JP5381424B2 - 光ネットワーク設計装置および光ネットワーク設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ネットワーク設計を行う光ネットワーク設計装置および光ネットワーク設計方法に関する。

光ネットワークにおいては、光信号のまま波長単位で、光分岐挿入を実現するＯＡＤＭ（Optical Add Drop Multiplexer）装置や、経路切替を実現するＷＸＣ（Wavelength Cross Connect）装置などが用いられて、リングネットワークの相互接続やメッシュといった複雑なトポロジを持つネットワークが構築される。

このような複雑化するネットワークに対して、分散補償器などの各種機器の配置の最適化設計を含めた光ネットワーク設計を効率よく行う設計ツールの要望が高まっている。
従来技術としては、各パスの残留分散が許容残留分散の範囲内となるように、各パスに配置された分散補償器の分散補償量を設定する技術が提案されている（特許文献１参照）。また、装置固有の境界性能の評価を行う技術が提案されている（特許文献２参照）。

再表２００５／００６６０４号公報（第６頁の４６行目〜第８頁の２６行目、第６図） 特開平８−２９７５９１号公報（段落番号〔０００９〕〜〔００１２〕、第１図）

しかし、従来における、光ネットワークの設計ツールでは、残留分散値を所定の範囲内に収めるという上記の従来技術のように、１つの設計項目のみを対象にして光ネットワークを設計するといった手法が主流であったために、複数の設計項目に対して一括して設計することができず、所望の特性を満たす最適な光ネットワークを効率よく設計することができないといった問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、所望の特性を満たす最適な光ネットワークを自動設計する光ネットワーク設計装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、所望の特性を満たす最適な光ネットワークを自動設計する光ネットワーク設計方法を提供することである。

上記課題を解決するために、光ネットワークを設計する光ネットワーク設計装置が提供される。光ネットワーク設計装置は、設計対象の前記光ネットワークの構成部品の光伝送パラメータを保持する光伝送パラメータ保持部と、前記光ネットワークの各ノード間のスパン単位に、設計候補となる、前記構成部品を含むパーツを複数個生成するパーツ生成部と、複数の前記パーツの中から、設計条件を満たす前記光伝送パラメータを持つ前記パーツを、スパン毎に選択するパーツ選択部と、選択された前記パーツを組み合わせて、前記光ネットワークを構築する構築制御部とを有する。

ここで、光伝送パラメータ保持部は、設計対象の光ネットワークの構成部品の光伝送パラメータを保持する。パーツ生成部は、光ネットワークの各ノード間のスパン単位に、設計候補となる、構成部品を含むパーツを複数個生成する。パーツ選択部は、複数のパーツの中から、設計条件を満たす光伝送パラメータを持つパーツを、スパン毎に選択する。構築制御部は、選択されたパーツを組み合わせて、光ネットワークを構築する。

所望の特性を満たす光ネットワークの最適設計を行うことが可能になる。

光ネットワーク設計装置の構成例を示す図である。 光ネットワーク設計装置による光ネットワーク設計のイメージを示す図である。 光ネットワーク設計動作の全体フローを示す図である。 スパン毎のパーツの生成の様子を示す図である。 パーツ内の構成部品と各種の光伝送パラメータを示すテーブルとを示す図である。 スパン毎のパーツ候補の中から最適なパーツを選択する様子を示す図である。 光ネットワーク設計装置のソフトウェアの品質試験を説明するための図である。 demandを説明するための図である。 Ｑthの境界近傍のパーツ選択を説明するための図である。 目的関数と条件式を説明するための図である。 伝送ペナルティの制約条件を説明するための図である。 行列表現による演算式を示す図である。 ２スパンの光ネットワークを示す図である。 行列表現した演算式を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は光ネットワーク設計装置の構成例を示す図である。光ネットワーク設計装置１０は、光伝送パラメータ保持部１１、パーツ生成部１２、パーツ選択部１３、構築制御部１４および品質試験部１５を備える。なお、光ネットワーク設計装置１０は、設計者からのデータ入力または設計者へのデータ表示などを行うユーザ・インタフェース機能を備える。

光伝送パラメータ保持部１１は、設計対象の光ネットワークに関する構成部品の光伝送パラメータを保持する。光伝送パラメータは、あらかじめネットワーク設計者が入力しておく（光伝送パラメータの種類については図５で後述）。パーツ生成部１２は、光ネットワークの各ノード間のスパン単位に、設計候補となる、構成部品を含んだパーツを複数個生成する。

パーツ選択部１３は、複数のパーツの中から、設計条件を満たす光伝送パラメータを持つパーツを、スパン毎に選択する。構築制御部１４は、選択されたパーツを組み合わせて、設計対象の光ネットワークを構築する。

品質試験部１５は、設計後の光ネットワークの信頼性を確認するために、装置内の光ネットワーク設計ソフトウェア（パーツ生成部１２、パーツ選択部１３および構築制御部１４の少なくとも１つの機能）の品質試験を実行する。

次に光ネットワーク設計装置１０による光ネットワーク設計動作について説明する。図２は光ネットワーク設計装置１０による光ネットワーク設計のイメージを示す図である。光ネットワーク１ａは、ノードｎ１〜ｎ４を含む。

ノードｎ１とノードｎ２は、光ファイバｆ１により接続し、ノードｎ２とノードｎ３は、光ファイバｆ２により接続し、ノードｎ３とノードｎ４は、光ファイバｆ３により接続し、ノードｎ４とノードｎ１は、光ファイバｆ４により接続している。

リング状の光ネットワーク１ａに対して、反時計周りの光伝送を行う場合の設計について考える。光ネットワーク設計装置１０のパーツ生成部１２では、光ネットワーク１ａの各ノード間のスパンＳｐ１〜Ｓｐ４単位に、設計候補となるパーツを複数用意しておく。

各パーツには、光伝送を行うスパン毎の構成部品が含まれる。そして、パーツ選択部１３が、スパン毎に所望の条件を満たすパーツを１つ選択し、構築制御部１４によって選択されたパーツを組み合わせることで、光ネットワーク１ａに配置すべき各種機器の最適化設計を行う。

例えば、スパンＳｐ１では、候補となるパーツｐ１−１〜ｐ１−３が用意されている。パーツｐ１−１には、構成部品として、ポストアンプ１ａ−１、光ファイバｆ１−１、プリアンプ１ｂ−１およびＤＣＭ（Dispersion Compensation Module：分散補償モジュール）１ｃ−１が含まれる。

同様にして、パーツｐ１−２には、構成部品として、ポストアンプ１ａ−２、光ファイバｆ１−２、プリアンプ１ｂ−２およびＤＣＭ１ｃ−２が含まれ、パーツｐ１−３には、構成部品として、ポストアンプ１ａ−３、光ファイバｆ１−３、プリアンプ１ｂ−３およびＤＣＭ１ｃ−３が含まれる。

ポストアンプ１ａ−１〜１ａ−３は、ノードｎ１の光送信部に設けられるポストアンプの候補である。光ファイバｆ１−１〜ｆ１−３は、光ファイバｆ１の候補である。プリアンプ１ｂ−１〜１ｂ−３およびＤＣＭ１ｃ−１〜１ｃ−３は、ノードｎ２の光受信部に設けられるプリアンプおよびＤＣＭの候補である。

同様にスパンＳｐ２〜Ｓｐ４についても見ていくと、スパンＳｐ２に関して、候補となるパーツｐ２−１〜ｐ２−３が用意されている。パーツｐ２−１には、構成部品として、ポストアンプ２ａ−１、光ファイバｆ２−１、プリアンプ２ｂ−１およびＤＣＭ２ｃ−１が含まれる。

パーツｐ２−２には、構成部品として、ポストアンプ２ａ−２、光ファイバｆ２−２、プリアンプ２ｂ−２およびＤＣＭ２ｃ−２が含まれ、パーツｐ２−３には、構成部品として、ポストアンプ２ａ−３、光ファイバｆ２−３、プリアンプ２ｂ−３およびＤＣＭ２ｃ−３が含まれる。

ポストアンプ２ａ−１〜２ａ−３は、ノードｎ２の光送信部に設けられるポストアンプの候補である。光ファイバｆ２−１〜ｆ２−３は、光ファイバｆ２の候補である。プリアンプ２ｂ−１〜２ｂ−３およびＤＣＭ２ｃ−１〜２ｃ−３は、ノードｎ３の光受信部に設けられるプリアンプおよびＤＣＭの候補である。

スパンＳｐ３に関して、候補となるパーツｐ３−１〜ｐ３−３が用意されている。パーツｐ３−１には、構成部品として、ポストアンプ３ａ−１、光ファイバｆ３−１、プリアンプ３ｂ−１およびＤＣＭ３ｃ−１が含まれる。

パーツｐ３−２には、構成部品として、ポストアンプ３ａ−２、光ファイバｆ３−２、プリアンプ３ｂ−２およびＤＣＭ３ｃ−２が含まれ、パーツｐ３−３には、構成部品として、ポストアンプ３ａ−３、光ファイバｆ３−３、プリアンプ３ｂ−３およびＤＣＭ３ｃ−３が含まれる。

ポストアンプ３ａ−１〜３ａ−３は、ノードｎ３の光送信部に設けられるポストアンプの候補である。光ファイバｆ３−１〜ｆ３−３は、光ファイバｆ３の候補である。プリアンプ３ｂ−１〜３ｂ−３およびＤＣＭ３ｃ−１〜３ｃ−３は、ノードｎ４の光受信部に設けられるプリアンプおよびＤＣＭの候補である。

スパンＳｐ４に関して、候補となるパーツｐ４−１〜ｐ４−３が用意されている。パーツｐ４−１には、構成部品として、ポストアンプ４ａ−１、光ファイバｆ４−１、プリアンプ４ｂ−１およびＤＣＭ４ｃ−１が含まれる。

パーツｐ４−２には、構成部品として、ポストアンプ４ａ−２、光ファイバｆ４−２、プリアンプ４ｂ−２およびＤＣＭ４ｃ−２が含まれ、パーツｐ４−３には、構成部品として、ポストアンプ４ａ−３、光ファイバｆ４−３、プリアンプ４ｂ−３およびＤＣＭ４ｃ−３が含まれる。

ポストアンプ４ａ−１〜４ａ−３は、ノードｎ４の光送信部に設けられるポストアンプの候補である。光ファイバｆ４−１〜ｆ４−３は、光ファイバｆ４の候補である。プリアンプ４ｂ−１〜４ｂ−３およびＤＣＭ４ｃ−１〜４ｃ−３は、ノードｎ１の光受信部に設けられるプリアンプおよびＤＣＭの候補である。

上記のようなパーツ候補の中から、パーツ選択部１３は、所望の条件に合うパーツを選択する。なお、パーツ内の構成部品の光伝送パラメータは、パーツ毎に多様に異なる値を持っている。

図２では、スパンＳｐ１では、パーツｐ１−１〜ｐ１−３の中からパーツｐ１−１を選択し、スパンＳｐ２では、パーツｐ２−１〜ｐ２−３の中からパーツｐ２−２を選択し、スパンＳｐ３では、パーツｐ３−１〜ｐ３−３の中からパーツｐ３−１を選択し、スパンＳｐ４では、パーツｐ４−１〜ｐ４−３の中からパーツｐ４−３を選択している。

したがって、光ネットワーク１ａの各種機器の配置に関しては、スパンＳｐ１ではパーツｐ１−１、スパンＳｐ２ではパーツｐ２−２、スパンＳｐ３ではパーツｐ３−１、スパンＳｐ４ではパーツｐ４−３に示される構成部品が配置されることになる。

なお、光ネットワーク設計に関し、より具体的には、設計対象の光ネットワークに対して、パーツ生成部１２でスパン単位に分割した構成部品候補のパーツを複数用意した上で、パーツ選択部１３が、線形（整数）計画法によって、適切な構成（例えば、境界値付近の構成）を算出する。

そして、構築制御部１４によって、組み合わせたパーツが所望の条件に一致するかしないかを判断し、一致しない場合は、パーツ内の構成部品の性能や特性値を微調整する（詳細は後述）。

このように、光ネットワーク設計装置１０では、スパン単位であらかじめ用意しておいた、構成部品を含むパーツの中から、所望の条件を満たすパーツを選択していくことで、光ネットワークの最適設計を行う構成とした。

これにより、アンプの配置やＤＣＭの配置等といった複数の設計項目に対して、スパン単位に一括して設計することができるので、所望の特性を満たす最適な光ネットワークを効率よく設計することが可能になり、設計工数の大幅な削減を図ることが可能になる。

なお、上記では説明を簡単にするために、１つのパーツの中に含まれる構成部品として、代表的なポストアンプ、光ファイバ、プリアンプおよびＤＣＭとしたが、各パーツに含まれる構成部品は任意であって、多様に設定できる。

すなわち、１つのパーツの中に、ポストアンプ、光ファイバ、プリアンプおよびＤＣＭがすべて含まれなくてもよいし、これら以外の構成部品が含まれていてもよい（例えば、光フィルタが含まれる等）。また、パーツ毎に構成部品が異なっていてもよい。

また、上記では説明のために、すべての構成部品に異なる符号を付けたため、各構成部品はすべて互いに異なる性能を持つように見えるが、そのようにすべて互いに異なる性能を持つものとしてもよいし、同じ構成部品が異なるパーツに含まれていても当然構わない。

例えば、パーツｐ１−１のポストアンプ１ａ−１とパーツｐ１−２のポストアンプ１ａ−２とが同じ部品であり、パーツｐ１−１のプリアンプ１ｂ−１とパーツｐ１−２のプリアンプ１ｂ−２とが同じ部品であり、パーツｐ１−１のＤＣＭ１ｃ−１とパーツｐ１−２のＤＣＭ１ｃ−２とが同じ部品であるとする。

そして、パーツｐ１−１の光ファイバｆ１−１と、パーツｐ１−２の光ファイバｆ１−２とだけが異なる性能（ファイバ種別やファイバ長が異なるなど）であるといったようなパーツ構成にしてもよい。

次に光ネットワーク設計装置１０の他の特徴について説明する。光ネットワークを設計する際には、様々な設計要求があるが、その中でも、ある伝送特性の境界付近の設計をしたいといった要求がある。

例えば、コストをなるべく最小に抑えたいなどの理由で、これ以上伝送特性が劣化すると正常な光伝送が不可能になってしまうという境界値付近で、光ネットワークを構築したいなどである。

このような、光ネットワークを設計する場合、従来では、多様な伝送特性を持つネットワーク構成を複数発案しておき、それらに対してシミュレーション等を行って、境界値近傍で動作しているか否かを逐次確認するといったことを行わねばならず、大変困難な作業であって、膨大な時間がかかり、多大な工数を浪費していた。

これに対し、光ネットワーク設計装置１０では、伝送可否の境界付近の伝送特性を有する光ネットワークに関しても、所望のネットワーク構成を精度よくかつ効率よく設計することを可能にする。

また、従来では、設計した光ネットワークが、信頼性の高いものか否かを判別する機能を含む設計ツールが存在せず、このため自動設計はしたものの、本当に設計された光ネットワークが、所望の特性で光伝送を行うことが可能な信頼性の高いものであるか否かを効率よく判断することができなかった。

これに対し、光ネットワーク設計装置１０では、光ネットワークを設計するための動作機能であるソフトウェアの品質試験を行う機能も有しており、これにより、光ネットワーク設計装置１０自体の機能の信頼性の向上を図り、これに伴い、設計後の光ネットワークの信頼性の向上を図ることも可能にする。

次に光ネットワーク設計装置１０における光ネットワーク設計動作について全体フローを用いて説明する。図３は光ネットワーク設計動作の全体フローを示す図である。なお、ステップＳ１〜Ｓ４までは、光ネットワークの設計に関する手順であり、ステップＳ５、Ｓ６は、光ネットワーク設計装置１０に組み込まれたソフトウェアの品質試験に関する手順である。

〔Ｓ１〕パーツ生成部１２は、設計対象の光ネットワークに対し、スパン単位に、構成部品を含むパーツを複数生成する。
〔Ｓ２〕パーツ選択部１３は、スパン単位に、複数のパーツの中から、条件を満たす（目標とする伝送特性に近い）最適なパーツを選択する。

〔Ｓ３〕構築制御部１４は、選択されたパーツが十分に条件を満たすか否かを判別する。例えば、パーツが組み合わされた後の光ネットワークの伝送特性が、正常な光伝送を実現することが可能ではあるが、その伝送特性は、正常な光伝送が不可となる境界近傍に位置しているか否かを判断する。

満たしていなければ（境界近傍に位置していなければ）ステップＳ４へいき、満たしていれば（境界近傍に位置していれば）ステップＳ５へいく。なお、ここでの境界の近傍値は、ネットワーク設計者があらかじめ設定しておく。

〔Ｓ４〕構築制御部１４は、選択されたパーツに含まれる構成部品の光伝送パラメータを微小変化させ、ステップＳ２へ戻る。ここまでの段階で、所望の条件を満たす光ネットワークの設計は完了する（仮に完了する）。

〔Ｓ５〕品質試験部１５は、設計された光ネットワークに対して、その光ネットワークを構成する所定のパーツの所定の光伝送パラメータを選択し、該当光伝送パラメータの値を振って、条件を満たす伝送が可能となるか不可能となるかの境界を探索する。

〔Ｓ６〕品質試験部１５は、境界を挟んで伝送可能となる特性値と、あらかじめ算出した伝送可能となる期待値とを比較する。また、伝送不可能となる特性値と、あらかじめ算出した伝送不可能となる期待値とを比較する。そして、いずれの場合も期待値と一致するときは試験結果が良好であると判断し、一致しないときは試験結果が良好でないと判断する（図７で後述）。

次に光ネットワーク設計装置１０の動作についてさらに詳しく説明する。図４はスパン毎のパーツの生成の様子を示す図である。ノードｎ１〜ｎ５がシリアルに接続された光ネットワーク１ｂに対して、左から右方向へ光伝送を行う場合について考える。

光ネットワーク１ｂは、ノードｎ１〜ｎ５を含み、ノードｎ１とノードｎ２は、光ファイバｆ１により接続し、ノードｎ２とノードｎ３は、光ファイバｆ２により接続し、ノードｎ３とノードｎ４は、光ファイバｆ３により接続し、ノードｎ４とノードｎ５は、光ファイバｆ４により接続している。

光ネットワーク設計装置１０は、各ノード間のスパンＳｐ１〜Ｓｐ４単位に、設計候補となるパーツを複数用意する。スパンＳｐ１では、候補となるパーツｐ１−１〜ｐ１−３・・・が用意され、スパンＳｐ２では、候補となるパーツｐ２−１〜ｐ２−３・・・が用意されている。また、スパンＳｐ３では、候補となるパーツｐ３−１〜ｐ３−３・・・が用意され、スパンＳｐ４では、候補となるパーツｐ４−１〜ｐ４−３・・・が用意されている。

なお、各パーツに含まれる構成部品は、図２で示したパーツ内部の構成と同様のポストアンプ、光ファイバ、プリアンプおよびＤＣＭであるとして、パーツ内部の構成の説明は省略する。

ここで、スパンＳｐ１において、ポストアンプ１ａ−１〜１ａ−３は、ノードｎ１の光送信部に設けられるポストアンプの候補である。光ファイバｆ１−１〜ｆ１−３は、光ファイバｆ１の候補である。プリアンプ１ｂ−１〜１ｂ−３およびＤＣＭ１ｃ−１〜１ｃ−３は、ノードｎ２の光受信部に設けられるプリアンプおよびＤＣＭの候補である。

スパンＳｐ２において、ポストアンプ２ａ−１〜２ａ−３は、ノードｎ２の光送信部に設けられるポストアンプの候補である。光ファイバｆ２−１〜ｆ２−３は、光ファイバｆ２の候補である。プリアンプ２ｂ−１〜２ｂ−３およびＤＣＭ２ｃ−１〜２ｃ−３は、ノードｎ３の光受信部に設けられるプリアンプおよびＤＣＭの候補である。

スパンＳｐ３において、ポストアンプ３ａ−１〜３ａ−３は、ノードｎ３の光送信部に設けられるポストアンプの候補である。光ファイバｆ３−１〜ｆ３−３は、光ファイバｆ３の候補である。プリアンプ３ｂ−１〜３ｂ−３およびＤＣＭ３ｃ−１〜３ｃ−３は、ノードｎ４の光受信部に設けられるプリアンプおよびＤＣＭの候補である。

スパンＳｐ４において、ポストアンプ４ａ−１〜４ａ−３は、ノードｎ４の光送信部に設けられるポストアンプの候補である。光ファイバｆ４−１〜ｆ４−３は、光ファイバｆ４の候補である。プリアンプ４ｂ−１〜４ｂ−３およびＤＣＭ４ｃ−１〜４ｃ−３は、ノードｎ５の光受信部に設けられるプリアンプおよびＤＣＭの候補である。

図５はパーツ内の構成部品と各種の光伝送パラメータを示すテーブルとを示す図である。パーツｐ１−１は、構成部品として、ポストアンプ１ａ−１、光ファイバｆ１−１、プリアンプ１ｂ−１およびＤＣＭ１ｃ−１を含む。

これらの構成部品に関する光伝送パラメータは、光伝送パラメータ保持部１１に格納される。光伝送パラメータとして、例えば、ファイバ関連パラメータ、部品関連パラメータおよび計算パラメータがある。ファイバ関連パラメータには、例えば、ファイバ種類、ファイバ長、ファイバロス値、ファイバ分散値等がある。

また、部品関連パラメータには、例えば、ノード種別、ポストアンプ種別、プリアンプ種別、ＤＣＭ種別等がある。計算パラメータには、例えば、ノイズ値、分散ばらつき値（上限分散値／下限分散値）、ＰＭＤ（Polarization Mode Dispersion：偏波モード分散）値、ＸＴ（Cross Talk：クロストーク）値などがある。

また、パーツ内の構成部品に光フィルタ（例えば、ＤＣＭの後段に配置）があれば、その光伝送パラメータとして、ＰＢＮ（Pass Band Narrowing：光フィルタで信号光の帯域が狭まれた際の光ロス値）なども含まれる。なお、これらのパラメータはすべて数値化されて光伝送パラメータ保持部１１に保存される。

このように、設計対象の光ネットワークに関して、スパン単位に複数のパーツを用意し、このパーツにおいて、各光伝送パラメータ（ファイバ種、ファイバ長、アンプ種、ＤＣＭ種など）を設定し、設計候補として準備する。

また、パーツ生成部１２では、光伝送パラメータ保持部１１で保持されている上記のような多様な光伝送パラメータを利用して、光伝送パラメータが互いに異なる構成部品を含むパーツを、スパン単位に複数生成する。これにより、１つのスパンに対して、多様な光伝送パラメータを有する複数のパーツが生成されるので、選択候補の幅が広がり、柔軟な光ネットワーク設計を行うことが可能になる。

図６はスパン毎のパーツ候補の中から最適なパーツを選択する様子を示す図である。パーツ選択部１３は、準備されたパーツの中から、スパン毎に最適なパーツを１つ選択する。図６の場合は、スパンＳｐ１ではパーツｐ１−２が選択され、スパンＳｐ２ではパーツｐ２−３が選択され、スパンＳｐ３ではパーツｐ３−１が選択され、スパンＳｐ４ではパーツｐ４−３が選択されている。

パーツ選択部１３がパーツを選択する際には線形計画法による演算を行う。線形計画法を適用することにより、各スパンについて、どのパーツが最適（最適とは、例えば、ネットワーク設計者が前もって指定した、伝送可否の境界に十分近い構成の場合は最適であるとする）であるかが計算される（線形計画法によるパーツ選択の演算方法については後述する）。

スパン毎のパーツ選択を行った後は、構築制御部１４は、選択されたパーツを組み合わせて光ネットワークを構成し、所望の条件に近いか否かを判別する。所定の光伝送パラメータを可変させて、より所望の条件に近づけることができるような場合には、選択された複数のパーツ内から１つを抽出し、そのパーツ内の任意の光伝送パラメータを微小変化させる。なお、条件の判断は、各光伝送パラメータの有効数字にもとづいて行う。

そして、再び、パーツ選択部１３は、線形計画法を用いて、パーツの選択をし直して、パーツの組み合わせを再度決める。このように、パーツの組み合わせを再度行うのは、あるパーツ内の光伝送パラメータの変化によって、他パラメータの部分で影響が出て、全体的に所望の構成とはなりえないという可能性があるからである。したがって、光伝送パラメータを微小変化させた場合には、再度、パーツ選択から開始することにする。

次に品質試験について説明する。図７は光ネットワーク設計装置１０のソフトウェアの品質試験を説明するための図である。光ネットワークの設計が完了すると、その後、設計した光ネットワークの信頼性を確認するために、ソフトウェアの品質試験を行う。ここでいう、ソフトウェアとは、少なくとも、パーツ生成部１２、パーツ選択部１３、構築制御部１４のいずれかの機能のことである。

ソフトウェア品質試験を行う場合、まず、設計後の光ネットワークの所定の光伝送パラメータを１つ選び、この光伝送パラメータの値を振って（可変させて）、当初条件を満たす伝送が可能となるか不可能となるかの境界値Ｖを探索する。

そして、境界値Ｖの一方の伝送可能となる側において、条件を満たす伝送が可能となる、あるポイントＰ１（第１のポイント）における光ネットワークの特性値（第１の特性値に該当し、例えば、ＯＳＮＲ（Optical Signal to Noise Ratio）とする）を求め、また、ポイントＰ１のＯＳＮＲの期待値を求める。

上記のポイントＰ１におけるＯＳＮＲは、品質試験部１５が、設計後の光ネットワークのポイントＰ１におけるＯＳＮＲを算出した値である（Ａｓ１とする）。また、期待値とは、条件を満たす伝送が可能となるポイントＰ１のＯＳＮＲの期待値であって（Ａｅ１とする）、例えば、人が手計算等によって別途算出したものである。品質試験部１５は、算出値Ａｓ１と期待値Ａｅ１とを比較する。

一方、境界値Ｖをまたいだ他方の伝送不可能となる側において、条件を満たす伝送が不可能となる、あるポイントＰ２（第２のポイント）における光ネットワークの特性値（第２の特性値に該当し、ＯＳＮＲとする）を求め、また、ポイントＰ２のＯＳＮＲの期待値を求める。

上記のポイントＰ２におけるＯＳＮＲは、品質試験部１５が、設計後の光ネットワークのポイントＰ２におけるＯＳＮＲを算出した値である（Ａｓ２とする）。また、期待値は、条件を満たす伝送が不可能となるポイントＰ２のＯＳＮＲの期待値であって（Ａｅ２とする）、例えば、人が手計算等によって別途算出したものである。品質試験部１５は、算出値Ａｓ２と期待値Ａｅ２とを比較する。

比較の結果、算出値が期待値と一致して、Ａｓ１＝Ａｅ１かつＡｓ２＝Ａｅ２となるならば（両方ともに一致すれば）、光ネットワーク設計装置１０の試験結果は良好であり、光ネットワーク設計ソフトウェアの品質が良好であって、このソフトウェアで設計された光ネットワークの信頼性も高いと判断できる。

これに対し、算出値が期待値と一致せず、Ａｓ１≠Ａｅ１またはＡｓ２≠Ａｅ２となるならば（両方ともに一致せず、またはどちらか一方でも等しくなければ）、光ネットワーク設計装置１０のソフトウェアの品質は良好でないと判断し、そのソフトウェアで設計された光ネットワークも信頼性が低いと判断できる。なお、試験結果の良否は、ネットワーク設計者に適切な形式で表示される。

このように、光ネットワーク設計装置１０では、設計した光ネットワークの信頼性を判断するためのソフトウェア品質試験を行うことができるので、自動設計された光ネットワークの信頼性をネットワーク設計者は確認することができ、設計された光ネットワークの信頼性および品質の向上を図ることが可能になる。

次に線形計画法によってパーツ選択を行う際のモデリングの一例について以降詳しく説明する。線形計画法では、目標とする１点にできるだけ近くなるところを探すために、目的関数を設定して、目的関数の最小値または最大値（本実施の形態では最小値）を求める。目的関数ｚは、式（１）で表せる。

ｚ＝ｍｉｎ（negError＋posError）・・・（１）
なお、negErrorとposErrorは、変数であり、共に正の値（０を含む）である。
ここで、光ネットワークの伝送特性の指標であるＱ値に対して、目標とするＱ値をＱthとした場合に、Ｑthの境界近傍の幅を表す条件式について示す。なお、Ｑ値とは、光伝送の品質評価に用いられる指標であり、振幅方向のノイズに対する影響を定量的に示した値である（ノイズ指標値といってよい。また、Ｑ値が大きいほど伝送品質が良好といえる）。

光ネットワークに対する、あるパスのＱ値が（demandｋのＱ値が）、目標とするＱthの境界付近に位置するための条件式は、以下の式（２ａ）、式（２ｂ）となる。

なお、demandとは、１つまたは複数のスパンから成る光ネットワーク上のパスのことである。
図８はdemandを説明するための図である。光ネットワーク１ｂにおいて、demand１は、スパンＳｐ１のパスに該当する。demand２は、スパンＳｐ１、ＳＰ２を含むパスに該当する。demand３は、スパンＳｐ１、Ｓｐ２、Ｓｐ３を含むパスに該当する。demand４は、スパンＳｐ１、Ｓｐ２、Ｓｐ３、ＳＰ４を含むパスに該当する。

式（２ａ）、式（２ｂ）の条件式を満たすnegErrorとposErrorであって、式（１）によるnegErrorとposErrorとの和が最小となるように、demandｋのパスに関してパーツを選択することにより、Ｑthの境界近傍のパーツ構成を抽出できる。

図９はＱthの境界近傍のパーツ選択を説明するための図である。光ネットワーク１ｃは、ノードｎ１〜ｎ３を有し、ノード間は光ファイバでシリアルに接続される。ノードｎ１、ｎ２間をスパンＳｐ１、ノードｎ２、ｎ３間をスパンＳｐ２とする。

スパンＳｐ１にはパーツｓ₁〜ｓ₃の候補があり、スパンＳｐ２にはパーツｓ₄〜ｓ₆の候補がある。また、パーツｓ₁〜ｓ₃のそれぞれのＱ値をＱ₁〜Ｑ₃とし、パーツｓ₄〜ｓ₆のそれぞれのＱ値をＱ₄〜Ｑ₆とする。

ここで、パスＰａにおけるＱ値の総和Ｑtotalが、できるだけ目標とするＱthに近くなるようなパーツを選択する設計について考える。
式（２ａ）、（２ｂ）から以下の式（２ａ−１）、（２ｂ−１）が導かれる。

Ｑ₁・ｓ₁＋Ｑ₂・ｓ₂＋Ｑ₃・ｓ₃＋Ｑ₄・ｓ₄＋Ｑ₅・ｓ₅＋Ｑ₆・ｓ₆＋negError≧Ｑth
・・・（２ａ−１）
Ｑ₁・ｓ₁＋Ｑ₂・ｓ₂＋Ｑ₃・ｓ₃＋Ｑ₄・ｓ₄＋Ｑ₅・ｓ₅＋Ｑ₆・ｓ₆−posError≦Ｑth
・・・（２ｂ−１）
上記の式（２ａ−１）、（２ｂ−１）を満たし、negErrorとposErrorとの和が最小となるｓ₁、・・・、ｓ₆を求める。他の制約条件を示す式と合わせて、解として例えば、（ｓ₁、ｓ₂、ｓ₃、ｓ₄、ｓ₅、ｓ₆）＝（０、１、０、０、０、１）が得られたとしたならば、選択されるパーツは、スパンＳｐ１ではパーツｓ₂、スパンＳｐ２ではパーツｓ₆となる。

すなわち、パーツｓ₂、パーツｓ₆で光ネットワーク１ｃを構成することにより、パスＰａのＱtotalが、Ｑthの境界ぎりぎりで伝送可能な光ネットワークを構成することができる（これ以上伝送特性が劣化すると正常な光伝送が不可能になってしまうという境界値付近で、光ネットワークを構築している）。

図１０は目的関数と条件式（２ａ）、（２ｂ）を説明するための図である。目標とするＱth（固定値）に対して、Ｑtotal（可変値）がＱthよりも負側（下方）にあるとすると（Ｑtotalがnegative側にある場合）、ＱtotalとＱthとの間隔（ＱtotalとＱthとの誤差）を示すnegErrorが、式（２ａ）を満たすためには、Ｑth−Ｑtotal以上の値となる必要がある。

また、このとき、posErrorの値にかかわらず、式（２ｂ）は成り立つ（∵posErrorは０または正）。したがって、式（１）でnegErrorとposErrorの和が最小となるのは、negError＝Ｑth−Ｑtotal、posError＝０となり、これは、Ｑthを基準にして、下方へ向かうＱtotalまでの間隔の最小が、Ｑth−Ｑtotalであることを示している。

一方、目標とするＱth（固定値）に対して、Ｑtotal（可変値）がＱthよりも正側（上方）にあるとすると（Ｑtotalがpositive側にある場合）、ＱtotalとＱthとの間隔（ＱtotalとＱthとの誤差）を示すposErrorは、式（２ｂ）を満たすためには、Ｑtotal−Ｑth以上の値となる必要がある。

また、このとき、negErrorの値にかかわらず、式（２ａ）は成り立つ（∵negErrorは０または正）。したがって、式（１）でnegErrorとposErrorの和が最小となるのは、negError＝０、posError＝Ｑtotal−Ｑthとなり、これは、Ｑthを基準にして、上方へ向かうＱtotalまでの間隔の最小が、Ｑtotal−Ｑthであることを示している。

このように、条件式（２ａ）、（２ｂ）を満たすnegErrorとposErrorとの和を最小にするということは、目標とするＱthの境界付近のＱ値の最小幅を求めていることになる。
次に目的関数を最小にするための、その他の制約条件について説明する。光伝送パラメータとして、分散値、Ｑ値、ＰＭＤ、ＰＢＮ、ＸＴを使用するものとする。制約条件としては、分散制約条件、Ｑ値制約条件、伝送ペナルティ制約条件、スパン条件などがある。

demand個々に分散制約の条件が満たされるための、すべてのdemandに対する分散制約条件は、以下の式（３ａ）、（３ｂ）となる。

式（３ａ）は、スパン毎の上限分散値の総和が、分散トレランスの上限値（Upper Tolerance（d））以下であることを示している。すなわち、すべてのdemandに対して、スパン毎の上限分散値の総和が、分散トレランスの上限値を超えないように、スパン単位のパーツ選択を実行しなければならないことを示している。

また、式（３ｂ）では、スパン毎の下限分散値の総和が、分散トレランスの下限値（Lower Tolerance（d））以上であることを示している。すなわち、すべてのdemandに対して、スパン毎の下限分散値の総和が、分散トレランスの下限値を下回らないように、スパン単位のパーツ選択を実行しなければならないことを示している。

demand個々にＱ値制約の条件が満たされるための、すべてのdemandに対するＱ値制約条件は、以下の式（４）で表せる。Ｑ値制約条件とは、具体的には、あるＯＳＮＲを下回ってはならない制約条件のことである。

式（４）では、スパン毎のＱ値の総和が、目標とするＱ値であるＱth値以下であることを示している。すなわち、すべてのdemandに対して、スパン毎に選択されるべきパーツのＱ値の総和が、目標値Ｑthを超えないように、スパン単位のパーツ選択を実行しなければならないことを示している。

demand個々に伝送ペナルティの制約条件が満たされるための、すべてのdemandに対する伝送ペナルティ制約条件は、以下の式（５ａ）、（５ｂ）、（５ｃ）で表せる。伝送ペナルティ制約条件とは、ある伝送ペナルティの値を超えてはならない制約条件のことである。

ＰＭＤの制約条件を表す式（５ａ）では、スパン毎のＰＭＤの総和が、ＰＭＤの下限値（ＰＭＤ_Lowth）以下であることを示している。すなわち、すべてのdemandに対して、スパン毎に選択されるべきパーツのＰＭＤの総和が、ＰＭＤの下限値を超えないように、スパン単位のパーツ選択を実行しなければならないことを示している。

ＰＢＮの制約条件を表す式（５ｂ）では、スパン毎のＰＢＮの総和が、ＰＢＮの下限値（ＰＢＮ_Lowth）以下であることを示している。すなわち、すべてのdemandに対して、スパン毎に選択されるべきパーツのＰＢＮの総和が、ＰＢＮの下限値を超えないように、スパン単位のパーツ選択を実行しなければならないことを示している。

ＸＴの制約条件を表す式（５ｃ）では、スパン毎のＸＴの総和が、ＸＴの下限値（ＸＴ_Lowth）以下であることを示している。すなわち、すべてのdemandに対して、スパン毎に選択されるべきパーツのＸＴの総和が、ＸＴの下限値を超えないように、スパン単位のパーツ選択を実行しなければならないことを示している。

なお、式（５ａ）〜（５ｃ）の代わりに、以下の式（６ａ）〜（６ｃ）に示すように、ＰＭＤ、ＰＮＴ、ＸＴが一定値となるような制約条件を使用することも可能である。

式（６ａ）はスパン毎のＰＭＤの総和が、ＰＭＤの一定値（ＰＭＤc）となることを示している。式（６ｂ）では、スパン毎のＰＢＮの総和が、ＰＢＮの一定値（ＰＢＮc）となることを示している。式（６ｃ）では、スパン毎のＸＴの総和が、ＸＴの一定値（ＸＴc）となることを示している。

図１１は伝送ペナルティの制約条件を説明するための図である。ＰＭＤを例にして説明する。横軸はＰＭＤ、縦軸は伝送ペナルティである。ＰＭＤは、伝送ペナルティが０となる値があり、この値がＰＭＤ_Lowthである。ＰＭＤ_Lowthを超えると伝送ペナルティは非線形領域に入り、非線形的に変化する。

したがって、ＰＭＤのどのような組み合わせであっても（ＰＭＤのパラメータを有するパーツのどのような組み合わせであっても）、ＰＭＤの総和を伝送ペナルティ０に抑えることを制約条件としたいならば、上記の式（５ａ）を用いることになる。これに対し、スパン毎のＰＭＤの総和を一定値にして、伝送ペナルティを設定値Ｐｅにしようとするのであれば、上記の式（６ａ）に示す制約条件を用いることになる。ＰＢＮやＸＴも同様な考え方である。

次にスパン条件について示す。スパン条件は以下の式（７）で表せる。スパン条件とは、１つのスパンには、１つのパーツを配置することを制約条件としたものである。

ｘ_elementは、１つのスパンに対する、パーツ候補を数値化するためのパラメータであって、候補に挙がっているパーツは１、候補に挙がっていないパーツは０となる。また、ｘ_elementの総和が１ということは、１つのスパンで使用されるパーツは１つであることを意味する（１つのスパンからは１つのパーツを選択することを意味する）。

次に上記で示した制約条件を行列表現でまとめた演算式について説明する。図１２は行列表現による演算式を示す図である。上記の制約条件式の左辺等を含む行列をＡ、選択候補のパーツの識別パラメータＳ₁〜Ｓ_N、negError、posErrorを含む列ベクトルをｖ１、上記の制約条件式の右辺等を含む列ベクトルをｖ２としたときのＡ×ｖ１＝ｖ２を示している。以下、図１２に示す演算式について行毎に説明する。なお、ここで扱われるＰＭＤ、ＸＴ、Ｑ値などは、ｄＢ値ではなく真数値（線形値）を扱う。

行ｒ１は式（１）を示している。行ベクトル（０、０、・・・、０、１、１）と列ベクトル（Ｓ₁、Ｓ₂、・・・、Ｓ_N、negError、posError）との内積をとれば、上記の式（１）となることがわかる。

行ｒ２は、式（３ａ）を表している。行ｒ２の最上段では、demand１における上限分散値の制約条件を示しており、行ベクトル（Ｄ_{Upper 1 d1}、Ｄ_{Upper 2 d1}、・・・、Ｄ_{Upper N d1}、０、０）と列ベクトル（ｓ₁、ｓ₂、・・・、ｓ_N、negError、posError）との内積による、パーツｓ₁〜ｓ_Nの上限分散値の総和が、demand１の分散トレランスの上限値（Upper Tolerance（ｄ１））以下であることが示される。

行ｒ２の最下段では、demandＮにおける上限分散値の制約条件を示しており、行ベクトル（Ｄ_{Upper 1 dN}、Ｄ_{Upper 2 dN}、・・・、Ｄ_{Upper N dN}、０、０）と列ベクトル（ｓ₁、ｓ₂、・・・、ｓ_N、negError、posError）との内積による、パーツｓ₁〜ｓ_Nの上限分散値の総和が、demandＮの分散トレランスの上限値（Upper Tolerance（ｄＮ））以下であることが示される。

行ｒ３は、式（３ｂ）を表している。行ｒ３の最上段では、demand１における下限分散値の制約条件を示しており、行ベクトル（Ｄ_{Lower 1 d1}、Ｄ_{Lower 2 d1}、・・・、Ｄ_{Lower N d1}、０、０）と列ベクトル（ｓ₁、ｓ₂、・・・、ｓ_N、negError、posError）との内積による、パーツｓ₁〜ｓ_Nの下限分散値の総和が、demand１の分散トレランスの下限値（Lower Tolerance（ｄ１））以上であることが示される。

行ｒ３の最下段では、demandＮにおける下限分散値の制約条件を示しており、行ベクトル（Ｄ_{Lower 1 dN}、Ｄ_{Lower 2 dN}、・・・、Ｄ_{Lower N dN}、０、０）と列ベクトル（ｓ₁、ｓ₂、・・・、ｓ_N、negError、posError）との内積による、パーツｓ₁〜ｓ_Nの下限分散値の総和が、demandＮの分散トレランスの下限値（Lower Tolerance（ｄＮ））以上であることが示される。

行ｒ４は、式（４）を表している。行ｒ４の最上段では、demand１のＱ値の制約条件を示しており、行ベクトル（Ｑ_{1 d1}、Ｑ_{2 d1}、・・・、Ｑ_{N d1}）と列ベクトル（ｓ₁、ｓ₂、・・・、ｓ_N、negError、posError）との内積による、Ｑ値の総和が、demand１における目標とするＱth（ｄ１）以下であることが示される。

行ｒ４の最下段では、demandＮのＱ値の制約条件を示しており、行ベクトル（Ｑ_{1 dN}、Ｑ_{2 dN}、・・・、Ｑ_{N dN}）と列ベクトル（ｓ₁、ｓ₂、・・・、ｓ_N、negError、posError）との内積による、Ｑ値の総和が、demandＮにおける目標とするＱth（ｄＮ）以下であることが示される。

行ｒ５は、式（５ａ）を表している。行ｒ５の最上段では、demand１におけるＰＭＤの制約条件を示しており、行ベクトル（ＰＭＤ_{1 d1}、ＰＭＤ_{2 d1}、・・・、ＰＭＤ_{N d1}）と列ベクトル（ｓ₁、ｓ₂、・・・、ｓ_N、negError、posError）との内積による、ＰＭＤの総和が、demand１におけるＰＭＤの下限値（ＰＭＤ_Lowth（ｄ１））以下であることを示している。

行ｒ５の最下段では、demandＮにおけるＰＭＤの制約条件を示しており、行ベクトル（ＰＭＤ_{1 dN}、ＰＭＤ_{2 dN}、・・・、ＰＭＤ_{N dN}）と列ベクトル（ｓ₁、ｓ₂、・・・、ｓ_N、negError、posError）との内積による、ＰＭＤの総和が、demandＮにおけるＰＭＤの下限値（ＰＭＤ_Lowth（ｄＮ））以下であることを示している。

行ｒ６は、式（５ｃ）を表している（なお、ＰＢＮのパラメータはこの演算例では使用していない）。行ｒ６の最上段では、demand１におけるＸＴの制約条件を示しており、行ベクトル（ＸＴ_{1 d1}、ＸＴ_{2 d1}、・・・、ＸＴ_{N d1}）と列ベクトル（ｓ₁、ｓ₂、・・・、ｓ_N、negError、posError）との内積による、ＸＴの総和が、demand１におけるＸＴの下限値（ＸＴ_Lowth（ｄ１））以下であることを示している。

行ｒ６の最下段では、demandＮにおけるＸＴの制約条件を示しており、行ベクトル（ＸＴ_{1 dN}、ＸＴ_{2 dN}、・・・、ＸＴ_{N dN}）と列ベクトル（ｓ₁、ｓ₂、・・・、ｓ_N、negError、posError）との内積による、ＸＴの総和が、demandＮにおけるＸＴの下限値（ＸＴ_Lowth（ｄＮ））以下であることを示している。

行ｒ７は、式（７）を表している。行ｒ７の最上段では、スパンＳｐ１におけるスパン条件を示しており、行ベクトル（ｘ_{Span1 1}、ｘ_{Span1 2}、・・・、ｘ_{Span1 N}）と列ベクトル（ｓ₁、ｓ₂、・・・、ｓ_N、negError、posError）との内積をとった値が１となることを示している（すなわち、スパンＳｐ１には、選択されるべきパーツが１つであることが示される）。

行ｒ７の最下段では、スパンＳｐＮにおけるスパン条件を示しており、行ベクトル（ｘ_{Span N 1}、ｘ_{Span N 2}、・・・、ｘ_{Span N N}）と列ベクトル（ｓ₁、ｓ₂、・・・、ｓ_N、negError、posError）との内積をとった値が１となることを示している（すなわち、スパンＳｐＮには、選択されるべきパーツが１つであることが示される）。

行ｒ８−１は、式（２ａ）を表している。行ベクトル（Ｑ_{1 dN}、Ｑ_{2 dN}、・・・、Ｑ_{N dN}、１、０）と列ベクトル（ｓ₁、ｓ₂、・・・、ｓ_N、negError、posError）との内積をとった値がＱth（ｄＮ）以上となることを示している。

行ｒ８−２は、式（２ｂ）を表している。行ベクトル（Ｑ_{1 dN}、Ｑ_{2 dN}、・・・、Ｑ_{N dN}、０、−１）と列ベクトル（ｓ₁、ｓ₂、・・・、ｓ_N、negError、posError）との内積をとった値がＱth（ｄＮ）以下となることを示している。

次に具体的な演算の一例について説明する。図１３は２スパンの光ネットワークを示す図である。光ネットワーク１ｃは、ノードｎ１〜ｎ３を有し、ノード間は光ファイバでシリアルに接続される。

ノードｎ１、ｎ２間をスパンＳｐ１、ノードｎ２、ｎ３間をスパンＳｐ２とする。また、ノードｎ１からノードｎ２へ向かうパスをdemand１とし、ノードｎ１からノードｎ２を経由してノードｎ３へ向かうパスをdemand２とする。

スパンＳｐ１におけるパーツ候補には、パーツ＃１〜＃５があり、スパンＳｐ２におけるパーツ候補には、パーツ＃６〜＃１０がある。また、各パーツの光伝送パラメータとしては、ＰＭＤ、ＸＴ、Ｑ値（Ｑ）、上限分散値（Ｄ上限）、下限分散値（Ｄ下限）が含まれる。

パーツ＃１の光伝送パラメータの値は、ＰＭＤ＝８、ＸＴ＝１、Ｑ値＝２５、上限分散値＝４５、下限分散値＝０である。パーツ＃２の光伝送パラメータの値は、ＰＭＤ＝６、ＸＴ＝２、Ｑ値＝２３、上限分散値＝５０、下限分散値＝５である。パーツ＃３の光伝送パラメータの値は、ＰＭＤ＝４、ＸＴ＝３、Ｑ値＝１８、上限分散値＝４０、下限分散値＝０である。パーツ＃４の光伝送パラメータの値は、ＰＭＤ＝２、ＸＴ＝４、Ｑ値＝２０、上限分散値＝４０、下限分散値＝１０である。パーツ＃５の光伝送パラメータの値は、ＰＭＤ＝１、ＸＴ＝５、Ｑ値＝２２、上限分散値＝５０、下限分散値＝０である。

また、パーツ＃６の光伝送パラメータの値は、ＰＭＤ＝８、ＸＴ＝１、Ｑ値＝２５、上限分散値＝１５、下限分散値＝５である。パーツ＃７の光伝送パラメータの値は、ＰＭＤ＝６、ＸＴ＝２、Ｑ値＝２３、上限分散値＝１８、下限分散値＝−３である。パーツ＃８の光伝送パラメータの値は、ＰＭＤ＝４、ＸＴ＝３、Ｑ値＝１８、上限分散値＝１５、下限分散値＝５である。パーツ＃９の光伝送パラメータの値は、ＰＭＤ＝２、ＸＴ＝４、Ｑ値＝２０、上限分散値＝２０、下限分散値＝２である。パーツ＃１０の光伝送パラメータの値は、ＰＭＤ＝１、ＸＴ＝５、Ｑ値＝２２、上限分散値＝２５、下限分散値＝５である。

一方、制約条件を、以下の式（８ａ）〜（８ｇ）と設定する。
ＰＭＤ≦１０・・・（８ａ）
ＸＴ≦８・・・（８ｂ）
Ｑ≦４０・・・（８ｃ）
Ｄ上限値（demand１）≦１０００・・・（８ｄ）
Ｄ上限値（demand２）≦９００・・・（８ｅ）
Ｄ下限値（demand１）≧−１００・・・（８ｆ）
Ｄ下限値（demand２）≧−７０・・・（８ｇ）
また、スパンＳｐ１で選択されるパーツのＱ値と、スパンＳｐ２で選択されるパーツのＱ値との合計をＱtotalとした際に、ＱtotalがなるべくＱth（＝４０）に近い値となるように、目的関数を最小化する。

Ｑtotal＋negError≧Ｑth（＝４０）・・・（８ｈ）
Ｑtotal−posError≦Ｑth（＝４０）・・・（８ｉ）
図１４は行列表現した演算式を示す図である。行毎に以下説明する。目的関数については、（0、0、0、0、0、0、0、0、0、0、1、1）と（S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆、S₇、S₈、S₉、S₁₀、negError、posError）との内積の結果の最小値を求めることになるので、（0×S₁＋0×S₂＋0×S₃＋0×S₄＋0×S₅＋0×S₆＋0×S₇＋0×S₈＋0×S₉＋0×S₁₀＋1×negError＋1×posError）＝negError＋posError→Minとなる。

demand１の上限分散値については、（45、50、40、40、50、0、0、0、0、0、0、0）と（S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆、S₇、S₈、S₉、S₁₀、negError、posError）との内積が、（45×S₁＋50×S₂＋40×S₃＋40×S₄＋50×S₅＋0×S₆＋0×S₇＋0×S₈＋0×S₉＋0×S₁₀＋0×negError＋0×posError）であるので、以下の式（９ａ）となる。

45S₁＋50S₂＋40S₃＋40S₄＋50S₅≦1000・・・（９ａ）
demand２の上限分散値については、（45、50、40、40、50、15、18、15、20、25、0、0）と（S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆、S₇、S₈、S₉、S₁₀、negError、posError）との内積が、（45×S₁＋50×S₂＋40×S₃＋40×S₄＋50×S₅＋15×S₆＋18×S₇＋15×S₈＋20×S₉＋25×S₁₀＋0×negError＋0×posError）であるので、以下の式（９ｂ）となる。

45S₁＋50S₂＋40S₃＋40S₄＋50S₅＋15S₆＋18S₇＋15S₈＋20S₉＋25S₁₀≦900・・・（９ｂ）
demand１の下限分散値については、（0、5、0、10、0、0、0、0、0、0、0、0）と（S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆、S₇、S₈、S₉、S₁₀、negError、posError）との内積が、（0×S₁＋5×S₂＋0×S₃＋10×S₄＋0×S₅＋0×S₆＋0×S₇＋0×S₈＋0×S₉＋0×S₁₀＋0×negError＋0×posError）であるので、以下の式（９ｃ）となる。

5S₂＋10S₄≧−100・・・（９ｃ）
demand２の下限分散値については、（0、5、0、10、0、5、−3、5、2、5、0、0）と（S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆、S₇、S₈、S₉、S₁₀、negError、posError）との内積が、（0×S₁＋5×S₂＋0×S₃＋10×S₄＋0×S₅＋5×S₆＋（−3）×S₇＋5×S₈＋2×S₉＋5×S₁₀＋0×negError＋0×posError）であるので、以下の式（９ｄ）となる。

5S₂＋10S₄＋5S₆−3S₇＋5S₈＋2S₉＋5S₁₀≧−70・・・（９ｄ）
demand１のＱ値については、（25、23、18、20、22、0、0、0、0、0、0、0）と（S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆、S₇、S₈、S₉、S₁₀、negError、posError）との内積が、（25×S₁＋23×S₂＋18×S₃＋20×S₄＋22×S₅＋0×S₆＋0×S₇＋0×S₈＋0×S₉＋0×S₁₀＋0×negError＋0×posError）であるので、以下の式（９ｅ）となる。

25S₁＋23S₂＋18S₃＋20S₄＋22S₅≦40・・・（９ｅ）
demand２のＱ値については、（25、23、18、20、22、25、23、18、20、22、0、0）と（S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆、S₇、S₈、S₉、S₁₀、negError、posError）との内積が、（25×S₁＋23×S₂＋18×S₃＋20×S₄＋22×S₅＋25×S₆＋23×S₇＋18×S₈＋20×S₉＋22×S₁₀＋0×negError＋0×posError）であるので、以下の式（９ｆ）となる。

25S₁＋23S₂＋18S₃＋20S₄＋22S₅＋25S₆＋23S₇＋18S₈＋20S₉＋22S₁₀≦40・・・（９ｆ）
demand１のＰＭＤについては、（8、6、4、2、1、0、0、0、0、0、0、0）と（S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆、S₇、S₈、S₉、S₁₀、negError、posError）との内積が、（8×S₁＋6×S₂＋4×S₃＋2×S₄＋1×S₅＋0×S₆＋0×S₇＋0×S₈＋0×S₉＋0×S₁₀＋0×negError＋0×posError）であるので、以下の式（９ｇ）となる。

8S₁＋6S₂＋4S₃＋2S₄＋S₅≦10・・・（９ｇ）
demand２のＰＭＤについては、（8、6、4、2、1、8、6、4、2、1、0、0）と（S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆、S₇、S₈、S₉、S₁₀、negError、posError）との内積が、（8×S₁＋6×S₂＋4×S₃＋2×S₄＋1×S₅＋8×S₆＋6×S₇＋4×S₈＋2×S₉＋1×S₁₀＋0×negError＋0×posError）であるので、以下の式（９ｈ）となる。

8S₁＋6S₂＋4S₃＋2S₄＋S₅＋8S₆＋6S₇＋4S₈＋2S₉＋S₁₀≦10・・・（９ｈ）
demand１のＸＴについては、（1、2、3、4、5、0、0、0、0、0、0、0）と（S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆、S₇、S₈、S₉、S₁₀、negError、posError）との内積が、（1×S₁＋2×S₂＋3×S₃＋4×S₄＋5×S₅＋0×S₆＋0×S₇＋0×S₈＋0×S₉＋0×S₁₀＋0×negError＋0×posError）であるので、以下の式（９ｉ）となる。

S₁＋2S₂＋3S₃＋4S₄＋5S₅≦8・・・（９ｉ）
demand２のＸＴについては、（1、2、3、4、5、1、2、3、4、5、0、0）と（S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆、S₇、S₈、S₉、S₁₀、negError、posError）との内積が、（1×S₁＋2×S₂＋3×S₃＋4×S₄＋5×S₅＋1×S₆＋2×S₇＋3×S₈＋4×S₉＋5×S₁₀＋0×negError＋0×posError）であるので、以下の式（９ｊ）となる。

S₁＋2S₂＋3S₃＋4S₄＋5S₅＋S₆＋2S₇＋3S₈＋4S₉＋5S₁₀≦8・・・（９ｊ）
スパンＳｐ１のスパン制限については、（1、1、1、1、1、0、0、0、0、0、0、0）と（S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆、S₇、S₈、S₉、S₁₀、negError、posError）との内積が、（1×S₁＋1×S₂＋1×S₃＋1×S₄＋1×S₅＋0×S₆＋0×S₇＋0×S₈＋0×S₉＋0×S₁₀＋0×negError＋0×posError）であるので、以下の式（９ｋ）となる。

S₁＋S₂＋S₃＋S₄＋S₅＝1・・・（９ｋ）
スパンＳｐ２のスパン制限については、（0、0、0、0、0、1、1、1、1、1、0、0）と（S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆、S₇、S₈、S₉、S₁₀、negError、posError）との内積が、（0×S₁＋0×S₂＋0×S₃＋0×S₄＋0×S₅＋1×S₆＋1×S₇＋1×S₈＋1×S₉＋1×S₁₀＋0×negError＋0×posError）であるので、以下の式（９ｍ）となる。

S₆＋S₇＋S₈＋S₉＋S₁₀＝1・・・（９ｍ）
Ｑth近傍のnegative側の条件式では、（25、23、18、20、22、25、23、18、20、22、1、0）と（S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆、S₇、S₈、S₉、S₁₀、negError、posError）との内積が、（25×S₁＋23×S₂＋18×S₃＋20×S₄＋22×S₅＋25×S₆＋23×S₇＋18×S₈＋20×S₉＋22×S₁₀＋1×negError＋0×posError）であるので、以下の式（９ｎ）となる。

25S₁＋23S₂＋18S₃＋20S₄＋22S₅＋25S₆＋23S₇＋18S₈＋20S₉＋22S₁₀＋negError≧40
・・・（９ｎ）
Ｑth近傍のpositive側の条件式では、（25、23、18、20、22、25、23、18、20、22、0、−１）と（S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆、S₇、S₈、S₉、S₁₀、negError、posError）との内積が、（25×S₁＋23×S₂＋18×S₃＋20×S₄＋22×S₅＋25×S₆＋23×S₇＋18×S₈＋20×S₉＋22×S₁₀＋0×negError＋（−1）×posError）であるので、以下の式（９ｏ）となる。

25S₁＋23S₂＋18S₃＋20S₄＋22S₅＋25S₆＋23S₇＋18S₈＋20S₉＋22S₁₀−posError≦40
・・・（９ｏ）
したがって、上記の式（１）および式（８ａ）〜（８ｉ）を満たすための、式（９ａ）〜（９ｏ）を線形計画法によって解くと、（S₁、S₂、S₃、S₄、S₅、S₆、S₇、S₈、S₉、S₁₀、negError、posError）＝（0、0、0、0、1、0、0、1、0、0、0、0）となる。

すなわち、S₅＝１、S₈＝１であり、その他のパラメータは０となるので、光ネットワーク１ｃにおいて、上記の制約条件を満たすためには、スパンＳｐ１ではパーツ＃５が選択され、スパンＳｐ２ではパーツ＃８が選択されることになる。

また、設計当初は、目標値Ｑth（＝４０）にできるだけ近いＱtotalとなるようなパーツ選択としたが、negError＝posError＝０となるので、Ｑthと同一値のＱtotal＝４０となるパーツが選択されていることがわかる（パーツ＃５のＱ値＝２２、パーツ＃８のＱ値＝１８である）。

１０ 光ネットワーク設計装置
１１ 光伝送パラメータ保持部
１２ パーツ生成部
１３ パーツ選択部
１４ 構築制御部
１５ 品質試験部

Claims (10)

1. 光ネットワークを設計する光ネットワーク設計装置において、
   設計対象の前記光ネットワークの構成部品の光伝送パラメータを保持する光伝送パラメータ保持部と、
   前記光ネットワークの各ノード間のスパン単位に、設計候補となる、前記構成部品を含むパーツを複数個生成するパーツ生成部と、
   複数の前記パーツの中から、設計条件を満たす前記光伝送パラメータを持つ前記パーツを、スパン毎に選択するパーツ選択部と、
   選択された前記パーツを組み合わせて、前記光ネットワークを構築する構築制御部と、
   を有することを特徴とする光ネットワーク設計装置。
2. 前記構築制御部は、前記パーツが組み合わされた後の前記光ネットワークの伝送特性が、正常な光伝送が実現される特性ではあるが、前記特性が正常な光伝送が不可となる境界近傍に位置するか否かを判断し、境界近傍に位置しない場合には、前記パーツ内の前記構成部品の前記光伝送パラメータを微小変化させ、
   前記パーツ選択部は、微小変化させた後の前記パーツを含めて、再度、前記パーツの選択を行う、
   ことを特徴とする請求項１記載の光ネットワーク設計装置。
3. 前記光伝送パラメータ保持部は、
   前記パーツ内の前記構成部品の前記光伝送パラメータとして、ファイバ関連パラメータ、部品関連パラメータおよび計算パラメータを有し、
   前記ファイバ関連パラメータは、ファイバ種類、ファイバ長、ファイバロス値、ファイバ分散値の少なくとも１つを含み、
   前記部品関連パラメータは、ノード種別、ポストアンプ種別、プリアンプ種別、分散補償モジュール種別の少なくとも１つを含み、
   前記計算パラメータは、ノイズ値、分散値、偏波モード分散値、クロストーク値、光フィルタロス値の少なくとも１つを含んで、すべての前記光伝送パラメータを数値化して保存し、
   前記パーツ生成部は、前記光伝送パラメータ保持部で保持されている前記光伝送パラメータを利用して、前記光伝送パラメータが互いに異なる前記構成部品を含む前記パーツを複数生成する、
   ことを特徴とする請求項１記載の光ネットワーク設計装置。
4. 前記光ネットワークの設計機能の品質を試験する品質試験部をさらに有し、
   前記品質試験部は、
   設計完了後の前記光ネットワークの所定の前記光伝送パラメータを選択し、前記光伝送パラメータの値を可変させて、伝送が可能となるか不可能となるかの境界値を探索し、
   前記境界値の一方の伝送可能となる側に位置する第１のポイントにおける前記光ネットワークの第１の特性値を算出し、
   前記境界値の他方の伝送不可能となる側に位置する第２のポイントにおける前記光ネットワークの第２の特性値を算出し、
   前記第１の特性値と前記第１のポイントの期待値とを比較し、前記第２の特性値と前記第２のポイントの期待値とを比較し、
   比較結果が双方ともに一致する場合には、品質良好であることを通知する、
   ことを特徴とする請求項１記載の光ネットワーク設計装置。
5. 前記パーツ選択部は、
   設計対象の前記光ネットワーク上に１つまたは複数の前記スパンを含むパスに対して、前記パスに含まれる前記スパン毎に、前記パーツを選択する際に、
   選択される場合は１、選択されない場合は０となる前記パーツを識別するパラメータをｓ₁、・・・、ｓ_k、パーツｓ₁〜ｓ_kそれぞれのノイズ指標値をＱ₁、・・・、Ｑ_k、前記スパン毎の前記ノイズ指標値の総和の目標値をＱth、前記ノイズ指標値の総和と前記目標値との負側の誤差をnegError、前記ノイズ指標値の総和と前記目標値との正側の誤差をposErrorとした場合に、
   Ｑ₁・ｓ₁＋Ｑ₂・ｓ₂＋・・・＋Ｑ_k・ｓ_k＋negError≧Ｑth
   Ｑ₁・ｓ₁＋Ｑ₂・ｓ₂＋・・・＋Ｑ_k・ｓ_k−posError≦Ｑth
   の双方を満たし、negErrorとposErrorとの和が最小となるような（ｓ₁、・・・、ｓ_k、negError、−posError）を求めることにより、
   前記目標値の近傍に位置するノイズ特性で光伝送が行われる前記パスを構築するための、前記パーツの選択を行うことを特徴とする請求項１記載の光ネットワーク設計装置。
6. 光ネットワークを設計する光ネットワーク設計方法において、
   光伝送パラメータ保持部は、設計対象の前記光ネットワークの構成部品の光伝送パラメータを保持し、
   パーツ生成部は、前記光ネットワークの各ノード間のスパン単位に、設計候補となる、前記構成部品を含むパーツを複数個生成し、
   パーツ選択部は、複数の前記パーツの中から、設計条件を満たす前記光伝送パラメータを持つ前記パーツを、スパン毎に選択し、
   構築制御部は、選択された前記パーツを組み合わせて、前記光ネットワークを構築する、
   ことを特徴とする光ネットワーク設計方法。
7. 前記構築制御部は、前記パーツが組み合わされた後の前記光ネットワークの伝送特性が、正常な光伝送が実現される特性ではあるが、前記特性が正常な光伝送が不可となる境界近傍に位置するか否かを判断し、境界近傍に位置しない場合には、前記パーツ内の前記構成部品の前記光伝送パラメータを微小変化させ、
   前記パーツ選択部は、微小変化させた後の前記パーツを含めて、再度、前記パーツの選択を行う、
   ことを特徴とする請求項６記載の光ネットワーク設計方法。
8. 前記光伝送パラメータ保持部は、
   前記パーツ内の前記構成部品の前記光伝送パラメータとして、ファイバ関連パラメータ、部品関連パラメータおよび計算パラメータを有し、
   前記ファイバ関連パラメータは、ファイバ種類、ファイバ長、ファイバロス値、ファイバ分散値の少なくとも１つを含み、
   前記部品関連パラメータは、ノード種別、ポストアンプ種別、プリアンプ種別、分散補償モジュール種別の少なくとも１つを含み、
   前記計算パラメータは、ノイズ値、分散値、偏波モード分散値、クロストーク値、光フィルタロス値の少なくとも１つを含んで、すべての前記光伝送パラメータを数値化して保存し、
   前記パーツ生成部は、前記光伝送パラメータ保持部で保持されている前記光伝送パラメータを利用して、前記光伝送パラメータが互いに異なる前記構成部品を含む前記パーツを複数生成する、
   ことを特徴とする請求項６記載の光ネットワーク設計方法。
9. 前記光ネットワークの設計機能の品質を試験する品質試験部をさらに有し、
   前記品質試験部は、
   設計完了後の前記光ネットワークの所定の前記光伝送パラメータを選択し、前記光伝送パラメータの値を可変させて、伝送が可能となるか不可能となるかの境界値を探索し、
   前記境界値の一方の伝送可能となる側に位置する第１のポイントにおける前記光ネットワークの第１の特性値を算出し、
   前記境界値の他方の伝送不可能となる側に位置する第２のポイントにおける前記光ネットワークの第２の特性値を算出し、
   前記第１の特性値と前記第１のポイントの期待値とを比較し、前記第２の特性値と前記第２のポイントの期待値とを比較し、
   比較結果が双方ともに一致する場合には、品質良好であることを通知する、
   ことを特徴とする請求項６記載の光ネットワーク設計方法。
10. 前記パーツ選択部は、
    設計対象の前記光ネットワーク上に１つまたは複数の前記スパンを含むパスに対して、前記パスに含まれる前記スパン毎に、前記パーツを選択する際に、
    選択される場合は１、選択されない場合は０となる前記パーツを識別するパラメータをｓ₁、・・・、ｓ_k、パーツｓ₁〜ｓ_kそれぞれのノイズ指標値をＱ₁、・・・、Ｑ_k、前記スパン毎の前記ノイズ指標値の総和の目標値をＱth、前記ノイズ指標値の総和と前記目標値との負側の誤差をnegError、前記ノイズ指標値の総和と前記目標値との正側の誤差をposErrorとした場合に、
    Ｑ₁・ｓ₁＋Ｑ₂・ｓ₂＋・・・＋Ｑ_k・ｓ_k＋negError≧Ｑth
    Ｑ₁・ｓ₁＋Ｑ₂・ｓ₂＋・・・＋Ｑ_k・ｓ_k−posError≦Ｑth
    の双方を満たし、negErrorとposErrorとの和が最小となるような（ｓ₁、・・・、ｓ_k、negError、−posError）を求めることにより、
    前記目標値の近傍に位置するノイズ特性で光伝送が行われる前記パスを構築するための、前記パーツの選択を行うことを特徴とする請求項６記載の光ネットワーク設計方法。
    

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