JP5488206B2 - 光ファイバ線路設計支援装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、既に敷設されている光ファイバ網の情報をもとに、起点と終点を結ぶ適切な光ファイバ線路の設計を支援する光ファイバ線路設計支援装置及びプログラムに関する。

都市部には、大量の光ファイバケーブルが敷設され、各光ファイバケーブルは、数本〜数千本の光ファイバ心線が束ねられて形成されている。複数の光ファイバケーブルが接続される箇所には、クロージャと呼ばれるノードが設置され、そのクロージャ内で、異なる光ファイバケーブルの、互いに対応する光ファイバ心線が接続される。これら、光ファイバケーブルとクロージャから成る既設光ファイバ網は、網の構成と各心線の運用区分（運用中か非運用中）を記録した光ファイバ網データベースで管理されている。

所望の２点（起点と終点）間を結ぶ光ファイバ線路を設計する場合、光ファイバ網データベースを参照しつつ、運用区分が非運用中である光ファイバ心線のみを用いつつ、経路、使用する心線番号、及び、心線接続替え工事が必要となるクロージャの箇所等を特定する必要がある。こうした光ファイバ線路設計作業は、これまで、熟練した技術者により手作業で行われてきたが、熟練した技術者による手作業での線路設計では、線路長に対して最適な解又は一定以上に好ましい解を得られているかどうかを確認できない。

２点間を結ぶ最短経路を探索する手法として非特許文献１に記載されるダイクストラ（Ｄｉｊｋｓｔｒａ）法が知られており、例えば、カーナビゲーションシステム等で広く用いられている。

E. W. Dijkstra, "A note on two problems in connection with graphs," Numerische Mathematik, Vol. 1, pp. 269-271, (1959).

光ファイバ網を構成する各光ファイバケーブルには数本〜数千本の光ファイバ心線が束ねられているので、クロージャ内での心線接続の組み合わせ数は非常に多くなる。クロージャ内で、既に接続済みの心線を切断して他の心線と接続しなおす組み合せをも考慮に入れると、組み合わせ数は更に増加する。従って、非特許文献１に記載される最短経路探索法を光ファイバ網における光ファイバ線路の決定に適用しただけでは、計算すべき経路候補数又は組み合わせ数が膨大になり、最短経路の探索に膨大な時間を要する。

例えば、１，０００本の心線から成る光ファイバケーブル２本が同一クロージャに引き込まれており、いずれの心線も接続されていない場合、特許文献１に記載の手法を用い、光ファイバ心線接続替えを考慮すると、１，０００，０００（＝１，０００×１，０００）本の仮想的な接続候補を計算対象としなければならない。起点と終点との間に介在するクロージャ数が増すと、指数関数的に組み合わせ数が増加することになり、コンピュータによっても膨大な計算が必要になる。

本発明は、既設の光ファイバ網において起点と終点を結ぶ適切な光ファイバ線路の設計を支援する光ファイバ線路設計支援装置及びプログラムを提示することを目的とする。

本発明に係る光ファイバ線路設計支援装置は、複数の光ファイバ心線をそれぞれ収容する複数の光ケーブル、及び当該光ケーブルを接続する複数のクロージャからなる敷設済みの光ファイバ網において、起点から終点に至る光ファイバ線路の設計を支援する光ファイバ線路設計支援装置であって、当該起点及び当該終点を指定する手段と、当該光ファイバ網を構成する光ファイバ心線から非運用中の光ファイバ心線を抽出した上で、孤立した光ファイバ心線及び接続済みの光ファイバ心線を単位とするパスを設定する手段と、当該パスを、両端及び途中のクロージャ並びに途中の光ケーブルが同一となるパスグループに分類する手段と、当該パスグループの単位で、当該起点から当該終点までの経路を探索する経路探索手段と、当該経路探索手段で探索された経路を構成するパスグループにおいて、このパスグループが通過するクロージャにおける接続工事負荷の少ない光ファイバ心線をクロージャ区間で決定する手段とを具備することを特徴とする。

本発明に係る光ファイバ線路設計支援プログラムは、複数の光ファイバ心線をそれぞれ収容する複数の光ケーブル、及び当該光ケーブルを接続する複数のクロージャからなる敷設済みの光ファイバ網において、起点から終点に至る光ファイバ線路の設計を支援する光ファイバ線路設計支援プログラムであって、当該光ファイバ網を構成する光ファイバ心線から非運用中の光ファイバ心線を抽出した上で、孤立した光ファイバ心線及び接続済みの光ファイバ心線を単位とするパスを設定する機能と、当該パスを、両端及び途中のクロージャ並びに途中の光ケーブルが同一となるパスグループに分類する機能と、当該パスグループの単位で、当該起点から当該終点までの経路を探索する経路探索機能と、当該経路探索機能で探索された経路を構成するパスグループにおいて、このパスグループが通過するクロージャにおける接続工事負荷の少ない光ファイバ心線をクロージャ区間で決定する機能とをコンピュータに実現させるためのものである。

本発明により、膨大な数の光ファイバ心線から成る光ファイバ網においても、光ファイバ線路を短時間で決定できるようになる。

本発明の一実施例の概略構成ブロック図である。 光ファイバ心線の運用中情報の一例を示す。 光ファイバ心線接続情報の一例を示す。 光ケーブルのケーブル長の一例を示す。 光ファイバ線路設計支援プログラムのフローチャートを示す。 説明用の光ファイバ網の構成例を示す。 図６に示す光ファイバ網例に対応する光ファイバ心線情報テーブルを示す。 図６に示す光ファイバ網例に対応する心線接続情報テーブルを示す。 図６に示す光ファイバ網例に対応するケーブル情報テーブルを示す。 図６に示す光ファイバ網例から運用中の光ファイバ心線を除外した構成を示す。 図６に示す光ファイバ網例に対して設定されたパスグループを示す。 図１１に示すパスグループに対応するパス情報テーブルの構造と内容例を示す。 図６に示す光ファイバ網例をパスグループ単位で見た光ネットワーク構成を示す。 各クロージャに仮想ノードを設定した状態の網構成図を示す。 図１４に示す構成に対してダイクストラ法による経路探索を適用して得られた経路を示す。 最終的に使用する光ファイバ心線と、決定した心線接続工事箇所を示す。 ダイクストラ法による最短経路探索アルゴリズムの説明例である。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施例の概略構成ブロック図を示す。本発明に係る光ファイバ線路設計支援装置は、コンピュータに光ファイバ線路設計支援プログラムをインストールして動作させることで実現される。

コンピュータのＣＰＵ１０に、キーボード等の入力装置１２と、表示装置１４が接続する。ＣＰＵ１０上で、本実施例の光ファイバ線路設計支援プログラムが動作する。パラメータ記憶装置１６は、ＣＰＵ１０上の光ファイバ線路設計支援プログラムに必要な各種パラメータを記憶する。パラメータ記憶装置１６は、例えば、コンピュータを構成するＲＡＭ又は二次記憶装置としてのハードディスク装置などからなる。

光ファイバ網データベース（ＤＢ）１８は、ハードディスク又はネットワークを介して接続するサーバ上に格納される。光ファイバ網ＤＢ１８は、各地に敷設済みの光ファイバ網を構成する各クロージャのクロージャ情報と、各光ケーブルの光ケーブル情報からなる。具体的には、クロージャをＣ_ｉ、光ケーブルをＥ_ｊとする。光ケーブルＥ_ｊに収容されるｋ番目の光ファイバ心線をＦ_ｊ，ｋと表記する。ただし、ｉ＝１〜Ｋ１、ｊ＝１〜Ｋ２、ｋ＝1〜Ｋ３である。経路選択の対象となる地域内には、クロージャがＫ１個あり、光ケーブルがＫ２本あり、各光ケーブルＥ_ｊに収容される光ファイバ心線はＫ３（ｊ）本である。Ｋ３（ｊ）は、一般に光ケーブル毎に異なり、光ケーブルＥ_ｊに依存する。

光ファイバ網ＤＢ１８において、クロージャＣ_ｉのクロージャ情報は、クロージャ識別番号（ＩＤ）と、位置座標Ｐ_ｉ（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ）と、クロージャＣ_ｉ内で接続されている光ファイバ心線対｛（Ｆ_{ｉ１，ｊ１}，Ｆ_{ｉ２，ｊ２}）｝を示す心線接続情報からなる。光ケーブルＥ_ｊの光ケーブル情報は、光ケーブル識別番号（ＩＤ）と、ケーブル長と、収容する光ファイバ心線数Ｋ３と、収容される各光ファイバ心線Ｆ_ｊ，ｋが運用中か否かを示す運用中フラグ、すなわち心線運用中情報と、両端点のクロージャを示す端点情報（Ｃａ，Ｃｂ）からなる。図２は、光ファイバ心線Ｆ_ｊ，ｋの運用中情報の一例を示し、図３は、光ファイバ心線接続情報の一例を示す。図４は、光ケーブルのケーブル長の一例を示す。

オペレータは、入力装置１２を使って、設計したい光ファイバ線路の起点および終点となるクロージャを入力する。表示装置１４は、ＣＰＵ上で動作する光ファイバ線路設計支援プログラムにより得られた結果を表示し、必要により途中経過も表示する。

光ファイバ線路設計支援プログラムは、ＣＰＵ１０により実行される主要な機能として、前処理機能２０と、経路探索機能２２と、設計結果出力機能２４を具備する。前処理機能２０は、光ファイバ網ＤＢ１８に保存されたネットワークを、経路探索に適したグラフＧ（Ｎ，Ｅ）に変換し、変換時のパラメータをパラメータ記憶装置１６に保存する。経路探索機能２２は、前処理機能２０で得られたグラフＧ（Ｎ，Ｅ）において、起点と終点とを結ぶ最適な経路又は一定以上に好ましい経路を計算する。経路の計算法としては、非特許文献１に記載のダイクストラ（Ｄｉｊｋｓｔｒａ）法などがある。設計結果出力機能２４は、経路探索機能２２により得られた最短経路と、パラメータ記憶装置１６に記憶されるパラメータをもとに、起点と終点とを結ぶ光ファイバ線路を示す図形情報を生成し、表示装置１４の画面に表示する。

図５は、光ファイバ線路設計支援プログラムのフローチャートを示す。起点及び終点は、入力装置１２により入力済みであるとする。図６は、説明用の光ファイバ網の構成例を示す。図６に示す光ファイバ網は、６つのクロージャＣ_１〜Ｃ_６と７本の光ファイバケーブルＥ_１〜Ｅ_７から成り、各光ファイバケーブルＥ_１〜Ｅ_７は４本の光ファイバ心線を含む。図６で、破線は運用中の光ファイバ心線を示し、実線は非運用中の光ファイバ心線を示す。光ファイバ心線に付記した数値は、心線番号を示す。Ｌ_１〜Ｌ_７は、各光ファイバケーブルＥ_１〜Ｅ_７のケーブル長（ｋｍ）を示す。クロージャＣ_１が起点として指定され、クロージャＣ_６が終点として指定されたとする。図７、図８及び図９はそれぞれ、図６に示す光ファイバ網に対応する、光ファイバ心線情報テーブル、心線接続情報テーブルおよびケーブル情報テーブルを示す。

前処理機能２０が、光ファイバ網ＤＢ１８に登録される全光ファイバケーブル｛Ｅ_ｊ｝の全光ファイバ心線｛Ｆ_ｊ，ｋ｝について、非運用中のものを抽出し、非運用中の光ファイバ心線のみを含む、光ファイバ網ＤＢ１８と同構造の暫定データベースを生成する（Ｓ１）。非運用中の光ファイバ心線の抽出は、光ケーブル情報の心線運用中情報を参照することで、容易に実現できる。図１０は、図６に示す光ファイバ網から運用中の光ファイバ心線を除外した構成を示す。

前処理機能２０は更に、光ファイバ心線接続情報を参照し、ステップＳ１で抽出された非運用の光ファイバ心線から、非運用の光ファイバ心線のシリアル接続状態を示すパスを生成し、そのパス情報を記述するパス情報テーブルを生成する（Ｓ２）。

具体的には、ステップＳ１の抽出された光ファイバ心線について接続済みのものにまとめる。すなわち、クロージャで互いに接続済みの光ファイバ心線を単一のパスと評価する。もちろん、両端が非接続、すなわち、開放されている孤立した光ファイバ心線は、それのみで単一のパスとする。このような各パスについて、両端に位置するクロージャと、構成する光ファイバ心線を示す情報からなるパス情報テーブルを生成する。両端がそれぞれ同じクロージャに位置し、途中の光ファイバ心線が同じ光ファイバケーブルに属するパスは、同一グループに属するとものとして、このグループ化によるパスグループ番号をパス情報テーブルに記載する。

図１１は、図６に示す光ファイバ網に対して、ステップＳ２で設定されたパスをグループ化した後のパスグループＰ_１〜Ｐ_６を示す。例えば、パスグループＰ _２ は、クロージャＣ_１から、ケーブルＥ_１，クロージャＣ_２，ケーブルＥ_４、クロージャＣ_５、ケーブルＥ_６、クロージャＣ_４及びケーブルＥ_３を経由して、クロージャＣ_１に到達する２つのパスからなる。図１２は、図１１に示すパスグループに対応するパス情報テーブルの構造と内容例を示す。

ステップＳ２で生成されるパス情報テーブルは、図１２に示すように、各パスを特定する番号（例えば、連続番号）、パスグループを特定する番号（パスグループ番号）、両端のクロージャ（起点と終点）を示す両端クロージャ番号、経路上のクロージャと光ケーブルを示す経路クロージャ／ケーブル情報、経路を構成する１又は複数の光ファイバ心線を示す心線番号情報とからなる。後述する処理のため、各パスについて、パスの全長を示す情報も含める。両端クロージャ番号及び経路クロージャ／ケーブル情報が同一で、心線番号情報が異なるパスが、同一パスグループに所属する。

前処理機能２０は、ステップＳ２で生成したパス情報テーブルをパラメータ記憶装置１６に格納する（Ｓ３）。

経路探索機能２２が、パラメータ記憶装置１６に記憶されるパス情報テーブルを参照し、オペレータにより指定された起点および終点を結ぶ望ましい経路を探索する（Ｓ４）。探索条件として、ケーブル長が最短になることを探索条件とする。

探索条件として、経由するクロージャ数又はクロージャでの接続数を同時に考慮しても良い。例えば、経由するクロージャ数は、１つのクロージャを適当な距離に置換することで、距離条件の下で最適な経路を探索できる。もちろん、距離条件の下での複数の候補に経由クロージャ数を加味して、適切な経路を決定しても良い。更には、距離条件のほかに、経由するクロージャ数が少ないことを探索条件に加えてもよい。

経路探索機能２２が実行する、距離条件による経路探索の動作を具体的に説明する。ここでは、非特許文献１に記載のダイクストラ（Ｄｉｊｋｓｔｒａ）法を適用する。

図１３に示すように、各クロージャＣ_１〜Ｃ_６において、パスの接続端点及び開放端点、すなわち、各光ファイバ心線の端点をノードと評価する。次に、図１４に示すように、各クロージャに１個の仮想ノードを想定し、仮想ノードと、同じクロージャ内のノードとを１対１で接続する仮想パスを想定する。仮想パスには、心線接続替えコストを反映する線路長を与える。クロージャ間を接続する光ファイバケーブルとクロージャ内の仮想パスをエッジＥとし、仮想ノードを含むノードＮと合わせて、グラフＧ（Ｎ，Ｅ）を構成し、ダイクストラ法により最適経路を探索する。ここで、各エッジは線路長の単位で重み付けされているものとする。

図１５は、図１４に示す構成に対してダイクストラ法による経路探索を適用して得られた経路を示す。実線が、経路探索で得られた経路を示し、破線が、経路探索の前提となる経路候補を示す。

ＣＰＵ１０は、経路探索機能２２で決定された経路（図１５）に対し、パラメータ記憶装置１６に記憶されるパス情報テーブルを参照し、経由するクロージャにおける接続工事の負荷が少なくなる光ファイバ心線を各クロージャ区間で決定する（Ｓ５）。また、起点と終点以外のクロージャについてステップＳ４で決定された経路が仮想ノードを経由する場合、そのクロージャでは心線接続工事が発生するので、心線接続工事箇所としてマークする。図１６は、最終的に使用する光ファイバ心線と、決定した心線接続工事箇所を示す。

ダイクストラ法による最短経路探索アルゴリズムを簡単に説明する。図１７は、パスを直線（エッジ）、クロージャを白抜きの四角（ノード）としてグラフ化した光ファイバ網を示す。各パスの接続点間距離は既知とする。このような初期条件のもとで、起点および終点のノードが指定されると、両点を結ぶ最短経路は、ダイクストラ法によって以下のように求められる。

ダイクストラ法ではまず、起点を０次ノードとして、当該０次ノードからエッジに沿って隣接する１次ノードＡ１〜Ａ２を探索し、各１次ノードＡ１〜Ａ２につき、対応する１つ手前のノード（次数の１つ低いノードであり、ここでは、起点ノード自体となる）を経由した出発地からの累計距離を求め。そして、各１次ノードＡ１〜Ａ２のノードリスト中に、１つ手前のノードを特定するノード番号と累計距離と検索次数１を登録する。

次いで、各１ノードＡ１〜Ａ２について、２次ノードＢｉｊを探し、各２次ノードにつき、対応する１つ手前の１次ノードを経由した出発地からの累計距離を求め、各２次ノードＢｉｊのノードリストには、１つ手前のノードを特定するノード番号、累計距離及び検索次数２を登録する。

例えば、１次交差点Ａ１については３つの２次ノードＢ１１，Ｂ１２，Ｂ１３が見つかる。ノードＢ１１に対して、上位ノードＡ１を示すノード番号、累計距離Ｂｄ１１及び検索次数２を記憶する。ノードＢ１２に対して、上位ノードＡ１を示すノード番号、累計距離Ｂｄ１２及び検索次数２を記憶する。ノードＢ１３に対して、上位ノードＡ１を示すノード番号、累計距離Ｂｄ１３及び検索次数２を記憶する。

１次ノードＡ２に対しても同様の処理を実行する。１次ノードＡ２に対しては２つの２次ノードＢ２１，Ｂ２２が求まる。ノードＢ２１に対して、上位ノードＡ１を示すノード番号、累計距離Ｂｄ２１及び検索次数２を記憶する。ノードＢ２２に対して、上位ノードＡ１を示すノード番号、累計距離Ｂｄ２２及び検索次数２を記憶する。

全ての１次ノードについて、隣接する２次ノードを探索し、上記の情報を記憶したら、二次ノードの重複の有無を探索する。図１７に示す例では、ノードＢ１３とノードＢ２１は同一のノードである。同一ノードに対して、異なる経路での累積距離が記憶されているとき、その累積距離Ｂｄ１３，Ｂｄ２１の大小を比較し、大きいほうの経路データを破棄し、小さい方の経路データのみを記憶する。たとえば、Ｂｄ１３＞Ｂｄ２１のとき、ノードＢ１３（＝Ｂ２１）には、累計距離Ｂｄ２１と、対応する１つ手前のノードＡ２の番号が最終的に保存される。

以降、同様にして、各２次ノードＢｉｊについて隣接する３次ノードＣｉｊを求め、各ノードＣｉｊにつき、対応する１つ手前のノードを経由する起点からの累積距離を求め、１つ手前のノード番号とともに記憶する。３次ノードで重複がある場合、出発地からの累積距離の大小を比較し、大きいほうの上位ノード番号を破棄し、小さい方の上位ノード番号を保存する。

このような処理を繰り返して、最終的に終点に到達すると、それまでに記憶したノードのリストを遡ることで、起点から終点までを最短距離で接続する経路が判明する。

ＣＰＵ１０の設計結果出力機能２４が、経路探索機能２２で計算された経路を、この経路を構成する光ファイバ心線と、心線接続工事が必要となるクロージャと共に、表示装置に出力する。

このように、接続済みの光ファイバ心線を単位に、非運用中の光ファイバ心線からなるパスを抽出し、同一の経路を構成するパスをグループ化し、そのパスグループ単位で経路を探索するので、探索対象となる経路の組み合わせ数を削減できる。これにより、経路探索の処理時間を大幅に短縮できる。

パスグループの段階では、探索対象となる経路の組み合わせ数が少なくなるので、ダイクストラ法でなく、総当たり法によっても、実用的な時間で結果を得ることが可能になる。例えば、起点と終点を結ぶ可能な経路すべてを列挙し、心線接続工事個所数及び／又は線路長等によってソートし、上位の候補を抽出することで、望ましい経路を設計できる。

本実施例により、多数の光ファイバ心線を収容する光ファイバケーブルで構成される光ファイバ網に対して、線路長が短い、又は心線接続替え工事個所が少ない等の、好ましい光ファイバ線路を短時間で設計できる。クロージャ内での光ファイバ心線接続替えを考慮する場合でも、探索対象となる経路の組み合わせ数を前処理により削減するので、線路設計に要する計算量を大幅に削減できる。

特定の説明用の実施例を参照して本発明を説明したが、特許請求の範囲に規定される本発明の技術的範囲を逸脱しないで、上述の実施例に種々の変更・修整を施しうることは、本発明の属する分野の技術者にとって自明であり、このような変更・修整も本発明の技術的範囲に含まれる。

１０：ＣＰＵ
１２：入力装置
１４：表示装置
１６：パラメータ記憶装置
１８：光ファイバ網データベース（ＤＢ）
２０：前処理機能
２２：経路探索機能
２４：設計結果出力機能

Claims (2)

1. 複数の光ファイバ心線をそれぞれ収容する複数の光ケーブル、及び当該光ケーブルを接続する複数のクロージャからなる敷設済みの光ファイバ網において、起点から終点に至る光ファイバ線路の設計を支援する光ファイバ線路設計支援装置であって、
   当該起点及び当該終点を指定する手段と、
   当該光ファイバ網を構成する光ファイバ心線から非運用中の光ファイバ心線を抽出した上で、孤立した光ファイバ心線及び接続済みの光ファイバ心線を単位とするパスを設定する手段と、
   当該パスを、両端及び途中のクロージャ並びに途中の光ケーブルが同一となるパスグループに分類する手段と、
   当該パスグループの単位で、当該起点から当該終点までの経路を探索する経路探索手段と、
   当該経路探索手段で探索された経路を構成するパスグループにおいて、このパスグループが通過するクロージャにおける接続工事負荷の少ない光ファイバ心線をクロージャ区間で決定する手段
   とを具備することを特徴とする光ファイバ線路設計支援装置。
2. 複数の光ファイバ心線をそれぞれ収容する複数の光ケーブル、及び当該光ケーブルを接続する複数のクロージャからなる敷設済みの光ファイバ網において、起点から終点に至る光ファイバ線路の設計を支援する光ファイバ線路設計支援プログラムであって、
   当該光ファイバ網を構成する光ファイバ心線から非運用中の光ファイバ心線を抽出した上で、孤立した光ファイバ心線及び接続済みの光ファイバ心線を単位とするパスを設定する機能と、
   当該パスを、両端及び途中のクロージャ並びに途中の光ケーブルが同一となるパスグループに分類する機能と、
   当該パスグループの単位で、当該起点から当該終点までの経路を探索する経路探索機能と、
   当該経路探索機能で探索された経路を構成するパスグループにおいて、このパスグループが通過するクロージャにおける接続工事負荷の少ない光ファイバ心線をクロージャ区間で決定する機能
   とをコンピュータに実現させるための光ファイバ線路設計支援プログラム。

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