JP5720333B2 - 分散補償設計方法及び分散補償設計システム - Google Patents

Description

本発明は、分散補償設計方法及び分散補償設計システムに関する。

近年のネットワークトラフィックの激増に伴い、大容量の情報を伝送可能なＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長多重）技術が多く用いられるようになってきている。ＷＤＭ光ネットワーク分野では、光信号のまま波長単位の分岐挿入や経路切替を実現する光分岐挿入（ＯＡＤＭ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ−Ｄｒｏｐ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）装置や光ハブ（波長クロスコネクト（ＷＸＣ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｃｒｏｓｓ−Ｃｏｎｎｅｃｔ））装置の実現により、リング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成可能となっている。

また、ＷＤＭ光ネットワーク分野では低コスト化等の目的で、伝送の途中で電気に変換せず光のまま長距離の伝送を行うことが求められている。しかし、一般的に光伝送に用いられる光ファイバでは波長毎に光の速度が異なるため、送信端を光が同時に出発しても、受信端には光の波長毎にバラバラの時間で到着してしまう。このような現象が波長分散である。

信号を伝送する際には必ず変調を行うが、変調によって信号は周波数についてある幅を持つ、つまり変調された信号はある幅の異なる波長の光で構成されることになる。このため、波長分散によって受信した波形が歪んでしまい、その歪みが大きくなりすぎると情報を正しく受信できなくなってしまう。そこで、各ノードで受信する際に伝送路の光ファイバと逆の波長分散特性を持つ分散補償器（ＤＣＭ：Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ）を通すことで波長分散を補償する。こうすることによって光の波形が歪むことなく長距離の伝送が可能となる。

しかし、波長分散は距離に比例して波長分散量が増加し、更に、光ファイバの種類毎に特性が異なるため、距離や光ファイバの種類毎に異なる分散補償器が必要となる。安価な分散補償器は一般に光ファイバ等の受動部品で構成されるため、１品種で１つの固定的な特性を持つことが多い。そこで、ネットワーク上のどこにどの特性を持つ分散補償器を配置すれば良いかを予め決めておく必要がある。このように、どこにどの特性を持つ分散補償器を配置するかを決定するのが分散補償設計である。

分散補償器の波長分散の補償量は、補償しようとする光ファイバに必要な波長分散量に一致していることが望ましい。しかし、近年、消費電力削減の観点等から受動光部品、例えば分散補償光ファイバ等を分散補償器に使用することが多く、補償しようとする光ファイバに合わせて分散補償器をその都度製作するのはコストの観点で現実的ではない。そこである刻み幅で補償量が離散的な値をとるように、メニューを揃えることが一般的である。このため、必要な補償量に最も近い値を選ぶ場合でも、分散補償器の補償量の刻み幅の１／２程度の誤差が生じ、そのため補償不足のところと、補償過剰のところが存在する。

図１は分散補償結果の一例を示し、図２は分散補償器の補償量メニューの一例として分散補償量が１００ｐｓ／ｎｍ刻みの場合のメニューを示す。図１において、Ｎ１〜Ｎ６はノードを表し、隣接するノード間を結ぶ線は光ファイバを示し、以降、スパンと呼ぶ。各スパンの下の表記は、上から光ファイバの波長分散量（以降、分散量と呼ぶ）、分散補償量、分散補償後の分散量である。また、括弧内は光ファイバの分散量より分散補償量の方が大きい場合に「補償過剰」、光ファイバの分散量が分散補償量より大きい場合に「補償不足」と記載している。例えばノードＮ１，Ｎ２の間の光ファイバの分散量は２５３ｐｓ／ｎｍであり、図２のメニューから最も近い分散補償量は３００ｐｓ／ｎｍと分かる。このため、４７ｐｓ／ｎｍの補償過剰となる。

このように、図２の分散補償量メニューが１００ｐｓ／ｎｍ刻みであるため、±５０ｐｓ／ｎｍの補償誤差が生じる。光ファイバがメッシュ状に接続される近年のネットワークでは、このような分散補償量が不足する光ファイバと過剰な光ファイバがランダムに近い形で分布することが多い。

次に、図３に７ノードのネットワークの一例を示す。ネットワークはノードＮ１〜Ｎ７で構成され、隣接するノード間を結ぶスパンの下の表記は、上がそのスパンの光ファイバの分散量、下は分散補償量である。

図４は累積分散の許容範囲の一例を示している。許容範囲は距離によって変わるが、ここでは、略等間隔のためスパンの数で表している。図５は始点ノードから終点ノードまでのパスの終点における累積分散を表している。例えば始点がノードＮ１で終点がノードＮ２の場合、Ｎ１−Ｎ２のスパンの光ファイバの分散量から分散補償量を引いた値、すなわち５ｐｓ／ｎｍとなる。このとき、Ｎ１−Ｎ２は１スパンなので、図４のスパン数が１の欄を見ると、累積分散の許容範囲が７０ｐｓ／ｎｍ〜−３０ｐｓ／ｎｍと分かり、５ｐｓ／ｎｍは許容範囲に入っているので、Ｎ１−Ｎ２のパスは伝送可能と分かる。同様に、始点がノードＮ１で終点がノードＮ７のパスの場合はＮ１−Ｎ２，Ｎ２−Ｎ３，Ｎ３−Ｎ４，Ｎ４−Ｎ５，Ｎ５−Ｎ６，Ｎ６−Ｎ７の６スパンで構成されており、累積分散は３２ｐｓ／ｎｍ、許容範囲は３５ｐｓ／ｎｍ〜５ｐｓ／ｎｍなので、伝送可能である。

しかし、始点がノードＮ１で終点がノードＮ６のパスは５スパンで構成されており、累積分散は−３ｐｓ／ｎｍであるが、許容範囲は４２ｐｓ／ｎｍ〜−２ｐｓ／ｎｍであるため、許容範囲に入っていない。従って、Ｎ１−Ｎ６のパスは伝送不可となる。この例の場合、Ｎ１−Ｎ６のパスは伝送不可なのに、それより長いＮ１−Ｎ７のパスは伝送可能になっている。

図６に従来の分散補償設計の手順の一例を示す。図６においては、ステップＳ１で分散補償器配置を生成し、ステップＳ２で全てのパスが伝送可能か否かを判別する。全てのパスが伝送可能であれば分散補償器の配置設計は完了し、一部のパスが伝送不可であればステップＳ３で伝送不可となったパスの途中に再生中継器を挿入する。

図７に従来の分散補償設計の手順の他の一例を示す。図７においては、ステップＳ５で分散補償器配置を生成し、ステップＳ６で全てのパスが伝送可能か否かを判別する。全てのパスが伝送可能な場合には分散補償器の配置設計は完了する。一部のパスが伝送不可の場合にはステップＳ７で伝送不可となった光パスについてその分散補償量の組み合わせを禁止する制約条件を追加してステップＳ５を繰り返す。

ところで、光ネットワーク中から抽出された複数のスパンとアド／ドロップ機能を備えた複数のノードとを含む任意のリンクにおいて、各ノードに到達した各パスの残留分散範囲の全てが、該リンクの全てのパスに対して、許容残留分散範囲内となるよう、各パスに備わった波長分散補償器の波長分散補償量を設定するよう構成する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

また、波長多重伝送システムを適用した光伝送ネットワークの設計方法で、光伝送ネットワークの設定条件を入力し、該設定条件に基づき可変分散補償器の配置パターンを求め、該配置パターンの可変分散補償器を固定分散補償器に置換した時の固定分散補償値の合計を求め、該合計の絶対値の大きさを基準に配置パターンを優先順にソートする技術が知られている（例えば特許文献２参照）。

また、光ネットワーク内のパスの信号品質を確保した最適な再生中継機３Ｒの設置方法で、ネットワークを該再生中継機３Ｒを両端に有する複数の再生中継区間３ＲＳに分割し、該再生中継区間３ＲＳ内の各ノードに対して光増幅器やＯＡＤＭ等の配置を行い、この配置の結果想定される複数の想定パスを抽出し、各想定パスについて伝送可否判定と表示を行い、ユーザによる再設定を可能とする技術が知られている（例えば特許文献３参照）。

国際公開第２００５／００６６０４号パンフレット 特開２００６−１３５７８８号公報 特開２００６−４２２７９号公報

坂和正敏著、「離散システムの最適化」、森北出版、２０００年５月発行

ネットワーク内の機器配置を設計する際には、ネットワークを任意のリニア状又はリング状のネットワークに分ける。このリニア状又はリング状のネットワークをセグメント（Ｓｅｇｍｅｎｔ）と呼ぶ。通常ではセグメントは固定されたまま、図６又は図７に示す手順に従って分散補償器の配置が設計される。

図６に示す手順では、全てのパスが伝送可能でなければステップＳ３で伝送不可となったパスの途中に再生中継器を挿入するだけで、伝送不可となったパスが長いか短いかによらない。このため、図３〜図５の例では、ノードＮ１からＮ５までが伝送可能、ノードＮ１からＮ６までが伝送不可なので、ノードＮ１からＮ７までが伝送可能であっても、機械的にノードＮ５に再生中継器を置いて、ノードＮ１からＮ５と、ノードＮ５からＮ６にパスを分割するだけであり、再生中継器の数が増加しコストアップにつながるという問題があった。

また、図７に示す手順では、ステップＳ７で伝送不可となったパスについてその分散補償量の組み合わせを禁止する制約条件を追加しているが、そのときにパスが長いか短いかによって区別がされないため、図３〜図５の例では、ノードＮ１からＮ７までが伝送可能であっても、ノードＮ１からＮ６までのパスを禁止する制約条件が付加される。従って、長いパスが伝送可能で短いパスが伝送不可になるような設計を修正することはできない。

このような設計では、長いパスが伝送可能だからといって短いパスが伝送可能とは限らず、ネットワークを運用する上では、既存の長いパスが伝送可能であっても、それより短いパスについて伝送可能かどうかをその都度確認しなければならず、運用上不必要に手間がかかる上に運用ミスを犯しやすいという問題があった。

また、図６及び図７に示す手順ではセグメントは考慮されていないため、セグメントを跨ぐ部分において、長いパスが伝送可能だからといって短いパスが伝送可能とは限らない状況が生じる可能性がある。このような場合においても、ネットワークを運用する上では、セグメントを跨ぐ部分において、既存の長いパスが伝送可能であっても、それより短いパスについて伝送可能かどうかをその都度確認しなければならず、運用上不必要に手間がかかる上に運用ミスを犯しやすいという問題があった。

開示の分散補償設計システムは、運用上の手間を削減し運用ミスを低減することを目的とする。

開示の一実施形態による分散補償設計システムは、光ネットワークを複数のリニア状又はリング状のネットワークのセグメントに分割して累積分散の許容範囲を設定するセグメント分割設定手段と、
前記光ネットワークの各パスについて、そのパス自身は累積分散が前記許容範囲外で伝送不可かつそのパス自身を含んでそのパス自身よりも経路の長いパスの中に累積分散が前記許容範囲内で伝送可能なパスが存在するパスを特定分類のパスとして分類するパス分類手段と、
前記特定分類のパスが最大数含まれるようにノード間接続を選択してセグメントを再構成するセグメント再構成手段と、
再構成されたセグメント内で前記特定分類のパスの数を最小化するように、いずれかのスパンの分散補償量を計算する分散補償量計算手段と、
前記光ネットワークにおける前記いずれかのスパンの分散補償量を、前記分散補償量計算手段により計算された分散補償量に更新する更新手段を有する。

本実施形態によれば、運用上の手間を削減し運用ミスを低減することができる。

分散補償結果の一例を示す図である。 分散補償器の補償量メニューの一例を示す図である。 ７ノードのネットワークの一例を示す図である。 累積分散の許容範囲の一例を示す図である。 パスの終点における累積分散を表す図である。 従来の分散補償設計の手順の一例を示す図である。 従来の分散補償設計の手順の他の一例を示す図である。 分散補償設計システムの一実施形態のハードウェア構成図である。 分散補償設計処理の第１実施形態の全体フローチャートである。 セグメントを説明する図である。 パスの分類を説明する図である。 セグメントを跨ぐ部分において分類２の光パスが存在する一例を示す図である。 ハブノード内のポート間接続を説明する図である。 図１２の光ネットワークにおいてセグメントを再構成した一例を示す図である。 光ネットワークにおいてセグメントを再構成した別の例を示す図である。 分散補償設計処理の第２実施形態の全体フローチャートである。

以下、図面に基づいて実施形態を説明する。

＜分散補償設計システムの構成＞
図８は分散補償設計システムの一実施形態のハードウェア構成図を示す。図８において、分散補償設計システムは、入力装置１１と、出力装置１２と、ドライブ装置１３と、補助記憶装置１４と、メモリ装置１５と、演算処理装置１６と、データベース１７を有しており、これらはシステムバス１８で相互に接続されている。この分散補償設計システムは、専用の装置構成とすることもできるが、例えば、汎用のパーソナルコンピュータやワークステーション等を適用することが可能である。

入力装置１１は使用者が操作するキーボード及びマウス等を有しており、各種データを入力する。出力装置１２は分散補償設計システムのプログラムを操作するのに必要な各種ウィンドウやデータ等を表示するディスプレイを有し、実行プログラムに基づいて表示される。実行プログラムは、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体１９により提供される。プログラムを記緑した記録媒体１９はドライブ装置１３に装着され、記憶媒体１９に格納された実行プログラムが記録媒体１９からドライブ装置１３を介してメモリ装置１５にインストールされる。

演算処理装置１６はメモリ装置１５から読み出された実行プログラムに基づいて、各種演算や後述する各処理を含む分散補償設計システム全体の処理を制御する。また、プログラムの実行中に必要な各種情報は、データベース１７から取得することができ、また格納することもできる。

＜分散補償設計処理の第１実施形態のフローチャート＞
図９は分散補償設計処理の第１実施形態の全体フローチャートを示す。図９において、ステップＳ１１で光ネットワークの初期設計及び設計パラメータ入力を行う。ここでは、光ネットワークはメッシュ状のネットワークであることを想定する。メッシュ状のネットワークには、リング状のネットワークの相互接続により形成されたネットワークも含まれる。メッシュ状のネットワークは、そのままの状態で全ての分散補償設計を行うことができないため、リニア状又はリング状のネットワークであるセグメントに分けて設計される。ステップＳ１１の初期設計においても、光ネットワークは任意のリニア状又はリング状のネットワークのセグメントに分割される。

図１０にセグメントを説明する図を示す。図１０において、Ｎ１〜Ｎ１０はノードを表し、隣接するノード間を結ぶ線はスパンを表し、ＳＮ１〜ＳＮ４はセグメントを表す。ノードは、「サイト」とも呼ばれる。ノードの中でも、隣接ノードに対して３本以上のリンクが接続されているノード、すなわち、３つ以上のスパンを有するノードを「ハブノード」又は「ハブサイト」と呼ぶ。図１０では、ノードＮ３及びＮ８がハブノードである。初期設計時には、光ネットワークは任意のセグメントに分割される。セグメントＳＮ１は、Ｎ１−Ｎ２、Ｎ２−Ｎ３、Ｎ３−Ｎ４を結ぶリニア状のネットワークから構成される。セグメントＳＮ２は、Ｎ３−Ｎ５、Ｎ５−Ｎ６、Ｎ６−Ｎ８を結ぶリニア状のネットワークから構成される。セグメントＳＮ３は、Ｎ７−Ｎ８を結ぶリニア状のネットワークから構成される。セグメントＳＮ４は、Ｎ８−Ｎ９、Ｎ９−Ｎ１０を結ぶリニア状のネットワークから構成される。なお、図１０はセグメント分割の一例を示しており、初期設計では、他のセグメント分割が行われてもよい。

また、ステップＳ１１では、分割されたセグメント毎に、光ネットワークを構成するノードとノード間の接続情報、光伝送路である光ファイバの距離、始終点のノード、分散量、パスの始終点とパスの通るノードを始点から終点まで順次列挙した経路情報、パスの終点における累積分散量の目標値と許容範囲、初期設計となる分散補償器の配置結果及び初期設計における各パスの伝送可否情報を入力する。すなわち、分割されたセグメント毎に初期の分散補償設計が行われ、設計結果がメモリ装置１５に保持される。設計結果が分散補償器に反映されていない場合には、当該分散補償器の分散補償量が変更される。

ステップＳ１２のパス分類では、パスを経路と初期設計における伝送可否の情報から分類を行う。ここでは３つに分類する。まず分類１は、そのパス自身が伝送可能であり、かつ、そのパス自身に含まれる全てのパスが伝送可能なものである。分類２は、そのパス自身は伝送不可であり、かつ、そのパス自身を全て含んでそのパス自身よりも経路の長いパスの中に伝送可能なパスが存在するパスである。分類３は分類１にも分類２にも該当しないパスである。

図１１にパスの分類を説明する図を示す。図１１において、Ｎ１〜Ｎ６はノードを表し、隣接するノード間を結ぶ線はスパンを表す。横向きの矢印はそれぞれがパスを示し、実線は伝送可能なパスを、破線は伝送不可のパスを示す。例えばノードＮ１からＮ３のパスは、実線なのでそれ自身は伝送可能である。そして、このパスの経路はＮ１、Ｎ２、Ｎ３の順である。ノードＮ１からＮ３のパス以外で、この経路に全体が含まれるパスとしては、ノードＮ１からＮ２のパスと、ノードＮ２からＮ３のパスがある。そして、この２つのパスは共に伝送可能であるため、ノードＮ１からＮ３のパスは分類１の条件を満たすので、分類１になる。

ノードＮ１からＮ２のように隣接するノード間のパスの場合は、それ自身の経路の中に経路が全て含まれるパスはないので、自身が伝送可能であれば分類１となる。従って、Ｎ１−Ｎ２、Ｎ２−Ｎ３、Ｎ３−Ｎ４、Ｎ４−Ｎ５、Ｎ５−Ｎ６、Ｎ１−Ｎ３、Ｎ２−Ｎ４、Ｎ３−Ｎ５、Ｎ４−Ｎ６、Ｎ２−Ｎ５、Ｎ３−Ｎ６が分類１に該当する。

次に、ノードＮ１からＮ４のパスは破線で記載されているので伝送不可である。ノードＮ１からＮ４のパスの経路全体を含むそれより長いパスとしては、ノードＮ１からＮ５のパスと、ノードＮ１からＮ６のパスがある。このうち、ノードＮ１からＮ６のパスは伝送不可（破線）であるが、ノードＮ１からＮ５のパスは伝送可能（実線）であるため、ノードＮ１からＮ４のパスは自身が伝送不可で、かつ、自身の経路を全て含むそれより長いパスの中に伝送可能なパスがあるため、分類２に該当する。図１１の例では分類２のパスはＮ１−Ｎ４のパスのみである。従って分類１，２以外の残ったＮ１−Ｎ５、Ｎ２−Ｎ６とＮ１−Ｎ６のパスが分類３に該当する。ここでは分類２のパスに着目し、分類２のパス数をカウントする。

図１２にセグメントを跨ぐ部分において分類２のパスが存在する一例を示す。図１１では、セグメント内のパスの分類を示しているが、セグメントを跨ぐ部分においても、分類２のパスが存在する可能性がある。例えばノードＮ２からＮ６のパスが伝送不可であり、ノードＮ１からＮ１０のパスが伝送可能である場合、ノードＮ２からＮ６のパスは分類２のパスに該当する。例えばノードＮ５からＮ９のパスが伝送不可であり、ノードＮ１からＮ１０のパスが伝送可能である場合、ノードＮ５からＮ９のパスは分類２のパスに該当する。

図９のステップＳ１３では、分類２のパスが存在するか否かを判別する。存在しない場合には分散補償器の設置設計は完了し、初期設計時の値が設計結果となる。存在する場合にはステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、分類２のパスの数を最大化することを目的関数とする混合整数計画問題を生成する。混合整数計画問題の目的関数と制約条件を以下の（１）〜（４）式に示す。

ここで、ｎ、ｎｐ、ｆｒｏｍ、ｔｏはノードを示し、特にｆｒｏｍ、ｔｏはハブノードｎの隣接ノードを示す。ｄは分類２のパスを示す。ＮｅｔｗｏｒｋＮｏｄｅｓは光ネットワーク内の全てのノードの集合を示す。ＮｅｘｔＮｏｄｅｓ（ｎ）はハブノードｎと隣接しているノードの集合を示す。Ｃｌａｓｓ２ｄは光ネットワーク内の全ての分類２のパスの集合を示す。Ｌｉｎｋｓ（ｎ）はセグメントを構成するときにハブノードｎ内で隣接ノードを接続する、ハブノードｎに存在し得るポート間接続の集合、すなわち、ハブノードｎにおけるｆｒｏｍノードとｔｏノードとの接続可能な組み合わせの集合を示す。ＰａｔｈＲｏｕｔｅは分類２のパスに含まれるハブノード内のポート間接続の集合を示す。ＮＣＶＮｕｍ（ｎ）はセグメントを構成するときのハブノードｎで許容可能なハブノード内のポート間接続数を示す。なお、ハブノードｎに隣接するノード数をｍとすると、ｍが奇数の場合、ＮＣＶＮｕｍ（ｎ）＝（ｍ−１）／２であり、ｍが偶数の場合、ＮＣＶＮｕｍ（ｎ）＝ｍ／２である。ＣｏｎＮｕｍ（ｄ）は分類２のパスに含まれる中間のハブノードの数を示す。Ｖ（ｄ）は分類２のパスｄをセグメントに含むことが可能か否かを示す。分類２のパスｄをセグメントに含むことができる場合、Ｖ（ｄ）＝１であり、含むことができない場合、Ｖ（ｄ）＝０である。ＮＣＶ（ｎ，（ｆｒｏｍ，ｔｏ））はセグメントを構成するときにハブノードｎ内で隣接ノード（ｆｒｏｍ，ｔｏ）を接続するポート間接続を採用するか否かを示す。採用することができる場合、ＮＣＶ（ｎ，（ｆｒｏｍ，ｔｏ））＝１であり、採用することができない場合、ＮＣＶ（ｎ，（ｆｒｏｍ，ｔｏ））＝０である。

上記（１）式の目的関数は分類２のパスの数の合計であり、分類２のパスの数を最大にする関数である。このようにすることで、分類２のパスが最大数含まれるように、ハブノード内のポート間接続を選択するようにしている。

制約条件の（２）式の意味は、ハブノードｎにおいてポートが隣接ノードにより重複して選択されないという制約を表す。ここでは、光ネットワークのスパンに対して一種類のみの分散補償器が設定可能であることを想定している。このような光ネットワークでは、ハブノードのポートが隣接ノードにより重複して重複することは許可されない。

図１３にハブノード内のポート間接続を説明する図を示す。図１３（Ａ）に示すように、ハブノードＮ１の隣接ノードをＮ２〜Ｎ５とすると、ハブノードＮ１内において隣接ノード（Ｎ２，Ｎ３）を接続するポート間接続が存在する場合、ＮＣＶ（Ｎ１，（Ｎ２，Ｎ３））＝１である。図１３（Ｂ）に示すように、この状態で、隣接ノード（Ｎ４，Ｎ５）を接続することは可能である。しかし、図１３（Ｃ）に示すように、更に、隣接ノード（Ｎ２，Ｎ４）を接続しようとすると、ハブノードＮ１においてポートが重複して選択されるため、このような接続は許可されない。制約条件の（２）式は、図１３（Ｃ）に示すようなハブノードにおいてポートが隣接ノードにより重複して選択される状況を禁止するための条件である。

制約条件の（３）式の意味は、セグメントを構成するときにハブノード内で隣接ノードを接続するポート間接続の数が当該ハブノードで許容可能な接続数に等しいという条件を表す。上記の（２）式の制約条件を考慮すると、ハブノード内で設定できるポート間接続の数は制限される。図１３（Ａ）に示すハブノードＮ１では、隣接ノードを接続するポートの数が４つであるため、ＮＣＶＮｕｍ（Ｎ１）＝４／２＝２である。ハブノードＮ１では、当該ハブノード内で隣接ノードを接続するポート間接続の数は、２と等しくなければならない。（３）式の制約条件は必須ではないが、このような制約を設けることで計算時間を短縮することができる。

制約条件の（４）式の意味は、分類２のパスｄを含むために必要な全てのハブノード内で隣接ノードを接続するポート間接続が選択されている場合には、当該分類２のパスｄはセグメントに含むことができるという条件を表す。この制約条件は、分類２のパスが通過する全てのハブノードにおいて、そのハブノード内で隣接ノードを接続するポート間接続が、当該分類２のパスに沿うように設定されていることを示す。例えば図１２のノードＮ２からＮ６のパスをｄとした場合、分類２のパスｄに含まれるハブノードはＮ３のみである。このことからＣｏｎＮｕｍ（ｄ）＝１であることがわかる。従って、ハブノードＮ３において隣接ノード（Ｎ２，Ｎ５）を接続するためのポート間接続が選択されている場合には、ノードＮ２からＮ６のパスｄをセグメントに含むことができる。すなわち、ＮＣＶ（Ｎ３，（Ｎ２，Ｎ４））＝１の場合、Ｖ（ｄ）＝１であり、制約条件の（４）式を満たす。

図９のステップＳ１５では、（２）〜（４）式の制約条件のうち（２），（４）式もしくは（２），（３），（４）式を使用して（１）式を目的関数とする混合整数計画問題を解く。混合整数計画問題では、Ｖ（ｄ）及びＮＣＶ（ｎ，（ｆｒｏｍ，ｔｏ））が設計対象の変数となる。これらの変数の解が適切となるような制約条件（２）〜（４）を設け、混合整数計画問題を解く。混合整数計画法の解法は一般に知られており、例えば非特許文献１等に記載される方法等で解くことができる。

ステップＳ１６では、選択されたハブノード内のポート間接続情報ＮＣＶ（ｎ，（ｆｒｏｍ，ｔｏ））をもとにセグメントを再構成する。セグメントの再構成とは、設計で使用していたセグメントの構成を変更することである。

図１４に図１２の光ネットワークにおいてセグメントを再構成した一例を示す。分類２のパスの数が最大化されるようにセグメントが分けられるため、再構成時には、Ｎ１−Ｎ２、Ｎ２−Ｎ３、Ｎ３−Ｎ５、Ｎ５−Ｎ６、Ｎ６−Ｎ８、Ｎ８−Ｎ９、Ｎ９−Ｎ１０が１つのセグメントＳＮ２に再構成される。そして、Ｎ３−Ｎ４がセグメントＳＮ１に再構成され、Ｎ７−Ｎ８がセグメントＳＮ３に再構成される。

図１５に光ネットワークにおいてセグメントを再構成した別の例を示す。図１５（Ａ）に初期設計時のセグメント構成を示す。初期設計時では、セグメントを跨ぐ部分において分類２のパスｄ１及びｄ２が存在するものとする。そこで、パスｄ１及びｄ２をセグメント内に含むように、上記の目的関数及び制約条件に従って、ハブノード内のポート間接続を選択できるように混合整数計画問題を構築する。

次に、この混合整数計画問題を解く。図１５（Ａ）の光ネットワークにおいて分類２のパスはｄ１及びｄ２のみであるため、混合整数計画問題の解は、図１５（Ｂ）に示されるように、ｄ１、ｄ２についてそれぞれ２箇所のハブノードにおいて、この光パスの経路に沿うようにポート間接続が選択される。

より具体的には、ｄ１に含まれる中間のハブノードの数はＣｏｎＮｕｍ（ｄ１）＝２であるため、ＮＣＶ（Ｎ３，（Ｎ１，Ｎ５））＝１且つＮＣＶ（Ｎ５，（Ｎ３，Ｎ４））＝１の場合、Ｖ（ｄ１）＝１となり、制約条件の（４）式を満たす。また、ｄ２に含まれる中間のハブノードの数はＣｏｎＮｕｍ（ｄ２）＝２であるため、ＮＣＶ（Ｎ６，（Ｎ１，Ｎ５））＝１且つＮＣＶ（Ｎ５，（Ｎ６，Ｎ７））＝１の場合、Ｖ（ｄ２）＝１となり、制約条件の（４）式を満たす。制約条件の（２）式又は（３）式により、ＮＣＶ（Ｎ５，（Ｎ６，Ｎ４））＝０である。従って、図１５（Ｂ）に示すようなポート間接続情報が得られ、図１５（Ｃ）に示すようにセグメントが再構成される。この分類２のパスｄ１及びｄ２は、以下に説明するセグメント内での分散補償設計により低減又は除去することが可能になる。

図９のステップＳ１７では、セグメント内で分散補償設計が行われ、セグメント内で分類２のパスの数が最小化される。例えば、各パスの分散補償誤差を最小として分散補償器配置の設計を行うための混合整数計画問題を生成する。混合整数計画問題の目的関数と制約条件を以下の（５）〜（８）式に示す。

ここで、ｎｅｇＥｒｒｏｒ［Ｇｉ］は（パスＧｉの累積分散値−パスＧｉの累積分散目標値）が負のときの補償誤差、ｐｏｓＥｒｒｏｒ［Ｇｉ］はパスｉの累積分散値−パスｉの累積分散目標値が正のときの補償誤差である。Ｉｄｃｍ［ｌ，ｔ］は分散補償量メニューｔがスパンｌの分散補償候補のとき１で、それ以外は０となる。ｓ［ｔ］は分散補償量メニューｔが選ばれるかどうかを示し、選ばれるとき１となる。Ｄ（Ｇ）はパスＧの始点から終点までの分散量の合計を示す。また、Ｉｔ［Ｇ，ｔ］は分散補償量メニューｔがパスＧの分散補償候補のとき１、それ以外は０となる。ＤＣＭｖａｌ［ｔ］は分散補償量メニューｔの分散補償量を示す。また、ｒｄＴａｒｇｅｔ［Ｇ］はパスＧの累積分散目標値を示す。

上記（５）式の目的関数は各パスの終点における累積分散値と累積分散量の目標値との誤差の合計であり、この誤差の合計を最小にする。制約条件の（６）式の意味は、各ノードには分散補償量メニューの中から必ず１つだけ分散補償器を置くという制約を表すものである。（７）式と（８）式は対になっており、左辺第１項である中括弧内の第１項がパスの始点から終点までの累積分散量、中括弧内の第２項がパスの始点から終点までの分散補償量の合計を示している。分散補償量は光ファイバの分散量とは逆の符号で表現されており、分散量と分散補償量の和が分散補償後の累積分散値となる。（７），（８）式の左辺第２項は分散補償量誤差を示す変数で、右辺は各パスの終点における累積分散量の目標値で、初期設計と設計パラメータ入力のところで入力したものである。

そして、上記の混合整数計画問題を解く。混合整数計画法の解法は一般に知られており、例えば非特許文献１等に記載される方法等で解くことができる。

次にステップＳ１８で各パスについて伝送可否判定を行う。伝送可否判定は、各パスの終点における累積分散が、予め入力したパスの終点における累積分散許容範囲に入っているかどうかで判定を行う。累積分散が許容範囲に入っていれば伝送可能、入っていなければ伝送不可となる。更に、パス分類を行う。ここでは、初期設計においてパスを分類したものと同じ分類を各パスの経路の情報と伝送可否判定の結果を用いて行う。そして、分類２のパス数をカウントする。分類２のパスが存在しない場合には分散補償器の設計は完了し、設計結果はメモリ装置１５が保持され、各スパンの分散補償量が更新される。

セグメントの再構成及び各セグメント内での分散補償設計の後においても分類２のパスが存在する場合、分類２のパス数を最小化する設計結果を得るため上記の設計を繰り返し行い、分類２のパスの数を最小化する設計結果を採用してもよい。例えば、以下のステップＳ１９〜Ｓ２１を行ってもよい。

ステップＳ１９では、セグメント再構成前の分類２のパス数と、セグメント再構成後の設計結果における分類２のパス数を比較して解を更新するかどうかの判定を行う。そして、セグメント再構成後の分類２のパス数が少ない場合にステップＳ２０で保持していた解を今回新しく得られた解に更新する。解は分散補償器の配置結果や混合整数計画問題の解として得られた変数の値等の形で例えばメモリ装置１５に保持しておく。このとき、今回新しく得られた解と共に新しく得られた解における分類２のパス数も例えばメモリ装置１５に保持しておく。なお、保持しておく解の初期値は初期設計としておくこともでき、また初期値なしとしておき、最初に得られる解については常に解を更新することもできる。

次にステップＳ２１で全てのパスが伝送可能か、又は、ループ回数つまり分散補償器配置を生成した回数が予め決められている所定回数を超えたかを判別する。全てのパスが伝送可能になる解が存在しない場合には所定回数で強制的に終了させる必要があり、所定回数としては例えば数個から数十程度の値を予め設定しておく。全てのパスが伝送可能又は所定回数を超えた場合には分散補償器の配置設計は完了し、その時に保持していた解が設計結果となる。一部のパスが伝送不可かつ所定回数を超えていない場合にはステップＳ１４に進む。

このように構成することで、そのパス自身が伝送不可でそのパス自身より長いパスの中に伝送可能なものが存在する分類２のパスの数ができるだけ少ない設計結果を得ることができ、運用上の手間を削減し運用ミスを低減するようになる。また、セグメントを再構成することで、セグメントを跨ぐ部分において分類２のパスができるだけ少ない設計結果を得ることができる。

＜分散補償設計処理の第２実施形態のフローチャート＞
上記の実施形態では混合整数計画法を用いて分散補償器の補償量を決定しているが、混合整数計画法以外の方法で分散補償器の補償量を決定することも可能である。ここでは、各ハブノード内の全てのポート間接続の組み合わせを求め、それぞれの場合に分類２のパスの数を計算し、分類２のパスの数が最小となる組み合わせを求める方法を説明する。

図１６に分散補償設計処理の第２実施形態のフローチャートを示す。ステップＳ１１における初期設計及び設計パラメータ入力、ステップＳ１２における光パス分類、ステップＳ１３における分類２のパスの判別は、図９のフローチャートと同様に行われる。

ステップＳ１０１はステップＳ１２又はＳ１８で分類された分類２のパスについてのループ処理であり、分類２のパスの数だけ繰り返される。ステップＳ１０１ではそれぞれの分類２のパスに対して、当該パスが経由する経由するハブノードと、ハブノード内のポート間接続情報を保持する。

次のステップＳ１０２〜Ｓ１０５はループ処理であり、ネットワーク内のハブノードのそれぞれについてハブノード内のポート間接続の組み合わせを求め、その組み合わせの数だけ繰り返される。ステップＳ１０２では、ネットワーク内のハブノードのそれぞれについて、ハブノード内のポート間接続の組み合わせを求め、その組み合わせが選択された際の、分類２のパスの数をカウントする。ステップＳ１０３では、カウントされた分類２のパスが、これまでに保持されている分類２のパスの数の最大値であるかを判別する。最大値である場合、ステップＳ１０４で現在の組み合わせでのハブノード内のポート間接続情報と、分類２のパスの数とを保持する。最大値でない場合、ステップＳ１０５で次の組み合わせを選択し、ステップＳ１０２に戻る。

全ての組み合わせの分類２のパスのカウントが完了すると、ステップＳ１０６で現在保持されているハブノード内のポート間接続情報を設計に採用する。

以降、図９のステップＳ１６〜Ｓ２１と同じように、セグメント内で分類２のパスの数を最小化するための設計が行われる。

なお、第２実施形態では、ネットワークにハブノードＨｕｂ１、Ｈｕｂ２、．．．、ＨｕｂＸが存在する場合に、（Ｈｕｂ１内でのポート間接続の組み合わせ数×Ｈｕｂ２内でのポート間接続の組み合わせ数×．．．×ＨｕｂＸ内でのポート間接続の組み合わせ数）の組み合わせパターンを計算しなければならないため、ハブノードが多い場合には第１実施形態の方が早く設計結果を得られる。
（付記１）
光ネットワークを複数のリニア状又はリング状のネットワークのセグメントに分割するセグメント分割手段と、
前記光ネットワークの各パスについて、そのパス自身は伝送不可かつそのパス自身を含んでそのパス自身よりも経路の長いパスの中に伝送可能なパスが存在するパスを特定分類のパスとして分類するパス分類手段と、
前記特定分類のパスの数を最大化するようにセグメントを再構成するセグメント再構成手段と、
再構成されたセグメント内で前記特定分類のパスの数を最小化するように、いずれかのスパンの分散補償量を計算する分散補償量計算手段と、
前記光ネットワークにおける前記いずれかのスパンの分散補償量を、前記分散補償量計算手段により計算された分散補償量に更新する更新手段を
有することを特徴とする分散補償設計システム。
（付記２）
付記１記載の分散補償設計システムにおいて、
前記パス分類手段によるパス分類、前記セグメント再構成手段によるセグメント再構成及び前記分散補償量手段による分散補償量計算を繰り返す繰り返し手段を更に有し、
前記更新手段は、前記光ネットワークにおける前記いずれかのスパンの分散補償量を、前記繰り返し手段による繰り返し計算された分散補償量のうち、前記特定分類のパスの数を最小化する分散補償量に更新することを特徴とする分散補償設計システム。
（付記３）
付記１又は２記載の分散補償設計システムにおいて、
前記セグメント再構成手段は、３つ以上のスパンを有するハブノードにおいてポートが隣接ノードにより重複して選択されないという制約条件を考慮して、前記特定分類のパスの数を最大化することを目的関数とする混合整数計画問題を解くことを特徴とする分散補償設計システム。
（付記４）
付記１乃至３のいずれか１項記載の分散補償設計システムにおいて、
前記セグメント再構成手段は、ハブノード内で隣接ノードを接続するポート間接続の数が当該ハブノードで許容可能な接続数に等しいという制約条件を考慮して、前記特定分類のパスの数を最大化することを目的関数とする混合整数計画問題を解くことを特徴とする分散補償設計システム。
（付記５）
付記１乃至４のいずれか１項記載の分散補償設計システムにおいて、
前記セグメント再構成手段は、前記特定分類のパスを含むために必要なハブノード内で隣接ノードを接続するポート間接続が選択されている場合には当該特定分類のパスはセグメントに含むことができるという制約条件を考慮して、前記特定分類のパスの数を最大化することを目的関数とする混合整数計画問題を解くことを特徴とする分散補償設計システム。
（付記６）
光ネットワークを複数のリニア状又はリング状のネットワークのセグメントに分割し、
前記光ネットワークの各パスについて、そのパス自身は伝送不可かつそのパス自身を含んでそのパス自身よりも経路の長いパスの中に伝送可能なパスが存在するパスを特定分類のパスとして分類し、
前記特定分類のパスの数を最大化するようにセグメントを再構成し、
再構成されたセグメント内で前記特定分類のパスの数を最小化するように、いずれかのスパンの分散補償量を計算し、
前記光ネットワークにおける前記いずれかのスパンの分散補償量を、前記計算された分散補償量に更新する
ことを特徴とする分散補償設計方法。
（付記７）
付記６記載の分散補償設計方法において、
前記パス分類、前記セグメント再構成及び前記分散補償量計算を繰り返し、
前記光ネットワークにおける前記いずれかのスパンの分散補償量を、前記繰り返し計算された分散補償量のうち、前記特定分類のパスの数を最小化する分散補償量に更新することを特徴とする分散補償設計方法。
（付記８）
付記６又は７記載の分散補償設計方法において、
３つ以上のスパンを有するハブノードにおいてポートが隣接ノードにより重複して選択されないという制約条件を考慮して、前記特定分類のパスの数を最大化することを目的関数とする混合整数計画問題を解くことを特徴とする分散補償設計方法。
（付記９）
付記６乃至８のいずれか１項記載の分散補償設計方法において、
ハブノード内で隣接ノードを接続するポート間接続の数が当該ハブノードで許容可能な接続数に等しいという制約条件を考慮して、前記特定分類のパスの数を最大化することを目的関数とする混合整数計画問題を解くことを特徴とする分散補償設計方法。
（付記１０）
付記６乃至９のいずれか１項記載の分散補償設計方法において、
前記特定分類のパスを含むために必要なハブノード内で隣接ノードを接続するポート間接続が選択されている場合には当該特定分類のパスはセグメントに含むことができるという制約条件を考慮して、前記特定分類のパスの数を最大化することを目的関数とする混合整数計画問題を解くことを特徴とする分散補償設計方法。

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 メモリ装置
１６ 演算処理装置
１７ データベース
１８ システムバス
１９ 記憶媒体

Claims (6)

1. 光ネットワークを複数のリニア状又はリング状のネットワークのセグメントに分割して累積分散の許容範囲を設定するセグメント分割設定手段と、
   前記光ネットワークの各パスについて、そのパス自身は累積分散が前記許容範囲外で伝送不可かつそのパス自身を含んでそのパス自身よりも経路の長いパスの中に累積分散が前記許容範囲内で伝送可能なパスが存在するパスを特定分類のパスとして分類するパス分類手段と、
   前記特定分類のパスが最大数含まれるようにノード間接続を選択してセグメントを再構成するセグメント再構成手段と、
   再構成されたセグメント内で前記特定分類のパスの数を最小化するように、いずれかのスパンの分散補償量を計算する分散補償量計算手段と、
   前記光ネットワークにおける前記いずれかのスパンの分散補償量を、前記分散補償量計算手段により計算された分散補償量に更新する更新手段を
   有することを特徴とする分散補償設計システム。
2. 請求項１記載の分散補償設計システムにおいて、
   前記パス分類手段によるパス分類、前記セグメント再構成手段によるセグメント再構成及び前記分散補償量計算手段による分散補償量計算を繰り返す繰り返し手段を更に有し、
   前記更新手段は、前記光ネットワークにおける前記いずれかのスパンの分散補償量を、前記繰り返し手段による繰り返し計算された分散補償量のうち、前記特定分類のパスの数を最小化する分散補償量に更新することを特徴とする分散補償設計システム。
3. 請求項１又は２記載の分散補償設計システムにおいて、
   前記セグメント再構成手段は、３つ以上のスパンを有するハブノードにおいてポートが隣接ノードにより重複して選択されないという制約条件を考慮して、前記特定分類のパスの数を最大化することを目的関数とする混合整数計画問題を解くことを特徴とする分散補償設計システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項記載の分散補償設計システムにおいて、
   前記セグメント再構成手段は、ハブノード内で隣接ノードを接続するポート間接続の数が当該ハブノードで許容可能な接続数に等しいという制約条件を考慮して、前記特定分類のパスの数を最大化することを目的関数とする混合整数計画問題を解くことを特徴とする分散補償設計システム。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項記載の分散補償設計システムにおいて、
   前記セグメント再構成手段は、前記特定分類のパスを含むために必要なハブノード内で隣接ノードを接続するポート間接続が選択されている場合には当該特定分類のパスはセグメントに含むことができるという制約条件を考慮して、前記特定分類のパスの数を最大化することを目的関数とする混合整数計画問題を解くことを特徴とする分散補償設計システム。
6. 光ネットワークを複数のリニア状又はリング状のネットワークのセグメントに分割して累積分散の許容範囲を設定し、
   前記光ネットワークの各パスについて、そのパス自身は累積分散が前記許容範囲外で伝送不可かつそのパス自身を含んでそのパス自身よりも経路の長いパスの中に累積分散が前記許容範囲内で伝送可能なパスが存在するパスを特定分類のパスとして分類し、
   前記特定分類のパスが最大数含まれるようにノード間接続を選択してセグメントを再構成し、
   再構成されたセグメント内で前記特定分類のパスの数を最小化するように、いずれかのスパンの分散補償量を計算し、
   前記光ネットワークにおける前記いずれかのスパンの分散補償量を、前記計算された分散補償量に更新する
   ことを特徴とする分散補償設計方法。

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