(57)【要約】      （修正有）【課題】与えられた光ネットワークを基に、光パスと非光パスの両方に対して、パスの方向性を考慮して、パスの経路を選択することが可能な光パス経路選択方法を提供する。【解決手段】与えられた光ネットワークを基に、途中経路の帯域を考慮する必要がない光パスと、途中経路の空き帯域を考慮する必要がある非光パスの両方に対して、パスの方向性を考慮してパスの経路を選択するステップ１と、前記ステップ１で求められたパスの経路に対して波長を割り当てるステップ２とを備える。ステップ１は、初期解をランダムに求めるステップ１１と、ステップ１１を求めた初期解の中から条件にあっている解を一つずつ選択するステップ１２と、前記ステップ１１と前記ステップ１２とを繰り返し、最後にすべての解を求めるステップ１３を有する。ステップ２は、点彩色問題に帰着させて、使用する波長数を最小化するステップである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ネットワークにおいて、発着ノードを指定してその間に光パスの経路と波長を選択する光パス経路選択方法であって、
与えられた光ネットワークを基に、途中経路の帯域を考慮する必要がない光パスと、途中経路の空き帯域を考慮する必要がある非光パスの両方に対して、パスの方向性を考慮してパスの経路を選択するステップ１と、
前記ステップ１で求められたパスの経路に対して波長を割り当てるステップ２とを備えることを特徴とする光パス経路選択方法。
【請求項２】
前記ステップ１は、初期解をランダムに求めるステップ１１と、
ステップ１１を求めた初期解の中から条件にあっている解を一つずつ選択するステップ１２と、
前記ステップ１１と前記ステップ１２とを繰り返し、最後にすべての解を求めるステップ１３を有することを特徴とする請求項１に記載の光パス経路選択方法。
【請求項３】
前記ステップ２は、点彩色問題に帰着させて、使用する波長数を最小化するステップであることを特徴とする請求項１に記載の光パス経路選択方法。
【請求項４】
光ネットワークにおいて、発着ノードを指定してその間に光パスの経路と波長を選択する光パス経路選択装置であって、
途中経路の帯域を考慮する必要がない光パスと、途中経路の空き帯域を考慮する必要がある非光パスとを認識する手段１と、
与えられた光ネットワークを基に、前記光パスと前記非光パスの両方に対して、パスの方向性を考慮してパスの経路を選択する手段２と、
前記手段２で求められたパスの経路に対して、波長数の上限値を考慮しながら点彩色問題に帰着させて波長を割り当てる手段３とを備えることを特徴とする光パス経路選択装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の光パス経路選択方法を、コンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニックＭＰＬＳ（Multiprotocol Label Switching）を含むＧＭＰＬＳ（Generalized MPLS）ネットワーク等における、光パス／非光パスの経路を設定する「光／非光パス設計装置」に関し、特に、ネットワーク中で使用できる波長数に制約がある場合や、現用パスのほかに予備パスを使用する場合、あるいは、パス間の独立性を考慮する場合などにおいて、光パス／非光パスの経路設定を行う設計装置に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ネットワークを構築する際には、通信の行われる始点ノード（ソース）と終点ノード（シンク）の間において、途中経路の帯域を考慮する必要がない光パスを設定する場合、あるいは、途中経路の空き帯域を考慮する必要がある非光パスを設定する場合は、以下の方法で行われている。（下記、特許文献１〜特許文献４参照）
（１）非光のパスを設定する場合には、ソースとシンクの間にある中継ノードとの間の帯域、遅延、パケット損失率などの品質や、トラヒック量をネットワーク情報として収集し、ノード間の各リンクでそれぞれのリンク容量（収容可能な最大パス本数）を満たすように、通信で用いられる現用経路や予備経路の設定を行っている。
（２）光パスを設定する場合には、ソースとシンクの間にある中継ノードとの間の各リンクで許容された波長数の上限値を満たすように、通信で用いられる現用経路や予備経路の設定を行っている。
【０００３】
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
【特許文献１】特開２００４−８０６６６号公報
【特許文献２】特開２００４−２８２２８１号公報
【特許文献３】特開２００４−３１２４４３号公報
【特許文献４】特開２００４−３６４１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述の特許文献１〜特許文献４に開示されている従来の技術では、ソースとリンクの間の光パスの経路設定を行う際に、方向性を意識したパスの設定法はなされていなかった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、与えられた光ネットワークを基に、途中経路の帯域を考慮する必要がない光パスと、途中経路の空き帯域を考慮する必要がある非光パスの両方に対して、パスの方向性を考慮してパスの経路を選択することが可能な光パス経路選択方法、及び光パス経路選択装置を提供することにある。
また、本発明は、前述の光パス経路選択方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）光ネットワークにおいて、発着ノードを指定してその間に光パスの経路と波長を選択する光パス経路選択方法であって、与えられた光ネットワークを基に、途中経路の帯域を考慮する必要がない光パスと、途中経路の空き帯域を考慮する必要がある非光パスの両方に対して、パスの方向性を考慮してパスの経路を選択するステップ１と、前記ステップ１で求められたパスの経路に対して波長を割り当てるステップ２とを備える。
（２）（１）において、前記ステップ１は、初期解をランダムに求めるステップ１１と、ステップ１１を求めた初期解の中から条件にあっている解を一つずつ選択するステップ１２と、前記ステップ１１と前記ステップ１２とを繰り返し、最後にすべての解を求めるステップ１３を有する。
（３）（１）において、前記ステップ２は、点彩色問題に帰着させて、使用する波長数を最小化するステップである。
【０００６】
（４）光ネットワークにおいて、発着ノードを指定してその間に光パスの経路と波長を選択する光パス経路選択装置であって、途中経路の帯域を考慮する必要がない光パスと、途中経路の空き帯域を考慮する必要がある非光パスとを認識する手段１と、与えられた光ネットワークを基に、前記光パスと前記非光パスの両方に対して、パスの方向性を考慮してパスの経路を選択する手段２と、前記手段２で求められたパスの経路に対して、波長数の上限値を考慮しながら点彩色問題に帰着させて波長を割り当てる手段３とを備える。
（５）（１）ないし（３）の何れかの光パスの経路選択方法を、コンピュータに実行させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【０００７】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、光ネットワークにおいて、方向性を意識した光パス、または、非光パスの経路設定を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
本発明は、光ネットワークの発着ノードに指定して、その間に、光パスの経路と波長を選択する際に、ネットワーク内の各装置において、与えられたネットワークトポロジー、ソースノードとシンクノード、パスの方向性、各リンクの距離、許容波長数、すでに設定されているパスの波長等を考慮して、新たに（光／非光）パスを設定する方法に関する。
図２は、本発明の実施例の光パス経路選択方法を説明するためのフローチャートである。  初めに、前処理を実行するとともに、求める解の数Ｎと、繰り返し数Ｚを設定する（ステップ１０１）。
ここで、前処理の内容は、以下の通りである。
（１）与えられたネットワークトポロジーにおいて、すべてのリンクの使用量をゼロにリセットする。
（２）どの（ソースとシンクの）ペアが上りパス、下りパスを要求しているのかをソースとリンクのノードＩＤにより解析する。なお、ノードＩＤは、トポロジーが与えられたときに付与する。
（３）確定パスの分の使用量を、それが通る各リンクの容量から差し引いておく。なお、確定パスとは、探索計算の前にすでに使用する経路と波長を決めて、探索の対象からはずしておくパスのことをいう。
（４）各（ソースとシンクの）ペアについて最短ホップ数を求める。
（５）上記で求めたパスを用いて、「パスリスト」を作成する。この際に、通過ノードや不通過ノードの指定があればそれを考慮した計算を行う。
（６）独立性を考慮するために対象リストにチェックをする。例えば、パスＡと独立なパスを選択するためには、パスＡと独立でない候補をパスリストからはずしておく。
【０００９】
次に、ｋ＝１、ｉ＝１とし（ステップ１０２，１０３）、経路設定を行い（ステップ１０４）、経路の解が有るか否かを判断する（ステップ１０５）。ステップ１０５でＮｏの場合は、ステップ１０４を繰り返す。
ステップ１０５でＹｅｓの場合は、点彩色問題に帰着させて波長割当を行い（ステップ１０６）、波長割当の解が有るか否かを判断する（ステップ１０７）。ステップ１０７でＮｏの場合は、ステップ１０４からの処理を繰り返す。
ステップ１０７でＹｅｓの場合は、ｉがＮに等しい（ｉ＝Ｎ）か否かを判断し（ステップ１０８）、ステップ１０８でＮｏの場合は、ｉの値に１を加えて（ｉ＝ｉ＋１）（ステップ１１１）、ステップ１０４からの処理を繰り返す。
ステップ１０８でＹｅｓの場合は、Ｎ個の解が正常に求まったか否かを判断し（ステップ１０９）、ステップ１０９でＹｅｓの場合は、解を出力する（ステップ１１０）。
ステップ１０９でＮｏの場合は、ｋの値に１を加えて（ｋ＝ｋ＋１）（ステップ１１２）、ｋがＺに等しい（ｋ＝Ｚ）か否かを判断する（ステップ１１３）。
ステップ１１３でＮｏの場合は、ステップ１０３からの処理を繰り返す。ステップ１１３でＹｅｓの場合は、ステップ１１０に進み、解を出力する。
【００１０】
図３は、図２のステップ１０４の処理手順を示すフローチャートである。
初めに、初期解を作成する（ステップ１３１）。ここで、初期解は、構築法の一種であるグリーディ法（greedy method：貪欲法、または、欲張り法）を用いて求める。この「構築法」とは、Ｎ個の解候補の中から、決められた順番に１個ずつその候補解を取り出して、与えられた条件を満たしていれば、即、その候補を「解」として求めていく方法である。これに対する手法として、「反復法」があり、この「反復法」は、Ｎ個の解候補の中から、初期値を変えてＭ個の「条件を満たす解」を求めて、そのＭ個の中から、最良の解を「解」とする方法である。一般的には、構築法のほうが探索時間が短くて済むが、解の良さ（最適解への近さ）は反復法が優れている場合が多い。
次に、フェーズ１として、各リンクの容量を満たさない解を、パスの解候補を並べたリストの中から交換する（ステップ１３２）。
次に、改善があったか否かを判断し（ステップ１３３）、ステップ１３３でＹｅｓの場合は、ステップ１３２を繰り返す。
ステップ１３３でＮｏの場合は、フェーズ２として、改善が見られそうなパスを、パスの解候補を並べたリストの中のパスと取り替える（ステップ１３４）。
なお、改善が見られるとは、「より良い解」が見つかることであり、例えば、「より合計ホップ数が小さい」、「よりパスの総距離が短い」、あるいは、「より使用する波長数が少ない」などの解が見つかることを意味する。
次に、改善があったか否かを判断し（ステップ１３５）、ステップ１３５でＹｅｓの場合は、ステップ１３２からの処理を繰り返す。ステップ１３５でＮｏの場合は、経路設定を終了する（ステップ１３６）。
【００１１】
図４は、図２のステップ１０４の処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。
初期解を作成する（ステップ２３１）。即ち、パスの解候補を並べたリストの中から、それらのパスの「総距離」または「ホップ数」の値に、「０から１までの値を持つ乱数」を加える。なお、候補の数をＭとする。
次に、解候補を、パスの「総距離」または「ホップ数」の値に乱数を加えた値が、小さい順に並べ替える（ステップ２３２）。また、ｎ＝０とする。
次に、ｎの値に１を加えて（ｎ＝ｎ＋１）（ステップ２３３）、ｎがＭより大きいかを判断する（ステップ２３４）。ステップ２３４で、Ｙｅｓの場合は、解なしとしてやり直す（ステップ２３８）。
ステップ２３４でＮｏの場合は、光パスが対象か否かを判断する（ステップ２３５）。ステップ２３５でＮｏ（非光パスの場合）の場合は、その候補が、各リンクの波長数の上限値を越えていないかを判断し（ステップ２３６）、ステップ２３６でＮｏの場合は、ステップ２３３からの処理を繰り返す。
【００１２】
ステップ２３６でＹｅｓの場合は、その候補が、各リンクの容量（帯域）を満たしているか否かを判断し（ステップ２３７）、ステップ２３７でＮｏの場合は、ステップ２３３からの処理を繰り返す。
ステップ２３７でＹｅｓの場合は、解候補を一つ選択する（ステップ２４０）。
また、ステップ２３５でＹｅｓ（光パスの場合）の場合は、その候補が、各リンクの波長数の上限値を越えていないかを判断し（ステップ２３９）、ステップ２３９でＮｏの場合は、ステップ２３３からの処理を繰り返す。
ステップ２３９でＹｅｓの場合は、解候補を一つ選択する（ステップ２４０）。
次に、改善が見られそうなパスを、パスの解候補を並べたリストの中のパスと取り替え（ステップ２４１）、改善があったか否かを判断する（ステップ２４２）。
ステップ２４２でＹｅｓの場合は、ステップ２４１からの処理を繰り返す。ステップ２４２でＮｏの場合は、経路設定を終了する（ステップ２４３）。
【００１３】
図５は、図２のステップ１０６の処理手順を示すフローチャートである。
初めに、初期解を設定する。ここで、初期解は、前述の構築法で求める。また、パスの経路候補を「ｎｏｄｅ」とみなし、波長数Ｒをｎｏｄｅ数Ｎに設定する（Ｒ＝Ｎ）。さらに、ｃ＝０とする（ステップ１５１）。
次に、Ｒの値から１を減算し（Ｒ＝Ｒ−１）（ステップ１５２）、ｃの値に１を加えて（ｃ＝ｃ＋１）（ステップ１５３）、点彩色問題における、点彩色の条件を満たすか否かを判断する（ステップ１５４）。
ステップ１５４でＮｏの場合は、ｃが繰り返す数（Ｄ）以上（ｃ≧Ｄ）か否かを判断し（ステップ１５８）、ステップ１５８でＮｏの場合は、重複した波長を変更し（ステップ１６０）、ステップ１５３からの処理を繰り返す。
ステップ１５８でＹｅｓの場合は、解なし（ステップ１５９）として、経路設定を終了する（ステップ１５７）。
ステップ１５４でＹｅｓの場合は、Ｒが許容波長数（Ｕ）以下（Ｒ≦Ｕ）か否かを判断し（ステップ１５５）、ステップ１５５でＮｏの場合は、ステップ１５２からの処理を繰り返す。
ステップ１５５でＹｅｓの場合は、解を出力し（ステップ１５６）、経路設定を終了する（ステップ１５７）。
【００１４】
図６は、図２のステップ１０６の処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。
初めに、パスの経路候補を「ｎｏｄｅ」とみなし、初期解の設定として、ネットワークにおいて、リンクを共用するパス同士を「ｂｒａｎｃｈ」で結び、最初の色（波長）数（Ｒ）をｎｏｄｅ数（Ｎ）とする（Ｒ＝Ｎ）。また、ｃ＝０とする（ステップ２５１）。
次に、Ｒの値から１を減算し（Ｒ＝Ｒ−１）（ステップ２５２）、ｃの値に１を加えて（ｃ＝ｃ＋１）（ステップ２５３）、点彩色問題における、点彩色の条件を満たすか否かを判断する（ステップ２５４）。
ステップ２５４でＮｏの場合は、ｃが繰り返す数（Ｄ）以上（ｃ≧Ｄ）か否かを判断し（ステップ２５８）、ステップ２５８でＮｏの場合は、重複した波長を変更し（ステップ２６０）、ステップ２５３からの処理を繰り返す。
ステップ２５８でＹｅｓの場合は、解なし（ステップ２５９）として、経路設定を終了する（ステップ２５７）。
ステップ２５４でＹｅｓの場合は、Ｒが許容波長数（Ｕ）以下（Ｒ≦Ｕ）か否かを判断し（ステップ２５５）、ステップ２５５でＮｏの場合は、ステップ２５２からの処理を繰り返す。
ステップ２５５でＹｅｓの場合は、解を出力し（ステップ２５６）、経路設定を終了する（ステップ２５７）。
【００１５】
即ち、図６に示す処理では、以下の処理を実行する。
（１）パスの経路候補を列挙してそれぞれの状態を「節点：ｎｏｄｅ（または頂点：ｖｅｒｔｅｘ）」とみなす。
（２）ネットワークのリンクを共有するパス同士を「枝：ｂｒａｎｃｈ」で結び、「グラフ：ｇｒａｐｈ」を作成する。
（３）各節点に数字（色：ｃｏｌｏｒに対応）を割り振っていく。最初の色数はパスの経路候補の数とする。
（４）ランダムに色数（数字）を減らし、隣の節点と同じ数字になれば隣の数字を変える。
（５）前述の（４）を繰り返して、点彩色の条件を満たせばさらに色を一つ減らして計算（数字の割り振り操作）を行う。
（６）これ以上、色を減らすことができなくなった時点で終了する。
【００１６】
図１は、前述の光パス経路選択方法を実行する、本発明の実施例の光パス経路選択装置の概略ハードウェア構成を示すブロック図である。
図１において、１は光パス経路選択装置であり、光ネットワーク内に設置され、ＩＰレイヤを解して、外部からパス設定の要求を受け付けパスの経路及び波長割当問題の解を出力する。また、１３は、光パス経路選択装置１が接続されているＩＰ網（下位レイヤは光網）である。
プロセッシング部２は、波長割当計算部３、パス経路計算部４、情報解析部５から構成される。波長割当計算部３は、点彩色問題に帰着させて解を求める機能を含んでいる。パス経路計算部４は、要求されたノード間に設定するパスの中から準最適解を選択する機能を有する。情報解析部５は、要求される条件や光／非光の区別を解析して、パス経路計算部４へ結果を引き渡す機能を内部に含む。
情報管理部６は、現時点における既設のパス設定情報を管理する機能を持ち、パス管理＆解析部７、リンク情報管理部８、及びメモリ９から構成される。
パス管理＆解析部７は、すでに設定されているパスの発着ノード名、その他の情報を管理／解析する機能を持つ。リンク情報管理部８は、現時点における各リンクの空き帯域や設定されているパスに関する情報を管理する機能を持つ。メモリ９は、各種パス情報やリンクの帯域情報等を格納／蓄積する。
ＰＡＤ（パケット組み立て／分解部）１０は、各種情報をＩＰパケットに変換したり、その逆に、ＩＰパケットから各種情報への分解を行ったりする機能を持つ。
パケット送信部１１は、ＩＰパケットを他のサーバントに送出する機能を持つ。パケット受信部１２は、網内の他のノードからの到着パケットを受信する機能を持つ。
なお、前述の光パス経路選択方法は、コンピュータに実行させることも可能であり、その場合に、前述の光パス経路選択方法は、コンピュータ内のハードディスクなどに格納されるプログラムを、コンピュータが実行することにより行われる。このプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、あるいは、ネットワークを介したダウンロードにより供給される。
【００１７】
以上説明したように、本実施例によれば、以下のような作用・効果を得ることが可能である。
（１）光パス（ＷＤＭを前提とし、帯域を考慮せずにパスの経路と波長を割り当てることができる方式）と非光パス（帯域を考慮して経路を割り当てることができる方式）の両方に対して解を与えることが可能である。即ち、各リンクの空き帯域を意識せずに、波長数を意識する光ネットワーク用のパス設定アルゴリズムと、各リンクの空き帯域を意識し、波長数は意識しない（許容波長数が無限大と考えても良い）非光ネットワーク用のパス設定アルゴリズムが一体となっており、両者を一元的な問題として解の算出を行うことができる。
（２）パスの方向性、すなわち、ノードＡからノードＢに張るパス経路と、ノードＢからノードＡに張るパスの経路を別々に算出できる。即ち、発着ノード間に設定を要求するパスの方向性（上りと下り）を考慮可能である。
また、計算（求解）の際に、通過ノード／非通過ノードを指定することが可能である。この「通過ノード指定」とは、ある発着ノード間でのパス経路を計算させるときに、解（パスの経路）が必ず指定したノードを通過することを条件として加えることができるということであり、また、「非通過ノード指定」とは、逆に解がその指定したノードを通過しないことを条件として加えることができるということである。
これにより、本実施例によれば、光ネットワークにおいて、方向性を意識した光パス、または、非光パスの経路設定を行うことが可能となる。
【００１８】
（４）ある時点でネットワーク全体に使用するパスが使用する波長数の最小値を考慮することができる。
（５）パスの経路と使用する波長に関する初期解を、（構築法の一種である）グリーディ法（greedy method：貪欲法、または、欲張り法）を用いて求める。
これにより、非常に多くの解候補の中から解の探索を行うときの繰り返し計算を大幅に削減でき、比較的短時間で解の算出計算を行うことができる。
（６）「ルータにおける波長切り替え機能」は考慮せずに、点彩色問題を用いて必要な波長数を求める。なお、点彩色問題とは、「与えられた（節点と枝からなる）グラフにおいて、枝で結ばれた節点には異なる色を塗るという場合に、グラフ全体での必要な色の数を求める問題」である。
（７）複数の解（第１候補から第ｎ候補）をまで同時に求めることが可能である。
（８）ＳＲＬＧ（Shared Risk Link Group）ディスジョイントの指定が可能である。
なお、ＳＲＬＧとは、「（管路やファイバの）障害により、同時故障が起こる可能性のあるリンクの集合」であり、例えば、現用パス（通常使用するパス）と予備パス（現用パスが使用できない状態のときに予備的に使用するパス）が同じＳＲＬＧを通らないように独立な経路で設定することを「ディスジョイント指定」と呼んでいる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例の光パス経路選択装置の概略ハードウェア構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例の光パス経路選択方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】図２のステップ１０４の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】図２のステップ１０４の処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。
【図５】図２のステップ１０６の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図２のステップ１０６の処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００２０】
１  光パス経路選択装置
２  プロセッシング部
３  波長割当計算部
４  パス経路計算部
５  情報解析部
６  情報管理部
７  パス管理＆解析部
８  リンク情報管理部
９  メモリ
１０  ＰＡＤ
１１  パケット送信部
１２  パケット受信部
１３  ＩＰ網（下位レイヤは光網）
【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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