(57)【要約】【課題】光信号を光のまま波長単位に交換する光ネットワークにおいて光クロスコネクト装置を構成するにあたり、光ネットワーク全体の構築コストを低減することを目的としたものである。【解決手段】従来の光クロスコネクト装置が波長単位の交換処理を行っていたのに対し、心線単位と波長単位の交換処理を行う第１の光クロスコネクト装置（ＯＸＣ−Ａ）と心線単位のみの交換処理を行う第２の光クロスコネクト装置（ＯＸＣ−Ｂ）を新たに設け、更に、光ネットワークにおける第１及び第２の光クロスコネクト装置の有機的な配置関係を決定することにより、心線コストと光クロスコネクト装置コスト間のトレードオフを図ることができるため、光ネットワーク全体の構築コストを低減するという効果を奏する。【選択図】　　　図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を光のまま波長単位に交換する光ネットワークにおいて光クロスコネクト装置を構成するにあたり、コンピュータによって前記光クロスコネクト装置の配置を決定する方法であって、
心線との波長単位の交換をサポートする第１の光クロスコネクト装置と心線単位の交換のみをサポートする第２の光クロスコネクト装置の有機的な配置関係を決定することを特徴とするコンピュータによる光クロスコネクト装置の配置決定方法。
【請求項２】
前記第１の光クロスコネクト装置は、一部のコアノードを、通過心線パスについては心線単位の交換処理を行い、終端心線パスについては各波長への分離処理後、波長単位の交換処理を行い、新たに心線パスへ波長多重を行う機能を持たせたものであることを特徴とする請求項１に記載の光クロスコネクト装置の配置決定方法。
【請求項３】
前記第２の光クロスコネクト装置は、前記第１の光クロスコネクト装置を有するコアノードを除く他の全てのコアノードを、心線単位のクロスコネクト機能のみを持たせたものであることを特徴とする光クロスコネクト装置の配置決定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の光クロスコネクト装置の配置決定方法であって、
全てのエッジノードを波長パスを心線パスに統合する機能を前記第２の光クロスコネクト装置に付加したものとし、全てのコアノードを前記第２の光クロスコネクト装置とし、同一発着エッジノード間の波長パスを同一心線パスに統合することを特徴とする光クロスコネクト装置の配置決定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の光クロスコネクト装置の配置決定方法であって、
前記第２の光クロスコネクト装置を採用している各コアノードを前記第１の光クロスコネクト装置に置換したときのコストの変化量を計算し、コストの減少量が最大となる第２の光クロスコネクト装置を第１の光クロスコネクト装置に置換することにより、光心線パスの分離・統合を行うという処理を全てのコアノードについて繰り返し、全てのコアノードを第１の光クロスコネクト装置とすることを特徴とする光クロスコネクト装置の配置決定方法。
【請求項６】
請求項４に記載の光クロスコネクト装置の配置決定方法であって、
前記第２の光クロスコネクト装置を採用している各コアノードを前記第１の光クロスコネクト装置に置換したときのコストの変化量を計算し、コストの減少量が最大となる第２の光クロスコネクト装置を第１の光クロスコネクト装置に置換することにより、光心線パスの分離・統合を行うという処理をコストが減少しなくなるまで繰り返し、第１及び第２の光クロスコネクト装置が混在するネットワーク形態を設計することを特徴とする光クロスコネクト装置の配置決定方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の光クロスコネクト装置の配置決定方法であって、
前記第２の光クロスコネクト装置を前記第１の光クロスコネクト装置に置換する際に、前記第２の光クロスコネクト装置を通過する光心線パスの中で、全波長資源を使用中のものについてはそのままのパス形態を維持し、空き波長資源を有するものについて、前記第２の光クロスコネクト装置でパスを分離し、経路を共有する部分について光心線の統合を図ることを特徴とする光クロスコネクト装置の配置決定方法。
【請求項８】
光信号を光のまま波長単位に交換する光ネットワークにおいて光クロスコネクト装置を構成するにあたり、コンピュータによって前記光クロスコネクト装置の配置を決定する光クロスコネクト装置の配置決定装置であって、
心線との波長単位の交換をサポートする第１の光クロスコネクト装置と心線単位の交換のみをサポートする第２の光クロスコネクト装置の有機的な配置関係を決定する配置決定手段を有することを特徴とする光クロスコネクト装置の配置決定装置。
【請求項９】
光信号を光のまま波長単位に交換する光ネットワークにおいて光クロスコネクト装置を構成するにあたり、コンピュータによって前記光クロスコネクト装置の配置を決定する光クロスコネクト装置の配置決定装置で用いられるプログラムであって、
コンピュータに、心線との波長単位の交換をサポートする第１の光クロスコネクト装置と心線単位の交換のみをサポートする第２の光クロスコネクト装置の有機的な配置関係を決定する配置決定手段として機能させるための光クロスコネクト装置の配置決定装置用プログラム。
【請求項１０】
光信号を光のまま波長単位に交換する光ネットワークにおいて光クロスコネクト装置を構成するにあたり、コンピュータによって前記光クロスコネクト装置の配置を決定する光クロスコネクト装置の配置決定装置で用いられるプログラムを記録した記録媒体であって、
コンピュータに、心線との波長単位の交換をサポートする第１の光クロスコネクト装置と心線単位の交換のみをサポートする第２の光クロスコネクト装置の有機的な配置関係を決定する配置決定手段として機能させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な光クロスコネクト装置の配置決定装置用記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交換単位の異なる光クロスコネクト装置（ＯＸＣ：Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｒｏｓｓ−ｃｏｎｎｅｃｔ）をネットワーク全体のコストが最小化するように配置する光クロスコネクトシステム構成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ネットワークは伝送媒体であるリンクと、複数のリンクを結び交換処理を行うノードから構成される。ネットワークを流れるトラヒック量の増大に対応するため、複数の波長を多重して一本の光心線上で伝送する波長多重技術が開発されたことにより、リンクの伝送容量は飛躍的に向上した。しかしノードにおいて光信号を一旦電気信号に変え、パケット単位で交換するという従来の交換処理では、ノード部分がネットワークの高速大容量化のボトルネックとなる。そこで、ノードにおいて、パケット単位の電気的な交換処理を行うのではなく、事前に設定した波長パスを単位に回線交換的に光信号のまま交換処理を行う光クロスコネクト装置（ＯＸＣ）が注目されている。
【０００３】
ＯＸＣには様々な形態があるが、光信号のまま交換処理を行う形態としては、大規模化が比較的容易なＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ）が有望視されている。ＭＥＭＳでは微小なミラーを多数配置することにより、任意の入力光・出力光間の交換処理を実現する。しかし光装置は高価であり、またスイッチ規模が多重波長数、入出力リンク数の積に比例して増大することから、今後ネットワークの規模が増大し、交流トラヒック量が増加するにつれ、ＯＸＣのスイッチ規模を抑えることが重要になる。
【０００４】
その解決法の一つとして、波長を単位に交換処理を行うのではなく、複数の連続する波長を束ねた波長群の単位で交換を行うことが提案されている。例えば１本の光心線に８０波長が多重されていて、波長群の大きさを８波長とした場合、波長単位で交換を行う場合には１心線に対して８０個のＯＸＣポートが必要となるが、波長群単位で交換すれば、１心線に対する必要ポート数は１０個に抑えられる。波長群単位の交換処理は、入力光信号を波長多重分離装置（ＡＷＧ：Ａｒｒａｙｅｄ−ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｇｒａｔｉｎｇ）を用いて波長単位に分離する代わりに、連続波長の分離が可能なＡＷＧを用いて波長群単位に分離することで可能となる。また、光パス設定の柔軟性を高めるためにはＯＸＣにおいて波長変換装置（ＷＣ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）が必要になるが、連続波長一括変換器を用いることにより、波長群単位の波長変換も可能である。
【０００５】
ただし、全ての光パスを波長群単位で提供すると、需要の少ないリンクにおいては未使用波長の多数含まれる波長群が発生するため、波長資源の利用効率が悪化し、必要光心線数が増加する。そのため、波長群と波長、もしくは光心線と波長群と波長という、複数のレベルの交換処理を同一ＯＸＣにおいてサポートすることが提案されている。
【０００６】
波長群の概念を導入し、ＯＸＣにおいて、光心線・波長群・波長という三つのレベルの交換処理をサポートすることにより、必要ＯＸＣポート数を大幅に抑えることが可能となる。しかし波長や波長群単位での交換処理を実現するためには、ＯＸＣにおいて、各入出力心線に対してＡＷＧを用意する必要がある。また波長・波長群パス設定の柔軟性を高めるためには、交換を行う各波長や波長群に対してＷＣを用意することになる。
【０００７】
これら高価なＡＷＧやＷＣの導入を避け、さらなるコスト低減を図るためには、光心線単位で交換を行うこと（ＦＸＣ：Ｆｉｂｅｒ　Ｃｒｏｓｓ−ｃｏｎｎｅｃｔ）が有効である。ＦＸＣでは、入力光心線をそのまま心線単位で任意の出力ポートに交換するため、ＡＷＧやＷＣが全く不要であり、また波長群や波長のための交換ポートも不要であるためＯＸＣのコストを最小化することが可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ネットワークの全てのノードをＦＸＣで構築した場合、経由ノードでの心線の多重・分離が全く行えず、波長の利用効率が悪化し、必要光心線数が増大するため、光ネットワーク全体のコストが増大する。
【０００９】
本発明は上述した事情を鑑みてなされたものであり、光信号を光のまま波長単位に変換する光ネットワークにおいて、光ネットワーク全体の構築コストを低減することを目的としたものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、光信号を光のまま波長単位に交換する光ネットワークにおいて光クロスコネクト装置を構成するにあたり、コンピュータによって前記光クロスコネクト装置の配置を決定する方法であって、心線との波長単位の交換をサポートする第１の光クロスコネクト装置と心線単位の交換のみをサポートする第２の光クロスコネクト装置の有機的な配置関係を決定することを特徴とするコンピュータによる光クロスコネクト装置の配置決定方法である。
【００１１】
請求項２に係る発明は、前記第１の光クロスコネクト装置は、一部のコアノードを、通過心線パスについては心線単位の交換処理を行い、終端心線パスについては各波長への分離処理後、波長単位の交換処理を行い、新たに心線パスへ波長多重を行う機能を持たせたものであることを特徴とする請求項１に記載の光クロスコネクト装置の配置決定方法である。
【００１２】
請求項３に係る発明は、前記第２の光クロスコネクト装置は、前記第１の光クロスコネクト装置を有するコアノードを除く他の全てのコアノードを、心線単位のクロスコネクト機能のみを持たせたものであることを特徴とする光クロスコネクト装置の配置決定方法である。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項３に記載の光クロスコネクト装置の配置決定方法であって、全てのエッジノードを波長パスを心線パスに統合する機能を前記第２の光クロスコネクト装置に付加したものとし、全てのコアノードを前記第２の光クロスコネクト装置とし、同一発着エッジノード間の波長パスを同一心線パスに統合することを特徴とする光クロスコネクト装置の配置決定方法である。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の光クロスコネクト装置の配置決定方法であって、前記第２の光クロスコネクト装置を採用している各コアノードを前記第１の光クロスコネクト装置に置換したときのコストの変化量を計算し、コストの減少量が最大となる第２の光クロスコネクト装置を第１の光クロスコネクト装置に置換することにより、光心線パスの分離・統合を行うという処理を全てのコアノードについて繰り返し、全てのコアノードを第１の光クロスコネクト装置とすることを特徴とする光クロスコネクト装置の配置決定方法である。
【００１５】
請求項６に係る発明は、請求項４に記載の光クロスコネクト装置の配置決定方法であって、前記第２の光クロスコネクト装置を採用している各コアノードを前記第１の光クロスコネクト装置に置換したときのコストの変化量を計算し、コストの減少量が最大となる第２の光クロスコネクト装置を第１の光クロスコネクト装置に置換することにより、光心線パスの分離・統合を行うという処理をコストが減少しなくなるまで繰り返し、第１及び第２の光クロスコネクト装置が混在するネットワーク形態を設計することを特徴とする光クロスコネクト装置の配置決定方法である。
【００１６】
請求項７に係る発明は、請求項５又は６に記載の光クロスコネクト装置の配置決定方法であって、前記第２の光クロスコネクト装置を前記第１の光クロスコネクト装置に置換する際に、前記第２の光クロスコネクト装置を通過する光心線パスの中で、全波長資源を使用中のものについてはそのままのパス形態を維持し、空き波長資源を有するものについて、前記第２の光クロスコネクト装置でパスを分離し、経路を共有する部分について光心線の統合を図ることを特徴とする光クロスコネクト装置の配置決定方法である。
【００１７】
請求項８に係る発明は、光信号を光のまま波長単位に交換する光ネットワークにおいて光クロスコネクト装置を構成するにあたり、コンピュータによって前記光クロスコネクト装置の配置を決定する光クロスコネクト装置の配置決定装置であって、心線との波長単位の交換をサポートする第１の光クロスコネクト装置と心線単位の交換のみをサポートする第２の光クロスコネクト装置の有機的な配置関係を決定する配置決定手段を有することを特徴とする光クロスコネクト装置の配置決定装置である。
【００１８】
請求項９に係る発明は、光信号を光のまま波長単位に交換する光ネットワークにおいて光クロスコネクト装置を構成するにあたり、コンピュータによって前記光クロスコネクト装置の配置を決定する光クロスコネクト装置の配置決定装置で用いられるプログラムであって、コンピュータに、心線との波長単位の交換をサポートする第１の光クロスコネクト装置と心線単位の交換のみをサポートする第２の光クロスコネクト装置の有機的な配置関係を決定する配置決定手段として機能させるための光クロスコネクト装置の配置決定装置用プログラムである。
【００１９】
ここで、本発明における「プログラム」とは、配置決定装置（コンピュータ）による処理に適した命令の順番付けられた列からなるものをいい、コンピューターのＨＤＤ、ＣＤ−ＲＷ等にインストールされているものや、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＦＤ（フロッピー（登録商標）ディスク）、半導体メモリ、コンピュータのＨＤＤ等の各種記録媒体に記録されているものや、インターネット等を介して配信されるものも含まれる。
【００２０】
請求項１０に係る発明は、光信号を光のまま波長単位に交換する光ネットワークにおいて光クロスコネクト装置を構成するにあたり、コンピュータによって前記光クロスコネクト装置の配置を決定する光クロスコネクト装置の配置決定装置で用いられるプログラムを記録した記録媒体であって、コンピュータに、心線との波長単位の交換をサポートする第１の光クロスコネクト装置と心線単位の交換のみをサポートする第２の光クロスコネクト装置の有機的な配置関係を決定する配置決定手段として機能させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な光クロスコネクト装置の配置決定装置用記録媒体である。
【００２１】
ここで、「記録媒体」とは、配置決定装置（コンピュータ）で各処理を実行するためのプログラムの読み取りに使用することができればよく、情報を媒体の物理的特性を利用してどのように記録するか等の物理的な記録方法には依存しない。例えば、ＦＤ、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｒ、ＲＷ）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（ＲＡＭ、Ｒ、ＲＷ）、半導体メモリ、ＭＯ、ＭＤ、磁気テープ等が該当する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
【００２３】
１．まず、本実施形態に係るＯＸＣの配置決定装置（コンピュータ）を使用してＯＸＣの配置を決定する方法について、（１）前提条件、（２）ＯＸＣ機能、（３）ＯＸＣ構成方法の順に説明する。
【００２４】
（１）前提条件
（ｉ）ネットワーク
上位層に対してデータの送受を行うエッジノードと、光パスの中継機能のみを有するコアノードから構成される。図１に示すような任意トポロジの光ネットワークを考える。静的なトラヒック需要が任意エッジノードペア間に対して波長を単位に与えられるものとする。需要量は対称である必要はなく、同一エッジノード間の各々の方向に対して、異なる量もしくは同量のトラヒック需要を想定する。光ネットワーク内では電気変換されることなく、光のまま変換される。
【００２５】
（ｉｉ）ルーティング
各エッジノード間に光パスを設定する際の経路はダイクストラの最小ホップ法で算出したものを固定的に用いるものとする。同一エッジノードペア間には一本の経路のみを考え、複数の経路上に複数の光パスを設置することは考えない。
【００２６】
（ｉｉｉ）エッジノード
ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）等の上位レイヤ（Ｌａｙｅｒ）から受信した電気信号は、そのパケットが属する光パスの波長の光信号に変換され、光レイヤに渡される。また、光レイヤから上位レイヤにデータを渡す際には、再度電気信号に変換される。上位レイヤと光レイヤ間のデータ送受は全て、波長を単位に実施されるものとする。また、エッジノードにおいて全ての心線パスは上位レイヤに終端されるものとし、通過する心線パスや、心線パス間の乗り換えは行われないものとする。
【００２７】
（ｉｖ）コスト構成
光心線、ＯＸＣ（ＭＥＭＳ）スイッチングポート、ＡＷＧ、ＷＣ、の四つをコスト構成要素とする。光心線コストは距離に比例すると考えられるが、ここでは簡単のため、１リンクあたりのコストＣｆを距離によらず一定として考える。また、ＯＸＣスイッチのポート単価をＣｐ、ＡＷＧ単体一個の価格をＣａｗｇ、ＷＣの波長あたりの単価をＣｗｃとする。リンクの長さを平均２００ｋｍ程度とすると、現状のコスト比はおおよそ、Ｃｆ：Ｃｐ：Ｃａｗｇ：Ｃｗｃ＝１：１：３０：１となる。しかし今後、光心線のコスト低下度合いに比べて、光装置のコストは大きく低減していくことが予想されることから、コストパラメータθを導入し、Ｃｆ＝１、Ｃｐ＝θ、Ｃａｗｇ＝３０θ、Ｃｗｃ＝θと仮定することにより、以後、心線コストを１単位とする正規化コスト値でコストを評価するものとする。
【００２８】
（２）ＯＸＣ機能
ここでは、コアノードに用いる二つのＯＸＣ構成、即ち、第１のＯＸＣの一例としてのＯＸＣ−Ａと、第２のＯＸＣの一例としてのＯＸＣ−Ｂ、そしてエッジノードの機能について各々説明する。
【００２９】
図２に、光心線単位の交換のみをサポートするＯＸＣ−Ｂの構成図を示す。ただし、ＮＰは通過光心線パスの本数を表す。ＯＸＣ−Ｂでは波長単位の交換が行えず、光パスが終端されないことから、ＦＸＣに入出力する全ての光パスは通過光心線パスとなる。ＯＸＣ−Ｂは心線単位の交換のみを提供するため、光パスが静的であれば、ジャンパスイッチ等を用いて手動で交換処理を行うことも可能であり、非常に低コストで実現することができる。しかし、動的に光パスを設定することも考慮して、任意心線ポート間の交換が可能となるＭＥＭＳ構成を想定する。
【００３０】
ＯＸＣ−ＢにおけるＯＸＣポートコスト、ＡＷＧコスト、ＷＣの波長当たりのコストを各々、ＣＢ，ｐ、ＣＢ，ａｗｇ、ＣＢ，ｗｃとすると、
ＣＢ，ｐ＝２θＮｐ　　　　　　　　（１）
ＣＢ，ａｗｇ＝０　　　　　　　　　　（２）
ＣＢ，ｗｃ＝０　　　　　　　　　　（３）
となる。
【００３１】
次に、図３に、光心線単位と波長単位の交換をサポートするＯＸＣ−Ａの構成図を示す。ＮＰは通過光心線パスの本数を、ＮＤはこのＯＸＣを終点とする光心線パスの本数を、ＮＳはこのＯＸＣを始点とする光心線パスの本数を、ＮＷＤはＮＤの光心線パスに含まれる波長のうち実際に使用されているものの本数を、ＮＷＳはＮＳの光心線パスに含まれる波長のうち実際に使用されているものの本数を、各々を表す。ＮＰ＋ＮＤ本の入力心線のうち、通過するＮＰを除いたＮＤが、ＦＸＣ１１により波長単位のクロスコネクトスイッチ（ＷＸＣ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ　Ｃｒｏｓｓ−ｃｏｎｎｅｃｔ）１２に導かれる。これらＮＤの心線各々に対して、波長分離のためのＡＷＧ１３１が用意される。分離された波長はＷＣ１４によって波長変換された後、ＷＸＣ１２により所望の出線に交換され、ＡＷＧ１３２により心線に多重される。これらＮＳ本の心線は、このＯＸＣ−Ａを始点とする新しい光心線パスであり、再度ＦＸＣに入力された後、ＮＰ＋ＮＳ本の出線のいずれかに交換出力される。ＯＸＣ−Ａにおいて波長に分離され、心線パス間の乗り換えが行われる場合にも、ＷＣ１４により任意の波長への変換が可能であるため、同一波長を使用するという制約は考える必要がない。
【００３２】
ＯＸＣ−ＡにおけるＯＸＣポートコスト、ＡＷＧコスト、ＷＣの波長あたりのコストを各々、ＣＡ，ｐ、ＣＡ，ａｗｇ、ＣＡ，ｗｃとすると、
ＣＡ，ｐ＝２θ（ＮＰ＋ＮＳ＋ＮＤ）＋θＮＷＳ＋θＮＷＤ　　　　　（４）
ＣＡ，ａｗｇ＝３０θ（ＮＳ＋ＮＤ）　　　　　　　　　　　　　（５）
ＣＡ，ｗｃ＝θＮＷＤ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６）
となる。
【００３３】
最後に、エッジノードの構成図を図５に示す。ここでは全ての心線パスが終端されると仮定しているため、波長単位の交換処理は行われない。
【００３４】
エッジノードにおけるＯＸＣポートコスト、ＡＷＧコスト、ＷＣの波長あたりのコストを各々、ＣＥ，ｐ、ＣＥ，ａｗｇ、ＣＥ，ｗｃとすると、
ＣＥ，ｐ＝２θ（ＮＳ＋ＮＤ）　　　　　　　　　　　　　　（７）
ＣＥ，ａｗｇ＝３０θ（ＮＳ＋ＮＤ）　　　　　　　　　　　　（８）
ＣＥ，ｗｃ＝０　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（９）
となる。
【００３５】
（３）ＯＸＣ構成方法
各々のコアノードについて、ＯＸＣ−ＡかＯＸＣ−Ｂの任意の構成が可能である。そこでまず、全てのコアノードをＯＸＣ−Ｂに適用した場合について考える。この場合、中継ノードにおいて光心線パスの分離・結合ができないため、同一発着エッジノードの波長パスのみが同一心線パスに統合される。統合可能な波長パスが限られるため、心線の多重波長数Ｍに対して、実際に使用される波長資源が少なく、多くが無駄になる問題がある。
【００３６】
図６（ａ）に、エッジノードＥ１→Ｅ３と、Ｅ２→Ｅ４に、各々波長パス需要がある場合の心線パス設置例を示す。二つの心線パスはコアノードＣ１→Ｃ３間は同一リンクを通るため、従来の波長パス単位の収容であれば同一心線に入れることが可能であるが、コアノードがＯＸＣ−Ｂである場合、心線パス間の統合ができないため、各々が独立した心線に収容される。その結果、ＯＸＣ装置コストは大きく低減できるものの、心線コストの増加が懸念される。
【００３７】
そこで次に、中継ノードでの心線パスの分離・統合が可能になるＯＸＣ−Ａを、全てのコアノードに適用した場合を考える。図６（ｂ）に、やはりエッジノードＥ１→Ｅ３と、Ｅ２→Ｅ４に各々、波長パス需要がある場合の心線パス設置例を示す。コアノードＣ１とＣ３において心線パスの統合・分離が可能となるため、心線パスを、Ｅ１→Ｃ１、Ｅ２→Ｃ１、Ｃ１→Ｃ３、Ｃ３→Ｅ３、Ｃ３→Ｅ４に設置し、Ｃ１→Ｃ３間の必要心線数を従来の波長パス収容形態と同様のレベルまで減らすことができ、心線コストの上昇を抑えることが可能となる。しかし一方、ＯＸＣ−ＡはＯＸＣ−Ｂでは不要であった多くの光装置が必要になるため、ノードコストは全ＯＸＣ−Ｂ形態と比較して上昇する。
【００３８】
図４に、全ＯＸＣ−Ｂ形態と全ＯＸＣ−Ａ形態の特徴をまとめる。このように、全てのコアノードをＯＸＣ−Ａにした場合はＯＸＣコストが問題になり、逆に、全てのコアノードをＯＸＣ−Ｂにした場合は心線コストが問題になる。よって、最適なネットワーク構成はＯＸＣ−ＡとＯＸＣ−Ｂが混在する形態になるものと思われる。混在比率を適切に調節することにより、心線コストとＯＸＣコスト間のトレードオフを図り、光ネットワーク全体のコストを最小化することが期待できる。
【００３９】
本実施形態では、貪欲法に基づいたヒューリスティックな解法により、光ネットワーク全体のコストＣを最小化するＯＸＣ−ＡとＯＸＣ−Ｂの有機的な配置関係を決定し、混在比率を決定する。この最適化問題は、以下のように定式化される。ただしＡをコアノードのうちＯＸＣ−Ａの集合、ＢをコアノードのうちＯＸＣ−Ｂの集合とする。また、コアノード数をＮＣとし、コアノードｎの種別を表す変数をＴｎとする。コアノードｎがＯＸＣ−ＡであるときＴｎ＝１となり、ＯＸＣ−ＢであるときＴｎ＝０となる。
【００４０】
［入力］
・ネットワークトポロジ
・エッジノード間の需要マトリクス：Ｄｉｊ
・光心線と光装置のコスト：Ｃｆ，Ｃｐ，Ｃａｗｇ，Ｃｗｃ
［出力］
最適ＯＸＣ種別：Ｔｎ
［目的］
ネットワーク全体のコスト最小化：ｍｉｎＣ
以下、貪欲法による最適化手順について述べる。
【００４１】
（Ｉ）全てのエッジノード間に最短ホップ経路を設定する。同一発着エッジノード間の波長パスは、設定した同一の経路を通るものとする。
【００４２】
（ＩＩ）同一発着ノード間の波長パス需要を心線パス単位に統合する。エッジノードｉとエッジノードｊ間のパス需要Ｄｉｊ（単位は波長数）と、心線の多重波長数Ｍを用いて、ｉ，ｊ間に設置される心線パス数は
【数１】
2004072238.tif 000003
となる。
【００４３】
（ＩＩＩ）全コアノードをＢに加え、Ａを空集合に初期化し、Ｔｎ＝０，（１≦ｎ≦ＮＣ）とする。
【００４４】
（ＩＶ）Ｂに含まれる各ノードｎについて、ＯＸＣ−Ａに置換した場合のコスト変化量ΔＣｎを計算する。この際、光心線パスをどのように分離・統合するかが問題となるが、本発明では以下の考えに従うものとする。
【００４５】
（ａ）コアノードｎをＯＸＣ−Ａに置換する場合、ｎを通過する全ての心線パスが分離・統合の対象となり得るが、心線に多重されているＭ波長の全てが使用されている心線パスについてはｎにおいて分離せず、そのままのパス形状を維持する。これは、全ての波長が使用されている心線パスについては、経由ノードにおいて波長単位の交換を行ってもそれ以上の心線利用率向上は図れず、むしろ、パス分離に伴う光装置コストの上昇分だけ総コストが増加するため、パス形状を維持した方が有利となるためである。
【００４６】
（ｂ）ｎを通過する心線パスのうち、未使用波長が１以上あるものについては、ｎにおいて分離する。この結果、もとの心線パスはｎを境界とする二つの心線パスとなる。
【００４７】
（ｃ）ｎにおいて分離された複数の心線パスのうち、同一発（着）ノードをもつものが複数ある場合には、それらをより少数の心線パスに統合する。例えば、そのような心線パスがｋ本あり、各々の使用波長がＵｋである場合（１≦Ｕｋ＜Ｍ）、これらの心線パスは、
【数２】
2004072238.tif 000004
本の心線パスに適合可能である。
【００４８】
（ｄ）心線パスの分離を行っても、心線数が低減しない（すなわち、（ｃ）でｋ′＝ｋとなる）場合も、（ｂ）で示した心線パスの分離を行うものとする。これは、心線パス長を短くしておくことにより、将来、他のノードをＯＸＣ−Ａに置換する場合に統合できる心線数をより増やすためである。
【００４９】
心線パスの分離・統合処理の例を、図７に示す。図７では、二つのエッジノードＥ１、Ｅ２、そして四つのコアノードＣ１〜Ｃ４（Ｃ１のみＯＸＣ−Ａで他はＯＸＣ−Ｂ）から成るネットワークの一部において、ノードＣ３をＯＸＣ−Ａに置換する場合を示している。置換前の状態（ａ）では、Ｐ１（Ｃ１→Ｅ１）、Ｐ２（Ｃ１→Ｅ２）、Ｐ３（Ｅ２→Ｅ１）の三つの心線パスが存在する。ただし、Ｐ１には二つの心線パスが含まれており、多重波長数Ｍ＝１０に対して、各々、１０本と３本の波長が使用されているものとする。同様に、Ｐ２には使用波長数が１０本と５本の二つの心線パスが含まれており、Ｐ３には使用波長数が７本の一つの心線パスが含まれているとする。
【００５０】
Ｃ３をＯＸＣ−Ａに置換することにより、図７（ｂ）に示すように、Ｐ１のうち全波長が使用されている心線パスはそのままの形状が維持されるが、未使用波長が７本含まれる心線パスはＣ３において、Ｐ１ａとＰ１ｂという二つの心線パスに分離される。同様に、Ｐ２のうち未使用波長が５本含まれる心線パスは、Ｐ２ａとＰ２ｂに分離され、Ｐ３はＰ３ａとＰ３ｂに分離される。
【００５１】
分離されたＰ１ａとＰ２ａは同一発着ノードであり同一経路を通るため統合可能であり、図７（ｃ）に示すようにＰ４に統合される。同様に、Ｐ１ｂとＰ３ｂはＰ５に統合される。
【００５２】
このように、ＯＸＣ−Ｂ形態のコアノードの一つをＯＸＣ−Ａに置換することにより、置換ノードの必要ＯＸＣポート数、ＡＷＧ数、ＷＣ数は増加するが、心線統合が図れた心線パスが経由するノードの必要ＯＸＣポート数と、必要心線数を削減することができる。これら全てを考慮したコスト増減量ΔＣｎを、式（１）〜（９）を用いて算出する。そして、ΔＣｎが最小となるノードｎ＊を得る。
【００５３】
（Ｖ）ΔＣｎ＊≧０であれば、コストが減少するノードが存在しないので終了する。さもなければ、ノードｎ＊をＯＸＣ−Ａに置換し（Ｔｎ＊＝１）、Ａ，Ｂを更新する。Ｂ＝φならば終了し、さもなければ（ＩＶ）へ進む。
【００５４】
図８は、ＯＸＣ−ＡとＯＸＣ−Ｂの配置をコンピュータにより決定する際のアルゴリズムを示している。このアルゴリズムは、ＯＸＣ−Ｂを採用している各コアノードを前記ＯＸＣ−Ａに置換したときのコストの変化量を計算し、コストの減少量が最大となるＯＸＣ−ＢをＯＸＣ−Ａに置換することにより、光心線パスの分離・統合を行うという処理をコストが減少しなくなるまで繰り返し、ＯＸＣ−Ａ及びＯＸＣ−Ｂが混在する光ネットワーク形態の設計を示している。
【００５５】
図８に示すように、最小ホップ法を用いた経路設定を行う（ステップＳ１）。そして、「Ａ（斜体）＝φ，Ｂ（斜体）＝｛全コアノード｝」により、全コアノードをＯＸＣ−Ｂに初期化する。
【００５６】
次に、上記Ｂ（斜体）に含まれている各ノードｎについて、ＯＸＣ−Ａに置換したときの、コスト増減量ΔＣｎを計算する（ステップＳ３）。ここでは、ＯＸＣ−ＢをＯＸＣ−Ａに置換する際に、ＯＸＣ−Ｂを通過する光心線パスの中で、全波長資源を使用中のものについてはそのままのパス形態を維持し、空き波長資源を有するものについて、ＯＸＣ−Ｂでパスを分離し、経路を共有する部分について光心線の統合を図る。そして、ΔＣｎ＊が最小となるノードｎ＊を選択する（ステップＳ４）。
【００５７】
次に、ΔＣｎ＊＜０であるか否かを判断する（ステップＳ５）。そして、ΔＣｎ＊＜０の場合には（Ｙ）、「Ａ（斜体）＝Ａ（斜体）＋｛ｎ＊｝，Ｂ（斜体）＝Ｂ（斜体）−｛ｎ＊｝」により、ノードｎ＊をＯＸＣ−Ａに置換する（ステップＳ６）。
【００５８】
次に、Ｂ（斜体）＝φであるか否かを判断する（ステップＳ７）。そして、Ｂ（斜体）＝φである場合には（Ｙ）、このアルゴリズムが終了する。一方、Ｂ（斜体）＝φでない場合には（Ｎ）、上記ステップＳ３から再度処理を行う。
【００５９】
ところで、上記ステップＳ５において、ΔＣｎ＊＜０でない場合には（Ｎ）、上記ステップＳ６，Ｓ７の処理を省略してアルゴリズムが終了する。
【００６０】
２．次に、シミュレーション結果について説明する。
【００６１】
（１）評価条件
図１に示した、２４個のコアノード、９個のエッジノードから成るメッシュトポロジのネットワークを用いて計算機シミュレーションを実施した。前述したように、光心線と光装置コストをＣｆ＝１，Ｃｐ＝θ、Ｃａｗｇ＝３０θ、Ｃｗｃ＝θと設定した。また、心線あたりの多重波長数Ｗを８０とし、エッジノード間の需要を０．５Ｄ〜１．５Ｄの均一分布（平均はＤ）でランダムに与えた試行を１００回行い、その平均値をプロットする。
【００６２】
（２）ＯＸＣ−ＡとＯＸＣ−Ｂの混合形態による性能比較
図４に示したように、全てのコアノードをＯＸＣ−Ａで構成するとＯＸＣコストが、全てのコアノードをＯＸＣ−Ｂで構成すると心線コストが、各々問題になると考えられる。これらの特性を定量的に確認するために、コストパラメタをθ＝１．０とし、平均需要量Ｄ（単位は波長数）を変化させたときの、（ｉ）全ＯＸＣ−Ａ構成、（ｉｉ）全ＯＸＣ−Ｂ構成、の各々について必要となる光心線数を図９、ＯＸＣポート数を図１１、ＡＷＧ数を図１２、ＷＣ数を図１３に、各々示す。
【００６３】
ただし、ＯＸＣ−Ａへの置換を一度も行わずに提案アルゴリズムを終了することにより全ＯＸＣ−Ｂの光ネットワーク構成を得た。即ち、全てのエッジノードを波長パスを心線パスに統合する機能を前記ＯＸＣ−Ｂに付加したものとし、全てのコアノードをＯＸＣ−Ｂとし、同一発着エッジノード間の波長パスを同一心線パスに統合することで光ネットワークの構成を得た。この場合、図８に示すフローチャートにおいて、ステップＳ２の後にステップＳ３に進まず終了することになる。
【００６４】
また、全てのコアノードがＯＸＣ−Ａになるまで置換処理を繰り返すことにより全ＯＸＣ−Ａの光ネットワーク構成を得た。即ち、ＯＸＣ−Ｂを採用している各コアノードをＯＸＣ−Ａに置換したときのコストの変化量を計算し、コストの減少量が最大となるＯＸＣ−ＢをＯＸＣ−Ａに置換することにより、光心線パスの分離・統合を行うという処理を全てのコアノードについて繰り返し、全てのコアノードをＯＸＣ−Ａとすることで光ネットワークの構成を得た。この場合、図８に示すフローチャートにおいて、ステップＳ５を省略し、ステップＳ７においてＢ（斜体）＝φとなるまでステップＳ３に戻って繰り返し処理を行い、全てのコアノードをＯＸＣ−Ａとする。
【００６５】
図９に示すように、必要心線数は需要の増加と共に増加するが、全ての領域において、全（Ａｌｌ）ＯＸＣ−Ｂの必要心線数は、全ＯＸＣ−Ａのそれを大きく上回ることがわかる。ところで、全ＯＸＣ−Ｂ構成の場合、同一対地間の波長パスのみが同一心線パスに統合される。そのため、多重波長数Ｗ＝８０に達するまでは需要を増加させても、必要心線数は一定の値となっている。
【００６６】
図１１〜１３に示すように、全ＯＸＣ−Ａの必要光装置数は、全ＯＸＣ−Ｂのそれを大きく上回っていることがわかる。特に、波長パス数単位で装置が必要となるＯＸＣポートとＷＣは、その差が顕著である。
【００６７】
以上のことから、コアノードをＯＸＣ−Ａか、ＯＸＣ−Ｂの、どちらか一方のみで構成した場合、心線コスト、もしくはＯＸＣコストの増大が問題となることがわかる。本発明はＯＸＣ−ＡとＯＸＣ−Ｂを混在させることで、心線コストとＯＸＣコストのトレードオフを図り、全てのコアノードをＯＸＣ−Ａや、全てのコアノードをＯＸＣ−Ｂで構成した場合と比較して、ネットワーク全体のコスト低減を図る。
【００６８】
図１０に、コストパラメタθ＝１．０，０．１，０．０１に対し、平均需要Ｄを１〜２５６の範囲で変化させた場合に、本実施形態のＯＸＣの構成アルゴリズムを用いて算出したＯＸＣ−Ａ配置状態における、全コアノードに占めるＯＸＣ−Ａの割合（単位は％）を示す。また、（ｉ）全ＯＸＣ−Ａ形態、（ｉｉ）全ＯＸＣ−Ｂ形態、（ｉｉｉ）提案方式、の総コストを、図１４，１５，１６に示す。
【００６９】
需要が小さな場合、ＯＸＣ−Ｂのみでは波長資源の利用効率が悪く、ＯＸＣ−Ａの導入により心線パスを統合し、必要心線数を削減することが有効になる。また、θの減少に伴い心線コストがＯＸＣコストよりも割高になるため、心線パスの統合により心線コストを低減する全ＯＸＣ−Ａの全ＯＸＣ−Ｂに対するコストメリットが増加する。これらの特性から、低需要かつコストパラメタθの小さな領域では、ＯＸＣ−Ａを多数配置した形態が最適となり、図１０に示すように本実施形態におけるＯＸＣ−Ａの配備比率は上昇する。一方、需要が大きな場合や、θが大きくＯＸＣコスト比率が高い場合には、ＯＸＣ−Ｂを多数配置する形態が最適となり、ＯＸＣ−Ａの配備比率は低下する。
【００７０】
このように全ＯＸＣ−Ａと全ＯＸＣ−Ｂの優劣はコストパラメタ（θ）と需要量（Ｄ）に依存するが、本発明の混在形態を用いることにより全ての領域において最適なＯＸＣ形態を導出し、最小コストが得られることがわかる。
【００７１】
（３）方式間の性能比較
本実施形態の有効性を確認するため、以下の二つの方式との総コスト比較を行う。
【００７２】
［ＷＰ］従来の光ネットワークであり、波長単位の交換のみをＯＸＣにて行う。
【００７３】
［３　Ｌａｙｅｒｓ］心線、波長群、波長、の三つの単位での交換を全てのＯＸＣにおいてサポートする。ただし、波長群サイズは８とする。複数階層のパスへの収容方法としては、同一対地間の波長パスをまず心線パスに収容し、端数を波長群パスに収容し、さらに端数を波長パスとして収容する方法を採用する。
【００７４】
コストパラメタθ＝１．０，０．１，０．０１に対し、平均需要Ｄを１〜２５６の範囲で変化させた場合の総コストを、図１７，１８，１９、に示す。３階層モデルでは小需要のときＷＰと等価になるが、本発明はＯＸＣ−Ａを適度に配置することで充分な波長利用効率を上げながら、光装置数を削減することにより良好な特性を示している。特にＯＸＣコストの影響が大きな場合（θ＝１．０）、本発明の優位性は大きくなる。
【００７５】
以上説明したように、本実施形態によれば、光信号を光のまま波長単位に交換する光ネットワークにおいて、一部のＦＸＣに波長パス単位の交換機能を付加することにより、心線コストとＯＸＣコスト間のトレードオフを図り、ネットワーク全体のコストを低減することができるという効果を奏する。
【００７６】
尚、上記コンピュータには、図８に示すアルゴリズムを実行させるための専用プログラム（ｐ）が記憶されている。また、上記実施形態におけるコンピュータへのプログラム（ｐ）の記録、インストール作業は、このコンピュータで読み取り可能なプログラム（ｐ）が記録されているＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体を利用することによって行うことも可能である。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来の光クロスコネクト装置が波長単位の交換処理を行っていたのに対し、心線単位と波長単位の交換処理を行う第１の光クロスコネクト装置と心線単位のみの交換処理を行う第２の光クロスコネクト装置を新たに設け、更に、光ネットワークにおける第１及び第２の光クロスコネクト装置の有機的な配置関係を決定することにより、心線コストと光クロスコネクト装置コスト間のトレードオフを図ることができるため、光ネットワーク全体の構築コストを低減するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態が適用対象とする光ネットワークの構成図。
【図２】ＯＸＣ−Ｂの構成図。
【図３】ＯＸＣ−Ａの構成図。
【図４】２つのＯＸＣ構成の特徴をまとめた表図。
【図５】エッジノードの構成図。
【図６】心線パスの設置例を示した図。
【図７】心線パスの分離・統合処理例を示した図。
【図８】最適ＯＸＣ構成を導出するフローチャート。
【図９】需要量に対する必要心線数特性図。
【図１０】全コアノードに対するＯＸＣ−Ａの配置割合を例示した表図。
【図１１】需要量に対する必要ＯＸＣポート数特性図。
【図１２】需要量に対する必要ＡＷＧ数特性図。
【図１３】需要量に対する必要ＷＣ数特性図。
【図１４】需要量に対する総コスト特性図［θ＝１．０］。
【図１５】需要量に対する総コスト特性図［θ＝０．１］。
【図１６】需要量に対する総コスト特性図［θ＝０．０１］。
【図１７】需要量に対する総コスト特性図［θ＝１．０］。
【図１８】需要量に対する総コスト特性図［θ＝０．１］。
【図１９】需要量に対する総コスト特性図［θ＝０．０１］。
【符号の説明】
１１　光心線単位変換（ＦＸＣ）
１２　波長単位のクロスコネクトスイッチ（ＷＸＣ）
１３　ＡＷＧ
１３１　波長分離用ＡＷＧ
１３２　波長多重用ＡＷＧ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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