DE10116835A1

DE10116835A1 - Fast restoration mechanism e.g. for determining restoration capacity in transmission network, involves determining mesh in network with mesh closed sequence of bi-directional links traversing each node part of mesh exactly once

Info

Publication number: DE10116835A1
Application number: DE10116835A
Authority: DE
Inventors: Bernd X Weis
Original assignee: Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2001-04-04
Filing date: 2001-04-04
Publication date: 2002-10-17

Abstract

The method involves determining a mesh (GH) in a network. The mesh is a closed sequence of bi-directional links traversing each node (A-L) part of the mesh exactly once, remaining links in the network, which do not form part of the mesh but being protected by the mesh, intersect the mesh. Transmission capacity is reserved within the mesh for restoration purpose. In the case of a failure of a link in the network, traffic is rerouted from the failed link over the mesh using the reserved capacity. An Independent claim is included for a method of determining the minimum restoration capacity, and a network planning tool

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Netzwerk-Planungswerkzeug zur Planung der bereitzustellenden Übertragungskapazitäten in einem Telekommu nikations(= TK)-Netzwerk aufgrund einer Ermittlung der Zusatz-Kapazität, die für die volle Restaurationsfähigkeit des TK-Netzwerks im Falle einer Unterbre chung einer Netz-Verbindungsleitung mit dem zugehörigen Datenverkehr zwi schen zwei Netzwerk-Knotenpunkten erforderlich ist. The invention relates to a method and a network planning tool for Planning of the transmission capacities to be provided in a telecommunications company nikations (= TK) network based on a determination of the additional capacity, the for the full restoration capability of the telecommunications network in the event of an interruption a network connection line with the associated data traffic between two network nodes is required.

Derartige Verfahren werden derzeit auf Rechnern durchgeführt, allerdings nur in heuristischer Weise, wobei in der Regel einfach experimentell Zusatzkapazi täten ermittelt werden, die für die volle Restaurationsfähigkeit des TK- Netzwerks in jedem Fall ausreichend sind, die jedoch weit über dem optimalen Minimum liegen.Such methods are currently carried out on computers, but only in a heuristic manner, whereby usually simply experimental additional capacity activities that are necessary for the full restoration capacity of the TK- Network are sufficient in any case, but far above the optimal Minimum.

Einer der wesentlichen und grundlegenden Aspekte eines TK-Netzwerks ist seine ständige Betriebsbereitschaft und seine Zuverlässigkeit. Daher erfordert der Betrieb einer solchen Netzwerks eine schnelle Behebung von auftretenden Fehlern mittels geeigneter Mechanismen. In lokalen Netzwerken (LAN = Local Area Network), beispielsweise in Gebäuden oder auf dem Campus einer Uni versität, mag es genügen, Personal und einen ausreichenden Vorrat an Er satzteilen bereit zu halten, da aufgrund der räumlichen Nähe der Installation Reparaturen und Austausch- sowie Wartungsarbeiten schnell erfolgen können.One of the essential and fundamental aspects of a telecommunications network is its constant availability and reliability. Therefore requires the operation of such a network can quickly remedy any occurring Appropriate mechanisms for errors. In local networks (LAN = Local Area Network), for example in buildings or on a university campus University, may it be enough, staff and a sufficient supply of Er keep spare parts ready because of the spatial proximity of the installation Repairs and exchange and maintenance work can be done quickly.

Schon allein aufgrund der geographischen Dimensionen ist dies nicht möglich (oder zumindest unter Kostengesichtspunkten prohibitiv) bei städtischen TK- Netzwerken oder Netzwerken über noch größere Bereiche (etwa MAN = Metro politan Area Network; WAN = Wide Area Network). Daher muss bei diesen TK- Netzwerken das Netzwerk selbst oder eine Kombination des Netzwerks und eines geeigneten Netzwerk-Managements die Mittel und Möglichkeiten bereit stellen, um eine ausreichende Erreichbarkeit und Einsatzfähigkeit des Netz werks sicher zu stellen.This is not possible simply because of the geographical dimensions (or at least prohibitive from a cost point of view) for urban telecommunications Networks or networks over even larger areas (e.g. MAN = Metro politan area network; WAN = Wide Area Network). Therefore, with these telecommunications Network the network itself or a combination of the network and a suitable network management provide sufficient accessibility and operational capability of the network to ensure at the factory.

Typischerweise unterscheidet man bei den oben beschriebenen Netzwerk- Mechanismen zwischen den Aspekten von Schutz und Restauration.Typically, one differentiates between the network Mechanisms between the aspects of protection and restoration.

Schutz-Mechanismen, wie sie aus dem Telekommunikationsbereich bekannt sind, erfordern 100% Zusatzkapazität zum Schutz im Netzwerk. Hier werden Mittel für eine sehr schnelle Maskierung eines Fehlers zur Wiederherstellung der Einsatzfähigkeit der Kommunikationswege in typischerweise weniger als 50 ms bereit gehalten.Protection mechanisms, as known from the telecommunications sector require 100% additional capacity for protection in the network. Be here Means for very quickly masking an error for recovery the usability of the communication channels in typically less than 50 ms ready.

Restaurations-Mechanismen benötigen eine noch viel größere Zusatzkapazität, sorgen jedoch nur für die Maskierung einer Unterbrechung mit einer erheblich geringeren Geschwindigkeit, typischerweise im Bereich einiger Sekunden, da komplett neue Verbindungspfade durch das Netzwerk etabliert werden müssen.Restoration mechanisms require a much larger additional capacity, however, only mask an interruption with a significant lower speed, typically in the range of a few seconds, because completely new connection paths must be established through the network.

Diese Mechanismen sind grundsätzlich für jede Art von Netzwerkstruktur an wendbar, also für Ring-, Maschen- oder Speichenstrukturen sowie Kombinatio nen davon. Nun sind aber einige Mechanismen besser geeignet zur Bearbei tung von bestimmten Strukturen als andere, so dass eine Netzplanung grund sätzlich die Kenntnis der spezifischen Netzwerkstrukturen voraussetzt, um op timale Konfigurationen überhaupt definieren zu können. Es ergibt sich damit die Frage, wieviel Zusatzkapazität generell und unabhängig von den anwendbaren Mechanismen mindestens erforderlich ist, um sicher zu stellen, dass der Da tenverkehr in einem von einem Fehler betroffenen Netzwerk vollständig restau riert werden kann.These mechanisms are basically applicable to any type of network structure reversible, i.e. for ring, mesh or spoke structures as well as combinations one of them. But now some mechanisms are more suitable for processing of certain structures than others, so that network planning is fundamental additionally requires knowledge of the specific network structures in order to op to be able to define temporal configurations at all. The result is Question how much additional capacity in general and regardless of the applicable Mechanisms are at least required to ensure that the Da All traffic in a network affected by an error is completely restored can be cured.

Zunächst soll der Begriff der "Restauration" eines TK-Netzwerks im Falle einer Unterbrechung näher erläutert werden. Dazu betrachte man das in Fig. 1 dar gestellte Netzwerk mit Netzwerk-Knotenpunkten, die durch Netz- Verbindungsleitungen verbunden sind. Im Fall des Auftretens eines Fehlers einer Verbindungsleitung in einem Original-Datenpfad, der in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist, muss eine neue, nicht-unterbrochene Route gefunden werden, welche gepunktet dargestellt ist. Der Vorgang dieses "Re-routing" von im TK- Netzwerk benutzten Pfaden, welche durch den Fehler unterbrochen sind, wird Restaurierung des entsprechenden Pfades genannt.The term "restoration" of a telecommunications network in the event of an interruption should first be explained in more detail. For this purpose, consider the network shown in FIG. 1 with network nodes which are connected by network connecting lines. In the event that a connection line error occurs in an original data path, which is shown in broken lines in FIG. 1, a new, uninterrupted route must be found, which is shown in dotted lines. The process of this "re-routing" of paths used in the telecommunications network, which are interrupted by the error, is called restoration of the corresponding path.

Je nach der Zeit, die erforderlich ist, um ein betroffenes Netzwerk zu restaurie ren, unterscheidet man zwischen einer schnellen Restaurierung, wenn alle Datenpfade in weniger als 10 s restauriert werden, und einer langsamen Res taurierung, wenn alle Datenpfade innerhalb einiger Minuten restauriert sind.Depending on the time it takes to restore an affected network one differentiates between a quick restoration, if all Data paths can be restored in less than 10 s, and a slow res if all data paths are restored within a few minutes.

Falls die Restauration eines betroffenen Netzwerks eine Funktionalität ist, die von einem Netzmanagementsystem vorgehalten wird, so wird diese zentrali sierte Restauration genannt, falls sie vom Netzwerk selbst (wie im Falle der Schutzfunktion) vorgehalten wird, wird sie verteilte Restauration genannt.If the restoration of an affected network is a functionality that is maintained by a network management system, this is centralized restoration, if the network itself (as in the case of the Protective function), it is called a distributed restoration.

Um ein geeignetes, theoretisches Netzwerk-Modell zu erhalten, geht man zu nächst von einem verbundenen Netzwerk aus. Der Fehlertyp, der berücksichtigt werden soll, ist eine Unterbrechung der Netz-Verbindungsleitung zwischen zwei Netzwerk-Knotenpunkten. Man nehme ferner an, dass alle Netz- Verbindungsleitungen dieselbe Kapazität aufweisen und dass diese Kapazität in voller Höhe erforderlich ist, um den Datenverkehr im Netzwerk zu gewährleis ten. Weiter soll angenommen werden, dass für den Zweck der Restauration existierende Netz-Verbindungsleitungen, also in der Regel Kabel oder Kabel röhren, mit einer Zusatzkapazität ausgestattet sind, die für die volle Restaurati onsfähigkeit ausreicht. Wenn daher ein Kabel oder eine Kabelröhre unterbro chen ist, so ist auch die diesem Kabel oder dieser Kabelröhre zugeordnete Restaurationskapazität unterbrochen. Es erhebt sich also die Frage, wieviel Zusatzkapazität mindestens erforderlich ist, um sicher zu stellen, dass der Da tenverkehr vollständig restauriert werden kann.To get a suitable, theoretical network model, one goes to next from a connected network. The type of error that is considered is an interruption in the network connection between two Network nodes. It is also assumed that all network Connection lines have the same capacity and that this capacity in full amount is required to ensure network traffic It should also be assumed that for the purpose of the restoration Existing network connection lines, i.e. usually cables or cables tubes, are equipped with an additional capacity for full restoration ability is sufficient. Therefore, if a cable or conduit is broken Chen, so is this cable or this tube assigned Restoration capacity interrupted. So the question arises how much Additional capacity is at least required to ensure that the Da traffic can be completely restored.

Die Überlegungen, die im Folgenden angestellt werden sollen, gehen von einer Graph-Darstellung des TK-Netzwerks aus. Grundsätzlich kann eine topologi sche Beziehung zwischen Netzwerk-Knotenpunkten und Netz- Verbindungsleitungen in einem Netzwerk durch einen Graph G = (V, A) darge stellt werden, wobei:
V eine Menge von Netzwerk-Knotenpunkten der Anzahl #V und
A eine Menge von Netz-Verbindungsleitungen der Anzahl #A, die die Netzwerk-Knotenpunkte untereinander verbinden, bedeuten,
und wobei eine Verbindungsleitung a_i definiert ist durch zwei Knotenpunkte O(a_i) und T(a_i) sowie einer Menge von Leitungs-Attributen, beispielsweise Ka pazität, Kosten usw.The considerations to be made below are based on a graphical representation of the telecommunications network. In principle, a topological relationship between network nodes and network connecting lines in a network can be represented by a graph G = (V, A), where:
V is a set of network nodes of the number #V and
A is a set of network connecting lines of the number #A which connect the network nodes to one another,
and wherein a connecting line a _{i is} defined by two nodes O (a _i ) and T (a _i ) and a set of line attributes, for example capacity, costs, etc.

Der Knotengrad eines Netzwerk-Knotenpunktes N ist die Anzahl von Netz- Verbindungsleitungen, die mit dem Netzwerk-Knoten N verbunden sind. Wenn die gesamte Anzahl von Netzwerk-Verbindungsleitungen und Netz- Knotenpunkten durch #A bzw. #V gegeben sind, dann ist der durchschnittliche Knotengrad d des Graphs G:
The node degree of a network node N is the number of network connecting lines that are connected to the network node N. If the total number of network connection lines and network nodes are given by #A and #V, then the average node degree d of the graph G is:

d = 2.#A/#V,
d = 2. # A / # V,

da jede Netz-Verbindungsleitung mit zwei Netzwerk-Knoten verbunden ist.because each network connection line is connected to two network nodes.

Ein Datenpfad zwischen zwei Netzwerk-Knotenpunkten N₁ und N₂ ist eine Se quenz b₁, . . ., b_n von n Netz-Verbindungsleitungen a_i in der Weise, dass:
A data path between two network nodes N ₁ and N ₂ is a sequence b ₁ ,. , ., b _n of n network connecting lines a _i in such a way that:

O(b₁) = N₁; T(b_n) = N₂ und T(b_m) = O(b_m + 1) mit m = 1, . . ., n - 1,
O (b ₁ ) = N ₁ ; T (b _n ) = N ₂ and T (b _m ) = O (b _m + 1) with m = 1,. , ., n - 1,

wobei jeder Knotenpunkt nur einmal erscheint.where each node appears only once.

Im Hinblick auf die Verbindungsleitungen der Datenpfade hat jeder Knotenpunkt N des Pfades den Grad 2 außer Knotenpunkten N₁ und N₂, die den Grad 1 ha ben.With regard to the connecting lines of the data paths, each node N of the path has a degree 2 except nodes N ₁ and N ₂ , which have a degree 1.

Eine Masche ist ein Datenpfad, auf dem gilt:
A stitch is a data path on which the following applies:

N₁ = N₂ = N
N ₁ = N ₂ = N

und der Knotenpunkt N zweimal auftritt, d. h.:
and the node N occurs twice, ie:

O (b₁) = T (b_n) = N.O (b ₁ ) = T (b _n ) = N.

Zwei Knotenpunkte sind verbunden, wenn ein Datenpfad zwischen den beiden Knotenpunkten existiert. Ein Graph ist k-Kanten-zusammenhängend, wenn für jede Partition des Knotensatzes V in nicht-leere Mengen V_r und V_l die Entfer nung von k - 1 Verbindungsleitungen (Kanten), von denen ein Knoten in V_r und einer in V_l ist, keine zwei verbundenen Knotenpunkte trennt. Weiterhin ist ein Graph k-Knoten-zusammenhängend, falls die Entfernung von k - 1 Knoten mit deren damit zusammenhängenden Verbindungsleitungen keine zwei Knoten punkte, die vorher verbunden waren, trennt. Außerdem ist ein Graph k- zusammenhängend, falls er k-Kanten-zusammenhängend und k-Knoten- zusammenhängend ist.Two nodes are connected if there is a data path between the two nodes. A graph is k-edge-connected if, for each partition of the node set V in non-empty sets V _r and V _l, the distance of k - 1 connecting lines (edges), one node in V _r and one in V _l is not separating two connected nodes. Furthermore, a graph is k-node-connected if the distance of k - 1 node with its associated connecting lines does not separate two nodes that were previously connected. In addition, a graph is k-connected if it is k-connected and k-connected.

Eine Schnittmenge ist eine Partition von V in zwei nicht-leere Untermengen V_r und V_l. Die Schnittmenge (V_r, V_l) ist die Menge aus Verbindungsleitungen a_i, bei denen ein Knoten O(a_i) ∈ V_r und ein Knoten T(a_i) ∈ V_l. Ein illustratives Beispiel für eine solche Schnittmenge ist in Fig. 2 dargestellt.An intersection is a partition of V into two non-empty subsets V _r and V _l . The intersection (V _r , V _l ) is the set of connecting lines a _i in which a node O (a _i ) ∈ V _r and a node T (a _i ) ∈ V _l . An illustrative example of such an intersection is shown in FIG. 2.

Eine Hamilton-Masche G_h = (V, A_h) des Graphs G ist eine Masche, die alle Knotenpunkte exakt einmal umfasst. Per Definition hat jeder Knotenpunkt in dieser Masche exakt einen Knotengrad 2, d. h. die Anzahl von Verbindungslei tungen #A_h der Masche ist exakt die Anzahl von Knoten #V. Ein Beispiel für eine solche Hamilton-Masche in einem TK-Netzwerk ist in Fig. 3 gepunktet dar gestellt.A Hamilton mesh G _h = (V, A _h ) of the graph G is a mesh that includes all nodes exactly once. By definition, each node in this mesh has exactly a node degree 2, ie the number of connecting lines #A _{h of} the mesh is exactly the number of nodes #V. An example of such a Hamilton mesh in a telecommunications network is shown in dotted lines in FIG. 3.

Betrachtet man einen Graph G, der eine Hamilton-Masche G_h = (V, A_h) als Sub- Graph enthält, so gelten folgende Beziehungen:
If we consider a graph G that contains a Hamiltonian mesh G _h = (V, A _h ) as a sub-graph, the following relationships apply:

1. Hamilton stitches are two-edge connected, i. H. there is There are exactly two edge-connected paths between two nodes th.
2. The Hamilton stitch is the stitch with the lowest number of Ver binding lines that is two-edge connected.
3. Each intersection of G contains at least two connecting lines of the Hamilton mesh G h .

Weitere Literatur zum Thema "Hamilton-Maschen" findet sich in dem Lehrbuch "Graphentheorie" von Reinhard Diestel, erschienen im Springer-Verlag, Berlin, 1996.Further literature on the subject of "Hamilton mesh" can be found in the textbook "Graphentheorie" by Reinhard Diestel, published by Springer-Verlag, Berlin, 1996th

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren und ein Netz werk-Planungswerkzeug der eingangs beschriebenen Art mit einfachen Mitteln dahingehend weiterzubilden, dass für beliebige TK-Netzwerke eine möglichst geringe Zusatzkapazität errechnet werden kann, die dem Netzwerk eine volle Restaurationsfähigkeit bei Verbindungsunterbrechungen verleiht.The object of the present invention is now a method and a network Werk planning tool of the type described above with simple means to further develop such that as possible for any telecommunications network small additional capacity can be calculated, which the network a full Provides restoration capability in the event of connection interruptions.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe auf ebenso überraschend einfache wie wirkungsvolle Art und Weise durch folgende Verfahrensschritte gelöst:
According to the invention, this object is achieved in a surprisingly simple and effective manner by the following method steps:

a) Determination of a Hamilton stitch for a real or fake part set of network nodes, each via a network Connecting line are interconnected, each network Junction at exactly two network connecting lines of the Hamilton Mesh is connected and the network used Connection lines a real or spurious subset of all Form restoration used network connection lines;
b) Intermediate step if the Hamilton mesh forms a real subset of the network nodes:
Adding further network nodes to the Hamilton mesh defined in step a), the additional network nodes to be added being connected via two network connecting lines to the network nodes of the subset or to other additional network nodes to be added , so that the network nodes already dealt with form an expanded subset and the associated network connecting lines form an expanded subset;
c) Repeated execution of step b1) until all are present Network nodes of the TC network are dealt with;
d) Increase the transmission capacity of each of the network connection lines present in the expanded subset by a maximum of the transmission capacity C max of the network connection line which has the largest transmission capacity in the entire telecommunications network.

Der in diesem Verfahren implizit enthaltene Algorithmus basiert auf der oben beschriebenen Graphen-Theorie und macht von der ebenfalls oben beschrie benen Figur der Hamilton-Masche Gebrauch.The algorithm implicit in this method is based on the one above described graph theory and makes of the also described above figure of the Hamilton mesh use.

Ein Algorithmus für eine minimale Restaurationskapazität kann wie folgt ausge drückt werden: Ein Graph G = (V, A) mit #V Knoten und #A Verbindungsleitun gen ist gegeben, so dass G eine Hamilton-Masche G_h = (V, A_h) aufweist. Es wird angenommen, dass alle Verbindungsleitungen die gleiche Kapazität haben und dass diese Kapazität benötigt wird. In einem ersten Schritt wird eine Ha milton-Masche G_h = (V, A_h) konstruiert. Die Kapazität der Verbindungsleitungen der Hamilton-Masche wird um 1 erhöht, und dadurch wird die Restaurationska pazität definiert. Der Graph G^* = (V, A^*), der mit oben genanntem Algorithmus erzeugt wurde, ist mit einer minimalen Zusatzkapazität restaurierbar.An algorithm for a minimal restoration capacity can be expressed as follows: A graph G = (V, A) with #V nodes and #A connecting lines is given, so that G is a Hamiltonian mesh G _h = (V, A _h ) having. It is assumed that all connection lines have the same capacity and that this capacity is required. In a first step, a Hamiltonian mesh G _h = (V, A _h ) is constructed. The capacity of the connecting lines of the Hamilton mesh is increased by 1, and the restoration capacity is defined thereby. The graph G ^* = (V, A ^* ), which was generated with the above-mentioned algorithm, can be restored with a minimal additional capacity.

Mit p wird der Prozentsatz der Zusatzkapazität eines Netzwerks bezeichnet, das durch G = (V, A) dargestellt wird, die zusätzlich gebraucht wird, um den Graphen restaurierbar zu machen. Mit d wird der durchschnittliche Knotengrad des Netzwerks bezeichnet. Wenn G eine Hamilton-Masche G_h hat, dann gilt die folgende Gleichung:
P denotes the percentage of the additional capacity of a network, which is represented by G = (V, A), which is additionally used to make the graph recoverable. The average node degree of the network is designated with d. If G has a Hamilton mesh G _h , then the following equation applies:

p.d = 2.p.d = 2.

Die Abhängigkeit der Zusatzkapazität von dem durchschnittlichen Knotengrad ist in Fig. 4 dargestellt. The dependence of the additional capacity on the average node degree is shown in FIG. 4.

Ganz besonders bevorzugt ist eine Variante des erfindungsgemäßen Verfah rens, die auch bei unausgewogenen Netzbelastungsverhältnissen zu einer op timierten Zuweisung von zur vollen Restaurationsfähigkeit ausreichender, mini maler Zusatz-Kapazität führt und die gekennzeichnet ist durch folgende Schritte anstelle von Schritt c) für den Fall, dass die Netz-Verbindungsleitung mit der größten Übertragungskapazität C_max nicht Bestandteil der erweiterten Unter menge von Netz-Verbindungsleitungen ist:
A variant of the method according to the invention is very particularly preferred which, even in the case of unbalanced network load conditions, leads to an optimized allocation of sufficient, mini painter additional capacity sufficient for full restoration capability and is characterized by the following steps instead of step c) in the event that the network connection line with the largest transmission capacity C _{max is} not part of the extended subset of network connection lines:

1. Finding that set of network connecting lines from the extended subset that connect the two network nodes with the lowest total transmission capacity, between which the network connecting line with the largest transmission capacity C max runs;
2. Increase the transmission capacities of all network connection lines of the amount of network connection lines found in step b1) by the transmission capacity C max as additional capacity;
3. Determine the transmission capacity C- of that network Connection line that is relative to the last one to increase the transmission capacity used the next smaller Ü has transmission capacity;
4. Searching for a network path with those network Connection lines that add up to the lowest additional capacity Have connection of the two network nodes, which through the network connection line with the next smaller transmission supply capacity C- are connected to each other;
5. Increase the transmission capacities of those network Connection lines on the network path found in step c4), the not yet increase their transmission capacity for manufacturing have experienced full restoration capability to the next smallest Transmission capacity C-;
6. Repeat steps c3) to c5) until all network Connection lines of the telecommunications network added an additional capacity has been arranged.

Das Auffinden einer Hamilton-Masche ist ein NP-vollständiges Problem und möglicherweise nur für spezielle Fälle lösbar. Der folgende Algorithmus liefert eine Lösung für jedes Netzwerk. In einem ersten Schritt des Algorithmus wird i = 1 gesetzt. In einem zweiten Schritt wird eine Verbindungsleitung a_k von G ausgewählt und ein Pfad zwischen diesen beiden Knotenpunkten aufgesucht, wobei a_k ausgelassen wird. Zusammen mit a_k definiert dieser Pfad eine Masche M_i . Im nächsten Verfahrensschritt wird ein Knoten N_p ∉ V_mi und ein Knoten punkt N_q ∈ V_Mi für irgendein i gewählt. Per Definition existieren zwei-Kanten- verbundene Pfade zwischen diesen beiden Knoten und für mindestens zwei Verbindungsleitungen sind a_j, a_k ∉ A_Mi für alle i. Irgendwann bilden diese Ver bindungsleitungen zusammen mit einigen Verbindungsleitungen der Masche M_i eine Masche M_i+1. Da G zwei-Kanten-zusammenhängend ist, kann dieser Vor gang wiederholt werden, bis alle Knoten abgedeckt sind.Finding a Hamiltonian mesh is an NP-complete problem and may only be solvable for special cases. The following algorithm provides a solution for every network. In a first step of the algorithm, i = 1 is set. In a second step, a connecting line a _k of G is selected and a path is sought between these two nodes, with a _{k being} omitted. Together with a _k , this path defines a mesh M _i . In the next process step, a node N _p ∉ V _mi and a node N _q ∈ V _{Mi are} chosen for any i. By definition there are two-edge connected paths between these two nodes and for at least two connecting lines there are a _j , a _k ∉ A _Mi for all i. At some point, these connecting lines form a mesh M _{i + 1} together with some connecting lines of the mesh M _i . Since G is two-edge connected, this process can be repeated until all nodes are covered.

Das Auffinden einer Hamilton-Masche in einem beliebigen Graphen ist NP- vollständig und daher schwierig. Weiterhin gibt es keine geeigneten Bedingun gen für das Vorhandensein einer Hamilton-Masche in einem Graphen, da alle Graphen mit einer garantierten Hamilton-Masche Graphen mit einem Grad von "Maschigkeit" sind, die in realen Anwendungen nicht aufgefunden werden. Finding a Hamiltonian mesh in any graph is NP- complete and therefore difficult. Furthermore, there are no suitable conditions conditions for the existence of a Hamiltonian mesh in a graph, since all Graphs with a guaranteed Hamiltonian mesh Are "meshes" that cannot be found in real applications.

Eine Vereinfachung des Problems, einen Hamilton-Graphen zu finden, liegt dar in, eine Maschenabdeckung des Graphen G zu finden. Eine Maschenabde ckung von G ist ein Satz von #M Maschen M_i = (V_Mi , A_Mi), so dass jeder Knoten N von G von wenigstens einer Masche abgedeckt wird und dass jeweils zwei Maschen wenigstens einen Knoten gemeinsam haben. Jeder zwei-Kanten- zusammenhängende Graph hat eine Maschenabdeckung.A simplification of the problem of finding a Hamiltonian graph is to find a mesh coverage of the graph G. A stitch coverage of G is a set of #M stitches M _i = (V _Mi , A _Mi ) such that each knot N of G is covered by at least one stitch and that two stitches each have at least one knot in common. Every two-edge connected graph has a mesh cover.

Wenn p der Prozentsatz der Zusatzkapazität für ein Netzwerk G = (V, A) ist, die zusätzlich benötigt wird, um es restaurierbar zu machen, und d der durch schnittliche Knotengrad des Netzwerks ist und wenn M die Menge der Maschen ist, die G abdecken, dann gilt die folgende Beziehung:
If p is the percentage of additional capacity for a network G = (V, A) that is additionally required to make it recoverable, and d is the average node degree of the network and if M is the number of meshes that cover G , then the following relationship applies:

Wenn zwei Graphen G' = (V', A') und G" = (V", A") gegeben sind, die beide eine Hamilton-Masche G'_h und G"_h aufweisen, werden die beiden Graphen so verei nigt, dass zwei benachbarte Knoten von G'_h mit zwei benachbarten Knoten von G"_h verschmolzen werden, wobei die überschüssige Verbindungsleitung aus gelassen wird. Der daraus resultierende Graph:
If there are two graphs G '= (V', A ') and G "= (V", A "), both of which have a Hamiltonian mesh G' _h and G" _h , the two graphs are combined so that two adjacent nodes of G ' _{h are} merged with two adjacent nodes of G " _h , with the excess connecting line being omitted. The resulting graph:

G = (G' ∪ G") = (V' ∪ V", A' ∪ A''')
G = (G '∪ G ") = (V' ∪ V", A '∪ A''')

hat eine Hamilton-Masche. Die Hamilton-Masche ist gegeben durch:
has a Hamilton stitch. The Hamilton mesh is given by:

G'_h ∪ G"_h - ({},{a_m}),
G ' _h ∪ G " _h - ({}, {a _m }),

wie in Fig. 5b dargestellt.as shown in Fig. 5b.

Ein Spezialfall sind Graphen, bei denen von einem Graphen mit vier Knoten, der eine Hamilton-Masche aufweist, ausgegangen wird und andere Graphen mit vier Knoten, die eine Hamilton-Masche aufweisen, nacheinander damit ver bunden werden. Irgendwann resultieren daraus schachbrettähnliche Strukturen, die alle eine Hamilton-Masche enthalten. Per Definition resultiert dies in einem Graphen mit einer geraden Anzahl an Knoten. Daher hat jeder Graph G = (V, A), der einen Subgraph G_c = (V, A_c), der isomorph zu einem Schachbrettgraph ist, eine Hamilton-Masche.A special case is graphs, in which a graph with four nodes, which has a Hamiltonian mesh, is assumed and other graphs with four nodes, which have a Hamiltonian mesh, are connected to it in succession. At some point this results in chessboard-like structures, all of which contain a Hamilton mesh. By definition, this results in a graph with an even number of nodes. Therefore, every graph G = (V, A) that has a subgraph G _c = (V, A _c ) that is isomorphic to a checkerboard graph has a Hamiltonian mesh.

Es sei hier angemerkt, dass ein Graph mit einer ungeraden Zahl von Knoten, wie er in der Fig. 7 gezeigt ist, keine Hamilton-Masche aufweist. Dies kann ein fach gezeigt werden, da angenommen wird, dass der Graph eine Hamilton- Masche hat. Wird den Verbindungsleitungen der Masche gefolgt, dann ist of fensichtlich, dass, um die Masche zu vervollständigen, die Anzahl der Auf wärtsbewegungen #u gleich der Anzahl der Abwärtsbewegungen #d, die An zahl der Rechtsbewegungen #r gleich der Anzahl der Linksbewegungen #l sein muss, d. h. #u = #d, #r = #l. Deshalb ist die Gesamtanzahl der Bewegun gen #u + #d + #r + #l = 2.(#u + #r) gerade. Dies ist jedoch ein Widerspruch, da die Hamilton-Masche eine ungerade Anzahl an Knoten und Verbindungslei tungen hat.It should be noted here that a graph with an odd number of nodes as shown in FIG. 7 does not have a Hamiltonian mesh. This can be shown simply because it is assumed that the graph has a Hamilton mesh. If the connecting lines of the stitch are followed, it is obvious that, to complete the stitch, the number of upward movements #u is equal to the number of downward movements #d, the number of rightward movements #r is equal to the number of leftward movements #l must, ie #u = #d, #r = #l. Therefore the total number of movements #u + #d + #r + #l = 2. (# U + #r) is even. However, this is a contradiction, since the Hamilton mesh has an odd number of nodes and connecting lines.

Zur besonders schnellen und effektiven Erzielung optimierter Ergebnisse ist es vorteilhaft, für die Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ein neuronales Netzwerk einzusetzen.It is to achieve optimized results particularly quickly and effectively advantageous for carrying out the method steps according to the invention use neural network.

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch ein Netzwerk- Planungswerkzeug zur Durchführung des oben beschriebenen, erfindungsge mäßen Verfahrens. Dadurch kann schon im Planungsstadium die Zusatzkapa zität bestimmt werden, die benötigt wird, um eine vollständige Restauration si cherzustellen.Within the scope of the present invention, a network Planning tool for performing the fiction, ge described above procedure. As a result, the additional capa can be paid at the planning stage be determined that is required to complete a restoration cherzustellen.

Weiterhin fällt in den Rahmen der Erfindung ein Computerprogramm zur Unter stützung bzw. zur Durchführung der Berechnungen, eine Servereinheit, insbe sondere ein Netzwerk-Server, sowie eine Prozessorbaugruppe, insbesondere ein digitaler Signalprozessor (= DSP) zur Unterstützung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das erfindungsgemäße Verfahren kann damit besonders schnell und zuverlässig durchgeführt werden.Furthermore, a computer program for the sub falls within the scope of the invention support or to perform the calculations, a server unit, esp in particular a network server and a processor module, in particular a digital signal processor (= DSP) to support the invention Process. The method according to the invention can thus be particularly fast and be carried out reliably.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter auf geführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschrie benen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu ver stehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.Further advantages of the invention result from the description and the Drawing. Likewise, those mentioned above and those still open Features according to the invention, each individually or in groups can be used in any combination. The shown and described These embodiments are not to be regarded as a final list stand, but rather have exemplary character for the description the invention.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausfüh rungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated in the drawing and is based on Ausfüh tion examples explained in more detail. Show it:

Fig. 1 ein Prinzipbild der Funktionsweise einer Restauration bei Auftreten einer Verbindungsunterbrechung in einem TK-Netzwerk; Fig. 1 is a basic diagram of the operation of a restoration upon occurrence of a disconnection in a telecommunications network;

Fig. 2 ein Beispiel einer Schnittmenge; FIG. 2 shows an example of an intersection;

Fig. 3 ein Beispiel einer Hamilton-Masche; FIG. 3 shows an example of a Hamiltonian mesh;

Fig. 4 eine Darstellung der Abhängigkeit der Zusatzkapazität von dem durch schnittlichen Knotengrad; Fig. 4 shows the dependence of the additional capacity on the average node degree;

Fig. 5a Zwei Graphen mit Hamilton-Maschen vor der Zusammenführung; FIG. 5a is two graphs with Hamiltonian mesh before merging;

Fig. 5b die beiden Graphen der Fig. 5a nach der Zusammenführung; Fig. 5b, the two graphs of Figure 5a after the merge.

Fig. 6 Schachbrettgraphen; Fig. 6 checkerboard graphs;

Fig. 7 einen Graphen mit einer ungeraden Anzahl von Knoten. Fig. 7 is a graph with an odd number of nodes.

In Fig. 1 ist ein Netzwerk 1 mit Knoten 2, die über Verbindungsleitungen 3 ver bunden sind, dargestellt. Vor Eintritt einer Unterbrechung einer Verbindungslei tung sind die Knoten A und B über den ursprünglichen Pfad 4 miteinander ver bunden. Wegen einer aufgetretenen Störung ist die Verbindungsleitung zwi schen den Knoten A und C unterbrochen, so dass auch der Pfad 4 unterbro chen ist. Deshalb muss eine neue Verbindung zwischen den Knoten A und B gefunden werden. Diese neue Verbindung stellt der restaurierte Pfad 5 dar.In Fig. 1, a network 1 with nodes 2 , which are connected via connecting lines 3 , is shown. Before an interruption of a connection line, nodes A and B are connected to one another via the original path 4 . Because of a malfunction, the connecting line between nodes A and C is interrupted, so that path 4 is also interrupted. A new connection between nodes A and B must therefore be found. The restored path 5 represents this new connection.

In der Fig. 2 ist eine Partition der Menge von Netzwerk-Knotenpunkten V in zwei nichtleere Untermengen V_r und V_l dargestellt. Die Untermenge V_l enthält Knoten N_l und die Untermenge V_r enthält Knoten N_r. Zwischen Knoten der Un termenge V_l und Knoten der Untermenge V_r bestehen Verbindungsleitungen a_i. Diese Verbindungsleitungen a_i haben die Eigenschaft, dass sie die Schnittmen ge (V_r, V_l) bilden. Sie genügen der Bedingung, dass ein Knoten O(a_i) ∈ (V_r) und ein Knoten T(a_i) ∈ (V_l) durch eine Verbindungsleitung verbunden werden.In FIG. 2 is a partition of the set of network nodes V in two non-empty subsets of V _r and V _l is shown. The subset V _l contains nodes N _l and the subset V _r contains nodes N _r . Connection lines a _i exist between nodes of subset V _l and nodes of subset V _r . These connecting lines a _i have the property that they form the intersection (V _r , V _l ). They meet the condition that a node O (a _i ) ∈ (V _r ) and a node T (a _i ) ∈ (V _l ) are connected by a connecting line.

In der Fig. 3 ist ein Graph G mit Hamilton-Maschen G_h = (V, A_h) von G darge stellt. Alle Knoten V einer Masche werden genau einmal aufgesucht. Zwei Kno ten einer Masche sind durch eine Verbindungsleitung a_h miteinander verbun den. Die Anzahl der Verbindungsleitungen a_h einer Masche entspricht genau der Anzahl der Knoten V einer Masche.In FIG. 3, a graph G with Hamiltonian mesh G _h = (V, A _h) of G Darge is provides. All nodes V of a stitch are searched for exactly once. Two knots of a stitch are connected to each other by a connecting line a _h . The number of connecting lines a _{h of} a mesh corresponds exactly to the number of nodes V of a mesh.

In der Fig. 4 ist der Prozentsatz p der Zusatzkapazität gegen den durchschnittli chen Knotengrad eines Netzwerks d aufgetragen. Daraus ergibt sich beispiels weise, dass sich für einen Knotengrad von 2 ein Prozentsatz von 100% ergibt. Dieser Prozentsatz sinkt mit zunehmendem Knotengrad des Netzwerks. Bei einem Knotengrad von 8 ist ein Prozentsatz von etwa 25% erreicht.In FIG. 4, the percentage p of the auxiliary capacitance to the durchschnittli chen node degree of a network plotted d. This means, for example, that a percentage of 100% results for a node degree of 2. This percentage decreases as the network node level increases. With a knot grade of 8, a percentage of about 25% is reached.

In der Fig. 5a sind zwei Graphen dargestellt, die beide eine Hamilton-Masche aufweisen. Beide Graphen weisen jeweils einen Knoten V_i und V_k, der durch eine Verbindungsleitung a_m verbunden ist, auf. In Fig. 5a shows two graphs are shown, both having a Hamiltonian mesh. Both graphs each have a node V _i and V _k , which is connected by a connecting line a _m .

In Fig. 5b sind die beiden Graphen der Fig. 5a zusammengeführt. Die Knoten V_i der beiden Graphen und die Knoten V_k der beiden Graphen sind jeweils zu ei nem einzigen Punkt V_i bzw. V_k verschmolzen worden. Demnach existiert nur noch eine Verbindung a_m des resultierenden Graphen.The two graphs of FIG. 5a are brought together in FIG. 5b. The nodes V _{i of} the two graphs and the nodes V _{k of} the two graphs have each been merged into a single point V _i and V _k . Accordingly, there is only one connection a _{m of} the resulting graph.

In der Fig. 6 sind Schachbrettgraphen dargestellt. Ein erster Graph G₁, der vier Knoten aufweist, wird mit einem zweiten Graphen G₂, der ebenfalls vier Knoten aufweist, zusammengeführt. Im nachfolgenden Schritt wird ein Graph G₃ mit den ersten beiden Graphen G₁, G₂ zusammengeführt. Danach können sich wiederum Graphen G₄, G₅ an die ersten drei Graphen G₁, G₂, G₃ anschließen. Es entsteht eine schachbrettartige Struktur G, die aus lauter Subgraphen G_c aufgebaut ist.In FIG. 6 checkerboard graphs are shown. A first graph G ₁ , which has four nodes, is merged with a second graph G ₂ , which also has four nodes. In the subsequent step, a graph G _{3 is} merged with the first two graphs G ₁ , G ₂ . Thereafter, graphs G ₄ , G ₅ can again connect to the first three graphs G ₁ , G ₂ , G ₃ . A chessboard-like structure G is formed, which is made up of nothing but subgraphs G _c .

In Fig. 7 ist ein Graph mit einer ungeraden Anzahl von Knoten V dargestellt. FIG. 7 shows a graph with an odd number of nodes V.

Claims

1. Method for planning the transmission capacities to be provided in a telecommunications (= TC) network, characterized by the following steps for determining the additional capacity necessary for the full restoration capability of the TC network in the event of an interruption in a network connection line with the associated one Traffic between two network nodes is required:

a) Determination of a Hamilton mesh for a real or spurious subset of the network nodes, each of which is connected to one another via a network connecting line, each network node being connected to exactly two network connecting lines of the Hamilton mesh and the used ones Network connection lines form a real or fake subset of all network connection lines used for restoration;
b) Intermediate step if the Hamilton mesh forms a real subset of the network nodes:
Adding further network nodes to the Hamilton mesh determined in step a), the additional network nodes to be added being connected via two network connecting lines to the network nodes of the subset or to other additional network nodes to be added, see above that the network nodes already dealt with form an expanded subset and the associated network connecting lines form an expanded subset;
c) repeated execution of step b1) until all existing network nodes of the TC network have been treated;
d) increasing the transmission capacity of each of the network connection lines present in the expanded subset by a maximum of the transmission capacity C _{max of} the network connection line which has the largest transmission capacity in the entire telecommunications network.

2. The method according to claim 1, characterized by the following steps instead of step c) in the event that the network connection line with the largest transmission capacity C _{max is} not part of the expanded subset of network connection lines:

1. Searching for the set of network connecting lines from the expanded subset that connect the two network nodes with the lowest total transmission capacity, between which the network connecting line with the largest transmission capacity C _max runs;
2. Increase the transmission capacities of all network connection lines of the amount of network connection lines found in step b1) by the transmission capacity C _max as additional capacity;
3. Determine the transmission capacity C- of the network connecting line which has the next smaller transmission capacity relative to the additional capacity last used to increase the transmission capacity;
4. Searching for a network path with those network connecting lines which, in total, have the lowest additional capacity for connecting the two network nodes which are connected to one another by the network connecting line with the next smaller transmission capacity C-;
5. Increase the transmission capacities of those network connecting lines on the network path found in step c4) which have not yet experienced an increase in their transmission capacity for the production of full restoration capability by the next smaller transmission capacity C-;
6. Repeat steps c3) to c5) until an additional capacity has been assigned to all network connecting lines of the telecommunications network.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a neural network to carry out the procedural steps is used.

4. Network planning tool to carry out the procedure according to any of the preceding claims.

5. Computer program to support or to carry out the Calculations in the procedural steps according to one of the previous claims.

6. Server unit to support the method according to one of the previous claims, in particular network server.

7. Processor module, in particular digital signal processor (= DSP) to support the process according to one of the previous claims.