２リンクＧ_γ2といった他のリンク部分は、使用が可能であったことがわかる。

ここで、図１０（ａ）のようにペナルティが１つの波長の１つのリンクに滞留する状況の一例を図１０（ｂ）に示す。図１０（ｂ）に示すように、当初、ノードＦ_Aを始点、ノードＦ_Dを終点とするトラヒック９１だけを想定していたとする。それに加えて、破線で示すトラヒック９２，９３のために、新たに波長λ_k+1〜λ_k+3を使用することになったとする。そのため、トラヒック９１を維持しつつ、トラヒック９２，９３に対応した結果、ノードＦ_CとノードＦ_Dとの間のリンクである、波長λ_k+2の第３リンクＧ_γ3にすべてのペナルティ（９）が蓄積した。なお、このような時間経過による波長使用状況に応じて自然とペナルティが滞留する場合のほか、意図的に図１０（ｂ）に示す状態となるようにペナルティを移動させることも可能である。

第２実施形態によれば、光波ネットワーク設計装置１Ａは、要求されたコネクションのために選択された波長を使用するときのＳ／Ｎ比が、４光波混合の影響を将来及ぼす可能性のある４光波混合のグループ内の未使用の波長によるノイズの影響をキャンセルするには不充分な場合であっても、要求されたコネクションのために選択された波長を使用することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態の光波ネットワーク設計装置（ＰＣＥ）１Ｂは、図２に示すように、波長設定制御部４０のコネクション設定手段６０にペナルティ設定手段７０およびペナルティ加算手段８０を備えている。以下では、第２実施形態の光波ネットワーク設計装置１Ａと同じ構成には同じ符号を付して説明を省略し、異なる点を説明する。

ペナルティ加算手段８０は、ペナルティ設定手段７０によって、４光波混合の影響を与える可能性のある波長で使用するリンクに割り当てられたペナルティを、当該リンクのリンクコスト（メトリック）に加算するものである。
パス設定制御部３０は、経路計算手段３２によって、ペナルティとメトリックとの合計値が最小である波長を優先的に選択して経路を探索し、パスを設定する。

第３実施形態の光波ネットワーク設計装置（ＰＣＥ）１Ｂにおいて、波長使用状況ＤＢ２３の記憶構造の一例を図１１（ｃ）に示す。波長使用状況ＤＢ２３に格納された情報の項目としては、例えば、波長、リンクコスト、ペナルティ、合計が含まれる。本実施形態では、リンクコストは、メトリックである。メトリックとしては、例えば、リンクの帯域幅や信頼性等のパラメータに重みを付けて算出した値とすることができる。合計は、リンクコスト（メトリック）とペナルティとを加算した値を示す。この例では、リンクコスト（メトリック）が「∞」である波長が使用中であることを示し、リンクコスト（メトリック）が「∞」ではない波長が未使用であることを示している。

なお、本実施形態では、第２実施形態と同様に、ペナルティは、グループ内でやり取りをするものとした。やり取りの仕方は、可能な限り分散し、バラけるようにした方が、ボトルネックを作りにくいことは容易に分かる。

第３実施形態によれば、光波ネットワーク設計装置１Ｂは、ペナルティの大きいリンクを使用しなくなる。また、光波ネットワーク設計装置１Ｂは、使用中のリンクのＳ／Ｎ比が４光波混合により悪くなり過ぎることを防止できる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を変えない範囲で実施することができる。例えば、各実施形態では、隣接する３波長が同様に隣接する４番目の波長に影響を与えることを前提として説明したが、隣接しているか、隣接していないかということに関係なく、４光波混合が発生する規則性を満たす波長群全てに対して本発明は適用できることはもちろんである。

また、各実施形態では、波長管理順序設定手段５０の設定する波長の順序の具体例として、Ｋ＝６の場合（使用不可波長と、５個の波長からなる使用可能波長群とを１ユニットとする周期的な配列の場合）において、１ユニットにおける配列順序を、前記した式（２）、すなわち、「φ、Ｓ，Ｓ，Ｌ，Ｌ，Ｌ」のように並べて説明したが、これに限定されるものではなく、この１ユニットにおいて、いずれの位置の「Ｌ」も「Ｓ」に置き換えることができ、「Ｌ」をすべて「Ｓ」に置き換えてもよい。

また、Ｋ＝６の代わりに、例えば、Ｋ＝５でもよいし、Ｋ≧７でもよい。Ｋ≧７の場合には、Ｋ＝６に比べて、１ユニット内で使用できる波長の割合が増加し、かつ、１ユニット内の波長密度が増加する。所定幅の中で使用可能な波長の個数を増加させることと、所定幅の波長の密集度を低下させることとは、トレードオフの関係なのでＫの値は、必要に応じて適宜設計変更することができる。ＳまたはＬを「Ｓ／Ｌ」で示すときの１ユニットの配列順序の具体例を以下に列挙する。

Ｋ＝３の場合、「φ、Ｓ／Ｌ，Ｓ／Ｌ」とする。
Ｋ＝４の場合、「φ、Ｓ／Ｌ，Ｓ／Ｌ，Ｓ／Ｌ」とする。
Ｋ＝５の場合、「φ、Ｓ，Ｓ／Ｌ，Ｓ／Ｌ，Ｓ／Ｌ」とする。
Ｋ＝６の場合、「φ、Ｓ，Ｓ，Ｓ／Ｌ，Ｓ／Ｌ，Ｓ／Ｌ」とする。
Ｋ＝７の場合、「φ、Ｓ，Ｓ，Ｓ，Ｓ／Ｌ，Ｓ／Ｌ，Ｓ／Ｌ」とする。
Ｋ＝８の場合、「φ、Ｓ，Ｓ，Ｓ，Ｓ，Ｓ／Ｌ，Ｓ／Ｌ，Ｓ／Ｌ」とする。

１（１Ａ，１Ｂ） 光波ネットワーク設計装置（ＰＣＥ）
２（２ａ，２ｂ） 端局装置
３（３ａ，３ｂ，３ｃ） 光スイッチ
４（４ａ，４ｂ，４ｃ） リンク（波長多重伝送路）
５（５ａ，５ｂ） 端末装置
６，７ リンク
１０ 入出力部
２０ 記憶部
２１ パスＤＢ
２２ リンクＤＢ
２３ 波長使用状況ＤＢ
３０ パス設定制御部
３１ 経路計算要求処理手段
３２ 経路計算手段
３３ パス管理手段
４０ 波長設定制御部
５０ 波長管理順序設定手段
６０ コネクション設定手段
７０ ペナルティ設定手段
８０ ペナルティ加算手段
ＮＷ 光波ネットワーク
Ｆ_Ａ，Ｆ_Ｂ，Ｆ_Ｃ，Ｆ_Ｄ ノード
Ｇ_α，Ｇ_β，Ｇ_γ リンク

Claims (10)

1. 複数のノードとノード間を接続する波長多重伝送路からなるリンクとを有する光波ネットワークの端部に配設されて光信号と電気信号とを相互に変換するノードを示す端局装置と、前記波長多重伝送路を光信号のままスイッチングするノードを示す光スイッチとを通過する経路を探索してパスを設定するパス設定制御部と、前記パスを介して所定のデータを担持した信号を伝送するために用いられる波長を設定する波長設定制御部と、前記信号を伝送するために使用される波長の使用状況を示す波長使用状況データベースを記憶する記憶部とを有する光波ネットワーク設計装置であって、
   前記波長設定制御部は、
   予め定められた短距離トラヒック用の波長と予め定められた長距離トラヒック用の波長のうち少なくとも前記短距離トラヒック用の波長を含む対象とする全波長を等間隔に並べた上で、前記信号を伝送するために使用される複数の波長からなる使用可能波長群と、前記使用可能波長群に隣り合って周期的に並べられて使用が禁止された使用不可波長とを、交互に並べ、前記対象とする全波長のうち、前記長距離トラヒック用の波長を含む場合に、前記使用不可波長に隣り合って並べられる波長のうちの一方は前記長距離トラヒック用の波長となり、また、前記長距離トラヒック用の波長を含まない場合に、前記使用不可波長に隣り合って並べられる波長は前記短距離トラヒック用の波長となるような順序で前記対象とする全波長を並べて前記波長使用状況データベースに記憶し、要求されたコネクションに基づいて、前記波長使用状況データベースに記憶された波長群から未使用の波長を選択する波長管理順序設定手段と、
   前記選択された波長にコネクションを設定するコネクション設定手段と、
   を備え、
   前記波長管理順序設定手段は、前記波長使用状況データベースに記憶した前記使用可能波長群において、４光波混合が将来生じる可能性がある並び順の波長に関しては、前記短距離トラヒック用波長を使用可能に設定すると共に、前記使用可能波長群において４光波混合が将来生じる可能性があるものとして設定された波長以外の４光波混合の影響を受けにくい波長に対しては、前記長距離トラヒック用の波長を含む場合には前記長距離トラヒック用波長を使用可能に設定し、前記長距離トラヒック用の波長を含まない場合には前記短距離トラヒック用波長を使用可能に設定することを特徴とする光波ネットワーク設計装置。
2. 前記波長管理順序設定手段は、
   １個の前記使用不可波長と、Ｋを３以上の自然数としたときに（Ｋ−１）個の波長からなる前記使用可能波長群とを１ユニットとする周期的な配列の１ユニットにおいて最短波長から順番に付される順序を管理する波長の波長識別子を自然数Ｕｎとし、
   Ｋ≧５とした場合、
   Ｕｎ＝１の波長に、前記使用不可波長を設定し、
   Ｕｎ＝２〜（Ｋ−３）までの波長に、短距離トラヒック用波長を設定し、
   Ｕｎ＝（Ｋ−２）〜Ｋまでの波長に、短距離トラヒック用波長または長距離トラヒック用波長を設定し、
   Ｋ＜４とした場合、
   Ｕｎ＝１の波長に、前記使用不可波長を設定し、
   Ｕｎ＝２〜Ｋまでの波長に、短距離トラヒック用波長または長距離トラヒック用波長を設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光波ネットワーク設計装置。
3. 前記コネクション設定手段は、
   要求されたコネクションのリンク数およびホップ数と、前記選択された波長を用いるときのＳ／Ｎ比の情報をコネクション情報として取得し、前記取得したコネクション情報に基づいて前記選択された波長に４光波混合の影響を与える可能性のある波長から及ぼされるノイズの合計値を算出し、前記取得したＳ／Ｎ比が前記算出されたノイズの合計値よりも小さい場合に、その差分を、前記４光波混合の影響を与える可能性のある波長で使用するリンクに割り当てるノイズレベルを算出し、算出したノイズレベルをペナルティとして当該リンクに設定するペナルティ設定手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光波ネットワーク設計装置。
4. 前記コネクション設定手段は、
   前記４光波混合の影響を与える可能性のある波長で使用するリンクに割り当てられたペナルティを、当該リンクのメトリックに加算するペナルティ加算手段を備え、
   前記パス設定制御部は、前記ペナルティと前記メトリックとの合計値が最小である波長で使用する前記リンクを優先的に選択して経路を探索してパスを設定することを特徴とする請求項３に記載の光波ネットワーク設計装置。
5. 複数のノードとノード間を接続する波長多重伝送路からなるリンクとを有する光波ネットワークの端部に配設されて光信号と電気信号とを相互に変換するノードを示す端局装置と、前記波長多重伝送路を光信号のままスイッチングするノードを示す光スイッチとを通過する経路を探索してパスを設定するパス設定制御部と、前記パスを介して所定のデータを担持した信号を伝送するために用いられる波長を設定する波長設定制御部と、前記信号を伝送するために使用される波長の使用状況を示す波長使用状況データベースを記憶する記憶部とを有する光波ネットワーク設計装置による光波ネットワーク設計方法であって、
   前記波長設定制御部は、
   予め定められた短距離トラヒック用の波長と予め定められた長距離トラヒック用の波長のうち少なくとも前記短距離トラヒック用の波長を含む対象とする全波長を等間隔に並べた上で、前記信号を伝送するために使用される複数の波長からなる使用可能波長群と、前記使用可能波長群に隣り合って周期的に並べられて使用が禁止された使用不可波長とを、交互に並べ、前記対象とする全波長のうち、前記長距離トラヒック用の波長を含む場合に、前記使用不可波長に隣り合って並べられる波長のうちの一方は前記長距離トラヒック用の波長となり、また、前記長距離トラヒック用の波長を含まない場合に、前記使用不可波長に隣り合って並べられる波長は前記短距離トラヒック用の波長となるような順序で前記対象とする全波長を並べて前記波長使用状況データベースに記憶する波長管理順序設定ステップと、
   要求されたコネクションに基づいて、前記波長使用状況データベースに記憶された波長群から未使用の波長を選択する波長選択ステップと、
   前記選択された波長にコネクションを設定するステップと、
   を含んで実行し、
   前記波長管理順序設定ステップは、前記波長使用状況データベースに記憶した前記使用可能波長群において、４光波混合が将来生じる可能性がある並び順の波長に関しては、前記短距離トラヒック用波長を使用可能に設定すると共に、前記使用可能波長群において４光波混合が将来生じる可能性があるものとして設定された波長以外の４光波混合の影響を受けにくい波長に対しては、前記長距離トラヒック用の波長を含む場合には前記長距離トラヒック用波長を使用可能に設定し、前記長距離トラヒック用の波長を含まない場合には前記短距離トラヒック用波長を使用可能に設定することを特徴とする光波ネットワーク設計方法。
6. 前記波長管理順序設定ステップは、
   １個の前記使用不可波長と、Ｋを３以上の自然数としたときに（Ｋ−１）個の波長からなる前記使用可能波長群とを１ユニットとする周期的な配列の１ユニットにおいて最短波長から順番に付される順序を管理する波長の波長識別子を自然数Ｕｎとし、
   Ｋ≧５とした場合、
   Ｕｎ＝１の波長に、前記使用不可波長を設定し、
   Ｕｎ＝２〜（Ｋ−３）までの波長に、短距離トラヒック用波長を設定し、
   Ｕｎ＝（Ｋ−２）〜Ｋまでの波長に、短距離トラヒック用波長または長距離トラヒック用波長を設定し、
   Ｋ＜４とした場合、
   Ｕｎ＝１の波長に、前記使用不可波長を設定し、
   Ｕｎ＝２〜Ｋまでの波長に、短距離トラヒック用波長または長距離トラヒック用波長を設定する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の光波ネットワーク設計方法。
7. 前記コネクション設定手段は、
   要求されたコネクションのリンク数およびホップ数と、前記選択された波長を用いるときのＳ／Ｎ比の情報をコネクション情報として取得するステップと、
   前記取得したコネクション情報に基づいて前記選択された波長に４光波混合の影響を与える可能性のある波長から及ぼされるノイズの合計値を算出するステップと、
   前記取得したＳ／Ｎ比が前記算出されたノイズの合計値よりも小さいか否かを判別するステップと、
   前記取得したＳ／Ｎ比が前記算出されたノイズの合計値よりも小さい場合に、その差分を、前記４光波混合の影響を与える可能性のある波長で使用するリンクに割り当てるノイズレベルを算出するステップと、
   前記算出したノイズレベルをペナルティとして当該リンクに設定するステップと、
   を含んで実行することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の光波ネットワーク設計方法。
8. 前記コネクション設定手段は、
   前記４光波混合の影響を与える可能性のある波長で使用するリンクに割り当てられたペナルティを、当該リンクのメトリックに加算し、
   前記パス設定制御部は、前記ペナルティと前記メトリックとの合計値が最小である波長で使用する前記リンクを優先的に選択して経路を探索してパスを設定することを特徴とする請求項７に記載の光波ネットワーク設計方法。
9. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光波ネットワーク設計装置を構成する各手段としてコンピュータを機能させるための光波ネットワーク設計プログラム。
10. 請求項９に記載の光波ネットワーク設計プログラムが記録されたことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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