JP7077949B2 - 光パス設計装置および光パス設計方法 - Google Patents

Description

本発明は、光パス設計装置および光パス設計方法に関し、特に、波長分割多重方式による光通信ネットワークに用いられる光パス設計装置および光パス設計方法に関する。

モバイル端末の爆発的普及や高精細ビデオ配信サービスの急速な拡大などにより、コアネットワークにおける通信容量の拡大が求められている。この容量拡大の要求は、今後も継続する傾向にある。限られたコストで通信容量を継続的に拡大していくためには、ネットワークのリソースを効率的に運用することによって、ネットワーク利用効率を上げることが効果的である。

特に、扱う情報容量が非常に大きい光通信ネットワークにおいては、通信リソースである光周波数帯域を効率よく使用することが重要である。光通信ネットワークにおいて光周波数帯域を利用する場合、光信号伝送における様々な物理法則による制約に起因する光信号の品質劣化を考慮する必要がある。この場合の物理制約には、例えば、波長多重光信号伝送における隣接波長チャネル間のクロストーク、光ファイバ損失や光増幅器によって付加される光雑音に起因する光Ｓ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏｉｓｅ）比の劣化などがある。さらに、複数の光バンドパスフィルタ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：ＢＰＦ）を通過することに起因する通過帯域狭窄効果も上述した物理的制約になる。

光通信ネットワークにおいては、通信元から通信先に至る光信号の伝送距離、すなわち光パス長が短いほど、このような物理的制約の影響が小さいため良好な通信が可能になる。従って、通信元から通信先に至る経路に複数の選択肢がある場合、最短経路が選択される。この最短経路の探索には、ダイクストラ法が用いられることが多い。そして、選択された最短経路上で光周波数帯域の割当てが行われる。

一方、フレキシブルグリッドを利用する光通信ネットワーク（フレキシブル光ネットワーク）は、通信容量が同じ場合であっても、伝送距離に応じて所要の光周波数帯域を増減させることにより光周波数利用効率を向上させることができる。この点が従来から用いられている固定グリッドに比べて優れた特徴である。この所要光周波数帯域は、伝送距離が長くなるほど広い帯域が必要になるので、伝送距離が短いほど光周波数利用効率の点で有利となる。

このようなフレキシブル光ネットワークにおいて、可変幅の周波数を割り当てる周波数・経路決定装置の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１の経路・周波数決定装置は、リソース情報ＤＢ、共通空き周波数情報生成部、周波数状態評価部、周波数・経路決定部、および通信路需要分布ＤＢからなる。

共通空き周波数情報生成部は、計算対象とする複数ファイバのリソース情報をリソース情報ＤＢから取得し、取得したファイバの共通の空き周波数情報を生成する。周波数状態評価部は、空き周波数情報について、空き周波数の連続性および想定される通信路設定要求の通信路の分布を加味して評価値を与える。

周波数・経路決定部は、候補経路および割り当て候補となる周波数を算出する。そして、候補となっている各経路および割り当て周波数の組み合わせについて、複数候補から決定候補を算出するためのメトリックを、周波数状態評価部によって与えられた評価値に基いて算出する。周波数・経路決定部は、算出したメトリックに基づいて最適な経路・割り当て周波数を算出する。

このような構成としたことにより、フレキシブル光ネットワークにおけるフラグメンテーションの発生を効果的に抑制し、周波数リソースの利用効率を最適化することができる、としている。

国際公開第２０１２／０５７０９５号

光通信ネットワークにおける光パス設計では、通信リソースが一定である条件の下で、いかに多くの光パスを探索できるかが重要となる。所望の通信要求に対する光パスの探索に失敗した場合、その光パスを開通させるためには、光ファイバやトランスポンダ等の通信リソースを増設する必要がある。しかしながら、通信リソースの増設には追加費用が伴うため望ましくない。そのため、通信リソースを増設することなく、多くの光パスの探索に成功する光パス設計を行うことが重要となる。すなわち、探索に成功する光パスの数が多いほど光パスの収容効率が増大するので、光通信ネットワークを効率よく利用することが可能になる。

上述したように特許文献１には、フラグメンテーション、すなわち光周波数スロットの断片化の発生を効果的に抑制し、 光周波数リソースの利用効率を最大化することが可能な経路・周波数決定装置が開示されている。しかし、光周波数スロットの断片化の発生を抑制すると、特定の光ファイバに光周波数スロットの使用が集中することになり、特定の光ファイバを通る光パスの設定が困難になる。その結果、光パスの収容効率が低下し、光通信ネットワークの効率的な利用が妨げられることになる。

このように、波長分割多重方式を用いた光通信ネットワークにおいては、特定の光ファイバに光周波数スロットの使用が集中すると光パスの収容効率が低下し、光通信ネットワークの効率的な利用が困難になる、という問題があった。

本発明の目的は、上述した課題である、波長分割多重方式を用いた光通信ネットワークにおいては、特定の光ファイバに光周波数スロットの使用が集中すると光パスの収容効率が低下し、光通信ネットワークの効率的な利用が困難になる、という課題を解決する光パス設計装置および光パス設計方法を提供することにある。

本発明の光パス設計装置は、通信要求を収容する光パスの経路を探索し、複数の経路候補を選定する経路候補選定手段と、複数の経路候補上の光ファイバに、光パスを収容するのに必要な光周波数帯域をそれぞれ割当てることによって複数の光パス候補を選定する光パス候補選定手段と、複数の光パス候補の中から、光ファイバにおける光周波数帯域利用率に基いて、光パスを決定する光パス決定手段、とを有する。

本発明の光パス設計方法は、通信要求を収容する光パスの経路を探索して、複数の経路候補を選定し、複数の経路候補上の光ファイバに、光パスを収容するのに必要な光周波数帯域をそれぞれ割当てることによって複数の光パス候補を選定し、複数の光パス候補の中から、光ファイバにおける光周波数帯域利用率に基いて、光パスを決定する。

本発明の光パス設計装置および光パス設計方法によれば、波長分割多重方式を用いた光通信ネットワークにおいて、光パスの収容効率を増大させることができ、光通信ネットワークの効率的な利用を図ることが可能になる。

本発明の第１の実施形態に係る光パス設計装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る光パス設計装置の動作を説明するための、光通信ネットワークの構成を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光通信ネットワークにおける光信号の到達可能性を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光通信ネットワークにおける、各光ファイバの光周波数スロットの利用状況を示す図である。 関連する方式に基づいて、新規デマンドを収容する光パスを探索した場合における、光ファイバの光周波数スロットの利用状況を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光パス設計装置の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る光パス設計装置が新規光パスを設定した場合における、光周波数スロットの利用状況を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光ノード装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る光パス設計装置の動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る光パス設計装置の動作を説明するための、光パスの探索状況を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光パス設計装置が探索した新規光パスに対応する光ファイバにおける、光周波数スロットの利用状況を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光パス設計装置が探索した新規光パスに対応する光ファイバにおける、光周波数スロットの利用状況を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る光パス設計装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る光パス設計装置の動作を説明するためのフローチャートである。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光パス設計装置１００の構成を示すブロック図である。

光パス設計装置１００は、経路候補選定部（経路候補選定手段）１１０、光パス候補選定部（光パス候補選定手段）１２０、および光パス決定部（光パス決定手段）１３０を有する。

経路候補選定部１１０は、通信要求を収容する光パスの経路を探索し、複数の経路候補を選定する。光パス候補選定部１２０は、この複数の経路候補上の光ファイバに、光パスを収容するのに必要な光周波数帯域をそれぞれ割当てることによって複数の光パス候補を選定する。そして、光パス決定部１３０は、複数の光パス候補の中から、光ファイバにおける光周波数帯域利用率に基いて、通信要求を収容する光パスを決定する。

このように、本実施形態による光パス設計装置１００においては、経路が異なる複数の光パス候補の中から、経路上の光ファイバにおける光周波数帯域利用率に基いて、光パスを決定する構成としている。そのため、未使用の光周波数帯域が存在しない経路が選択されてしまうことによる、光パスの収容効率の低下を防止することができる。その結果、本実施形態の光パス設計装置１００によれば、波長分割多重方式を用いた光通信ネットワークにおいて、光パスの収容効率を増大させることができ、光通信ネットワークの効率的な利用を図ることが可能になる。

ここで、経路候補選定部１１０は、経路上の光ファイバを用いた光伝送性能に基いて、複数の経路候補を選定する構成とすることができる。すなわち、経路候補選定部１１０は、光伝送性能に基いて光信号の到達可否を判定し、到達可能と判定した経路のみを経路候補として選定する構成とすることができる。ここで、この光伝送性能には、光信号雑音比、光ファイバの非線形効果、隣接波長チャネル間のクロストーク、光バンドパスフィルタによる通過帯域狭窄効果の少なくとも一が含まれる。

また、光パス決定部１３０は、経路上の光ファイバのうち光周波数帯域利用率が最大である最大収容光ファイバにおける、光周波数帯域利用率が最小となる光パス候補を、通信要求を収容する光パスに決定する構成とすることができる。なお、光周波数帯域利用率は、光周波数スロット数、光パス数、および光周波数スロットが連続して配置されている個数の少なくとも一を用いて算出することができる。

次に、本実施形態による光パス設計装置１００の動作について詳細に説明する。以下では、図２に示した１６ノードからなる光通信ネットワーク１０００を例として説明する。図２において、各丸印は各光ノード１００１～１０１６を示す。各光ノード１００１～１０１６は、各光ノードを同図中の横方向に接続する光ファイバ１２０１～１２１２、および縦方向に接続する光ファイバ１３０１～１３１２のそれぞれ１２本からなる光ファイバによって接続されている。

図２に示すように、光通信ネットワーク１０００には、光ノード１００１から光ノード１０１０に至る通信要求（デマンド）を収容する光パス１１０１、および光ノード１００３から光ノード１０１０に至るデマンドを収容する光パス１１０２が設定されている。
光通信ネットワーク１０００については、光信号の到達可能性について図３に示す関係が予め知られているものとする。ここで、光通信ネットワーク１０００では、光ノード間の距離をすべて等しくしている。そのため、光ノード同士を接続する光パスの長さ、すなわち光信号が到達すべき距離は、光ノード間のホップ数に比例する。また、光通信ネットワーク１０００はフレキシブルグリッドを利用したフレキシブル光ネットワークであるので、光パスに割り当てられる光周波数帯域は、例えば１２．５ＧＨｚを１単位とする光周波数スロット単位で割当てが行われる。そこで、図３では、光信号を所望のホップ数だけ到達させる場合における、ホップ数と、その場合に必要となる光周波数スロット数との関係を示した。すなわち、図３から、光信号を所望の距離だけ到達させるために必要な光周波数帯域を知ることができる。

例えば、光パスのホップ数が２である場合、図３から必要な光周波数スロット数は１であることがわかる。また、ホップ数が６を超えた場合、光信号を送受信するトランスポンダの性能などによる制約から、光周波数スロット数を１０より大きくしても光信号を到達させることができないことを図３は表している。なお、光ファイバ１２０１～１２１２、１３０１～１３１２はそれぞれ、６個の光周波数スロットを収容する容量を有しているものとする。

図４に、図２で示したように光パス１１０１および光パス１１０２が設定されている状況における、光ファイバ１３０６、１３０７、１３０８の光周波数スロットの利用状況を示す。

この場合、光ファイバ１３０６の光周波数スロットの利用率ηは、４／６＝０．６７と算出することができる。他の光ファイバ１３０７、１３０８の光周波数スロット利用率を同様に算出すると、いずれも０となる。したがって、図２に示した光通信ネットワーク１０００の光パス設定状況において、光周波数スロット利用率が最大となるのは光ファイバ１３０６である。このときの光周波数スロット利用率ηは４／６となる。

ここで、光ノード１００５から光ノード１０１０へのデマンドが新規に発生した場合について説明する。なお、光ノード１００９を通過する光パスの設定は禁止されているものとする。
まず、比較例として関連する方式に基づく光パスの探索について説明する。関連する方式では、光ノード１００５から光ノード１０１０に至る経路長が最短となる経路を探索する。したがって、ホップ数が２である光パス１１０３が求まる（図２参照）。ホップ数が２である場合、図３から必要な光周波数スロット数は１であることがわかる。したがって、この場合の光周波数スロットの利用状況は図５に示すようになる。図４に示した場合と同様に、光周波数スロット利用率が最大となる光ファイバ（光ファイバ１３０６）における光周波数スロット利用率ηを求めるとη＝５／６となる。

次に、本実施形態の光パス設計装置１００による光パスの探索について詳細に説明する。本実施形態の光パス設計装置１００は、経路長および光周波数スロット利用率について、それぞれ優先度を設定する。そして、経路長よりも光周波数スロット利用率に基づく判断を優先する。ここでは、経路長に関しては短いほど高い優先度を設定し、光周波数スロット利用率に関しては低いほど高い優先度を設定する場合について、図６を参照しながら説明する。

図６は、本実施形態による光パス設計装置１００の動作を説明するためのフローチャートである。

まず、デマンドが発生する（ステップＳ３００１）と、そのデマンドを収容する光パスの経路探索を行う（ステップＳ３００２）。経路探索に失敗した場合（ステップＳ３００２／ＮＯ）、所望の光パスを開通することはできない。

経路探索に成功した場合（ステップＳ３００２／ＹＥＳ）、その経路を使って光パスを開通させるのに必要な光周波数スロット数を算出する（ステップＳ３００３）。必要となる光周波数スロット数を決定した後に、探索した経路上における各光ファイバに光周波数スロットを割り当てる（ステップＳ３００７）。ここで、経路上のすべての光ファイバに、ステップＳ３００３で決定した光周波数スロット数以上の未割り当ての光周波数スロットが存在する場合、割当は成功となる（ステップＳ３００７／ＹＥＳ）。

光ファイバに未割り当ての光周波数スロットが不足していることにより割当に失敗し（ステップＳ３００７／ＮＯ）、かつ、割当失敗回数が予め定めた経路探索最大回数Ｎを下回る場合、経路探索をやり直す（ステップＳ３００５／ＹＥＳ）。ただし、この場合は光周波数スロット割当に失敗した経路を除いて探索を行う。経路探索最大回数Ｎを下回るやり直し回数で光周波数スロット割当に成功しない場合は、光パス探索に失敗したと見なす。

光周波数スロット割当てに成功した場合（ステップＳ３００７／ＹＥＳ）、これを光パス候補として各光ファイバの光周波数スロット利用状況とともにパス候補データベース（ＤＢ）に格納する（ステップＳ３００４）。

上述した一連の動作を、経路探索最大回数Ｎを超えるまで繰り返す。

パス候補データベースに格納されたパス候補の個数ｋが０である場合（ステップＳ３００９／ＮＯ）、光パス探索に失敗したとみなす。

パス候補の個数ｋが０より大きい場合（ステップＳ３００９／ＹＥＳ）、ステップＳ３００１で発生したデマンドを収容することが可能な光パスが少なくとも一つ存在することになる。複数の光パス候補が存在する場合、それらの複数の光パス候補について、それぞれ光周波数スロット利用率ηを算出する（ステップＳ３００６）。そして、それらの中から光周波数スロット利用率ηが最小となる光パスを抽出し（ステップＳ３００８）、発生したデマンドを収容する光パスに決定する。これにより、光パス探索に成功したことになる。

上述した、光ノード１００５から光ノード１０１０へのデマンドが新規に発生した場合を例にとると、光パス設計装置１００は、まず、光ノード１００５から光ノード１０１０にいたる経路を探索する（ステップＳ３００２）。この場合も最短経路は関連する方式と同様に光パス１１０３となる。

最短経路ではないが、光ノード１００５から光ノード１０１０にいたる経路は他にも検出することができる。その一つとして、ホップ数が４の光パス１１０４がある。光パス１１０４は、光ノード１００５から光ノード１０１０にいたる経路であって、ホップ数が２を超える経路の中では最短の経路である。この光パス１１０４を開通させるのに必要な光周波数スロット数は、図３から２と算出される（ステップＳ３００３）。図４に示したように、光ファイバ１３０７には未割り当て光周波数スロットが２個以上あるので、光パス１１０４は光周波数スロット割当てに成功したことになる（ステップＳ３００７）。

光パス１１０４の次に経路長が短いのは光パス１１０５である（図２参照）。光パス１１０５はホップ数が６であるので、必要な光周波数スロット数は図３から１０と算出される（ステップＳ３００３）。上述したように、光ファイバ１２０１～１２１２、１３０１～１３１２は光周波数スロットを６個まで収容することができる通信リソースを有しているものとしている。したがって、１０個の光周波数スロットを必要とする光パス１１０５については、通信リソースの不足によって光パスを開通することができない（ステップＳ３００７／ＮＯ）。

図７に、本実施形態の光パス設計装置１００が光パス１１０４を設定した場合における光周波数スロットの利用状況を示す。

光パス設計装置１００は、図７に示した光周波数スロットの利用状況とともに、光パス１１０４をパス候補データベースに格納する（ステップＳ３００４）。光パス１１０４以外のパス候補についても同様な手順を実行し、パス候補データベースを更新する。以上の動作を、予め定めた経路探索最大回数Ｎを超えるまで繰り返す。関連する方式による光パスの探索結果である光パス１１０３もパス候補の一つとなり得るため、光パス１１０３もパス候補データに格納する。したがって、パス候補データベースに格納されている光パス候補が少なくとも一つは存在するので、パス探索に失敗することはないことが確定する（ステップＳ３００９／ＹＥＳ）。

経路上の光ファイバにおける光周波数スロットの利用状況は、光パス１１０３については図５に、光パス１１０４については図７に示すようになる。図５および図７から、光パス１１０３および光パス１１０４のいずれにおいても光周波数スロット利用率が最大であるのは光ファイバ１３０６であることがわかる。光ファイバ１３０６における光周波数スロット利用率ηは、光パス１１０３についてη＝５／６、光パス１１０４についてη＝４／６と算出される（ステップＳ３００６）。光パス１１０３、１１０４以外のパス候補についても同様に算出される。以上より、光ファイバ１３０６における光周波数スロット利用率ηが最小となる光パスとして、光パス１１０４が抽出される（ステップＳ３００８）。これにより、複数あったパス候補の中から唯一の光パスが選択され、光パス探索に成功することになる。

ここで、光ファイバ１３０６における未割当ての光周波数スロット数に着目すると、関連する方式による場合、図５から１個、本実施形態による場合は図７から２個となる。すなわち本実施形態によれば、光ファイバ１３０６における未割当て光周波数スロット数を、関連する方式による場合よりも増大させることができる。

ここで、別の新たなデマンドが発生し、光ファイバ１３０６にさらに２個の光周波数スロットを割り当てる必要が生じた場合について検討する。図５に示した光周波数スロットの利用状況にある関連方式では、光周波数スロットが不足するため、このデマンドを収容する光パスを開通することができない。それに対して、図７に示した光周波数スロットの利用状況にある本実施形態によれば、光周波数スロットが不足することはないため、このデマンドを収容する光パスを開通することができる。

このように、本実施形態の光パス設計装置１００によれば、割当て済みの光周波数スロットが、特定の光ファイバに局所的に集中することを回避することが可能になる。その結果、通信リソースが一定の条件の下で、光パスを開通する際の成功率を関連方式よりも向上させることができる。

次に、光通信ネットワーク１０００を構成する各光ノード１００１～１０１６で用いられる光ノード装置について説明する。図８に、本実施形態による光ノード装置２００の構成を示す。

光ノード装置２００は、光パス情報受付部（光パス情報受付手段）２１０、可変光トランスポンダ２２０、切替部（切替手段）２３０、および光ノード制御部（光ノード制御手段）２４０を有する。

光パス情報受付部２１０は、光パス設計装置１００が決定した、通信要求（デマンド）を収容する光パスに関する経路情報および光周波数帯域情報を受付ける。可変光トランスポンダ２２０は、この通信要求（デマンド）に含まれるクライアント信号に基づいて光搬送波を変調して信号光を生成する。可変光トランスポンダ２２０は、信号光の中心周波数および光周波数帯域幅を可変できるように構成されている。切替部２３０は、光ファイバの一端に接続され、光パス単位で入出力方路を変更する。そして、光ノード制御部２４０は、経路情報に基いて切替部２３０を制御し、光周波数帯域情報に基いて可変光トランスポンダ２２０を制御する。

次に、本実施形態による光パス設計方法について説明する。

本実施形態による光パス設計方法においては、まず、通信要求（デマンド）を収容する光パスの経路を探索して、複数の経路候補を選定する。これらの複数の経路候補上の光ファイバに、この光パスを収容するのに必要な光周波数帯域をそれぞれ割当てることによって複数の光パス候補を選定する。そして、これらの複数の光パス候補の中から、光ファイバにおける光周波数帯域利用率に基いて、通信要求（デマンド）を収容する光パスを決定する。

ここで、光パスを決定する際に、光ファイバのうち光周波数帯域利用率が最大である最大収容光ファイバにおける、光周波数帯域利用率が最小となる光パス候補を、通信要求（デマンド）を収容する光パスに決定することとすることができる。

また、上述の各ステップをコンピュータに実行させることとしてもよい。すなわち、コンピュータを経路候補選定手段、光パス候補選定手段、および光パス決定手段として機能させるためのプログラムを用いることができる。

ここで、経路候補選定手段は、通信要求を収容する光パスの経路を探索し、複数の経路候補を選定する。光パス候補選定手段は、複数の経路候補上の光ファイバに、光パスを収容するのに必要な光周波数帯域をそれぞれ割当てることによって複数の光パス候補を選定する。そして、光パス決定手段は、複数の光パス候補の中から、光ファイバにおける光周波数帯域利用率に基いて、光パスを決定する。

以上説明したように、本実施形態の光パス設計装置１００、光ノード装置２００、光パス設計方法およびプログラムによれば、波長分割多重方式を用いた光通信ネットワークにおいて、光パスの収容効率を増大させることができる。その結果、光通信ネットワークの効率的な利用を図ることが可能になる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態による光パス設計装置の構成は、第１の実施形態によるものと同様である（図１参照）。

本実施形態による光パス設計装置においては、光パス決定部１３０が、複数の経路候補上の光ファイバのうち、光周波数帯域利用率が１未満である帯域未使用光ファイバを用いる追加光パスを選定する。そして、光パス決定部１３０が、この追加光パスを収容する追加光ファイバの増設を決定し、この追加光パスを通信要求（デマンド）を収容する光パスに決定する構成とした。

すなわち、光通信ネットワーク１０００において通信リソース不足によって光パスの探索に失敗した場合、必要な通信リソースを増設することによって光パス探索の失敗を回避し、所望のデマンドをすべて収容するのに必要な通信リソースを算定する構成とした。

次に、本実施形態による光パス設計装置の動作について、図９を用いてさらに詳細に説明する。図９は、本実施形態による光パス設計装置の動作を説明するためのフローチャートである。

図９に示すように、本実施形態による光パス設計装置の動作は、光ファイバを増設するステップ（ステップＳ４０１０）が追加されている点が、第１の実施形態による光パス設計装置の動作（図６参照）と異なる。その他の基本的動作は、第１の実施形態による光パス設計装置の動作と同様であるので、以下では異なる動作について詳細に説明する。

図１０に、光パス６１０１および光パス６１０２が予め設定された状態を初期状態として、光ノード１００５から光ノード１０１０へのデマンドが増加したときの光パスの探索状況を示す。ここでは、追加分の光パスとして、光パス６１０３～６１０９が探索された場合を例として示している。また、図１１および図１２に、この場合の光パスに対応する光ファイバ１３０６、光ファイバ１３０７、および光ファイバ１２０５における光周波数スロットの利用状況を示す。

光パス６１０１および光パス６１０２が設定されている初期状態から、図９に示した本実施形態による光パス設計装置の動作に従って、増加するデマンドを収容する光パスが増設される。

まず、１デマンドだけ増加した場合に設定される光パスは、光パス６１０３である。図１０に示したように、光パス６１０３は、光ノード１００５から、光ファイバ１２０５、光ファイバ１３０７を通過して光ノード１０１０に接続される。この光パス６１０３を設定する動作は、第１の実施形態で詳細に説明した通りである。

図１１に、このときの光周波数スロットの利用状況を示す。光パス６１０３は４ホップの光パスであるから、図３より必要となる光周波数スロット数は２である。したがって、光ファイバ１２０５、１３０７には、光パス６１０３向けに光周波数スロットが２個ずつ割り当てられる。

さらにデマンドが増加されると、図９に示した本実施形態による光パス設計装置の動作に従って、光パス６１０４～６１０６が設定される。その結果、光周波数スロットの利用状況は図１１に示した状態から図１２に示した状態に変化する。

ここで、デマンドがさらに増加した場合について検討する。図１２に示した光周波数スロットの利用状況からわかるように、光ファイバ１２０５および光ファイバ１３０６には未使用の光周波数スロットが存在しない。そのため、これらの光ファイバは使用することができない。そこで、これらの光ファイバを迂回した光パス６１０８が次の候補となる。しかし、光バス６１０８はホップ数が６よりも大きいので、図３に示した光信号の到達可能性における制約から接続することができない。他の光パス候補についても同様な結果となるので、予め定めた経路探索最大回数Ｎがいくつであっても接続可能な光パスは存在しないと判定される（図９のステップＳ４００９／ＮＯ）。そこで、本実施形態による光パス設計装置は光ファイバの増設を行う判定がなされる（ステップＳ４０１０）。

光ファイバを増設する際（ステップＳ４０１０）には、光ファイバの増設数が最小となるように増設が行われる。図１２から、未使用の光周波数スロットが存在する光ファイバ、すなわち光周波数帯域利用率が１未満である帯域未使用光ファイバは、光ファイバ１３０７であることがわかる。したがって、光ファイバ１３０７を利用する光パスを想定した光ファイバの増設が優先される。光ファイバ１３０７を利用する場合、開通できる光パスは光パス６１０７である。光パス６１０７は光ファイバ１２０５も通過するので、光ファイバ１２０５と同様に光ノード１１０５と光ノード１１０６を接続する光ファイバ６９０１を１本増設することによって、光パス６１０７を開通させることができる。したがって、本実施形態による光パス設計装置は、光ファイバ６９０１の増設を決定（ステップＳ４０１０）した後に、経路探索を再度実行する（ステップＳ４００２）。

このように、光ファイバ６９０１を増設することにより、光周波数スロットが不足することによって開通できなかった光パス６１０７を開通させることができるようになる。その結果、光パスの探索における失敗を回避することができる。

上述した例において、初期状態では図１０に示したように、各光ノード間に光ファイバがそれぞれ１本ずつ配置されているので、光ファイバの総数は２４本である。この初期状態から光ファイバ６９０１を１本だけ光ノード１００５と光ノード１００６の間に新設することにより、光パス６１０７をさらに開通させことができる。

なお、光パス設計装置は光ファイバを増設する際（ステップＳ４０１０）に、光ファイバ６９０１を１本増設したことを経路情報として保持する構成としてもよい。これにより、所望のデマンドをすべて収容するために必要な光ファイバの本数と配置を把握することができる。

以上説明したように、本実施形態の光パス設計装置および光パス設計方法によっても、第１の実施形態による場合と同様に、波長分割多重方式を用いた光通信ネットワークにおいて、光パスの収容効率を増大させることができる。その結果、光通信ネットワークの効率的な利用を図ることが可能になる。

〔第３の実施形態〕
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図１３に、本実施形態による光パス設計装置３００の構成を示す。

光パス設計装置３００は、経路候補選定部（経路候補選定手段）１１０、光パス候補選定部（光パス候補選定手段）１２０、および光パス決定部（光パス決定手段）１３０を有する。光パス設計装置３００はさらに、警告部（警告手段）３４０を有する構成とした点が、第１の実施形態による光パス設計装置１００の構成と異なる。警告部３４０は、光ファイバにおける光周波数帯域利用率を算出し、算出した光周波数帯域利用率が所定の閾値を超えた場合、警告情報を生成する。その他の構成は、第１の実施形態による光パス設計装置１００の構成と同様であるので、それらの説明は省略する。

次に、本実施形態による光パス設計装置３００の動作について説明する。図１４に、本実施形態による光パス設計装置３００の動作を説明するためのフローチャートを示す。

本実施形態による光パス設計装置３００は、光通信ネットワーク１０００において、光ファイバにおける光周波数スロット利用率が予め定めた閾値ｔｈを超えた場合に警告情報を生成する。そして、ネットワーク管理システムなどに対して警告を発令する。その他の基本的動作は、第１の実施形態による光パス設計装置の動作と同様であるので、以下では異なる動作について詳細に説明する。
光ファイバにおける光周波数スロットの利用状況が、図１２に示した状態に変化したとき、光ファイバ１３０６および光ファイバ１２０５には未割当の光周波数スロットが存在しない。また、光ノード１００９を通過せず、かつ、光ファイバ１３０６および光ファイバ１２０５を使用することなく、かつ、６ホップ以下で光ノード１００５と光ノード１０１０を接続できる経路は存在しない。そのため、光ノード１００５から光ノード１０１０へのデマンドが新規に発生したとしても、通信リソースが不足するため、そのデマンドを収容するための新規光パスを生成することはできない。これを回避するためには、光ファイバなどの通信リソースを増設すればよい。しかし、通信リソースの増設には時間を要する。そこで、本実施形態による光パス設計装置３００は将来的に通信リソースが不足することを予め予想し、通信リソースの不足によって光パスが生成できなくなることを防止する構成とした。

本実施形態の光パス設計装置３００は、光周波数スロット利用率ηを算出する際に（図１４のステップＳ５００６）、光通信ネットワーク１０００を構成する各光ファイバにおける光周波数スロットの利用状況を把握する。このとき、光周波数スロットの利用率が予め定めた閾値ｔｈを超えた場合（ステップＳ５０１０／ＹＥＳ）、例えばネットワーク全体を管理するネットワーク管理システムに対して通信リソースが不足する旨の警告を発令する。この警告を受けることにより、ネットワーク管理システムは適切なタイミングで、適切な箇所に光ファイバを増設することができる。これにより、通信リソースが不足することによって光パスの生成が不可能となる事態を回避することが可能になる。

さらに、本実施形態の光パス設計装置３００および光パス設計方法によっても、第１の実施形態による場合と同様に、波長分割多重方式を用いた光通信ネットワークにおいて、光パスの収容効率を増大させることができる。その結果、光通信ネットワークの効率的な利用を図ることが可能になる。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）通信要求を収容する光パスの経路を探索し、複数の経路候補を選定する経路候補選定手段と、前記複数の経路候補上の光ファイバに、前記光パスを収容するのに必要な光周波数帯域をそれぞれ割当てることによって複数の光パス候補を選定する光パス候補選定手段と、前記複数の光パス候補の中から、前記光ファイバにおける光周波数帯域利用率に基いて、前記光パスを決定する光パス決定手段、とを有する光パス設計装置。

（付記２）前記経路候補選定手段は、前記光ファイバを用いた光伝送性能に基いて、前記複数の経路候補を選定する付記１に記載した光パス設計装置。

（付記３）前記光パス決定手段は、前記光ファイバのうち前記光周波数帯域利用率が最大である最大収容光ファイバにおける、前記光周波数帯域利用率が最小となる前記光パス候補を前記光パスに決定する付記１または２に記載した光パス設計装置。

（付記４）前記光パス決定手段は、前記光ファイバのうち前記光周波数帯域利用率が１未満である帯域未使用光ファイバを用いる追加光パスを選定し、前記追加光パスを収容する追加光ファイバの増設を決定し、前記追加光パスを前記光パスに決定する付記１から３のいずれか一項に記載した光パス設計装置。

（付記５）前記光ファイバにおける前記光周波数帯域利用率を算出し、算出した前記光周波数帯域利用率が所定の閾値を超えた場合、警告情報を生成する警告手段をさらに有する付記１から４のいずれか一項に記載した光パス設計装置。

（付記６）付記１から５のいずれか一項に記載した光パス設計装置が決定した前記光パスに関する経路情報および光周波数帯域情報を受付ける光パス情報受付手段と、前記通信要求に含まれるクライアント信号に基づいて光搬送波を変調して信号光を生成し、前記信号光の中心周波数および光周波数帯域幅を可変できる可変光トランスポンダと、前記光ファイバの一端に接続され、前記光パス単位で入出力方路を変更する切替手段と、前記経路情報に基いて前記切替手段を制御し、前記光周波数帯域情報に基いて前記可変光トランスポンダを制御する光ノード制御手段、とを有する光ノード装置。

（付記７）通信要求を収容する光パスの経路を探索して、複数の経路候補を選定し、前記複数の経路候補上の光ファイバに、前記光パスを収容するのに必要な光周波数帯域をそれぞれ割当てることによって複数の光パス候補を選定し、前記複数の光パス候補の中から、前記光ファイバにおける光周波数帯域利用率に基いて、前記光パスを決定する光パス設計方法。

（付記８）前記光パスを決定する際に、前記光ファイバのうち前記光周波数帯域利用率が最大である最大収容光ファイバにおける、前記光周波数帯域利用率が最小となる前記光パス候補を前記光パスに決定する付記７に記載した光パス設計方法。

（付記９）前記光パスを決定する際に、前記光ファイバのうち前記光周波数帯域利用率が１未満である帯域未使用光ファイバを用いる追加光パスを選定し、前記追加光パスを収容する追加光ファイバの増設を決定し、前記追加光パスを前記光パスに決定する付記７または８に記載した光パス設計方法。

（付記１０）前記光ファイバにおける前記光周波数帯域利用率を算出し、算出した前記光周波数帯域利用率が所定の閾値を超えた場合、警告情報を生成するステップをさらに有する付記７から９のいずれか一項に記載した光パス設計方法。

（付記１１）前記光周波数帯域利用率は、光周波数スロット数、光パス数、および光周波数スロットが連続して配置されている個数の少なくとも一を用いて算出される付記１から５のいずれか一項に記載した光パス設計装置。

（付記１２）前記光伝送性能は、光信号雑音比、光ファイバの非線形効果、隣接波長チャネル間のクロストーク、光バンドパスフィルタによる通過帯域狭窄効果の少なくとも一を含む付記２に記載した光パス設計装置。

（付記１３）前記複数の経路候補を選定する際に、前記光ファイバを用いた光伝送性能に基いて選定する付記７から１０のいずれか一項に記載した光パス設計方法。

（付記１４）前記光伝送性能は、光信号雑音比、光ファイバの非線形効果、隣接波長チャネル間のクロストーク、光バンドパスフィルタによる通過帯域狭窄効果の少なくとも一を含む付記１３に記載した光パス設計方法。

（付記１５）前記光周波数帯域利用率は、光周波数スロット数、光パス数、および光周波数スロットが連続して配置されている個数の少なくとも一を用いて算出される付記７から１０、１３、および１４のいずれか一項に記載した光パス設計方法。

（付記１６）コンピュータを、通信要求を収容する光パスの経路を探索し、複数の経路候補を選定する経路候補選定手段、前記複数の経路候補上の光ファイバに、前記光パスを収容するのに必要な光周波数帯域をそれぞれ割当てることによって複数の光パス候補を選定する光パス候補選定手段、前記複数の光パス候補の中から、前記光ファイバにおける光周波数帯域利用率に基いて、前記光パスを決定する光パス決定手段、として機能させるためのプログラム。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１６年９月２６日に出願された日本出願特願２０１６－１８６８５２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１００、３００ 光パス設計装置
１１０ 経路候補選定部
１２０ 光パス候補選定部
１３０ 光パス決定部
２００ 光ノード装置
２１０ 光パス情報受付部
２２０ 可変光トランスポンダ
２３０ 切替部
２４０ 光ノード制御部
３４０ 警告部
１０００ 光通信ネットワーク
１００１～１０１６ 光ノード
１１０１～１１０５、６１０１～６１０９ 光パス
１２０１～１２１２、１３０１～１３１２、６９０１ 光ファイバ

Claims (8)

1. 通信要求を収容する光パスの経路を探索し、複数の経路候補を選定する経路候補選定手段と、
   前記複数の経路候補上の光ファイバに、前記光パスを収容するのに必要な光周波数帯域をそれぞれ割当てることによって複数の光パス候補を選定する光パス候補選定手段と、
   前記複数の光パス候補の中から、前記光ファイバにおける光周波数帯域利用率に基いて、前記光パスを決定する光パス決定手段、とを有し、
   前記光パス決定手段は、前記光ファイバのうち前記光周波数帯域利用率が１未満である帯域未使用光ファイバを用いる追加光パスを選定し、前記追加光パスを収容する追加光ファイバの増設を決定し、前記追加光パスを前記光パスに決定する
   光パス設計装置。
2. 通信要求を収容する光パスの経路を探索し、複数の経路候補を選定する経路候補選定手段と、
   前記複数の経路候補上の光ファイバに、前記光パスを収容するのに必要な光周波数帯域をそれぞれ割当てることによって複数の光パス候補を選定する光パス候補選定手段と、
   前記複数の光パス候補の中から、前記光ファイバにおける光周波数帯域利用率に基いて、前記光パスを決定する光パス決定手段、とを有し、
   前記光ファイバにおける前記光周波数帯域利用率を算出し、算出した前記光周波数帯域利用率が所定の閾値を超えた場合、警告情報を生成する警告手段をさらに有する
   光パス設計装置。
3. 請求項１または２に記載した光パス設計装置において、
   前記経路候補選定手段は、前記光ファイバを用いた光伝送性能に基いて、前記複数の経路候補を選定する
   光パス設計装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載した光パス設計装置において、
   前記光パス決定手段は、前記光ファイバのうち前記光周波数帯域利用率が最大である最大収容光ファイバにおける、前記光周波数帯域利用率が最小となる前記光パス候補を前記光パスに決定する
   光パス設計装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載した光パス設計装置が決定した前記光パスに関する経路情報および光周波数帯域情報を受付ける光パス情報受付手段と、
   前記通信要求に含まれるクライアント信号に基づいて光搬送波を変調して信号光を生成し、前記信号光の中心周波数および光周波数帯域幅を可変できる可変光トランスポンダと、
   前記光ファイバの一端に接続され、前記光パス単位で入出力方路を変更する切替手段と、
   前記経路情報に基いて前記切替手段を制御し、前記光周波数帯域情報に基いて前記可変光トランスポンダを制御する光ノード制御手段、とを有する
   光ノード装置。
6. 通信要求を収容する光パスの経路を探索して、複数の経路候補を選定し、
   前記複数の経路候補上の光ファイバに、前記光パスを収容するのに必要な光周波数帯域をそれぞれ割当てることによって複数の光パス候補を選定し、
   前記複数の光パス候補の中から、前記光ファイバにおける光周波数帯域利用率に基いて、前記光パスを決定し、
   前記光パスを決定する際に、前記光ファイバのうち前記光周波数帯域利用率が１未満である帯域未使用光ファイバを用いる追加光パスを選定し、前記追加光パスを収容する追加光ファイバの増設を決定し、前記追加光パスを前記光パスに決定する
   光パス設計方法。
7. 通信要求を収容する光パスの経路を探索して、複数の経路候補を選定し、
   前記複数の経路候補上の光ファイバに、前記光パスを収容するのに必要な光周波数帯域をそれぞれ割当てることによって複数の光パス候補を選定し、
   前記複数の光パス候補の中から、前記光ファイバにおける光周波数帯域利用率に基いて、前記光パスを決定し、
   前記光ファイバにおける前記光周波数帯域利用率を算出し、算出した前記光周波数帯域利用率が所定の閾値を超えた場合、警告情報を生成するステップをさらに有する
   光パス設計方法。
8. 請求項６または７に記載した光パス設計方法において、
   前記光パスを決定する際に、前記光ファイバのうち前記光周波数帯域利用率が最大である最大収容光ファイバにおける、前記光周波数帯域利用率が最小となる前記光パス候補を前記光パスに決定する
   光パス設計方法。

Images