(57)【要約】【課題】ネットワークの総光心線長の最短化を図る。【解決手段】光パス設定装置１によると、設定すべき各λパスに対して経路と波長を、また各Ｓパスに対して経路と波長とスロットを割当てるが、これらを同時に最適化問題を用いて解くことは困難であるので、まず暫定的に経路のみを割当て、次に暫定的に波長（Ｓパスに対してはさらにスロット）を割当てる。こうして得られた光パスの暫定設置状態に対して、次に、経路と波長とスロットの全てを同時に考慮しながら貪欲算法を用いて最適化を図る。【選択図】      図１
2004336199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のノードを有するネットワークのノード間に、同一パスにおいては波長が同一な光パスであるλパスと、同一パスにおいては波長とスロット位置が同一な光パスであるＳパスとを設定する光パス設定装置であって、
必要な伝送帯域をノードペアごとに示した需要行列Ｔと、同一波長の１本のλパスで伝送可能な帯域幅を示す伝送帯域幅Ｃλと、１タイムフレームにおけるスロット数を示すスロット数Ｓとを読み出して、ノードペアごとのλパス数Ｐλｉｊを要素とするλパス数行列Ｐλと、ノードペアごとのＳパス数ＰＳｉｊを要素とするＳパス数行列ＰＳとを演算する光パス数演算手段と、
前記演算されたλパス数行列ＰλとＳパス数行列ＰＳと、リンクの可否をノードペアごとに示した物理網トポロジ行列Ｇ０と、パスを構成するリンクの重みを１とするダイクストラの最小コスト法を用いることにより、各ノードペアに割り当てられた１つの経路を表す要素Ｒｉｊを有する経路行列Ｒを生成する経路行列生成手段と、
前記Ｓパス数行列ＰＳの各要素ＰＳｉｊで示される数分の各Ｓパスを、グラフ彩色問題の解法を用い、当該要素ＰＳｉｊに対応する要素Ｒｉｊで表されたパスをなすリンクごとの光心線番号よりなる光心線番号ベクトルｆＳｉｊ、並びに当該パスに１つ割り当てられた波長番号ｗｉｊ及びスロット番号ＳＳｉｊｋを演算し記憶させることにより設定するＳパス設定手段と、
前記λパス数行列Ｐλの各要素Ｐλｉｊで示される数分の各λパスを、グラフ彩色問題の解法を用い、当該要素Ｐλｉｊに対応する要素Ｒｉｊで表されたパスをなすリンクごとの光心線番号よりなる光心線番号ベクトルｆλｉｊ、並びに当該パスに１つ割り当てられた波長番号ｗλｉｊを演算し記憶させることにより設定するλパス設定手段と
を備えることを特徴とする光パス設定装置。
【請求項２】
空きのある光心線が少なくなるようにリンクごとにかつ波長を単位に、前記演算され記憶された光心線番号ベクトルｆλｉｊおよび／または光心線番号ベクトルｆＳｉｊを変更する第１調整手段を備えることを特徴とする請求項１記載の光パス設定装置。
【請求項３】
ネットワーク全体で空きのある光心線が少なくなるように、前記生成された経路行列Ｒと貪欲算法とを用いて、前記光心線番号ベクトルｆλｉｊ及び波長番号ｗλｉｊで示されるλパスに替わる代替パスについての光心線番号ベクトル及び波長番号、前記光心線番号ベクトルｆＳｉｊ、波長番号ｗＳｉｊ及びスロット番号ＳＳｉｊで示されるＳパスに替わる代替パスについての光心線番号ベクトル、波長番号及びスロット番号を演算し記憶させる第２調整手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の光パス設定装置。
【請求項４】
前記Ｓパス設定手段は、選択されたグラフノードに彩色された色の番号をｃｋ、同一光心線内に多重可能な最大の波長数をＷ、単位時間長におけるスロット数をＳとしたときに、光心線番号ｆｋ、波長番号ｗｋ、スロット番号ｓｋを、
【数１】
2004336199.tif 000016
【外１】
2004336199.tif 000017
により演算することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光パス設定装置。
【請求項５】
前記λパス設定手段は、選択されたグラフノードに彩色された色の番号をｃｋ、同一光心線内に多重可能な最大の波長数をＷとしたときに、光心線番号ｆｋ、波長番号ｗｋを、
【数２】
2004336199.tif 000018
【外２】
2004336199.tif 000019
により演算することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光パス設定装置。
【請求項６】
多数のノードを有するネットワークのノード間に、同一パスにおいては波長が同一な光パスであるλパスと、同一パスにおいては波長とスロット位置が同一な光パスであるＳパスとを設定するときの光パス設定方法であって、
必要な伝送帯域をノードペアごとに示した需要行列Ｔと、同一波長の１本のλパスで伝送可能な帯域幅を示す伝送帯域幅Ｃλと、１タイムフレームにおけるスロット数を示すスロット数Ｓとを読み出して、ノードペアごとのλパス数Ｐλｉｊを要素とするλパス数行列Ｐλと、ノードペアごとのＳパス数ＰＳｉｊを要素とするＳパス数行列ＰＳとを演算する光パス数演算段階と、
前記演算されたλパス数行列ＰλとＳパス数行列ＰＳと、リンクの可否をノードペアごとに示した物理網トポロジ行列Ｇ０と、パスを構成するリンクの重みを１とするダイクストラの最小コスト法を用いることにより、各ノードペアに割り当てられた１つの経路を表す要素Ｒｉｊを有する経路行列Ｒを生成する経路行列生成段階と、
前記Ｓパス数行列ＰＳの各要素ＰＳｉｊで示される数分の各Ｓパスを、グラフ彩色問題の解法を用い、当該要素ＰＳｉｊに対応する要素Ｒｉｊで表されたパスをなすリンクごとの光心線番号よりなる光心線番号ベクトルｆＳｉｊ、並びに当該パスに１つ割り当てられた波長番号ｗｉｊ及びスロット番号ＳＳｉｊｋを演算し記憶させることにより設定するＳパス設定段階と、
前記λパス数行列Ｐλの各要素Ｐλｉｊで示される数分の各λパスを、グラフ彩色問題の解法を用い、当該要素Ｐλｉｊに対応する要素Ｒｉｊで表されたパスをなすリンクごとの光心線番号よりなる光心線番号ベクトルｆλｉｊ、並びに当該パスに１つ割り当てられた波長番号ｗλｉｊを演算し記憶させることにより設定するλパス設定段階と
を備えることを特徴とする光パス設定方法。
【請求項７】
多数のノードを有するネットワークのノード間に、同一パスにおいては波長が同一な光パスであるλパスを設定するときの光パス設定方法であって、
必要な伝送帯域をノードペアごとに示した需要行列Ｔと、同一波長の１本のλパスで伝送可能な帯域幅を示す伝送帯域幅Ｃλと、１タイムフレームにおけるスロット数を示すスロット数Ｓとを読み出して、ノードペアごとのλパス数Ｐλｉｊを要素とするλパス数行列Ｐλを演算する光パス数演算段階と、
前記演算されたλパス数行列Ｐλと、リンクの可否をノードペアごとに示した物理網トポロジ行列Ｇ０と、パスを構成するリンクの重みを１とするダイクストラの最小コスト法を用いることにより、各ノードペアに割り当てられた１つの経路を表す要素Ｒｉｊを有する経路行列Ｒを生成する経路行列生成段階と、
前記λパス数行列Ｐλの各要素Ｐλｉｊで示される数分の各λパスを、グラフ彩色問題の解法を用い、当該要素Ｐλｉｊに対応する要素Ｒｉｊで表されたパスをなすリンクごとの光心線番号よりなる光心線番号ベクトルｆλｉｊ、並びに当該パスに１つ割り当てられた波長番号ｗλｉｊを演算し記憶させることにより設定するλパス設定段階と
を備えることを特徴とする光パス設定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、波長もしくはスロットを単位とする光パスを網全体の光心線長が最小化するように設置する光パス設定装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットのバックボーンを流れるトラヒック量は増加し続けているが、リンクとリンクを繋ぐルータでは、各々のパケットのヘッダを解析し、ルーティングテーブルを検索して目的の出リンクを調べるという作業を電気的に行っているため、ルータの処理能力がネットワーク全体のボトルネックとなり、インターネットがトラヒック量の増大に追随し続けることが困難になってきている。また、ルータの規模増大は、ルータのコストと消費電力の増加を招くため、ネットワークの経済的な構築が困難になってきている。そこで、バックボーンネットワークにトラヒックが流入する入ノードと、トラヒックが流出する出ノード間を、光信号のまま伝送する全光ネットワークが注目されている。
【０００３】
全光ネットワークは、複数の波長を一本の光心線に多重するＷＤＭ技術と、波長を単位に変換処理を行うＯＸＣ技術によって可能になった技術であり、入出ノード間に波長を単位とする光パス（以後、λパスと表記）を設置し、経由ノードでは光信号のまま波長を単位に交換処理を行う。その結果、経由ノードでの処理負荷を低減でき、光電変換装置が不要なため網コストを低減することが可能となる。また光透過性は、任意プロトコル、任意ビットレートの伝送を可能とする。
【０００４】
ところで、波長の伝送帯域は２．５Ｇｂｐｓ  、１０Ｇｂｐｓ  のものが実用化されており、また将来、４０Ｇｂｐｓ  が可能になるものと思われる。全てのノード間に、このような広帯域な伝送資源を使い切れるだけのトラヒック需要は現時点では生じていないことから、全てのノード間にλパスを設置した場合、波長資源の利用効率が悪化する。これはλパスの帯域設定粒度が粗いことから生じる問題であり、一部のノードで光電光変換を行い同一波長に対地の異なるトラヒックを多重すれば解決することが可能となるが、当初の目的であった光透過性が損なわれる。
【０００５】
光透過性を維持したまま、設定帯域粒度の問題を解決する方法としては、時間軸上に連続する同一サイズのタイムフレームを設け、各々のタイムフレームを更に同一サイズのタイムスロットに分割し、タイムスロットを単位に光パスを設置することが有効である。タイムスロットを割当てられた光パス（以後、Ｓパス（Ｓｌｏｔｔｅｄ  パス）と表記）は、連続するタイムフレーム内の、同一位置のタイムスロットを使用することになる。経由ノードでのタイムスロットの時間交換は、安価な光メモリが実用化されていない現状では困難であり、そのためＳパスに対しては同一スロット位置を経由全リンク上で割当てる必要がある。この場合、ノードは単にタイムスロットを単位に経路が切り替わる全光型のＯＸＣで構成可能となる。また、現状では光信号のまま波長を変換する装置は高価であることから、光透過性を維持するためには経由全リンク上で同一波長を用いる必要がある。
【０００６】
なお、グラフ彩色問題の解法であるＤＳＡＴＵＲについては非特許文献１に記載されている。また、光パスの経路は固定で与え、波長の割当て問題のみを考慮したスロット化波長パス網における光パス収容設計法については非特許文献２に記載されている。また、単一光心線を対象としたスロット化波長パス網における光パス収容設計法については非特許文献３に記載されている。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｄ．Ａ．Ｓｃｈｕｐｋｅ，ａｎｄ  Ｄ．Ｓｅｌｌｉｅｒ，“Ｌｉｇｈｔｐａｔｈ  Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ａｎｄ  ｓｔａｔｉｃ  ＷＤＭ  Ｎｅｔｗｏｒｋｓ  ｆｏｒ  ＩＰ  Ｔｒａｆｆｉｃ，”ＩＥＥＥ  ＩＣＣ２００１．
【０００８】
【非特許文献２】
宮本健太郎、原井洋明、村田正幸、宮原秀夫、“ＷＤＭ／ＴＤＭパスネットワークにおける光パス収容設計手法”、信学技報ＳＳＥ９７−１４２、１９９７−１２
【０００９】
【非特許文献３】
Ｎ．Ｈｕａｎｇ，Ｇ．Ｌｉａｗ，ａｎｄ  Ｃ．Ｗａｎｇ，“Ａ  Ｎｏｖｅｌ  Ａｌｌ−Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  ｗｉｔｈ  Ｔｉｍｅ−Ｓｈａｒｅｄ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｃｈａｎｎｅｌｓ．”ＩＥＥＥ  ＪＳＡＣ，Ｖｏｌ．１８，Ｎｏ．１０，ｐｐ．１８６３−１８７５，２０００．
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
波長の帯域を越えるトラヒック量が存在する対地に対しては、全てのトラヒックをＳパスに収容するのではなく、波長帯域に空きが生じない範囲でλパスを設置し、波長帯域に満たない部分をＳパスを設置して収容することが、総光パス数を抑える意味で有効である。そのため、与えられた物理トポロジ（メッシュ）を対象に、与えられた需要マトリクスを満足するよう、λパスとＳパスを設置することになるが、λパスに対しては経路と波長を、Ｓパスに対しては経路と波長とスロットを割当てる必要がある。本発明は、メッシュトポロジにおいて、λパスとＳパスが混在した状態で、各々の光パスをネットワーク全体の総光心線長が最小化するように設計する。また光透過なパスを考える際、クロストーク等の影響で、伝送可能な最大距離に制約を受ける。そこで光パスの最大ホップ数に関して、上限値を制約条件として考慮する。
【００１１】
そこで本発明は、上記の従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ネットワークにおける総光心線長を短くするための光パス設定装置及びその方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するために、請求項１の本発明は、多数のノードを有するネットワークのノード間に、同一パスにおいては波長が同一な光パスであるλパスと、同一パスにおいては波長とスロット位置が同一な光パスであるＳパスとを設定する光パス設定装置であって、必要な伝送帯域をノードペアごとに示した需要行列Ｔと、同一波長の１本のλパスで伝送可能な帯域幅を示す伝送帯域幅Ｃλと、１タイムフレームにおけるスロット数を示すスロット数Ｓとを読み出して、ノードペアごとのλパス数Ｐλｉｊを要素とするλパス数行列Ｐλと、ノードペアごとのＳパス数ＰＳｉｊを要素とするＳパス数行列ＰＳとを演算する光パス数演算手段と、前記演算されたλパス数行列ＰλとＳパス数行列ＰＳと、リンクの可否をノードペアごとに示した物理網トポロジ行列Ｇ０と、パスを構成するリンクの重みを１とするダイクストラの最小コスト法を用いることにより、各ノードペアに割り当てられた１つの経路を表す要素Ｒｉｊを有する経路行列Ｒを生成する経路行列生成手段と、前記Ｓパス数行列ＰＳの各要素ＰＳｉｊで示される数分の各Ｓパスを、グラフ彩色問題の解法を用い、当該要素ＰＳｉｊに対応する要素Ｒｉｊで表されたパスをなすリンクごとの光心線番号よりなる光心線番号ベクトルｆＳｉｊ、並びに当該パスに１つ割り当てられた波長番号ｗｉｊ及びスロット番号ＳＳｉｊｋを演算し記憶させることにより設定するＳパス設定手段と、前記λパス数行列Ｐλの各要素Ｐλｉｊで示される数分の各λパスを、グラフ彩色問題の解法を用い、当該要素Ｐλｉｊに対応する要素Ｒｉｊで表されたパスをなすリンクごとの光心線番号よりなる光心線番号ベクトルｆλｉｊ、並びに当該パスに１つ割り当てられた波長番号ｗλｉｊを演算し記憶させることにより設定するλパス設定手段とを備えることを特徴とする光パス設定装置をもって解決手段とする。
【００１３】
この請求項１の光パス設定装置によれば、必要な伝送帯域をノードペアごとに示した需要行列Ｔと、同一波長の１本のλパスで伝送可能な帯域幅を示す伝送帯域幅Ｃλと、１タイムフレームにおけるスロット数を示すスロット数Ｓとを読み出して、ノードペアごとのλパス数Ｐλｉｊを要素とするλパス数行列Ｐλと、ノードペアごとのＳパス数ＰＳｉｊを要素とするＳパス数行列ＰＳとを演算する光パス数演算手段と、演算されたλパス数行列ＰλとＳパス数行列ＰＳと、リンクの可否をノードペアごとに示した物理網トポロジ行列Ｇ０と、パスを構成するリンクの重みを１とするダイクストラの最小コスト法を用いることにより、各ノードペアに割り当てられた１つの経路を表す要素Ｒｉｊを有する経路行列Ｒを生成する経路行列生成手段と、Ｓパス数行列ＰＳの各要素ＰＳｉｊで示される数分の各Ｓパスを、グラフ彩色問題の解法を用い、当該要素ＰＳｉｊに対応する要素Ｒｉｊで表されたパスをなすリンクごとの光心線番号よりなる光心線番号ベクトルｆＳｉｊ、並びに当該パスに１つ割り当てられた波長番号ｗｉｊ及びスロット番号ＳＳｉｊｋを演算し記憶させることにより設定するＳパス設定手段と、λパス数行列Ｐλの各要素Ｐλｉｊで示される数分の各λパスを、グラフ彩色問題の解法を用い、当該要素Ｐλｉｊに対応する要素Ｒｉｊで表されたパスをなすリンクごとの光心線番号よりなる光心線番号ベクトルｆλｉｊ、並びに当該パスに１つ割り当てられた波長番号ｗλｉｊを演算し記憶させることにより設定するλパス設定手段とを備えるので、ネットワークにおける総光心線長を短くするための光パス設定装置を提供することができる。
【００１４】
また、請求項２の本発明は、空きのある光心線が少なくなるようにリンクごとにかつ波長を単位に、前記演算され記憶された光心線番号ベクトルｆλｉｊおよび／または光心線番号ベクトルｆＳｉｊを変更する第１調整手段を備えることを特徴とする請求項１記載の光パス設定装置をもって解決手段とする。
【００１５】
この請求項２の光パス設定装置によれば、空きのある光心線が少なくなるようにリンクごとにかつ波長を単位に、演算され記憶された光心線番号ベクトルｆλｉｊおよび／または光心線番号ベクトルｆＳｉｊを変更する第１調整手段を備えるので、ネットワークにおける総光心線長をさらに短くすることができる。
【００１６】
また、請求項３の本発明は、ネットワーク全体で空きのある光心線が少なくなるように、前記生成された経路行列Ｒと貪欲算法とを用いて、前記光心線番号ベクトルｆλｉｊ及び波長番号ｗλｉｊで示されるλパスに替わる代替パスについての光心線番号ベクトル及び波長番号、前記光心線番号ベクトルｆＳｉｊ、波長番号ｗＳｉｊ及びスロット番号ＳＳｉｊで示されるＳパスに替わる代替パスについての光心線番号ベクトル、波長番号及びスロット番号を演算し記憶させる第２調整手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の光パス設定装置をもって解決手段とする。
【００１７】
この請求項３の光パス設定装置によれば、ネットワーク全体で空きのある光心線が少なくなるように、経路行列Ｒと貪欲算法とを用いて、光心線番号ベクトルｆλｉｊ及び波長番号ｗλｉｊで示されるλパスに替わる代替パスについての光心線番号ベクトル及び波長番号、光心線番号ベクトルｆＳｉｊ、波長番号ｗＳｉｊ及びスロット番号ＳＳｉｊで示されるＳパスに替わる代替パスについての光心線番号ベクトル、波長番号及びスロット番号を演算し記憶させる第２調整手段を備えるので、ネットワークにおける総光心線長をさらに短くすることができる。
【００１８】
また、請求項４の本発明は、前記Ｓパス設定手段は、選択されたグラフノードに彩色された色の番号をｃｋ、同一光心線内に多重可能な最大の波長数をＷ、単位時間長におけるスロット数をＳとしたときに、光心線番号ｆｋ、波長番号ｗｋ、スロット番号ｓｋを、
【数３】
2004336199.tif 000003
【外３】
2004336199.tif 000004
により演算することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光パス設定装置をもって解決手段とする。
【００１９】
この請求項４の光パス設定装置によれば、Ｓパス設定手段は、選択されたグラフノードに彩色された色の番号をｃｋ、同一光心線内に多重可能な最大の波長数をＷ、単位時間長におけるスロット数をＳとしたときに、光心線番号ｆｋ、波長番号ｗｋ、スロット番号ｓｋを、前記式により演算するので、Ｓパスの光心線番号ｆｋ、波長番号ｗｋ、スロット番号ｓｋを設定することができる。
【００２０】
また、請求項５の本発明は、前記λパス設定手段は、選択されたグラフノードに彩色された色の番号をｃｋ、同一光心線内に多重可能な最大の波長数をＷとしたときに、光心線番号ｆｋ、波長番号ｗｋを、
【数４】
2004336199.tif 000005
【外４】
2004336199.tif 000006
により演算することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光パス設定装置をもって解決手段とする。
【００２１】
この請求項５の光パス設定装置によれば、λパス設定手段は、選択されたグラフノードに彩色された色の番号をｃｋ、同一光心線内に多重可能な最大の波長数をＷとしたときに、光心線番号ｆｋ、波長番号ｗｋを、前記式により演算するので、λパスの光心線番号ｆｋ、波長番号ｗｋを設定することができる。
【００２２】
また、請求項６の本発明は、多数のノードを有するネットワークのノード間に、同一パスにおいては波長が同一な光パスであるλパスと、同一パスにおいては波長とスロット位置が同一な光パスであるＳパスとを設定するときの光パス設定方法であって、必要な伝送帯域をノードペアごとに示した需要行列Ｔと、同一波長の１本のλパスで伝送可能な帯域幅を示す伝送帯域幅Ｃλと、１タイムフレームにおけるスロット数を示すスロット数Ｓとを読み出して、ノードペアごとのλパス数Ｐλｉｊを要素とするλパス数行列Ｐλと、ノードペアごとのＳパス数ＰＳｉｊを要素とするＳパス数行列ＰＳとを演算する光パス数演算段階と、前記演算されたλパス数行列ＰλとＳパス数行列ＰＳと、リンクの可否をノードペアごとに示した物理網トポロジ行列Ｇ０と、パスを構成するリンクの重みを１とするダイクストラの最小コスト法を用いることにより、各ノードペアに割り当てられた１つの経路を表す要素Ｒｉｊを有する経路行列Ｒを生成する経路行列生成段階と、前記Ｓパス数行列ＰＳの各要素ＰＳｉｊで示される数分の各Ｓパスを、グラフ彩色問題の解法を用い、当該要素ＰＳｉｊに対応する要素Ｒｉｊで表されたパスをなすリンクごとの光心線番号よりなる光心線番号ベクトルｆＳｉｊ、並びに当該パスに１つ割り当てられた波長番号ｗｉｊ及びスロット番号ＳＳｉｊｋを演算し記憶させることにより設定するＳパス設定段階と、前記λパス数行列Ｐλの各要素Ｐλｉｊで示される数分の各λパスを、グラフ彩色問題の解法を用い、当該要素Ｐλｉｊに対応する要素Ｒｉｊで表されたパスをなすリンクごとの光心線番号よりなる光心線番号ベクトルｆλｉｊ、並びに当該パスに１つ割り当てられた波長番号ｗλｉｊを演算し記憶させることにより設定するλパス設定段階とを備えることを特徴とする光パス設定方法をもって解決手段とする。
【００２３】
この請求項６の光パス設定方法によれば、必要な伝送帯域をノードペアごとに示した需要行列Ｔと、同一波長の１本のλパスで伝送可能な帯域幅を示す伝送帯域幅Ｃλと、１タイムフレームにおけるスロット数を示すスロット数Ｓとを読み出して、ノードペアごとのλパス数Ｐλｉｊを要素とするλパス数行列Ｐλと、ノードペアごとのＳパス数ＰＳｉｊを要素とするＳパス数行列ＰＳとを演算する光パス数演算段階と、演算されたλパス数行列ＰλとＳパス数行列ＰＳと、リンクの可否をノードペアごとに示した物理網トポロジ行列Ｇ０と、パスを構成するリンクの重みを１とするダイクストラの最小コスト法を用いることにより、各ノードペアに割り当てられた１つの経路を表す要素Ｒｉｊを有する経路行列Ｒを生成する経路行列生成段階と、Ｓパス数行列ＰＳの各要素ＰＳｉｊで示される数分の各Ｓパスを、グラフ彩色問題の解法を用い、当該要素ＰＳｉｊに対応する要素Ｒｉｊで表されたパスをなすリンクごとの光心線番号よりなる光心線番号ベクトルｆＳｉｊ、並びに当該パスに１つ割り当てられた波長番号ｗｉｊ及びスロット番号ＳＳｉｊｋを演算し記憶させることにより設定するＳパス設定段階と、λパス数行列Ｐλの各要素Ｐλｉｊで示される数分の各λパスを、グラフ彩色問題の解法を用い、当該要素Ｐλｉｊに対応する要素Ｒｉｊで表されたパスをなすリンクごとの光心線番号よりなる光心線番号ベクトルｆλｉｊ、並びに当該パスに１つ割り当てられた波長番号ｗλｉｊを演算し記憶させることにより設定するλパス設定段階とを備えるので、ネットワークにおける総光心線長を短くするための光パス設定方法を提供することができる。
【００２４】
また、請求項７の本発明は、多数のノードを有するネットワークのノード間に、同一パスにおいては波長が同一な光パスであるλパスを設定するときの光パス設定方法であって、必要な伝送帯域をノードペアごとに示した需要行列Ｔと、同一波長の１本のλパスで伝送可能な帯域幅を示す伝送帯域幅Ｃλと、１タイムフレームにおけるスロット数を示すスロット数Ｓとを読み出して、ノードペアごとのλパス数Ｐλｉｊを要素とするλパス数行列Ｐλを演算する光パス数演算段階と、前記演算されたλパス数行列Ｐλと、リンクの可否をノードペアごとに示した物理網トポロジ行列Ｇ０と、パスを構成するリンクの重みを１とするダイクストラの最小コスト法を用いることにより、各ノードペアに割り当てられた１つの経路を表す要素Ｒｉｊを有する経路行列Ｒを生成する経路行列生成段階と、前記λパス数行列Ｐλの各要素Ｐλｉｊで示される数分の各λパスを、グラフ彩色問題の解法を用い、当該要素Ｐλｉｊに対応する要素Ｒｉｊで表されたパスをなすリンクごとの光心線番号よりなる光心線番号ベクトルｆλｉｊ、並びに当該パスに１つ割り当てられた波長番号ｗλｉｊを演算し記憶させることにより設定するλパス設定段階とを備えることを特徴とする光パス設定方法をもって解決手段とする。
【００２５】
請求項７の光パス設定方法によれば、必要な伝送帯域をノードペアごとに示した需要行列Ｔと、同一波長の１本のλパスで伝送可能な帯域幅を示す伝送帯域幅Ｃλと、１タイムフレームにおけるスロット数を示すスロット数Ｓとを読み出して、ノードペアごとのλパス数Ｐλｉｊを要素とするλパス数行列Ｐλを演算する光パス数演算段階と、前記演算されたλパス数行列Ｐλと、リンクの可否をノードペアごとに示した物理網トポロジ行列Ｇ０と、パスを構成するリンクの重みを１とするダイクストラの最小コスト法を用いることにより、各ノードペアに割り当てられた１つの経路を表す要素Ｒｉｊを有する経路行列Ｒを生成する経路行列生成段階と、前記λパス数行列Ｐλの各要素Ｐλｉｊで示される数分の各λパスを、グラフ彩色問題の解法を用い、当該要素Ｐλｉｊに対応する要素Ｒｉｊで表されたパスをなすリンクごとの光心線番号よりなる光心線番号ベクトルｆλｉｊ、並びに当該パスに１つ割り当てられた波長番号ｗλｉｊを演算し記憶させることにより設定するλパス設定段階とを備えるので、波長ルーティング光ネットワークにおける総光心線長の最短化を図ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明を適用した光パス設定装置の構成を示す図である。図１（ａ）に示すように、光パス設定装置１は、必要な伝送帯域をノードペアごとに示した需要行列Ｔの記憶された需要行列記憶部１１と、リンクの設定可否をノードペアごとに示した物理網トポロジ行列Ｇ０の記憶された物理網トポロジ行列記憶部１２と、各種の設計パラメータの記憶された設計パラメータ記憶部１３と、これら記憶部に記憶された情報を用いて光パスを設定する光パス設定部１４と、設定された光パスを表示する光パス表示部１５とを備えるコンピュータシステムである。
【００２８】
ここで、光パス設定装置１による光パスの設定手順の概要を説明する。設定すべき各λパスに対して経路と波長を、また各Ｓパスに対して経路と波長とスロットを割当てるが、これらを同時に最適化問題を用いて解くことは困難である。そこでまず暫定的に経路のみを割当て、次に暫定的に波長（Ｓパスに対してはさらにスロット）を割当てる。こうして得られた光パスの暫定設置状態に対して、次に、経路と波長とスロットの全てを同時に考慮しながら貪欲算法を用いて最適化を図る。
【００２９】
本実施の形態で処理の対象となるネットワーク（以下、単にネットワークという）とは、図２に示すような、多数（ノード数をｎとする）のノード（光クロスコネクト装置）を含むメッシュトポロジのバックボーンネットワークである。
【００３０】
なお、本実施の形態においては、ノードを経由しない、すなわち直接的なノード間の接続を「リンク」という言葉で表す。リンク数は、ホップ数とも呼ばれる。例えば、図２のノード３からノード１１間のリンク数（ホップ数）は２である。
【００３１】
一方、「経路」は、起点と終点のノードの間の１つのリンクまたは連続する２以上のリンクにより構成されるものである。また、「ノードペア」とは光パスの起点であるノードと終点であるノードの組を表すときに用いる。
【００３２】
また、本実施の形態において設定されるパスは、同一パスにおいては波長が同一な光パスである「λパス」と、同一パスにおいては波長とスロット位置が同一な光パスである「Ｓパス」に分類される。
【００３３】
「λパス」と「Ｓパス」とだけに分類したのは、ネットワークのノードでは波長の変換、スロット位置の変換いずれも行わないからである。
【００３４】
ただし、複数個設定したλパス同士においては波長が互いに異なるようにしてよい。また、複数個設定したＳパス同士においては波長、スロット位置の一方または双方が異なるようにしてよい。
【００３５】
図１に戻り、光パス設定部１４は、光パスの数を演算するパス数演算手段たる光パス数演算部１４１と、演算された数分の光パスの経路を暫定的に演算する経路行列生成手段たる光経路演算部１４２と、経路以外の設定情報を暫定的に演算するＳパス設定手段及びλパス設定手段たる設定情報演算部１４３と、リンク毎に光心線数を減少させるための設定値の調整を行う第１調整手段たる第１調整部１４４と、ネットワーク全体で光心線数を減少させるための設定値の調整を行う第２調整手段たる第２調整部１４５と、光パスの設定情報等を記憶するデータ記憶部１４６を備える。
【００３６】
需要行列Ｔの要素Ｔｉｊ（１≦ｉ≦ノード数ｎを満たす全ての整数、ｊも同様）は、ノード番号ｉで示される起点のノードｉから、ノード番号ｊで示される終点のノードｊへの伝送に必要とされる伝送帯域であり、本実施の形態では静的なトラヒック量である。
【００３７】
物理網トポロジ行列Ｇ０の要素Ｇ０ｉｊ（１≦ｉ≦ノード数ｎを満たす全ての整数、ｊも同様）、ノードｉとノードｊ間にリンクが設定可能ならば有効に（例えば「１」に）、設定不可能ならば無効に（例えば「０」に）設定されている。
【００３８】
設計パラメータ記憶部１３には、１本のλパスで伝送可能な最大の帯域幅を示す伝送帯域幅Ｃλと、単位時間長（１タイムフレーム）におけるスロット数を示すスロット数Ｓと、同一光心線内に多重可能な最大の波長数を示す多重波長数Ｗと、パスを構成するリンク数の上限値Ｈとが記憶されている。これらパラメータは、ネットワークにおいて共通なので１づつ記憶されている。なお、伝送帯域幅Ｃλは、スロット数Ｓの本数分のＳパスで伝送可能な最大の帯域幅に等しいものである。すなわち、Ｓ本のＳパスと１本のλパスは同一の帯域幅（資源）を消費する。
【００３９】
次に、図３のフローチャートを参照して、光パス設定装置１の動作を説明する。
【００４０】
光パス設定装置１が起動されると、先ず、光パス設定部１４の光パス数演算部１４１は、ノードペアごとのλパス数を要素とするλパス数行列ＰλとノードペアごとのＳパス数を要素とするＳパス数行列ＰＳとを演算する（ステップＳ１）。
【００４１】
すなわち、光パス設定部１４の光パス数演算部１４１は、需要行列記憶部１１から需要行列Ｔを読み出し、設計パラメータ記憶部１３から、伝送帯域幅Ｃλ及びスロット数Ｓを読み出し、需要行列Ｔの各要素Ｔｉｊ（１≦ｉ≦ノード数ｎを満たす全ての整数、ｊも同様）に対し、式（１）及び（２）の演算を行うことで、λパス数行列Ｐλの各要素Ｐλｉｊと、Ｓパス数行列ＰＳの各要素ＰＳｉｊを演算し、データ記憶部１４６に記憶させる。
【００４２】
【数５】
2004336199.tif 000007
【外５】
2004336199.tif 000008
最小の整数を表す。Ｓパスの伝送帯域はλパスの１／Ｓ倍となるため、ＳパスをＳ本設置してもλパスを１本設置しても同量のトラヒックを収容できるが、上記演算を用いたのは、λパスを１本設置した方が総光パス数が少ないからである。
【００４３】
なお、ステップＳ１は、光パス数演算段階に相当する。
【００４４】
次に、光経路演算部１４２は、光パスの経路を暫定的に演算する（ステップＳ２）。
【００４５】
本実施の形態では、各ノードペア間に設定すべき全ての光パス（λパスとＳパス）に対して、経路、波長、スロット（Ｓパスのみ）を決める必要があるが、まず経路のみを割当てる。設置すべき光パス数が与えられているとき、ネットワーク全体で使用する総波長資源量は各光パスの経由ホップ数（光パス長）に存在するが、光パス長が最小のとき、総使用波長資源量も最小となる（ただし、総使用光心線長が最小となるとは限らないため、後で述べる貪欲算法を用いて光パスの経路を修正することにより、総使用光心線長の最小化を図る）。そこで光パス経路を、リンク重みを１とするダイクストラの最小コスト法を用いて暫定的に設定する。
【００４６】
具体的には、経路行列Ｒを生成する。経路行列Ｒの要素Ｒｉｊ（１≦ｉ≦ノード数ｎを満たす全ての整数、ｊも同様）としては、この要素により示される単一のパスがノードを経由しない場合（リンクの場合）は最初に起点のノード番号が、次に終点のノード番号が設定されるだけであり、一方、当該単一のパスがノードを経由する場合は起点のノード番号が最初に終点のノード番号が最後にそして経由するノードのノード番号がその間において経由の順に、すなわちベクトルとして設定される。
【００４７】
換言すれば、経路行列Ｒの要素Ｒｉｊは、当該パスを構成するリンク（ノード同士の直接的な接続）を示していることになる。
【００４８】
ステップＳ２をさらに詳述すると、光経路演算部１４２は、データ記憶部１４６からλパス数行列Ｐλ及びＳパス数行列ＰＳを読み出し、物理網トポロジ行列記憶部１２から物理網トポロジ行列Ｇ０を読み出し、パスを構成するリンクの重みを１とするダイクストラの最小コスト法を適用することにより、経路行列Ｒを生成し、生成した経路行列Ｒをデータ記憶部１４６に記憶させる。
【００４９】
なお、ステップＳ２は、経路行列生成段階に相当する。
【００５０】
次に、光パス割当て資源の暫定設定を行う。
【００５１】
各λパスで用いる波長と、各Ｓパスで用いる波長・スロットを割当てる。各経由ノードで波長変換とタイムスロットの時間交換が可能であれば、波長やスロットを各リンクで独立に、ランダムに割当てれば十分であるが、各光パスは同一の波長、スロットを用いなければならないという制約を考慮している。
【００５２】
このような制約があり、リンクに用意される光心線数が１本である場合には、ネットワーク全体で使用する波長数を最小化する波長資源の割当ては、グラフ彩色問題の解法を用いて行えることが知られている。ただしグラフ彩色問題とは、隣接ノードに同一の色を用いないで、使用する色数が最小となるようにグラフの全てのノードを彩色する問題である。光ネットワークの各光パスを彩色問題中で構成するグラフの各ノードに対応づけることにより、一箇所以上のリンクを共有する光パス間で同一波長を用いないという制約条件を考慮した波長割当てが可能となる。グラフ彩色問題を効率的に解くアルゴリズムとして、ＤＳＡＴＵＲ（Ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）が知られている。
【００５３】
それに先立ち、光経路演算部１４２は、リンク（直接的なノード間の接続）の有無をノードペアごとに示した物理網トポロジ行列Ｇ１を、経路行列Ｒを基に生成する（ステップＳ３）。物理網トポロジ行列Ｇ１の要素Ｇ１ｉｊ（１≦ｉ≦ノード数ｎを満たす全ての整数、ｊも同様）は、ノードｉとノードｊ間に１本以上のλパスまたはＳパスが設定されたならば、すなわちリンクが設定されたならば有効に（例えば「１」に）、設定されなかったならば無効に（例えば「０」に）設定される。
【００５４】
次に、Ｓパスについての設定情報を格納するための３つの行列を生成し初期化する（ステップＳ４）。すなわち、１の光心線番号または連続する複数の光心線番号からなる光心線番号ベクトルを要素として有する行列であって、要素をノード番号ｉ及びｊ（１≦ｉ≦ノード数ｎを満たす全ての整数、ｊも同様）ならびにｋ（ｋ＝１〜Ｓパス数行列ＰＳにおけるｉ及びｊで特定される要素ＰＳｉｊが示す数）で特定できる（光心線番号ベクトルｆＳｉｊｋと表記する）ように構成した光心線番号ベクトル行列ｆＳと、要素として波長番号を有する行列であって、要素を同様にｉ、ｊ及びｋで特定できる（波長番号ｗＳｉｊｋと表記する）ように構成した波長番号行列ｗＳと、要素をスロット番号ｓＳｉｊｋを有する行列であって、要素を同様にｉ、ｊ及びｋで特定できる（スロット番号ｓＳｉｊｋと表記する）ように構成したスロット番号行列ｓＳを生成し、各要素を初期値に設定する。
【００５５】
次に、光パス設定部１４の設定情報演算部１４３が、経由するノードのノード番号を求められた光パスの内のＳパスについての光心線番号と波長番号とスロット番号とをグラフ彩色問題の解法で演算する（ステップＳ５）。なお、ステップＳ５は、Ｓパス設定段階に相当する。
【００５６】
本実施の形態では、リンクに複数の光心線を設定することを想定している。この場合、リンクを共有するλパス間でも、用いる光心線が異なれば、同一の波長を使用することが可能となるため、グラフ彩色問題を適用することができない。そこで便宜上、異なる光心線に属する同一の波長は全て異なる波長として扱う。すなわち、各光パスは経由全リンク上で同一光心線を用いるという制約を設け、光心線・波長の組を一つの色と見なすことにより、グラフ彩色問題の適用を可能とする。このように拡張されたグラフ彩色問題を適用することにより、各λパスに対して同一番号の光心線と同一番号の波長が経路全リンク上で割当てられる。この結果、実際よりも使用する光心線が増加するが、次の使用光心線のパッキング処理により、この問題に対処する。
【００５７】
また、Ｓパスに対しては同時にスロットを割当てる必要があるので、光心線・波長・スロットの組を一つの色と見なし、グラフ彩色問題を適用する。この結果Ｓパスに対しては、同一番号の光心線、同一番号の波長、同一番号のスロットが経由全リンク上で割当てられる。
【００５８】
λパスとＳパスに対しては彩色問題中の色の定義が異なることから、同時にグラフ彩色問題を適用することができない。そこで、まずＳパスに対する光心線・波長・スロット割当てを行い、次に、λパスに対する光心線・波長割当てを行うものとする。
【００５９】
また、同一のノードペア間に設置される複数の光パスについて、グラフＧＣ 上の一つのノードを対応させる。そのため、グラフＧＣ の各ノードには、対応する対地に設置する光パスに等しい数だけの色が彩色される。
【００６０】
図４は、ステップＳ５の詳細フローチャートである。
【００６１】
設定情報演算部１４３は、データ記憶部１４６に記憶されたＳパス数行列ＰＳを読み出し、Ｓパス数行列ＰＳの要素が０でないノードペアのそれぞれに対応づけてグラフ彩色問題で用いるグラフＧＣ のノード（ネットワークのノードと区別するためにグラフノードという）のグラフノード番号を割り当て、当該すべてのグラフノード番号を集合Ｇとしてデータ記憶部１４６に記憶させる（ステップＳ３１）。
【００６２】
次に、グラフＧＣ のパスを作成する（ステップＳ３３）。具体的には、経路行列Ｒを参照し、ステップＳ３１で作成したグラフノードのペアに対応する各要素を読み出し、当該各要素で示されるリンク同士に共通のものが存在すれば、グラフＧＣにおける当該２つのグラフノード間にパス（ネットワークのパスと区別するためにグラフパスという）を設定する、つまり当該グラフノード番号同士を対応づけるという処理を全てのグラフノードのペアについて行う。
【００６３】
次に、ステップＳ３１でグラフノード番号が記憶された全グラフノードの中で既に彩色されたもののグラフノード番号の集合Ａとして当初はグラフノード番号のない集合をデータ記憶部１４６に初期設定する（ステップＳ３５）。
【００６４】
次に、ステップＳ３１で設定された各グラフノードに対して彩色できない色の色番号（１または複数）を対応づけた集合Ｂとして当初はどのグラフノードについても色番号のない集合をデータ記憶部１４６に初期設定する（ステップＳ３７）。
【００６５】
次に、データ記憶部１４６から経路行列Ｒを読み出し、該経路行列Ｒで示されたリンクに対応するリンク番号ｌと光心線番号ｆと波長番号ｗで特定される部分が取り得る未使用（Ｅ）、λパスに割り当て済み（Ｌ）、Ｓパスに割り当て済み（Ｓ）となる状態値を要素ｒｌｆｗとする３次元の状態値行列ｒとして当初は全要素がＥの行列をデータ記憶部１４６に記憶させる（ステップＳ３９）。
【００６６】
次に、グラフＧＣ のグラフノードの中から彩色対象のグラフノードｎ＊を選択する（ステップＳ４１）。ここでは、集合Ａにグラフノード番号がない、つまり彩色が未完了のグラフノードの中で、集合Ｂの該当要素にて色数が最多のもの（複数ある場合には、接続されるリンク数が最大のもの）を１つ特定し、当該グラフノードｎ＊のグラフノード番号を選択する。また、当該グラフノードｎ＊に対応する経路行列Ｒの要素Ｒｉ＊ｊ＊を選択する。
【００６７】
次に、選択した彩色対象のグラフノードｎ＊に対する色番号を選択する（ステップＳ４２）。具体的には、集合Ｂの要素の中から、選択した彩色対象のグラフノードｎ＊に対する要素Ｂ＊を読み出す。また、Ｓパス数行列ＰＳの当該彩色対象のグラフノードｎ＊に対応する要素ＰＳｉ＊ｊ＊（ただし、ｉ＊、ｊ＊  はノードｎ＊  に対応するノードペアの起点側、終点側のノードのノード番号である。）を読み出す。読み出した要素Ｂ＊に含まれない色番号から、色番号の若い順に、読み出した要素ＰＳｉ＊ｊ＊で示される数分の色番号を選択する。かかる色番号は、グラフノードｎ＊に対応するノードペア間に設定される各Ｓパスに対応するものである。
【００６８】
次に、色番号で選択した各Ｓパスに割当てる光心線番号ｆｋ、波長番号ｗｋ、スロット番号ｓｋ（ただし、１≦ｋ≦ＰＳｉ＊ｊ＊を満たす全色番号）を式（３）、（４）及び（５）により演算する（ステップＳ４３）。
【００６９】
【数６】
2004336199.tif 000009
【外６】
2004336199.tif 000010
設定情報演算部１４３は、この演算された各光心線番号ｆｋ、波長番号ｗｋ、スロット番号ｓｋを、光心線番号行列ｆＳ、波長番号行列ｗＳ、スロット番号行列ｓＳそれぞれの該当箇所の光心線番号ベクトル、波長番号、スロット番号として設定する（ステップＳ４４）。なお、光心線番号行列ｆＳの該当光心線番号ベクトルについては、ノードｉから出るリンクに対する光心線番号から、ノードｊに入るリンクに対する光心線番号までの全て光心線番号を当該光心線番号ｆｋに設定する。
【００７０】
次に、ステップＳ３９で選択した経路行列Ｒの要素Ｒｉ＊ｊ＊で特定される各リンク（リンクｌと総称する）に対応する状態値行列ｒの要素を選択し、その中の当該光心線番号ｆｋと波長番号ｗｋとに対応する各要素ｒｌｆｋｗｋの中の状態値Ｅであるものについては状態値Ｓに更新する（ステップＳ４５）。
【００７１】
次に、集合Ａにグラフノードｎ＊  をグラフノード番号を追加する（ステップＳ４７）。次に、グラフノードｎ＊  に隣接する全てのグラフノード（グラフノードｎ＊＊と総称する）のグラフノード番号（グラフノード番号ｎ＊＊と総称する）を読み出し、グラフノード番号ｎ＊＊に含まれる各グラフノード番号に対応する集合Ｂｎの各要素にステップＳ３９で彩色されたＰＳｉ＊ｊ＊個の色の色番号を加える（ステップＳ４９）。
【００７２】
次に、グラフＧＣを更新する（ステップＳ５１）。具体的には、グラフノードｎ＊  とグラフノードｎ＊＊のグラフノード番号を集合Ｇから削除する。
【００７３】
次に、集合Ｇにグラフノード番号が存在する否かを判定する（ステップＳ５３）。ここで、ＹＥＳと判定されたときは、彩色すべきグラフノードが存在することになるので、ステップＳ４１へ戻り、一方でＹＥＳと判定されたときは、すべてのグラフノードが彩色されたことになるので処理を終了させる。
【００７４】
図２に戻り、ステップＳ６では、λパスについての設定情報を格納するための２つの行列を生成し初期化する（ステップＳ６：）。すなわち、１の光心線番号または連続する複数の光心線番号からなる光心線番号ベクトルを要素として有する行列であって、要素をノード番号ｉ（＝１〜ｎ）及びｊ（＝１〜ｎ）ならびにｋ（ｋ＝１〜λパス数行列Ｐλにおけるｉ及びｊで特定される要素Ｐλｉｊが示す数）で特定できる（光心線番号ベクトルｆλｉｊｋと表記する）ように構成した光心線番号行列ｆλと、要素として波長番号を有する行列であって、要素を同様にｉ、ｊ及びｋで特定できる（波長番号ｗλｉｊｋと表記する）ように構成した波長番号行列ｗλと生成し、各要素を初期値に設定する。
【００７５】
次に、光パス設定部１４の設定情報演算部１４３が、経由するノードのノード番号を求められた光パスの内のλパスについての光心線番号と波長番号とをグラフ彩色問題の解法で演算する（ステップＳ７）。なお、ステップＳ７は、λパス設定段階に相当する。
【００７６】
図５は、ステップＳ７の詳細フローチャートである。
【００７７】
設定情報演算部１４３は、データ記憶部１４６に記憶されたλパス数行列Ｐλを読み出し、λパス数行列Ｐλの要素が０でないノードペアのそれぞれに対応づけてグラフ彩色問題で用いるグラフＧＣ のグラフノードのグラフノード番号を割り当て、当該すべてのグラフノード番号を集合Ｇとしてデータ記憶部１４６に記憶させる（ステップＳ６１）。
【００７８】
次に、グラフＧＣ のパスを作成する（ステップＳ６３）。具体的には、経路行列Ｒを参照し、ステップＳ６１で作成したグラフノードのペアに対応する各要素を読み出し、当該各要素で示されるリンク同士に共通のものが存在すれば、グラフＧＣにおける当該２つのグラフノード間にグラフパスを設定する、つまり当該グラフノード番号同士を対応づけるという処理を全てのグラフノードのペアについて行う。
【００７９】
次に、ステップＳ３１でグラフノード番号が記憶された全グラフノードの中で既に彩色されたもののグラフノード番号の集合Ａとして当初はグラフノード番号のない集合をデータ記憶部１４６に初期設定する（ステップＳ６５）。
【００８０】
次に、ステップＳ６１で設定された各グラフノードに対して彩色できない色の色番号（１または複数）を対応づけた集合Ｂとして当初はどのグラフノードについても色番号のない集合をデータ記憶部１４６に初期設定する（ステップＳ６７）。
【００８１】
次に、データ記憶部１４６から経路行列Ｒを読み出し、該経路行列Ｒで示されたリンクに対応するリンク番号ｌと光心線番号ｆと波長番号ｗで特定される部分が取り得る未使用（Ｅ）、λパスに割り当て済み（Ｌ）、Ｓパスに割り当て済み（Ｓ）となる状態値を要素ｒｌｆｗとする３次元の状態値行列ｒとして当初は全要素がＥの行列をデータ記憶部１４６に記憶させる（ステップＳ６９）。
【００８２】
次に、グラフＧＣ のグラフノードの中から彩色対象のグラフノードｎ＊を選択する（ステップＳ７１）。ここでは、集合Ａにグラフノード番号がない、つまり彩色が未完了のグラフノードの中で、集合Ｂの該当要素にて色数が最多のもの（複数ある場合には、接続されるリンク数が最大のもの）を１つ特定し、当該グラフノードｎ＊のグラフノード番号を選択する。また、当該グラフノードｎ＊に対応する経路行列Ｒの要素Ｒｉ＊ｊ＊を選択する。
【００８３】
次に、選択した彩色対象のグラフノードｎ＊に対する色番号を選択する（ステップＳ７２）。具体的には、集合Ｂの要素の中から、選択した彩色対象のグラフノードｎ＊に対する要素Ｂ＊を読み出す。また、λパス数行列Ｐλの当該彩色対象のグラフノードｎ＊に対応する要素Ｐλｉ＊ｊ＊（ただし、ｉ＊、ｊ＊  はノードｎ＊  に対応するノードペアの起点側、終点側のノードのノード番号である。）を読み出す。読み出した要素Ｂ＊に含まれない色番号から、色番号の若い順に、読み出した要素Ｐλｉ＊ｊ＊で示される数分の色番号を選択する。かかる色番号は、グラフノードｎ＊に対応するノードペア間に設定される各λパスに対応するものである。
【００８４】
次に、色番号で選択した各λパスに割当てる光心線番号ｆｋ、波長番号ｗｋ（ただし、１≦ｋ≦ＰＳｉ＊ｊ＊を満たす全色番号）を式（６）及び（７）により演算する（ステップＳ７３）。
【００８５】
【数７】
2004336199.tif 000011
【外７】
2004336199.tif 000012
設定情報演算部１４３は、この演算された各光心線番号ｆｋ、波長番号ｗｋを、光心線番号行列ｆλ、波長番号行列ｗλそれぞれの該当箇所の光心線番号ベクトル、波長番号として設定する（ステップＳ７４）。なお、光心線番号行列ｆλの該当光心線番号ベクトルについては、ノードｉから出るリンクに対する光心線番号から、ノードｊに入るリンクに対する光心線番号までの全て光心線番号を当該光心線番号ｆｋに設定する。
【００８６】
次に、ステップＳ４９で選択した経路行列Ｒの要素Ｒｉ＊ｊ＊で特定される各リンク（リンクｌと総称する）に対応する状態値行列ｒの要素を選択し、その中の当該光心線番号ｆｋと波長番号ｗｋとに対応する各要素ｒｌｆｋｗｋの中の状態値Ｅであるものについては状態値Ｌに更新する（ステップＳ７５）。
【００８７】
次に、集合Ａにグラフノードｎ＊  をグラフノード番号を追加する（ステップＳ７７）。次に、グラフノードｎ＊  に隣接する全てのグラフノード（グラフノードｎ＊＊と総称する）のグラフノード番号（グラフノード番号ｎ＊＊と総称する）を読み出し、グラフノード番号ｎ＊＊に含まれる各グラフノード番号に対応する集合Ｂｎの各要素にステップＳ７９で彩色されたＰＳｉ＊ｊ＊個の色の色番号を加える（ステップＳ７９）。
【００８８】
次に、グラフＧＣを更新する（ステップＳ８１）。具体的には、グラフノードｎ＊  とグラフノードｎ＊＊のグラフノード番号を集合Ｇから削除する。
【００８９】
次に、集合Ｇにグラフノード番号が存在する否かを判定する（ステップＳ８３）。ここで、ＹＥＳと判定されたときは、彩色すべきグラフノードが存在することになるので、ステップＳ７１へ戻り、一方でＹＥＳと判定されたときは、すべてのグラフノードが彩色されたことになるので処理を終了させる。
【００９０】
図２に戻り、続いては、第１調整部１４４が光心線の適正化（便宜的にパッキングという）を行う（ステップＳ８）。
【００９１】
設定情報演算部１４３は、グラフ彩色問題の適用を可能にするため、各々の光パスをなす全リンク上で同一の光心線を用いるという制約を加え、λパスに対しては光心線番号と波長番号の、Ｓパスに対しては光心線番号と波長番号とスロット番号の割当てを行った。
【００９２】
しかし実際には、経由リンク上で同一光心線を用いる必要はなく、必要以上に光心線を使用する割当てとなっている。
【００９３】
そこで第１調整部１４４は、光パスの経路、波長番号、スロット番号を変更することなく、各々のリンクで独立に、光心線番号をより若い番号に変更する（パッキング）ことにより、同一経路・波長・スロット上における光パスの適正化を図る。
【００９４】
図６（ａ）に示すように、資源を波長と光心線の二次元で表示した場合、グラフ彩色問題のＤＳＡＴＵＲ法により資源が光パスに割当てられた状態では、未使用資源が散在した状態となっている。各光パスは経由リンクごとに任意の光心線を使用できることから、図６（ａ）で光パスが収容されている場所を、縦方向には任意に移動させることができる。使用光心線を適正化し、使用光心線数を最小化するためには、例えば番号の若い光心線に、光パスを集中させればよい。
【００９５】
具体的には、第１調整部１４４は、状態値行列ｒの１つの要素ｒｌｆｗを読み出し、これが状態値ＬもしくはＳであるときは、状態値行列ｒの光心線番号だけが若い（リンク番号と波長番号については同一な）要素ｒｌｆ＊ｗの（ｆ＊＜ｆ）を読み出し、これが状態値Ｅである場合は、要素ｒｌｆｗに状態値Ｅを設定し、要素ｒｌｆ＊ｗには要素ｒｌｆｗの元の状態値ＬもしくはＳを設定する。
【００９６】
そして、第１調整部１４４は、光心線番号ベクトル行列ｆλおよび／または光心線番号ベクトル行列ｆＳの該当箇所を更新する。これにより、ノードｉから出るリンクに対する光心線番号から、ノードｊに入るリンクに対する光心線番号までの全て光心線番号が同一でなくなる。
【００９７】
そして、第１調整部１４４は、リンク番号と波長番号とが同一な状態値行列ｒの要素について、このような状態値の交換ができなくなるまで当該処理を繰り返す。
【００９８】
また、第１調整部１４４は、上記リンク番号と波長番号で特定される処理を当該リンク番号と他の各波長番号についても行う。その結果、図６（ｂ）に示すように、当該リンク番号で特定されるリンクにおいては、若い光心線番号の光心線に光パスが集約される。
【００９９】
そして、第１調整部１４４は、上記リンク番号で特定されるリンクについての処理を他の全てのリンク番号についても行う。
【０１００】
図３に戻り、続いては、第２調整部１４５が、貪欲算法により総光心線長の最短化を行う（ステップＳ９）。
【０１０１】
これまでの処理では、光パスの経路を最短ホップ経路で固定的に設定している。しかし、光パスの経路も含めてパス設計の最適化を図ることにより、総光心線長の更なる短縮が可能となる。
【０１０２】
そこで、これまでの処理により設定された光パスの設置値を貪欲算法を用いて最適化する。すなわち、使用波長数の少ない光心線を通る光パスに、使用光心線が増加しない範囲で他の経路・資源を割当てることにより、光心線を削減する。
この際、代替経路・資源の探索を再配置対象光パスの各々に対して独立して行うため、同一のノードペア間の光パスであっても異なる経路が割当てられる場合もある。
【０１０３】
図７は、ステップＳ９の詳細フローチャートである。
【０１０４】
先ず、第２調整部１４５は、物理網トポロジ行列Ｇ１の有効要素数をカウントし、その結果をリンク数Ｌとして記憶させる（ステップＳ１００）。
【０１０５】
次に、第２調整部１４５は、状態値行列ｒの要素の中の同一リンク番号で特定される要素の中の状態値がＬまたはＳであるもの（要素ｒ１と総称する）を選択し、要素ｒ１のそれぞれを特定する光心線番号の中の最大の光心線番号を選択し、要素ｒ１の中の当該選択した最大の光心線番号で特定されるもの（要素ｒ２と総称する）を選択し、要素ｒ２を特定する波長番号の数（波長番号数）をカウントし、このカウント処理までを全てのリンク番号について行うことにより、各リンク番号と該リンク番号で選択された最大の光心線番号とカウントされた波長番号数とからなる列を有する対応表Ｋを生成する（ステップＳ１０１）。例えば、図５（ｂ）のリンクでは、最大の光心線番号は「３」で、波長番号数は「２」である。
【０１０６】
次に、対応表Ｋの列を波長番号数によりソートする（ステップＳ１０３）。また、カウンタｋをｋ＝１に初期化する。
【０１０７】
次に、第２調整部１４５は、前記ソートされた列の中から波長番号数がｋ番目に少ない列に含まれるリンク番号（リンク番号ｌという）と光心線番号（光心線番号Ｆｌという）とを選択する（ステップＳ１０５）。リンク番号ｌと光心線番号Ｆｌで特定される光心線が削除対象である。
【０１０８】
次に、第２調整部１４５は、その削除対象の光心線を使用している各λパスを特定する各要素から成る集合Ｑλと、その削除対象の光心線を使用している各Ｓパスを特定する各要素から成る集合ＱＳ  を生成する（ステップＳ１０７）。
【０１０９】
次に、第２調整部１４５は、集合Ｑλに波長番号を格納された各λパスを対象に代替経路・波長を探索する（ステップＳ１０９）。なお、代替経路・波長の探索は、集合Ｑλに含まれる全ての要素を対象に、ホップ数の大きな順で行う。
【０１１０】
具体的には、Ｗ本の各波長の各波長番号を対象に、当該リンク番号ｌのリンクの重みを（Ｆｌ−Ｘｌｗ）−１としたダイクストラの最小コスト法を用いて最小コスト経路を探索する。
【０１１１】
ただし、Ｘｌｗは、状態値行列ｒの要素の中のリンク番号ｌで特定される要素の中の状態値がＬまたはＳであるものの数とし、経路のホップ数は上限値Ｈ以下とする。
【０１１２】
そして得られた経路の中で、コストが最小となる波長の波長番号と当該得られた経路を記憶する。なお、経路は、起点のノード番号が最初に終点のノード番号が最後にそして経由するノードのノード番号がその間において経由の順に記載されたベクトルとして記憶される。
次に、第２調整部１４５は、集合ＱＳ  に含まれるＳパスを対象に代替経路・波長・スロットを探索する（ステップＳ１１１）。なお、代替経路・波長・スロットの探索は、集合ＱＳ に含まれる全ての要素を対象に行う（順序については考慮しない）。
【０１１３】
具体的には、Ｗ本の各波長の各波長番号とＳ個の各スロットｓのスロット番号の組み合わせを対象に、当該リンクｌの重みを、Ｙｌｗ ＞Ｚｌｗｓのときは（Ｙｌｗ−Ｚｌｗｓ）−１とし、Ｙｌｗ ＝Ｚｌｗｓのときは（Ｆｌ−Ｘｌｗ）−１としたダイクストラの最小コスト法を用いて最小コスト経路を探索する。
【０１１４】
ただし、Ｘｌｗは、状態値行列ｒの要素の中のリンク番号ｌで特定される要素の中の状態値がＬまたはＳであるものの数とし、また、Ｙｌｗは、状態値行列ｒの要素の中のリンク番号ｌで特定される要素の中の状態値がＳであるものの数とし、Ｚｌｗｓは、状態値行列ｒの要素の中のリンク番号ｌで特定される要素の中の状態値がＳであるものに対して割り当てられたスロット番号の数とし、経路のホップ数は上限値Ｈ以下とする。
【０１１５】
すなわち代替経路・資源を探索する際、既にスロット化された波長資源を優先して使用することを考え、そのような波長が存在しない場合にのみ、未使用の波長の使用を試みる。
【０１１６】
そして得られた経路の中で、コストが最小となる波長の波長番号とスロットのスロット番号と当得られた該経路（前述のようにベクトルとして）を記憶する。
【０１１７】
次に、第２調整部１４５は、集合ＱλとＱＳ  に含まれる要素に対応する全ての光パスに対して代替経路・資源が発見できたか否かを判定する（ステップＳ１１３）。ＹＥＳと判定されたときは、各種行列を更新する（ステップＳ１１５）。
【０１１８】
具体的には、先ず、経路行列ＲにステップＳ１０９で記憶したλパスについての１つの代替の経路を示す要素を加え、該加えた要素に関連づけて心線番号行列ｆλに当該記憶した経路に応じた要素を加え、当該加えた要素に関連づけて波長番号行列ｗλにステップＳ１０９で記憶した波長番号を示す要素を加え、これをステップＳ１０９で記憶した全て経路について行う。
【０１１９】
また、経路行列ＲにステップＳ１１１で記憶した１つのＳパスについての代替の経路を示す要素を加え、該加えた要素に関連づけて心線番号行列ｆＳに当該記憶した経路に応じた要素を加え、当該加えた要素に関連づけて波長番号行列ｗＳにステップＳ１１１で記憶した波長番号を示す要素を加え、当該加えた要素に関連づけてスロット番号行列ｓＳにステップＳ１１１で記憶したスロット番号を示す要素を加え、これをステップＳ１１１で記憶した全て経路について行う。
【０１２０】
また、経路行列Ｒにおいて当該代替経路が見つけられた経路を示す要素を削除し、心線番号行列ｆλ、波長番号行列ｗλ、心線番号行列ｆＳ、波長番号行列ｗＳ、スロット番号行列ｓＳに当該削除した要素に対応するものがあればこれも削除する。
【０１２１】
次に、ステップＳ５と同様のパッキングを行い（ステップＳ１１７）、ステップＳ１０３へ戻る。
【０１２２】
一方、ステップＳ１１３でＮＯと判定された（一本でも代替経路・資源が確保できない光パスがある場合）には、カウンタｋがリンク数Ｌに達しているなら処理を終了し（ステップＳ１１９：ＮＯ）、カウンタｋがリンク数Ｌに達していないならば、カウンタｋ＝ｋ＋１として、ステップＳ１０７へ戻る。
【０１２３】
そして、最後に光パス設定情報１５が、これまで演算されデータ記憶部１４６に記憶された光パスの設定情報を光パス設定部１４から受け取り、所定の表示態様にしたがって表示する（ステップＳ１０）。
【０１２４】
次に、波長ルーティングネットワークへの光パス設定装置１の適用について説明する。
【０１２５】
光パス設定装置１では、波長資源の一部をタイムスロット化し、トラヒックを波長を単位として設置するλパスか、タイムスロットを単位に設置するＳパスのいずれかに収容することを前提としてきた。しかし、タイムスロット化を図らず、全てのトラヒックを波長単位に設置した波長パスにのみ収容する、波長ルーティングネットワークへも、光パス設定装置１を適用することが可能である。
【０１２６】
このような波長パスのみにトラヒックを収容する場合を対象とした場合の処理の変更点についてまとめる。
【０１２７】
ステップＳ１では、光パス設定部１４の光パス数演算部１４１は、需要行列記憶部１１から需要行列Ｔを読み出し、設計パラメータ記憶部１３から、伝送帯域幅Ｃλ及びスロット数Ｓを読み出し、需要行列Ｔの各要素Ｔｉｊ（１≦ｉ≦ノード数ｎを満たす全ての整数、ｊも同様）に対し、式（８）の演算を行い、λパス数行列Ｐλの各要素Ｐλｉｊとを演算し、データ記憶部１４６に記憶させる。
【０１２８】
【数８】
2004336199.tif 000013
【外８】
2004336199.tif 000014
【０１２９】
ステップＳ４及び５を行わずに、ステップＳ６へ進む。
【０１３０】
ステップＳ８等では、第１調整部１４４は、状態値行列ｒの１つの要素ｒｌｆｗを読み出し、これが状態値Ｌであるときは、状態値行列ｒの光心線番号だけが若い（リンク番号と波長番号については同一な）要素ｒｌｆ＊ｗの（ｆ＊＜ｆ）を読み出し、これが状態値Ｅである場合は、要素ｒｌｆｗに状態値Ｅを設定し、要素ｒｌｆ＊ｗには状態値Ｌを設定する。
【０１３１】
ステップＳ９の詳細フローチャートのステップＳ１０７では、集合Ｑλのみを生成し、ステップＳ１１１を行わず、ステップＳ１１３では集合Ｑλに含まれる要素に対応する全ての光パスに対して代替経路・資源が発見できたか否かを判定する。
【０１３２】
次に、光パス設定装置１の性能評価の結果を説明する。
【０１３３】
本発明の有効性を確認するために行った、計算機シミュレーションによる性能評価について述べる。図２に評価で用いた網トポロジ（日本列島のバックボーンＮＷモデル）を示す。また、各ノードｎが収容する人口Ｕｎ を表１にまとめる。ここでは、ノード間に発生するトラヒック量は、人口の積に比例するものとする。すなわち、図８の表に示したノードｎの人口Ｕｎ  を用いて、入出ノードペアｉ，ｊ間のトラヒック量ｔｉｊを、式（９）により設定する。ただし、Ｖをネットワーク全体のトラヒック量とする。
【０１３４】
【数９】
2004336199.tif 000015
比較モデルとして、以下の三つを考える。
【０１３５】
λ−ＮＷ  波長ルーティング光ネットワークであり、全てのトラヒックを波長を単位とする光パス（λパス）に収容する。
【０１３６】
λＳ−ＮＷ  タイムスロット化された光ネットワークであり、トラヒックを、λパスもしくはタイムスロットを単位とするパス（Ｓパス）に収容する。ただし、フレーム内スロット数を３２とする。
【０１３７】
ＯＥＯ−ＮＷ  全てのノードで光電光変換を行い、パケット単位の交換処理を実施する。一本の波長資源上には、複数の対地のトラヒックが統計多重される。ただし、トラヒックの転送経路は、各々の入出ノードペアに対してリンク重みを１とするダイクストラの最小コスト法で算出した最短ホップ経路を固定的に用いるものとする。
【０１３８】
以下に、シミュレーションを用いたパラメータ設定値をまとめる。
【０１３９】
・波長の伝送帯域：Ｃλ＝１０Ｇｂｐｓ
・光パスの許容ホップ数上限値：Ｈ＝６
・ネットワーク全体のトラヒック量：次の二つの場合を想定
−  Ｖ＝５Ｔｂｐｓ  ：現状モデル（高速（１Ｍｂｐｓ  ）ユーザ８００万人、超高速（３０Ｍｂｐｓ  ）ユーザ２０万人、同時接続率０．４）
−  Ｖ＝７０Ｔｂｐｓ  ：普及モデル（高速（５Ｍｂｐｓ  ）ユーザ１０００万人、超高速（３０Ｍｂｐｓ  ）ユーザ５００万人、同時接続率０．４）
図９に、横軸を多重波長数Ｗ、縦軸を総光心線長としたシミュレーション結果を示す。Ｗが小さな場合、波長資源の利用効率が特性に大きな影響を与えるため、Ｖが小さい時のλＳ−ＮＷに対する優位性が大きくなる。しかしＶが大きくなれば、λパスの設定帯域粒度の問題は緩和されるため、両方式の差異は小さくなる。
【０１４０】
Ｗが大きな場合、波長資源よりも光心線の利用効率向上が、総光心線長に与える影響が大きくなるが、本発明は貪欲算法により積極的に使用光心線の削減を図る結果、ＯＥＯ−ＮＷと比較して良好な特性を示している。現状でも１６０波多重のＷＤＭが商用化されており、１０００波多重までの多重波長数増加の見通しがあることから、貪欲算法により光心線の利用効率を向上させる本発明の有効性が確認された。
【０１４１】
なお、上記説明した処理を実行させるコンピュータプログラムは、半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、磁気テープなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納したり、インターネットなどの通信網を介して伝送させて、広く流通させることができる。
【０１４２】
【発明の効果】
本発明によれば、必要な伝送帯域をノードペアごとに示した需要行列Ｔと、同一波長の１本のλパスで伝送可能な帯域幅を示す伝送帯域幅Ｃλと、１タイムフレームにおけるスロット数を示すスロット数Ｓとを読み出して、ノードペアごとのλパス数Ｐλｉｊを要素とするλパス数行列Ｐλと、ノードペアごとのＳパス数ＰＳｉｊを要素とするＳパス数行列ＰＳとを演算する光パス数演算手段と、演算されたλパス数行列ＰλとＳパス数行列ＰＳと、リンクの可否をノードペアごとに示した物理網トポロジ行列Ｇ０と、パスを構成するリンクの重みを１とするダイクストラの最小コスト法を用いることにより、各ノードペアに割り当てられた１つの経路を表す要素Ｒｉｊを有する経路行列Ｒを生成する経路行列生成手段と、Ｓパス数行列ＰＳの各要素ＰＳｉｊで示される数分の各Ｓパスを、グラフ彩色問題の解法を用い、当該要素ＰＳｉｊに対応する要素Ｒｉｊで表されたパスをなすリンクごとの光心線番号よりなる光心線番号ベクトルｆＳｉｊ、並びに当該パスに１つ割り当てられた波長番号ｗｉｊ及びスロット番号ＳＳｉｊｋを演算し記憶させることにより設定するＳパス設定手段と、λパス数行列Ｐλの各要素Ｐλｉｊで示される数分の各λパスを、グラフ彩色問題の解法を用い、当該要素Ｐλｉｊに対応する要素Ｒｉｊで表されたパスをなすリンクごとの光心線番号よりなる光心線番号ベクトルｆλｉｊ、並びに当該パスに１つ割り当てられた波長番号ｗλｉｊを演算し記憶させることにより設定するλパス設定手段とを備えるので、ネットワークにおける総光心線長を短くするための光パス設定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した光パス設定装置の構成を示す図である。
【図２】本実施の形態の処理の対象となるネットワークを示す図である。
【図３】図１に示す光パス設定装置１の動作を示すフローチャートである。
【図４】ステップＳ５の詳細フローチャートである。
【図５】ステップＳ７の詳細フローチャートである。
【図６】ステップＳ８の処理を説明するための図である。
【図７】ステップＳ９の詳細フローチャートである。
【図８】光パス設定装置１の性能評価で用いたトラヒック量を求めるための人口を示す表である。
【図９】光パス設定装置１の性能評価の結果を示す図である。
【符号の説明】
１…光パス設定装置
１１…需要行列記憶部
１２…物理網トポロジ行列記憶部
１３…設計パラメータ記憶部
１４…光パス設定部
１５…光パス表示部
１４１…光パス数演算部
１４２…光経路設定部
１４３…パラメータ設定部
１４４…第１調整部
１４５…第２調整部
１４６…中間データ記憶部
Ｃλ…伝送帯域幅
Ｓ…スロット数
Ｈ…リンク数の上限値
Ｐλ…λパス数行列
ＰＳ…Ｓパス数行列
Ｔ…需要行列
Ｇ０，Ｇ１…物理網トポロジ行列
Ｒ…経路行列
Ｗ…多重波長数
ｆλ，ｆＳ…光心線番号ベクトル行列
ｗλ，ｗＳ…波長番号行列
ｓＳ…スロット番号行列
ｒ…状態値行列
【図１】
2004336199.tif 000020
【図２】
2004336199.tif 000021
【図３】
2004336199.tif 000022
【図４】
2004336199.tif 000023
【図５】
2004336199.tif 000024
【図６】
2004336199.tif 000025
【図７】
2004336199.tif 000026
【図８】
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【図９】
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