DE69734927T2 - Digitalsignalverarbeitung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gestaltung eines Telekommunikationsnetzes aus Knoten und Verbindungen.
• Einführung
• Es gibt zahlreiche Beispiele von Versorgungs(Utility)-Dienstnetzen, die eine Vielzahl von Knoten (nodes) aufweisen, die durch eine Vielzahl von Verbindungen (links) miteinander verbunden sind. Dienste werden zwischen Knoteneinrichtungen an den Knoten entlang den Verbindungseinrichtungen übergeben. Beispiele derartiger Netze umfassen Stromversorgungsnetze, in denen die Verbindungen Hochspannungsstromkabel aufweisen und die Knoten Kraftwerke, Generatoren, Umspannstationen und ähnliches aufweisen; Wasserversorgungsnetze, in denen die Knoteneinrichtungen Reservoire, Absperrvorrichtungen, Wassertürme und Kundenstandorte aufweisen und die Verbindungen Versorgungsleitungen aufweisen; Gasversorgungsnetze, wobei die Knoteneinrichtungen Meeresplattformen, Speichertanks, Kundenstandorte, Verteilungszentren und Absperrvorrichtungen aufweisen und die Verbindungen Gaspipelines aufweisen; überörtliche Straßennetze, in denen die Knoten Städte oder Ortschaften aufweisen und die Verbindungen Strassen aufweisen, und ähnlich Eisenbahnnetze und Netze von Fluggesellschaften, und insbesondere Kommunikationsnetze, wie ein Computernetz, in dem die Knoten Computer-Einrichtungen aufweisen können und die Verbindungen Kommunikationsverbindungen aufweisen können, oder Fernsprechdienstkommunikationsnetze, in denen die Knoten Vermittlungseinrichtungen aufweisen können und die Verbindungen terrestrische, unterseeische, in der Luft befindliche oder Satelliten-Kommunikationskanäle aufweisen können.
• Betrachtet man das Beispiel des Fernsprechdienstnetzes weist ein herkömmliches Telekommunikationsnetz eine Vielzahl von Vermittlungsstellen zum Verbinden und Weiterleiten von Kommunikationskanälen zwischen Kundenstandorten und eine Vielzahl von Kommunikationsverbindungen auf, welche die Vermittlungsstellen und die Kundenstandorte verbinden. Ein Kundenstandort kann ein einzelnes Teil an Einrichtung aufweisen, zum Beispiel einen einzelnen Telefonapparat, oder er kann eine Telefonzentrale (switchboard facility) in den Räumlichkeiten eines Kunden aufweisen, die ermöglicht, das ankommende Anrufe an eine Vielzahl von einzelnen Telefonapparate geleitet werden.
• Wo es erforderlich ist, einen neuen Kundenstandort mit einem existierenden Kommunikationsnetz zu verbinden, oder wo es erforderlich ist, ein Kommunikationsnetz an einem Standort von Grund auf aufzubauen (ein Netz „auf einer grünen Wiese"), wird die Gestaltung des neuen Netzes oder die Gestaltung der Modifizierung des Netzes herkömmlicherweise von einem menschlichen Gestalter oder einer Gruppe von Gestaltern durchgeführt. Eine Netzgestaltung ist eine qualifizierte Tätigkeit, die auf menschlicher Fachkenntnis beruht. Es gibt Abschnitte von Netzen, die automatisch gestaltet werden können, sobald die erforderlichen Gestaltungsparameter oder Spezifikationen für das Netz errichtet wurden. Bestimmte Abschnitte eines Netzes können durch existierende Algorithmen und von einem Computer implementierte Gestaltungstechniken gestaltet werden. Trotzdem neigen im Allgemeinen menschliche Netzgestalter dazu, derartige Algorithmen und Techniken als Hilfsmittel bei der Gestaltung eines Netzes zu verwenden, und wenn die menschlichen Netzgestalter nicht überzeugt werden können, dass die Hilfsmittel eine optimale Lösung des Problems einer Netzgestaltung erzeugen, verlassen sich die menschlichen Gestalter im Allgemeinen auf ihre eigene Erfahrung und Intuition bei der Gestaltung eines Netzes, statt sich auf die Algorithmen zu verlassen, um eine Gestaltung für ein vollständiges Netz zu erzeugen.
• Die Anzahl und Vielfalt von Parametern, die der menschliche Netzgestalter bei der Gestaltung eines Netzes berücksichtigen muss, ist groß. Einige der Parameter, die menschlichen Gestaltern von Telekommunikationsnetzen bekannt sind, umfassen ein Auswählen des Typs von Vermittlungsnetz, zum Beispiel ein Paketvermittlungsnetz (PSN – packet switched network) oder ein leitungsvermitteltes Netz (CSN – circuit switched network), ein Layout der Netztopologie, Verfügbarkeit, Wachstum, Empfindlichkeit (survivability), Zuverlässigkeit, Verzögerung, Leistung, Kosten, Anrufblockierung, Betriebsgüte, Dienstqualität, Netzsprünge (hops), Kapazität, Bandbreite und festes alternatives oder dynamisches alternatives Routing. Ferner erfordern synchrone und asynchrone Netze unterschiedliche Ansätze einer Gestaltungsoptimierung.
• Der Artikel „Network constructing Algorithm Based on Link significance Evaluation – NABLE" von Noriyuki Ikeuchi, Electronics and Communications in Japan, Teil 1 – Communications, Vol. 73, Nr. 2, Februar 1990, New York, U.S., Seiten 30 bis 41, offenbart ein automatisiertes Verfahren, das ein Netz hinsichtlich der Kosten einer Bereitstellung seiner Verbindungen optimieren kann.
• Genauer, NABLE beginnt mit einem vollständig vermaschten nichthierarchischen Netz von N Knoten und wandelt dieses in ein hierarchisches Netz mit zwei Ebenen um. Der Algorithmus wählt iterativ einen Knoten als Knoten der oberen Ebene des hierarchischen Netzes mit zwei Ebenen durch zuerst Bewerten der Verbindungen, um eine heuristische Funktion, als „Verbindungssignifikanz" bezeichnet, zu erlangen, welche die erhöhten Kosten einer alternativen Route ist, normalisiert durch die Kosten einer direkten Verbindung, wenn die Verbindung die Minimumanzahl von Verbindungsleitungen (trunks) aufweist, die eine gewisse Blockier-Wahrscheinlichkeit vorsehen (0.01 wird als der „standardmäßige" Wahrscheinlichkeitswert vorgesehen), und dann Bewerten der Knoten, um eine „Knotensignifikanz" zu erlangen, welche die Summe der Verbindungssignifikanzwerte für die Verbindungen ist, die von „Shortcut" zu „Backbone" befördert werden können, wenn der Knoten von der unteren Ebene zu der oberen Ebene befördert wird.
• Jeder Knoten der unteren Ebene wird dann einem Knoten der oberen Ebene zugewiesen, der auf der Basis des höchsten Verbindungssignifikanzwerts der jeweiligen Verbindungen zwischen dem Knoten der unteren Ebene und den Knoten der oberen Ebene ausgewählt wird. Nach der Neuzuweisung der Knoten der unteren Ebene werden die Netzkosten bewertet und nach einer vorgegebenen Anzahl von Iterationen wird das Netz mit den niedrigsten Kosten ausgewählt.
• Die Veröffentlichung „Topological Design of Local-Area Networks Using Genetic Algorithms" von Reuven Elbaum und Moshe Sidi, IEEE/ACM Transactions On Networking, Vol. 4, Nr. 5, Oktober 1995, offenbart einen Algorithmus zur Gestaltung von LANs mit dem Ziel einer Minimierung der durchschnittlichen Netzverzögerung. Ein heuristischer Algorithmus wird verwendet, der auf genetischen Ideen basiert.
• Der Algorithmus arbeitet auf einem Satz von angebotenen Lösungen, als „Population" bezeichnet. Jede Lösung, als „Individuum" bezeichnet, kann eine Lösung des Lösungsraums sein, die von einem String dargestellt wird, der drei „Chromosomen" aufweist; das heißt, ein Konfigurations-Chromosom, das eine „übergreifender Baum"(spanning tree)-Konfiguration beschreibt, ein Cluster- Chromosom, das die Verteilung von Benutzern in Cluster beschreibt, und ein Cluster-Reihenfolge-Chromosom, das die Reihenfolge einer Cluster-Zuweisung auf dem übergreifenden Baum beschreibt. Unterschiedliche Lösungen werden in unterschiedliche Chromosomenwerte codiert. Der Lösungsraum wird durchsucht, um das Optimum für eine „Zielfunktion" zu finden. Jedes Individuum, das eine Lösung darstellt, wird von der Zielfunktion bewertet. Der entstehende Wert wird als der „Tauglichkeitswert" der Lösung bezeichnet.
• Die aktuelle Population von Chromosomen-Strings wird entwickelt, wodurch eine neue Generation mit höherer Tauglichkeit erzeugt wird, unter Verwendung von drei Operatoren, Reproduktion, Kreuzung (crossover) und Mutation, die auf die Chromosomen angewendet werden. Die Tauglichkeitswerte der von den neuen Individuen dargestellten Netze werden von der Zielfunktion bewertet, die neue Generation ersetzt die aktuelle Generation und der Algorithmus wird wiederholt. Der Algorithmus endet nach einer festen Anzahl von Generationen oder wenn ein gewähltes Kriterium, wie der beste individuelle Zielfunktionswert, eine Schwelle erreicht.
• Insbesondere erzeugt der Algorithmus zur Gestaltung eines untereinander verbundenen Netzes von P-Clustern die Konfigurations-Chromosomen für die Individuen der ersten Population durch zuerst Erzeugen von „übergreifender Baum"-Strukturen mittels zufälligen Auswählens von P-Label von einem vollständigen Huffman-Baum einer Tiefe P/2, bei dem jeder Knoten (P-1) Söhne aufweist; Paaren jedes Knotens der gewählten P-Baum-Knoten mit einem entsprechenden der P-Cluster; und „Festlegen" des Baums, so dass jedes Label einen Vater aufweist. Jedes Label, das keinen Vater hat, wird von dem Label des fehlenden Vaters ersetzt. Der feste Baum wird dann in sein entsprechendes Konfigurations-Chromosom umgewandelt.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen ein Verfahren zur Gestaltung eines Telekommunikationsnetzwerks mit einer Vielzahl von Vermittlungsknoten, die durch eine Vielzahl von Verbindungen miteinander verbunden sind, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
• (a) Errichten (155) einer anfänglichen aktuellen Population von zufällig erzeugten Baumstrukturen, wobei jede Baumstruktur eine jeweilige entsprechende Netzgestaltung darstellt, durch die Teilschritte (a1) Erzeugen (140) einer Baumstruktur durch (a1.1) zufälliges Auswählen der maximalen Anzahl von Ebenen, welche die Baumstruktur umfassen kann, und, beginnend mit dem Wurzelknoten der Baumstruktur, (a1.2) Definieren der Rolle eines Knotens der Baumstruktur durch zufälliges Auswählen eines Signals eines Satzes von Signalen, einschließlich Vermittlungsknotensignale und Verbindungssignale, wobei jedes Verbindungsknotensignal eine Vielzahl von Argumenten aufweist, wobei jedes Argument einen jeweiligen Baumknoten in einer nächstniedrigeren Ebene der Baumstruktur spezifiziert, (a1.3) Wiederholen des Teilschritts (a1.2) für jedes derartige Argument der Baumstruktur, bis entweder alle Blattknoten der Baumstruktur Vermittlungsknotensignale sind oder ein Wachsen der Baumstruktur die maximale Anzahl von Ebenen überschreiten würde;
• (a2) Anwenden einer Netzrealisierbarkeitsprüfung (149) gemäß einem oder mehreren Netzrealisierbarkeitskriteria auf die von der entstehenden Baumstruktur dargestellte Netzgestaltung;
• (a3) Auswahl dieser Baumstruktur als ein Element der anfänglichen Population, wenn sie die Netzrealisierbarkeitsprüfung von Teilschritt (a2) passiert;
• (a4) zyklisches Wiederholen der Teilschritte (a1) bis (a3), bis die Population eine vorgegebene Größe erreicht;
• (b) Bewerten (151) der jeweiligen Tauglichkeitswerte von Netzen, die von Baumstrukturen der aktuellen Population dargestellt werden;
• (c) Zuweisen (153) einer Auswahlwahrscheinlichkeit zu jedem der bewerteten entsprechenden Netzgestaltungen gemäß deren jeweiligen Tauglichkeitswerten;
• (d) Errichten (155) einer neuen aktuellen Population von Baumstrukturen, die Baumstrukturen aufweist, die durch genetische Evolution aus der alten aktuellen Population von Baumstrukturen erzeugt werden, einschließlich Reproduzieren einer Baumstruktur, die aus der aktuellen Population gemäß ihrer Auswahlwahrscheinlichkeit ausgewählt wird;
• (e) zyklisches Wiederholen der Schritte (b), (c) und (d), bis ein Ende-Kriterium erfüllt ist; und
• (f) Auswahl der Netzgestaltung mit dem besten Tauglichkeitswert.
• Vorzugsweise weist der Bewertungsschritt (b) die Teilschritte auf:
• (b1) Anwenden einer Netzrealisierbarkeitsprüfung (149) gemäß einem oder mehreren Netzrealisierbarkeitskriteria auf die von den Baumstrukturen der aktuellen Population dargestellten Netze; und
• (b2) Bewerten (151) der jeweiligen Tauglichkeitswerte nur der Netze, welche die Netzrealisierbarkeitsprüfung von Teilschritt (b1) bestehen.
• Der Bewertungsschritt (b) kann ein Überprüfen der Tauglichkeitswerte hinsichtlich eines vorgegebenen Tauglichkeitskriteriums aufweisen, wobei der Zuweisungsschritt (c) und die genetische Evolution von Schritt (d) nur auf den Individuen durchgeführt wird, deren entsprechende Netzgestaltungen diese Tauglichkeitsprüfung bestehen.
• Vorzugsweise weist das vorgegebene Tauglichkeitskriterium Kosten auf.
• Vorzugsweise haben für jede der Baumstrukturen einer aktuellen Population die Vermittlungsknotensignale jeweilige Baumknotenidentifizierer gemäß einer bestimmten auf den relevanten Baum angewendeten Baumdurchlaufvereinbarung spezifiziert, und die Verbindungssignale haben jeweilige Baumknotenidentifizierer gemäß dieser Baumdurchlaufvereinbarung spezifiziert, und der Schritt (d) weist die Teilschritte auf:
• (d1) Austauschen eines Teilbaums einer ersten der Baumstrukturen mit einem Teilbaum einer zweiten der Baumstrukturen, wobei die erste und die zweite Baumstruktur als Eltern-Baumstrukturen bezeichnet werden, und dadurch Erzeugen von zwei Nachkommen-Baumstrukturen der neuen aktuellen Population, wobei in den Nachkommen-Baumstrukturen jedes Vermittlungsknotensignal und jedes Verbindungssignal seinen jeweiligen Baumknotenidentifizierer behält, als Eltern-spezifizierter Identifizierer bezeichnet, entsprechend der Eltern-Baumstruktur, von der das Signal genommen wurde;
• (d2) Verifizieren für jede der neu erzeugten Nachkommen-Baumstrukturen, dass jedes der Vermittlungsknotensignale und Verbindungssignale der jeweiligen Nachkommen-Baumstruktur einen jeweiligen Eltern-spezifizierten Identifizierer aufweist, der identisch zu dem Identifizierer ist, der als ein entsprechender Nachkommen-spezifizierter Identifizierer bezeichnet wird, der von der Baumdurchlaufvereinbarung für dieses Vermittlungsknotensignal oder Verbindungssignal in der neu erzeugten Nachkommen-Baumstruktur spezifiziert wird; und
• (d3) in dem Fall, dass Teilschritt (d2) erfasst, dass ein Vermittlungsknotensignal oder Verbindungssignal einer der Nachkommen-Baumstrukturen einen jeweiligen Eltern-spezifizierten Identifizierer aufweist, der nicht identisch mit dem entsprechenden Nachkommen-spezifizierten Identifizierer ist, Ändern aller Vorkommen des nichti dentischen Eltern-spezifizierten Identifizierers in der Nachkommen-Baumstruktur in den entsprechenden Nachkommen-spezifizierten Identifizierer.
• Vorzugsweise sind für jede der Baumstrukturen der aktuellen Population die zugewiesenen Baumknotenidentifizierer der Vermittlungsknotensignale sequentielle Indices und die zugewiesenen Baumknotenidentifizierer der Verbindungssignale sind sequentielle Indices.
• Vorzugsweise weist jedes Verbindungssignal ein linkes Argument und ein rechtes Argument auf und kann entweder ein Verbindungssignal oder ein Graft-Signal sein; jedes der Argumente des Verbindungssignals kann ein Vermittlungsknotensignal oder ein Verbindungssignal sein; und jedes der Argumente des Graft(„Sprössling")-Signals kann ein Graft-Signal oder ein Verbindungssignal sein.
• Die Verbindungssignale können eine Information über physikalische Verbindungseinrichtungen und ihr Verbindungsmuster mit Vermittlungseinrichtungen beschreiben und die Graft-Signale können die Verbindung von physikalischen Verbindungen oder Teilnetzen an Vermittlungsknoteneinrichtungen bezeichnen.
• In den Verfahren gemäß den vorhergehenden zwei Paragraphen weist vorzugsweise der Teilschritt (a2) zum Umwandeln einer Baumstruktur in die Netzgestaltung, die sie darstellt und auf welche die Netzrealisierbarkeitsprüfung angewendet wird, die Teilschritte auf:
• (a2.1) Durchlaufen der Baumstruktur und bei Antreffen eines von einem Verbindungssignal gebildeten Baumknotens;
• (a2.2) wenn dieses Verbindungssignal ein Graft-Signal ist, Suchen jeweiliger Teilbäume, die von den linken und rechten Argumenten dieses Verbindungssignals gebildet werden, um jede dazwischen existierende Verbindung zu finden, (a2.2.1) wenn keine derartige Verbindung zwischen den jeweiligen Teilbäumen gefunden wird, Erzeugen einer neuen Verbindung zwischen einem externen Baumknoten von einem der jeweiligen Teilbäume und einem externen Baumknoten von dem anderen der jeweiligen Teilbäume;
• (a2.3) wenn dieses Verbindungssignal ein Verbindungssignal ist, Suchen der jeweiligen Teilbäume, um jede existierende Verbindung zwischen einem ersten Vermittlungsknotensignal des Teilbaums, der von dem linken Argument dieses Verbindungssignal gebildet wird, und einem zweiten unterschiedlichen Vermittlungsknotensignal des jeweiligen Teilbaums, der von dem rechten Argument dieses Verbindungssignal gebildet wird, zu finden, (a2.3.1) wenn keine derartige Verbindung zwischen den ersten und zweiten Vermittlungsknotensignalen gefunden wird, Erzeugen einer neuen Verbindung zwischen den ersten und zweiten Vermittlungsknotensignalen; und
• (a2.4) wenn kein zweites unterschiedliches Vermittlungsknotensignal in dem Teilbaum gefunden wird, der von dem linken Argument dieses Verbindungssignal gebildet wird, umwandeln des Verbindungssignals in ein Graft-Signal und Durchführen von Teilschritt (a2.2).
• Vorzugsweise weist der Teilschritt (a2.2.1) auf eine Auswahl der externen Baumknoten der jeweiligen Teilbäume auf der Basis der kürzesten physikalischen Entfernung zwischen tatsächlichen Telekommunikationsnetzknoten, die von externen Baumknoten der jeweiligen Teilbäume dargestellt werden.
• Mehr Vorzugsweise weist in dem Teilschritt (a2.2.1), wenn die kürzeste physikalische Entfernung größer als ein vorgegebener Wert ist, die Erzeugung einer neuen Verbindung zwischen den ausgewählten externen Baumknoten ein Erzeugen eines Baumknotens auf, der von einem Vermittlungsknotensignal gebildet wird und einen Vermitt lungsknoten zwischen den tatsächlichen Telekommunikationsnetzknoten darstellt, die von externen Baumknoten der jeweiligen Teilbäume dargestellt werden.
• Verbindungssignale können verwendet werden, um Teilbäume zu erzeugen, und Graft-Signale können verwendet werden, um die Teilbäume in eine Gesamtbaumstruktur mit einer einzelnen Wurzel zu verbinden.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen ein Computer-lesbares Medium mit Computer-ausführbaren Programmanweisungen zur Durchführung eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
• Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen ein Computersystem, das zur Durchführung eines Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung programmiert ist.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Die Erfindung wird nun auf beispielhafte Weise unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
• 1 ein funktionales Layout einer Hardware zum Implementieren eines bevorzugten Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
• 2 einen allgemeinen Überblick eines bevorzugten Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
• 3 und 4 schematisch ein weiteres Detail eines bevorzugten Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
• 5 eine Konfiguration eines Verbindungssignals zeigt, welches das bevorzugte Verfahren aufweist;
• 6 eine weitere Konfiguration eines Verbindungssignals zeigt;
• 7 eine weitere Konfiguration eines Verbindungssignals zeigt;
• 8 eine Konfiguration eines Graft-Signals gemäß dem bevorzugten Verfahren zeigt;
• 9 eine weitere Konfiguration eines Graft-Signals zeigt;
• 10 schematisch einen Betrieb des Verbindungssignals zeigt;
• 11 schematisch einen Betrieb des Graft-Signals zeigt;
• 12 eine Baumstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
• 13 bis 16 visuelle Anzeigen eines Telekommunikationsnetzes gemäß der Baumstruktur von Fig. darstellen, wie auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt;
• 17 eine visuelle Anzeige des Netzes zeigt, das von der Baumstruktur von 12 beschrieben wird, wie auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt;
• 18 ein Netzgestaltungsproblem zum Verbinden einer Vielzahl von Kundenstandorten darstellt;
• 19 eine Baumstruktur zeigt, die erzeugt wird, um eine mögliche Lösung für das Netzgestaltungsproblem von 18 vorzusehen;
• 20 auf einer Anzeigevorrichtung eine visuelle Anzeige einer Netzkarte darstellt, die eine mögliche Lösung für das Netzgestaltungsproblem von 18 darstellt, wie von dem Baum von 19 beschrieben;
• 21 eine weitere Baumstruktur zeigt, die erzeugt wird, um eine weitere mögliche Lösung für das Netzgestaltungsproblem von 18 vorzusehen;
• 22 auf einer Anzeigevorrichtung eine visuelle Anzeige einer weiteren Netzkarte zeigt, die eine mögliche Lösung für das Netzgestaltungsproblem von 18 darstellt, wie von dem Baum von 21 beschrieben;
• 23 eine Entwicklung der ersten und der zweiten Baumstruktur der 19 und 21 zeigt, um eine weitere Generation von Nachkommen-Baumstrukturen zu erzeugen;
• 24 visuelle Anzeigen zeigt, wie auf einer Anzeigevorrichtung für Eltern- und Nachkommennetzkarten dargestellt, die von den Eltern- und Nachkommen-Baumstrukturen von 23 beschrieben werden;
• 25 eine visuelle Anzeige zeigt, wie auf einer Anzeigevorrichtung für eine zufällig erzeugte Netzkarte als eine erste Generationsversuchslösung für ein zweites Netzgestaltungsproblem dargestellt wird;
• 26 auf einer Anzeigevorrichtung eine visuelle Anzeige einer optimierten Netzkarte als eine optimierte Lösung für das zweite Netzgestaltungsproblem darstellt;
• 27 auf einer Anzeigevorrichtung eine visuelle Anzeige eines Satzes von anfänglichen Netzbeschränkungen und anfänglichen Netzannahmen für ein drittes Netzgestaltungsproblem zeigt;
• 28 auf einer Anzeigevorrichtung eine visuelle Anzeige einer anfänglichen Generationsnetzkartendarstellung zeigt, wie von einer durch eine anfängliche Generation zufällig erzeugte Baumstruktur beschrieben wird, einschließlich die Beschränkungen und Annahmen des von 26 beschriebenen Netzes; und
• 29 auf einer Anzeigevorrichtung eine visuelle Anzeige einer optimierten Lösungsnetzkarte für das dritte Netzgestaltungsproblem mit anfänglichen Netzannahmen zeigt, beschrieben von der Anzeige von 26.
• Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
• Die Erfindung wird nun auf beispielhafte Weise unter Bezugnahme auf die oben identifizierten Zeichnungen beschrieben.
• Ein allgemeiner Überblick für eine Netzgestaltungsvorrichtung wird in 1 gezeigt, die einen maschinenimplementierten genetischen Prozess zur Optimierung des Netzes mit Knoten und Verbindungen verwendet. Ein physikalisches Netz wird dargestellt als eine zweidimensionale Netzkarte, die eine Vielzahl von Knoten und eine Vielzahl von Verbindungen aufweist. Die Netzgestaltungsvorrichtung kann verwendet werden zum Anordnen von Datensignalen, die eine Gestaltung eines Netzes definieren, das Knoteneinrichtungen und Ver bindungseinrichtungen aufweist, z.B. ein Versorgungsdienstenetz wie ein Gaspipelinenetz, ein Straßennetz, ein Netz von Fluglinien, ein Elektrizitätsversorgungsnetz, ein Wasserverteilungsnetz oder ein Kommunikationsnetz, zum Beispiel ein Computernetz oder ein Telekommunikationsnetz. Hier wird auf beispielhafte Weise die Netzgestaltungsvorrichtung und ihr Betriebsverfahren durch Anordnung von Datensignalen unter Verwendung des Beispiels eines Kommunikationsnetzes und insbesondere eines Telekommunikationsnetzes beschrieben.
• Die Netzkarte weist auf einen umfassenden Satz von Anweisungen zum Aufbau eines physikalischen Netzes. Die Knoten der Karte stellen Teile von physikalischen Knoteneinrichtungen und ihre Standorte dar. Die Verbindungen der Karte stellen physikalische Telekommunikationsverbindungen dar, zum Beispiel in dem Fall eines Telekommunikationsnetzes Glasfaserkabel, Mikrowellenpfade. Die Netzkarte enthält Daten, welche die physikalischen Standorte von Knoten und Verbindungen relativ zueinander oder relativ zu einer vorgegebenen Geographie darstellen, zusammen mit anderen für das Netz relevanten Charakteristiken, zum Beispiel in dem Fall, wenn die Netzgestaltungsvorrichtung zur Gestaltung eines Telekommunikationsnetzes verwendet wird, enthält die Netzkarte Daten, die Routingtabellen, Verbindungs- und Vermittlungskapazitäten, Dienstfunktionen darstellen, und Daten, die Kosten oder andere Leistungskriterien von Hardware-Komponenten beschreiben. Die Netzkarte kann in elektronischer Form als ein Netzsignal in einem elektronischen Prozessor oder Speicher gespeichert werden.
• Die Vorrichtung in 1 weist auf einen Baumgenerator 140, der Hardwaresignale, die Daten darstellen, die eine physikalische Vermittlungsvorrichtung, Verbindungsvorrichtung, Einrichtungen am Kundenstandort und andere Einrichtungen eines Telekommunikati onsnetzes beschreiben, Netzannahmesignale, die Daten darstellen, die alle anfänglichen Annahmen über den Typ des wahrscheinlich zu gestaltenden Netzes betreffen, und Netzbeschränkungssignale empfängt, die alle erforderlichen Beschränkungen für das Netz darstellen. Der Baumgenerator 140 weist einen Teil eines elektronischen Speichers und einen elektronischen Prozessor auf. Die Hardwaresignale, Netzannahmesignale und Netzbeschränkungssignale können durch Übertragung von einem Signalträger, wie eine Floppy-Disk 141, an einen elektronischen Speicher empfangen werden, der dem Baumgenerator 140 zugewiesen ist. Der Prozessor arbeitet gemäß einem Satz von vorgegebenen Aufbausignalen, die von einem Signalträger, zum Beispiel einer Floppy-Disk 143, eingegeben werden können, um die Hardwaresignale in eine hierarchische Baumstruktur aufzubauen, in der die Hardwaresignale durch Knotensignale und Verbindungssignale eingekapselt werden, wobei die Verbindungssignale die Knotensignale miteinander verbinden.
• Die Knotensignale und Verbindungssignale können in den Baumgenerator über ein Signal-übertragendes Medium, wie eine Floppy-Disk 144, eingegeben werden. Aufgebaute Baumsignale werden an einen Baumsignal-zu-Netzsignal-Konverter 145 übertragen, der die in den Verbindungssignalen und den Knotensignalen enthaltenen Anweisungen implementiert, um einen Satz von Netzsignalen zu erzeugen, die ein physikalisches Telekommunikationsnetz beschreiben. Jedes Baumsignal, das eine jeweilige hierarchische Struktur von Hardwaresignalen, Knotensignalen und Verbindungssignalen beschreibt, wird von dem Baum-zu-Netz-Konverter 145 in ein jeweiliges Netzsignal umgewandelt, das ein einzelnes physikalisches Telekommunikationsnetz darstellt. Das das physikalische Telekommunikationsnetz darstellende Netzsignal weist die Netzkarte in Signalform auf. Der Baumgenerator kann eine große anfängliche Population von Baumsignalen erzeugen, zum Beispiel 500, die in dem Baumspeicher 142 gespeichert werden, und jedes Baumsignal wird von dem Baumsignal-zu-Netzsignal-Konverter 145 in ein jeweiliges Netzsignal umgewandelt, was zu einer großen Population, zum Beispiel 500, von Netzsignalen führt, die jeweils eine jeweilige Netzkarte definieren.
• Der Baum-zu-Netz-Konverter 145 weist vorzugsweise einen elektronischen Prozessor auf, der konfiguriert ist, die in den Knotensignalen und Verbindungssignalen enthaltenen Anweisungen zu implementieren. Aus jedem Netzsignal kann eine entstehende visuelle Netzanzeige, welche die Netzkarte darstellt, zur Anzeige auf einer Anzeigevorrichtung 146 abgeleitet werden. Die Netzsignale können einer weiteren elektronischen Verarbeitung unterzogen werden, um sie auf ein Format zu konfigurieren, das zur Anzeige auf der visuellen Anzeigevorrichtung 146 geeignet ist. Alternativ können die Netzsignale konfiguriert werden, um Hardcopy-Darstellungen der von den Netzsignalen dargestellten Netzkarte zum Ausdruck auf einer Druckervorrichtung 147 zu erzeugen. Die Netzsignale können auf einen Signalträger, zum Beispiel eine Floppy-Disk, durch eine geeignete Vorrichtung, wie ein Diskettenlaufwerk 148, heruntergeladen werden. Netzsignale werden von dem Baumsignal-zu-Netzsignal-Konverter 145 an einen Realisierbarkeits-Auswerter 149 übertragen. Der Realisierbarkeits-Auswerter vergleicht das von den Netzsignalen beschriebene Netz mit vorgegebenen Realisierbarkeitskriteriasignalen, die von einem Signalträger, zum Beispiel einer Floppy-Disk 150, in den Realisierbarkeits-Auswerter heruntergeladen werden können.
• Netzsignale, die sich innerhalb der von den Realisierbarkeitskriteriasignalen definierten Realisierbarkeitskriteria befinden, werden an einen Tauglichkeits-Auswerter 151 übertragen. Der Tauglichkeits-Auswerter vergleicht die von den Netzsignalen beschriebenen Netze mit Bedingungen für Tauglichkeitskriteria, die von Tauglichkeitskriteriasignalen beschrieben werden, die von einem Signalträger, wie einer Floppy-Disk 152, heruntergeladen werden können. Der Realisierbarkeits-Auswerter und der Tauglichkeits-Auswerter können jeweils einen elektronischen Prozessor aufweisen. Der Tauglichkeits-Auswerter gibt ein Tauglichkeitssignal für jedes Netzsignal aus, das von dem Tauglichkeits-Auswerter bearbeitet wird. Das Tauglichkeitssignal wird an einen Baum-Selektor 153 übertragen, der vorzugsweise einen elektronischen Prozessor aufweist. Der Baum-Selektor 153 vergleicht die von dem Tauglichkeits-Auswerter erzeugten Tauglichkeitssignale mit einem Satz von vorgegebenen Tauglichkeitsgrenzsignalen, die von einem Signalträger, wie einer Floppy-Disk 154, heruntergeladen werden können, und erzeugt ein Auswahlsignal für jedes Netzsignal, das zu einem Realisierbarkeitssignal und einem Tauglichkeitssignal geführt hat, die innerhalb jeweiliger von den entsprechenden Realisierbarkeitskriteriasignalen und Tauglichkeitsgrenzsignalen definierter Grenzwerte fallen.
• Die Auswahlsignale werden in eine „genetische Evolutions-"Maschine 155 eingegeben, die von dem Baumspeicher 142 übertragene ausgewählte Baumsignale entwickelt durch Kombinieren und Reproduzieren von Baumsignalen miteinander, um modifizierte Baumsignale zu erzeugen, die dann an den Baumsignalspeicher 142 zurück übertragen werden. Der Evolutionsprozess der Baumsignale wird von einem Satz von Anweisungen gesteuert, die sich in Evolutionssignalen befinden, die in die „genetische Evolutions-"Maschine über einen Signalträger, zum Beispiel eine Floppy-Disk 156, heruntergeladen werden können. Vorzugsweise weist die „genetische Evolutions-" Maschine 155 einen elektronischen Prozessor mit einem zugehörigen Speicherteil auf, zum Beispiel RAM. Modifizierte Baumsignale in dem Baumsignalspeicher 142 werden dann an den Baumsignal-zu-Netzsignal-Konverter 145 gesendet und dann wird der Prozess wie oben beschrieben auf den modifizierten Baumsignalen wiederholt. Dies führt zu einem neuen Satz von Baumsignalen, die von der „ge netischen Evolutions-" Maschine 155 bearbeitet werden. Jedes Mal, wenn ein ausgewählter Satz von Baumsignalen von der „genetischen Evolutions-" Maschine 155 bearbeitet wird, wird eine neue Generation von modifizierten Baumsignalen in den Baumsignalspeicher 142 geschrieben. Eine Anzahl von Generationen kann ausgewählt werden und für jede Generation können Anzeigen, die physikalische Netze darstellen, die von den dieser Generation von Baumsignalen entsprechenden Netzsignalen dargestellt werden, auf der visuellen Anzeigevorrichtung 146 oder dem Drucker 147 erzeugt werden.
• In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden der Baumgenerator, der Realisierbarkeits-Auswerter, der Tauglichkeits-Auswerter, der Baum-Selektor und die „genetische Evolutions-"Maschine durch Konfigurieren eines elektronischen Computers implementiert, zum Beispiel durch Konfigurieren einer Unix-Plattform in der Programmiersprache C. Baumsignale und/oder Netzsignale können von dem Baum-zu-Netz-Konverter 145 mittels einer Festplatte 152 entladen werden.
• Unter Bezugnahme auf 2 wird ein allgemeiner Überblick eines von der Vorrichtung von 1 implementierten Prozesses zum Erlangen von Baumsignalen beschrieben. Jedes Baumsignal ist in einen Satz von Netzsignalen umwandelbar, die eine Gestaltung (die Netzkarte) für ein entsprechendes Telekommunikationsnetz darstellen. Das Ergebnis des Prozesses ist ein Satz von Signalen, die Gestaltungen für ein Telekommunikationsnetz darstellen. Die Signale können verwendet werden, um eine Anzeigevorrichtung oder einen Drucker anzutreiben, um eine Hardcopy-Netzkarte für ein Telekommunikationsnetz zu erzeugen. Ein physikalisches Telekommunikationsnetz kann gemäß der in den Netzkarten enthaltenen Information errichtet werden. Da die Konstruktion und der Betrieb des Telekommunikationsnetzes von seiner gesamten Gestaltung diktiert wird, wie von den Baumsignalen verkörpert, ist der Prozess zur Gestaltung des Netzes implizit ein Teil des physikalischen Telekommunikationsnetzes selbst. Die aus dem hier beschriebenen Prozess stammenden Baumsignale diktieren den Betrieb und das Funktionieren eines physikalischen Telekommunikationsnetzes.
• In Schritt 201 weist der Beginn des Prozesses auf ein Spezifizieren eines Satzes von erforderlichen Beschränkungen des Netzes und ein Erzeugen anfänglicher Annahmen über den Typ des erforderlichen Netzes, zum Beispiel die Anzahl und Standorte von Vermittlungsstellen. Dieser Schritt wird implementiert durch Erzeugen von Datensignalen, welche die Netzbeschränkungen und Netzannahmen darstellen. Der Schritt 201 kann betrachtet werden als Definieren eines Problems, für das eine optimale Lösung zu finden ist.
• In Schritt 202 werden Hardware-Signale gesammelt, welche die physikalischen Beschränkungen der einzelnen Hardwarekomponenten darstellen, die zur Aufnahme in das physikalische Netz verfügbar sind. Derartige Datensignale können als in einer Datenbank auf einem Computer gespeicherte Datensignale verfügbar sein oder sie können von einem Signalträger, zum Beispiel einer Floppy-Disk 141, eingegeben werden.
• In Schritt 203 wird eine anfängliche Population von hierarchischen zweidimensionalen Baumstruktursignalen erzeugt. Jedes Baumstruktursignal stellt Daten dar, die eine bestimmte Netzgestaltung spezifizieren als eine mögliche Lösung des Problems einer Erlangung einer optimalen Netzgestaltung mit den spezifizierten Beschränkungen. Typischerweise wird eine Population von einzelnen Baumsignalen einer Größe erzeugt, die ausreichend ist, um eine breite Vielfalt von Lösungen zu liefern, zum Beispiel 500 Baumsignale, obwohl die genaue Anzahl innerhalb weiter Grenzen dieser Zahl variieren kann.
• Die Baumsignale werden durch einen zufälligen oder teilweise zufälligen Prozess gemäß einem Satz von Aufbauanweisungen erzeugt, die Knotensignale, Verbindungssignale und Beschränkungssignale in ein zweidimensionales Baumsignal zusammensetzen.
• In Schritt 204 wird jede einzelne Baumstruktur in ein entsprechendes Netzsignal umgewandelt, das hinsichtlich einer Realisierbarkeit und einer Tauglichkeit als Netzgestaltung überprüft wird. Jedes Netzsignal wird hinsichtlich der Realisierbarkeit des physikalischen Telekommunikationsnetzes überprüft, das es darstellt. Da die Bäume anfangs zufällig erzeugt werden, führen nicht alle Bäume zu Netzsignalen, die Gestaltungen beschreiben, die physikalisch realisierbar sind.
• Eine Überprüfung der Tauglichkeit weist auf ein Vergleichen einer Netzgestaltung, die als ein von einem einzelnen Baum stammendes Netzsignal dargestellt wird, mit einem definierten Tauglichkeitskriterium, zum Beispiel Leistung, Zuverlässigkeit, Belastbarkeit oder Kosten. Jedem einzelnen Baumsignal wird ein Maß seiner Tauglichkeit erteilt.
• Ein vorgegebener Prozentsatz der Baumsignale der anfänglichen Population werden in Schritt 205 ausgewählt, um die Basis zu bilden, aus der eine nächste Generationspopulation von Baumsignalen entsteht. Da die Mehrheit der am wenigsten tauglichen Bäume unwahrscheinlich als die Basis der nächsten Population gewählt wird, ist die Anzahl der ausgewählten Baumsignale geringer als die Anzahl der Baumsignale in der anfänglichen Population.
• In Schritt 206 wird die Population regeneriert durch Entwicklung von neuen Baumsignalen aus den gewählten realisierbaren Baumsignalen der anfänglichen Population. Eine Regeneration der Baumsignale kann durch die Mechanismen von Kreuzung, Reproduktion in unveränderter Form, Mutation oder Permutation geschehen.
• Die Anzahl von einzelnen Baumsignalen in der regenerierten Population ist größer als die Anzahl von ausgewählten Baumsignalen, da einige Baumsignale mehr als einen Nachkommen haben. Die Anzahl von Baumsignalen in der regenerierten Population kann erhöht werden, um mit der Anzahl von Baumsignalen in der ursprünglichen Population übereinzustimmen. Die regenerierte Population wird dann in Schritt 204 einer weiteren Realisierbarkeits- und Tauglichkeitsprüfung unterzogen und einer weiteren Auswahl und Regeneration in den Schritten 205 und 206.
• Die Auswahl von Baumsignalen wird durch Zuweisen einer Auswahlwahrscheinlichkeit zu jedem einzelnen Baumsignal durchgeführt, wobei die Wahrscheinlichkeit von der Tauglichkeit bestimmt wird, die jedem Baumsignal als ein Ergebnis der Tauglichkeitsprüfung erteilt wird. Die tauglicheren Baumsignale werden wahrscheinlicher ausgewählt als die weniger tauglichen Baumsignale. Durch den Prozess einer Auswahl der Baumsignale basierend auf ihrem Tauglichkeitswert kann erwartet werden, dass die durchschnittliche Tauglichkeit jeder Population mit der Zeit zunimmt. Ferner können einzelne realisierbare Baumsignale mit einer herausragenden Tauglichkeit in einigen Generationen erscheinen, sie stellen eine optimale Netzgestaltung dar.
• Die Schritte 204, 205 und 206 werden wiederholt, bis eine vorgegebene Anzahl von Generationen entstanden ist oder eine vorgegebene Zeit seit der Erzeugung der anfänglichen Population abgelaufen ist oder bis eine weitere Regeneration der Population eine geringe oder keine Zunahme der durchschnittlichen Tauglichkeit erzeugt oder wenn ein einzelnes Baumsignal oder einzelner Satz von Baumsignalen mit einer Tauglichkeit entsteht, die schwierig zu verbessern ist.
• Unter Bezugnahme auf 3 der beigefügten Zeichnungen wird ein spezifischer bevorzugter Prozess beschrieben, der ein Beispiel des allgemeinen bevorzugten Prozesses von 2 ist. In Schritt 301 sind erforderliche Netzbeschränkungen und anfängliche Netzannahmen als Netzbeschränkungssignale und Netzannahmesignale aufgenommen. Die Beschränkungssignale können für das Netz erforderliche Eingabeparameterdatensignale und Ausgabeparameterdatensignale beschreiben, um eine Spezifikation für eine Netzgestaltung zu definieren.
• In Schritt 302 werden Beschränkungen der Netzhardware-Komponenten durch Hardwaresignale spezifiziert.
• In Schritt 303 wird eine anfängliche Population von Baumsignalen erzeugt, wobei jedes Baumsignal eine jeweilige Netzarchitektur oder Netzgestaltung darstellt (d.h. eine bestimmte Netzkarte). Jedes Baumsignal wird von einem Prozessor gemäß Aufbauanweisungen, die von Aufbausignalen implementiert werden, derart aufgebaut, dass ein Satz der die Hardware-Komponenten darstellenden Hardwaresignale in Knotensignalen und Verbindungssignalen eingekapselt wird. Die Knotensignale sind durch die Verbindungssignale in ein zwei- oder mehrdimensionales hierarchisches strukturiertes Baumsignal miteinander verbunden. Jedes Baumsignal stellt einen Satz von Anweisungen zum Betreiben eines Prozessors dar, um einen Satz von Netzsignalen zu erzeugen, die ein physikalisches Kommunikationsnetz beschreiben.
• In Schritt 304 wird die Realisierbarkeit einer aus jedem Baumsignal resultierend Netzgestaltung überprüft durch ein Vergleichen der aus der Baumstruktur resultierenden Netzgestaltung mit einem Satz von Realisierbarkeitskriteriasignalen. Wenn sich das Netz innerhalb dieser Beschränkungen befindet, ist das Netz realisierbar. Wenn es sich nicht innerhalb dieser Beschränkungen befindet, dann ist das Netz nicht realisierbar.
• Die Tauglichkeit jedes Baums der Population wird bestimmt durch Umwandeln des Baumsignals in ein Netzsignal, das eine Netzgestaltung darstellt, und dann durch Simulieren des Verhaltens dieser Gestaltung unter typischen Betriebsbedingungen, durch Verarbeiten des Netzsignals gemäß Signalen, die einen Anrufverkehrsfluss, eine Anrufverkehrsbandbreite, ein Anrufverkehrsrouting und anderen Verkehr darstellen, von dem erwartet wird, dass das Netz ihn überträgt, oder durch Berechnen der Kosten eines Aufbaus eines Netzes mit dieser Gestaltung durch Summieren von Signalen, welche die Kosten von einzelnen Komponenten darstellen, die durch das Netzsignal dargestellt werden. Das Verhalten der Gestaltung wird simuliert durch Verarbeiten des Netzsignals zusammen mit Signalen, die Eingabeparameterwerte darstellen, um resultierende Signale zu erzeugen, die jeweilige Sätze von Werten für Leistung, Zuverlässigkeit, Belastbarkeit und Kosten darstellen.
• In Schritt 305 werden erfolgreiche Bäume ausgewählt, aus denen entwickelt wird. Baumsignale, die nicht zufriedenstellende Netze erzeugen, werden zurückgewiesen.
• In Schritt 306 (4) wird eine Regeneration der Population durchgeführt durch Kombinieren von Abschnitten eines Anteils der ausgewählten Bäume, um eine nächste Population von Bäumen zu erzeugen, und durch Beibehalten eines Prozentsatzes der erfolgreichen Bäume in der nächsten Generation.
• Weitere Variationen und Modifikationen der Prozesse von 2 und 3, wie von der Vorrichtung von 1 implementiert, werden im Folgenden beschrieben.
• Netzbeschränkungen und anfängliche Annahmen über das Netz
• Um ein Netzgestaltungsproblem zu definieren, für das eine optimierte Lösung zu finden ist, müssen bestimmte Beschränkungsparameter über das Netzwerk definiert werden, die für das Netzwerk erfüllt werden müssen, um eine realisierbare Lösung für das Problem zu sein. Wenn zum Beispiel ein Problem darin liegt, ein Netz zu gestalten, das vier Kundenstandorte verbindet, dann sind Netzgestaltungen, die nur drei der vier Standorte verbinden, keine realisierbaren Netze. Die Bedingung zum Verbinden aller vier Standorte ist eine Beschränkung für das zu gestaltende Netz. Ein weiteres Beispiel einer Beschränkung kann eine Kostenbeschränkung sein. Wenn ein Netz ein begrenztes Kostenbudget hat, dann müssen die Netzgestaltungen, um realisierbar zu sein, mit Kosten implementiert werden können, die geringer als das Kostenbudget sind. Netze, die höhere Kosten als das Kostenbudget haben, sind keine realisierbaren Gestaltungen hinsichtlich der Kosten. Netzbeschränkungen werden in den Prozess eingegeben mittels einer Eingabe von Netzbeschränkungssignalen in einen elektronischen Speicher.
• Beispiele von Netzbeschränkungen, die als „Realisierbarkeitsbeschränkungen" bezeichnet werden können, sind folgende:
• • Alle Kundenstandorte sind verbunden.
• • Die durchschnittliche kumulative Verzögerungszeit entlang aller möglichen Routen befindet sich unter einer spezifizierten Grenze.
• • Eine maximale Anzahl von Sprüngen pro Route ist geringer als eine ausgewählte Anzahl.
• • Ein durchschnittlicher Wert des Verbindungskapazitätsverhältnis befindet sich innerhalb ausgewählter Grenzen.
• • Die Gesamtkosten des Netzes befindet sich innerhalb ausgewählter Grenzen.
• • Eine Zuverlässigkeit oder Empfindlichkeit des Netzes befindet sich innerhalb ausgewählter Grenzen.
• • Alle Vermittlungsstellen der Gestaltung weisen die erforderliche Vermittlungs- und Konzentrationskapazität auf, um den Verkehr auf den angefügten Verbindungen zu handhaben.
• • Alle anfänglichen Annahmen über das Netz sind erfüllt, zum Beispiel sind alle der externen Vermittlungsstellen, die in einer anfänglichen Annahme enthalten sind, in dem Netz enthalten.
• Realisierbarkeitsbeschränkungen können in den Schritten A oder D als ein Satz von Realisierbarkeitsbeschränkungssignalen in den Prozess eingegeben werden. Um eine Population von Baumstrukturierten Signalen vorzusehen, die Netze darstellen, die wahrscheinlich die Realisierbarkeitskriteria erfüllen, können anfängliche Annahmen über den Typ einer Netzarchitektur, die eine Lösung des Problems bilden, vor einer Erzeugung einer Generation von Baumstrukturen gemacht werden. Zum Beispiel kann eine minimale Anzahl von Vermittlungsstellen angenommen werden, eine Minimumkapazität für eine Vermittlungsstelle kann angenommen werden oder eine minimale Anzahl von Verbindungen kann angenommen werden. Die anfänglichen Netzannahmen und Netzbeschränkungen werden als Netzannahmesignale und als Netzbeschränkungssignale in den Baum-Generator 140 eingegeben. Die spezifizierten anfänglichen Netzbeschränkungen und die gemachten Netzannahmen definieren die Umgebung des Optimierungsprozesses und reduzieren den Suchraum, in dem der Prozess nach einem optimalen Netz sucht.
• Mehrere grundlegende Typen von Optimierungsproblemen einer Netzgestaltung, die auftreten und die einen Einfluss auf die anfänglichen Annahmen und spezifizierten Netzbeschränkungen haben, können wie folgt klassifiziert werden:
• 1. LAL (local access loop) – Gestaltung des lokalen Zugangsnetzes
• Wenn ein Netzwerk Verkehrsquell- und Zielknoten von Hunderten von Telekommunikationsbenutzern verbinden soll, dann wird es normalerweise als sinnvoll angesehen, als eine erste Stufe eines Gestaltungsprozesses eine Anzahl von Gruppen der Benutzer getrennt zusammenzulegen und diese in getrennte lokale Zugangsnetze miteinander zu verbinden. Die getrennten lokalen Zugangsnetze selbst können dann über Zugangspunkte in einer zweiten Stufe des Gestaltungsprozesses miteinander verbunden werden.
• 2. BBN (backbone network design) – Backbone-Netzgestaltung
• Ein Backbone-Netz kann gestaltet werden durch Betrachten der „lokales Netz"-Zugangspunkte als getrennte Verkehrsquell- und Zielknoten, die jeweils eine Gruppe von Telekommunikationsbenutzern darstellen, und deren Verbinden mit Komponenten höherer Kapazität.
• 3. NED (network expansion design) – Netzerweiterungsgestaltung
• In dem Zusammenhang des Vorsehens von neuen Telekommunikationsdiensten für existierende Telekommunikationskunden liegt ein Netzgestaltungsproblem darin, wie ein existierendes Telekommunikationsnetz aufzurüsten ist statt ein neues Telekommunikationsnetz von Grund auf aufzubauen.
• 4. SO (survivability optimization) – Empfindlichkeitsoptimierung
• Besonders wichtig für eine Backbone-Netzgestaltung, aber auch wichtig für andere Typen von Netzen, ist die Empfindlichkeit (Überlebensfähigkeit) des Netzes als Ganzes, wenn ein einzelner Knoten oder eine Verbindung ausfällt. Wenn es einen Ausfall eines einzelnen Knotens oder einer Verbindung gibt, ist es wichtig, dass der Rest des Netzes weiterhin ohne einen signifikanten Verlust von Verkehr funktionieren kann. Die Gestaltung von Telekommunikationsnetzen, die fähig sind, mehrere Ausfälle ohne einen katastrophalen Verlust von Leistung auszuhalten, ist eine wichtige Aufgabe bei der Gestaltung von Telekommunikationsnetzen.
• 5. STO (Steiner tree problem) – Steiner-Baum-Problem
• Bei einer neuen Telekommunikationsnetzgestaltung „auf einer grünen Wiese" wird, wenn es bereits ein existierendes Netz von Quell- oder Ziel(SS – source or sink)-Knoten sowie Verbindungen gibt, ein Hinzufügen von neuen Vermittlungsknoten zu dem existierenden Netz an verschiedenen Orten und ein Optimieren der Anordnung und des Typs dieser Knoten als Teil der gesamten Netzgestaltung als das Steiner-Baum-Problem (STP – Steiner tree problem) bezeichnet.
• 6. CLP (concentrator location problem) – Konzentratorstandortproblem
• Bei der Gestaltung von lokalen Zugangsnetzen liegt das Problem der Gestaltung des Netzes in einer Minimierung der Kosten zum Verbinden eines einzelnen Zugangspunktes mit den Knoten. Dies ist auch als das Mehrpunktverbindungsoptimierungsproblem (MPO – multipoint line optimization problem) bekannt.
• 7. FAP (frequency allocation problem) – Frequenzzuteilungsproblem
• In mobilen Telekommunikationsnetzen, die eine Anzahl von festen Basisstationen und eine Anzahl von mobilen Telefonvorrichtungen aufweisen, wird, wenn angrenzenden Basisstationen Kommunikationsfrequenzen zugeteilt werden, die sich gegenseitig stören, die Realisierbarkeit des Netzes gefährdet. Das Frequenzzuteilungsproblem (FAP) liegt darin, Basisstationen in einem mobilen Netz Frequenzen zuzuteilen, so dass eine Interferenz zwischen Basisstationen minimiert wird und so dass die Anzahl von verschiedenen verwendeten Frequenzen minimiert wird.
• 8. RTO (routing table optimization) – Routingtabellenoptimierung
• Eine Routingtabelle enthält eine Adressen-spezifische Sequenz von bevorzugten Pfaden durch ein Netz für empfangenen Verkehr. Es ist möglich, ein Netz durch optimales Wählen der Routen, entweder sind diese fest oder werden dynamisch zugeteilt, am effizientesten zu betreiben. Ein höherer Gesamtgrad einer Auslastung kann durch Optimierung der Wahl der Routen erzielt werden. Dieses Problem wird als das Routingtabellenoptimierungsproblem (RTO) bezeichnet.
• 9. BA (bandwidth allocation) – Bandbreitenzuteilung
• Das Problem einer Zuteilung von Bandbreite zu einer Verbindung zwischen Vermittlungsstellen ist analog zu einem Dimensionieren der Verbindungen. Je größer die einer bestimmten Verbindung zugeteilte Bandbreite ist, desto höher ist die verfügbare Kapazität zur Übertragung von Verkehr auf dieser Verbindung. Die Optimierung einer Zuteilung von Bandbreite ist verbunden mit der Routingtabellenoptimierung.
• 10. SCA (spare capacity assignment) – Kapazitätsreservezuweisung
• In einem belastbaren Netz, das fähig ist, Fälle eines Ausfalls von Verbindungen oder Knoten zu überstehen, gibt es eine Kapazitätsreserve. Eine Zuweisung von Kapazitätsreserve in dem Netz, um so die Kosten dieser Kapazitätsreserve zu begrenzen und die Sprunggrenze (hop limit) in der Wiederherstellungsroute zu beschränken, ist ein Optimierungsproblem in der Netzgestaltung. Eine Kapazitätsreservezuweisung (SCA) ist ein Hybridform einer Empfindlichkeitsoptimierung (SO) und einer Routingtabellenoptimierung (RTO).
• Das grundlegende Problem jeder Netzgestaltungsoptimierung liegt darin, eine Netzgestaltung mit geringsten Kosten und bester Leistung zu erzeugen. In dem Kontext einer Netzgestaltung können einer Leistung unterschiedliche Bedeutungen zugewiesen werden. Der Anfangspunkt für das Netz kann eine Spezifikation für ein vollständiges neues Netz (Netz auf einer grünen Wiese) sein mit vorgegebenen Gestaltungsparametern für eine Verkehrsspezifikation. Alternativ kann der Anfangspunkt für eine Netzgestaltung ein existierendes Netz sein, auf das eine neue Verkehrsspezifikation angewendet werden soll.
• Charakteristiken von Netzhardwarekomponenten
• Jede Telekommunikationsnetzgestaltung muss verfügbare Komponenten spezifizieren, um das vollendete Telekommunikationsnetz physikalisch herzustellen. Physikalische Hardwarekomponenten führen ihre eigenen Beschränkungen mit sich hinsichtlich Kosten, Leistung, Zuverlässigkeit, Kapazität, die Typen von Telekommunikationsdiensten, welche die Komponenten unterstützen, und die Verzögerung, welche die Hardware einführt. Dies sind Beispiele einiger der Charakteristiken von tatsächlichen Hardware-Vorrichtungen.
• Details von Leistung und Kosten von Hardwarekomponenten werden als Hardwaresignale eingegeben, die Datensignalmatrizen aufweisen. Eine Hardwarekomponente kann in Form einer Datensignalmatrix an einem Argument, entweder intern oder extern, einer Baumstruktur beschrieben werden.
• Darstellung eines Netzes als eine Baumstruktur
• Bei der Anwendung von genetischen Verfahren auf eine Telekommunikationsnetzgestaltung tritt ein Problem auf, wie ein physikalischen Netz als eine Baumstruktur darzustellen ist, bevor Techniken auf die Aufgabe einer Gestaltung einer Netzarchitektur angewendet werden können.
• Echte Telekommunikationsnetze bestehen aus einer Vielzahl von Knoten, an denen sich Kundeneinrichtungen oder Vermittlungsstellen befinden, und physikalische Verbindungen, welche die Knoten verbinden. Die physikalische Verbindung kann eine Kabelverbindung sein oder eine Mikrowellenverbindung oder Ähnliches. Jedes Teil von Knoten- oder Verbindungseinrichtungen weist physikalische Leistungscharakteristiken und Einschränkungen hinsichtlich Geschwindigkeit, Datenkapazität, Vermittlungskapazität und Ähnliches sowie dazu gehörige Betriebskosten- und Erwerbskostencharakteristiken auf.
• In einem bevorzugten Prozess der vorliegenden Erfindung wird eine Baumstruktur verwendet, um eine Netzarchitektur wie folgt zu beschreiben:
• BAUMKOMPONENTEN
• Eine Baumstruktur von Signalen, die ein Telekommunikationsnetz darstellen, besteht aus Verbindungssignalen und Knotensignalen, wobei die Verbindungssignale die Knotensignale in einer hierarchischen Struktur verbinden. Die Verbindungssignale weisen auf:
  ein oder mehrere Verbindungssignal(e), die Verbindungen zwischen Knoten einer Netzkarte erzeugen;
  ein oder mehrere Graft-Signal(e), die Verbindungen zwischen Knoten einer Netzkarte erzeugen.
• Eine Vielzahl von Knotensignalen beschreiben physikalische Vermittlungsstellen, physikalische Verbindungen oder Kundenstandorte.
• Die Verbindungs- und Graft-Signale erscheinen an der Wurzel oder bei internen Argumenten des Baums und die Knoten erscheinen bei externen Argumenten (den „Blättern") des Baums. Eine hierarchische Baumstruktur wird aus einer Vielzahl von Verbindungs-, Graft- und Knotensignalen konstruiert. Die Verbindungs- und Graft-Signale wirken als Verbindungssignale zum Verbinden der Knotensignale zu Baumsignalen. Einige Verbindungssignale sind in der hierarchischen Struktur wichtiger als andere Verbindungssignale. An äußeren Ebenen der Struktur verbindet jedes Verbindungssignal ein Paar von Knotensignalen. An inneren Ebenen der Struktur verbindet jedes Verbindungssignal einen Teilbaum mit einem Knotensignal oder einem anderen Verbindungssignal, wobei jeder Teilbaum ein oder mehrere Verbindungssignale) und eine Vielzahl von Knotensignalen aufweist. In der Hierarchie haben einige Signale eine größere Verbindungsfähigkeit (connectivity) als andere hinsichtlich der Anzahl von anderen Signalen, mit denen sie sich verbinden.
• Physikalische Einrichtungen, zum Beispiel Vermittlungseinrichtungen, Kabel- oder Übertragungsverbindungseinrichtungen, können beschrieben werden als Matrizen von Hardwaresignalen. Die Verbin dungs-, Graft- und Knotensignale können auf diesen Hardwaresignalen durch Spezifizieren von Anordnungen von Hardware arbeiten, z.B. hinsichtlich eines Spezifizierens des Ortes von Hardwarekomponenten, geographisch, die Anzahl und der Typ von Übertragungsverbindungen oder Vermittlungs- oder Kundenstandorten, und wie sie miteinander verbunden sind.
• Die Verbindungssignale werden verwendet, um eine Information über physikalische Kabelverbindungseinrichtungen und ihr Verbindungsmuster zu Knoteneinrichtungen zu beschreiben. Das Graft-Signal wird verwendet, um das Verbinden von physikalischen Verbindungen oder Teilnetzen an einer Knoteneinrichtung, z.B. eine Vermittlungsstelle, zu bezeichnen und die Knotensignale werden verwendet, um Knoteneinrichtungen, wie Kundenstandorteinrichtungen oder Vermittlungseinrichtungen, zu beschreiben. Das Knotensignal kann auch verwendet werden, um eine existierende physikalische Verbindung zu beschreiben.
• VERBINDUNGSSIGNALE
• Unter Bezugnahme auf 5 der beigefügten Zeichnungen weist ein Verbindungssignal 501 jeweils ein linkes Argument 502 und ein rechtes Argument 503 auf. Jedes Argument weist ein getrenntes Baumsignal oder Teilbaumsignal auf, das ein getrenntes physikalisches Netz beschreibt.
• Im Allgemeinen können die Argumente des Verbindungssignals entweder ein Knotensignal oder ein weiteres Verbindungssignal sein, zum Beispiel hat unter Bezugnahme auf 6 das Verbindungssignal 601 als sein linkes Argument das Knotensignal 1, 602 und als sein rechtes Argument das Knotensignal 2, 603. In 7 hat das Verbindungssignal 701 als sein linkes Argument 702 das Knotensi gnal 3 und als sein rechtes Argument 703 einen Teilbaum, der mit einem weiteren Verbindungssignal 703 beginnt. Das Verbindungssignal 703 hat wiederum linke und rechte Argumente, von denen jedes ein getrenntes Teilbaumsignal aufweist.
• GRAFT-SIGNALE
• Unter Bezugnahme auf 8 hat ein Graft-Signal 801 jeweils linke und rechte Argumente 802, 803, von denen jedes einen getrennten Teilbaum aufweist. Jeder einzelne Teilbaum beschreibt ein Teilnetz des gesamten Netzes, das von dem Baum beschrieben wird. Bei einem Graft-Signal mit zwei Argumenten können diese sich an ihren nächsten Punkten verbinden, die zwei Teilnetze weisen ihre Argumente an einer Vermittlungsstelle auf, wobei die Vermittlungsstelle von einem Knotensignal entlang dem linken Argument des Graft-Signals dargestellt wird.
• Unter Bezugnahme auf 9 kann ein Graft-Signal 901 seine Argumente entweder als ein Verbindungssignal oder als ein anderes Graft-Signal haben. Das Graft-Signal kann Verbindungssignale als jedes seiner Argumente haben oder Graft-Signale als jedes seiner Argumente oder eine Kombination aus einem Graft-Signal und einem Verbindungssignal als die Argumente haben, wie in der 8 gezeigt wird.
• KNOTENSIGNALE
• Der Baum umfasst Knotensignale als die „Blätter" der Baumstruktur. Knotensignale können Folgendes darstellen:
• 1. Einen Kundenstandort.
• 2. Eine neue Vermittlungsstelle.
• 3. Eine existierende Vermittlungsstelle.
• 4. Eine existierende Verbindung.
• Die existierende Verbindung kann physikalisch eine Kabel-, eine Funk- oder Mikrowellenverbindung oder eine Glasfaserverbindung sein. Information, welche den Bereich von tatsächlichen physikalischen Verbindungen, die für den Netzgestalter verfügbar sind, und die tatsächlichen Vermittlungsstellen betrifft, die für den Netzgestalter verfügbar sind und aus denen das physikalische Netz konstruiert werden soll, sind als Datensignalmatrizen in den Knotensignalen und in den Verbindungssignalen zu finden.
• Wo zum Beispiel ein Baum als ein Blatt ein Vermittlungsknotensignal enthält, kann das Vermittlungsknotensignal Datensignale aufweisen, die den physikalischen Ort der Vermittlungsstelle, die Kapazität der Vermittlungsstelle für Multiplextelefonsignale, die Kapazität der physikalischen Vermittlungsstelle zum Vermitteln von Telefonsignalen, die Verzögerungsbewertung pro Verkehrsvolumen der physikalischen Vermittlungsstelle, eine Puffergröße der Vermittlungsstelle, anfängliche Kosten der Vermittlungsstelle, jährliche Amortisierungskosten der Vermittlungsstelle, die laufenden Kosten/jährlichen Unterhaltkosten der Vermittlungsstelle, die „pay as you use"-Leasingrate der Vermittlungsstelle und eine Anzeige der Dienste, die an der Vermittlungsstelle verwendet werden können, betreffen. Die „pay as you use"-Leasingrate und die anfänglichen Kosten der Vermittlungsstelle können in dem Fall einer geleasten Vermittlungsstelle als Kosten pro Verkehrseinheit dargestellt werden.
• Wenn zum Beispiel eine Baumstruktur von einem Computer in der Programmiersprache C implementiert wird, kann die Information, welche die physikalische Vermittlungsstelle betrifft, als ein Array von Datensignalen mit mehreren Komponenten dargestellt werden. Die Struktur der Datensignale kann durch spezifische C-Signale wie folgt definiert werden:

.exchange_type

= „eins"

physikalischer Ort

= .x und .y Koordinaten

• Der exchange_type enthält wiederum die folgenden Datensignale:

.conc Konzentrationskapazität

= die Kapazität der Vermittlungsstelle zum Konzentrieren von Signalen

.switch Vermittlungskapazität

= die Kapazität der Vermittlungsstelle zum Vermitteln von Signalen

.delay Effekt

= die Verzögerungsbewertung pro Verkehrsvolumen der Vermittlungsstelle

.storage Kapazität

= die Puffergröße der Vermittlungsstelle

.init_cost

= die anfänglichen Kosten der Vermittlungsstelle

.amort_cost

= die jährlichen Amortisierungskosten der Vermitt lungsstelle

.maint_cost

= laufende Kosten = die jährlichen Unterhaltkosten der Vermittlungsstelle

.use_cost

= „pay as you use"-Leasingrate der Vermittlungsstelle

.service1

= zeigt an, welche Dienste an der Vermittlungsstelle ver wendet werden können, d.h. Dienste 1, 2, 3, usw.

• Ähnlich enthalten die Verbindungssignale eine Information, welche die physikalischen Kabelverbindungen betrifft, die zum Verbinden von Vermittlungsstellen verwendet werden. In der Programmiersprache C identifiziert ein Verbindungssignal eine Verbindung durch:
  eine Identifizierung .link_id
  die Endorte einer Verbindung werden als exchange_ids geliefert.
  .exchange1 und .exchange2
  die Länge einer Verbindung wird automatisch berechnet aus den Koordinaten der Vermittlungsstellen, die sie verbindet.
  distance[exchange1][exchange2]
  ein Typ, der die Kapazität und andere Merkmale der Verbindung spezifiziert, wird dargestellt.
  .link_type
• Die link_type-Datensignalestruktur enthält die folgende Information:

.link_type

= „eins"

.link_capacity

= die maximale Anzahl von Kbytes pro Sekunde, wel che die physikalische Verbindung übertragen kann.

.delay Effekt

= die Verzögerungsbewertung pro Verkehrsvolumen pro Entfernung der physikalischen Verbindung

.init_cost

= die anfänglichen Kosten pro Entfernung der physikali schen Verbindung

.amort_cost

= die jährlichen Amortisierungskosten pro Entfernung der physikalischen Verbindung

.maint_cost

= die laufende Kosten oder die jährlichen Unterhaltko sten der physikalischen Verbindung

.use_cost

= die „pay as you use"-Rate der physikalischen Verbindung .service1 wird verwendet, um anzuzeigen, welche Dienste auf der Verbindung verwendet werden können, zum Beispiel Dienst1, Dienst2, Dienst3, usw.

• Das .service1-Signal kann verwendet werden, um variierende Kosten aufzunehmen, wobei die Kosten gemäß dem Ort der Verbindung variieren, wenn die Kosteninformation als eine Kostenmatrix eingeschlossen ist.
• BETRIEB DER VERBINDUNGS- UND GRAFT-SIGNALE
• Ein Verbindungssignal veranlasst einen Prozessor, Komponenten eines in einem Speicher gespeicherten Baumsignals zu untersuchen. Die Signalkomponenten des Baumsignals können Knotensignale, Verbindungssignale und Graft-Signale aufweisen. Der Prozessor arbeitet unter Steuerung des Verbindungssignals wie folgt:
• (i) Zuerst veranlasst das Verbindungssignal eine Suche des Teilbaums in seinem ersten (linken) Argument, um nach einem Knotensignal zu suchen. Der Teilbaum kann ein einzelnes Knotensignal oder ein umfangreicherer Teilbaum mit einer Vielzahl von Knotensignalen und einem oder mehreren Verbindungssignalen) sein.
• (ii) Nach dem Finden eines Knotensignals in dem linken Teilbaum seines ersten (linken) Arguments veranlasst das Verbindungssignal eine Suche des rechten Teilbaums seines zweiten (rechten) Arguments nach einem Knotensignal, das verschieden ist zu dem in dem linken Teilbaum gefundenen Signal. Wenn das Verbindungssignal dasselbe Knotensignal findet wie in dem linken Teilbaum, durchsucht das Verbindungssignal weiter den rechten Teilbaum, bis ein anderes Knotensignal gefunden wird.
• (iii) Nach dem Finden eines ersten Knotensignals in dem linken Teilbaum, das ein erstes Teil einer physikalischen Einrichtung darstellt, und eines zweiten unterschiedlichen Knotensignals in dem rechten Teilbaum, das ein zweites Teil einer physikalischen Einrichtung darstellt, prüft das Verbindungssignal, ob es eine existierende Verbindung zwischen den zwei Knotensignalen gibt, die in den jeweiligen linken und rechten Teilbäumen gefunden wurden.
• Mit „existierender Verbindung" wird ausgesagt, dass, wenn es ein oder mehrere Verbindungssignale) (entweder ein Verbindungssignal oder ein Graft-Signal) gibt, das/die eine Verbindung zwischen den zwei Knoten auf der von den Knotensignalen dargestellten Netzkarte darstellt/darstellen, wobei die Knoten physikalische Teile einer Einrichtung darstellen, dies als eine Verbindung betrachtet wird. Wenn es eine existierende Verbindung gibt, dann unternimmt das Verbindungssignal nichts weiter.
• Wenn das Verbindungssignal keine existierende Verbindung zwischen den zwei Knotensignalen findet, erzeugt das Verbindungssignal eine neue Verbindung zwischen diesen Knotensignalen.
• In diesem bevorzugten Prozess sucht das Verbindungssignal immer in der Reihenfolge von links nach rechts nach Knotensignalen. Verbindungssignale, welche die externen Argumente des Baums verbinden, werden zuerst betrachtet, bevor nach innen hin zu der Wurzel gegangen wird. Wenn ein Argument des Verbindungssignals einen Teilbaum aufweist, der mit einem anderen niedrigeren Verbindungssignal beginnt, sucht das höhere Verbindungssignal das linke Argument des niedrigeren Verbindungssignals zuerst.
• (iv) Wenn das Verbindungssignal nicht zwei unterschiedliche Knotensignale in den jeweiligen linken und rechten Teilbäumen finden kann, ruft das Verbindungssignal das Graft-Signal, das dann statt des Verbindungssignals auf denselben zwei Argumenten des Verbindungssignals arbeitet. Auf diese Weise wandelt sich, wenn das Verbindungssignal keine zwei unterschiedlichen Knotensignale in den linken und rechten Bäumen finden kann, das Verbindungssignal selbst in ein Graft-Signal.
• Der Betrieb des Verbindungssignals wird in 10 zusammengefasst. Das Graft-Signal arbeitet, indem es einen Prozessor veranlasst, alle Signale in seinen Argumenten, die in dem Speicher gespeichert sind, zu inspizieren. Die Signale können Verbindungssignale, Knotensignale und Graft-Signale wie folgt aufweisen.
• In Schritt 1001 erzeugt das Graft-Signal zuerst ein Verzeichnis aller externer Argumente (Blätter) in jedem der zwei Teilbäume in seinen linken und rechten Argumenten. Die externen Argumente sind im Allgemeinen Knotensignale.
• In Schritt 1002 erzeugt das Graft-Signal auch ein vollständiges Verzeichnis aller internen Argumente, die es in den linken und rechten Teilbäumen finden kann. Die internen Argumente sind im Allgemeinen Verbindungssignale oder Graft-Signale.
• Wenn das Graft-Signal externe Argumente in dem linken Teilbaum findet, die bereits mit einem externen Argument in seinem rechten Teilbaum verbunden sind (wenn es findet, dass die zwei Teilbäume bereits verbunden sind), veranlasst das Graft-Signal nichts weiter.
• Wenn das Graft-Signal findet, dass es keine Verbindungen zwischen jedem externen Argument des linken Teilbaums und jedem externen Argument des rechten Teilbaums gibt, identifiziert das Graft-Signal die zwei nächsten externen Knotensignale, eines in dem linken Teilbaum und eines in dem rechten Teilbaum, die zu dem physikalisch nächsten Kundenstandort, den Vermittlungsstellen oder Verbindungen in Beziehung stehen, und wenn die geographische Entfernung (in dem im Wesentlichen zweidimensionalen Raum in der dargestellten Netzkarte zwischen den nächsten Knotensignalen) geringer ist als ein vorgegebener Betrag, verbindet in Schritt 1003 das Graft-Signal die zwei externen Knotensignale durch eine Verbindung. Eigentlich behandelt das Graft-Signal ein physikalisches Netz als zwei Teilnetze von Verbindungen und Vermittlungsstellen, wobei jedes Teilnetz von einem Teilbaum dargestellt wird. Das Graft-Signal verbindet dann die zwei Teilnetze der Netzkartendarstellung (wenn sie nicht bereits verbunden sind) an ihren nächsten Vermittlungsstellen durch Erzeugen einer neuen Verbindung zwischen den naheliegendsten Vermittlungsstellen.
• Wenn die nähesten geographischen Punkte der linken und rechten Teilbäume um mehr als die vorgegebene Grenze voneinander entfernt sind, dann erzeugt das Graft-Signal ein dazwischenliegendes Knotensignal zwischen den zwei nähesten Punkten der linken und rechten Teilbäume. Das Zwischen-Knotensignal steht in Bezug zu einer physikalischen Verstärkungsstation an einem Knoten entlang einer physikalischen Übertragungsverbindung.
• Der Betrieb des Graft-Signals wird in 11 zusammengefasst. Bei einem Ableiten eines Netzes aus einer Baumstruktur werden die Signale in der Reihenfolge von zuerst den äußersten Blättern hin zu der Wurzel des Baums betrachtet. Die Verbindungssignale in dem bevorzugten Prozess werden in dem Baum von links nach rechts und von den Blättern hin zur Wurzel betrachtet in einer hierarchischen Reihenfolge einer Betrachtung für jeden linken oder rechten Haupt-Teilbaum, der aus der Wurzel herausgeht.
• Beispiel 1
• Unter Bezugnahme auf 12 der beigefügten Zeichnungen wird nun der Betrieb der Verbindungs- und Graft-Signale beschrieben. Die 12 zeigt einen Baum mit vier Verbindungssignalen, zwei Graft-Signalen an internen Argumenten und an der Wurzel und sieben Knotensignalen an externen Argumenten (Blättern) des Baums.
• In dem Baum sind vier Vermittlungsstellen vorhanden, A1, A2, A3 und NSC, die durch Vermittlungsknotensignale dargestellt werden. Die Verbindungssignale spezifizieren eine Nummer, die eine der oben beschrieben Hardware-Beschränkungen bezeichnet, zum Beispiel eine Verbindungskapazität von entweder 25 oder 50 Kbytes pro Sekunde.
• Ein erstes Verbindungssignal 1201, als Verbindung (50) bezeichnet und eine Verbindung darstellend, die eine Kapazität von 50 Kbytes pro Sekunde aufweist, arbeitet wie folgt. Das erste Verbindungssignal 1201 durchsucht den Baum seines linken Arguments nach einem Knotensignal und findet ein Knotensignal, das die Vermittlungsstelle NSC darstellt. Das erste Verbindungssignal durchsucht dann seinen rechten Teilbaum, das sein rechtes Argument aufweist, nach einem Knotensignal und findet das Knotensignal, das die Vermittlungsstelle A1 darstellt. Da die Knotensignale, die NSC und A1 darstellen, unterschiedlich sind und es keine existierende Verbindung zwischen diesen Knoten gibt, erzeugt das erste Verbindungssignal eine Verbindung mit einer Kapazität von 50 Kbytes pro Sekunde zwischen den Vermittlungsstellen NSC und A1. Eine Anzeige der Netzkarte an dieser Stufe wird in 13 mit der Erzeugung der neuen Verbindung NL1 gezeigt.
• Ein Erzeugen einer neuen Verbindung bedeutet, dass das Verbindungssignal ein bestimmtes Hardware-Signal, das einer physikalischen Verbindung entspricht, den Knotensignalen der linken und rechten Argumente zuweist.
• Ein zweites Verbindungssignal 1202, als Verbindung (25) bezeichnet, weist als ein linkes Argument ein Knotensignal, das die Vermittlungsstelle A3 darstellt, und als ein rechtes Argument ein Knotensignal auf, das die Vermittlungsstelle A1 darstellt. Das zweite Verbindungssignal 1202 durchsucht seinen linken Teilbaum (in diesem Fall nur die Vermittlungsstelle A3), um ein Knotensignal zu finden und findet das Knotensignal der Vermittlungsstelle A3. Das Verbindungssignal durchsucht dann den Teilbaum, der sein rechtes Argument aufweist, in diesem Fall nur das die Vermittlungsstelle A1 darstellende Knotensignal, um ein Knotensignal zu finden und findet das Knotensignal der Vermittlungsstelle A1. Da die Knotensignale, die A3 und A1 darstellen, unterschiedlich sind, erzeugt das Verbindungssignal eine neue Verbindung zwischen ihnen mit einer Kapazität von 25 Kbytes pro Sekunde, da es keine existierende Verbindung zwischen den zwei Vermittlungsstellen A3 und A1 gibt. Der Teil des Netzes, der von dem zweiten Verbindungssignal 1202 erzeugt wird, wird in 14 als die neue Verbindung NL2 gezeigt.
• Ein drittes Verbindungssignal 1203, das eine Verbindungskapazität von 25 Kbytes pro Sekunde bezeichnet, durchsucht zuerst den Teilbaum seines linken Arguments nach einem Knotensignal und findet das Knotensignal der Vermittlungsstelle NSC. Das dritte Verbindungssignal durchsucht dann den rechten Teilbaum seines rechten Arguments nach einem weiteren anderen Knotensignal und findet das Knotensignal der Vermittlungsstelle A2. Nach einer Überprüfung, dass es keine existierende Verbindung zwischen den Vermittlungsstellen NSC und A2 gibt, erzeugt das dritte Verbindungssignal eine neue Verbindung NL3 mit einer Kapazität von 25 Kbytes pro Sekunde zwischen der Vermittlungsstelle NSC und der Vermittlungsstelle A2. Die entsprechende Position der Netzdarstellung wird in 15 gezeigt, welche die neue Verbindung NL3 zeigt.
• Ein viertes Verbindungssignal 1204 weist als sein linkes Argument einen Teilbaum auf, der ein Knotensignal der Vermittlungsstelle NSC aufweist, und als sein rechtes Argument einen Teilbaum, der die zweite Verbindung 1202 zusammen mit ihren jeweiligen linken und rechten Argumenten aufweist, die das Knotensignal der Vermittlungsstelle A3 und der Vermittlungsstelle A1 aufweisen. Das vierte Verbindungssignal 1204 durchsucht zuerst seinen linken Teilbaum, der sein linkes Argument aufweist, nach einem Knotensignal und findet das Knotensignal der Vermittlungsstelle NSC. Das vierte Verbindungssignal durchsucht dann sein rechtes Argument und findet die Knotensignale der Vermittlungsstelle A3 und der Vermittlungsstelle A1. Da es keine existierende Verbindung zwischen den Knotensignalen gibt, die in den linken und rechten Argumenten des vierten Verbindungssignals gefunden werden, erzeugt das vierte Verbindungssignal eine neue Verbindung mit einer Kapazität von 25 Kbytes pro Sekunde zwischen den Vermittlungsstellen NSC und A3. Die Position wird in 16 als die neue Verbindung NL4 gezeigt.
• Der Betrieb der Verbindungs- und Knotensignale hat die Anzahl und Typen von Vermittlungsstellen und die physikalischen Verbindungen dazwischen definiert. Diese werden als Teilbäume dargestellt. Jedoch sind die Teilbäume nicht in eine Gesamtbaumstruktur mit einer einzelnen Wurzel verbunden. Dies wird durch das Graft-Signal erzielt.
• Ein erstes Graft-Signal 1205 hat als ein linkes Argument einen linken Teilbaum, der das dritte Verbindungssignal 1203 und dessen Argumente aufweist, und als ein rechtes Argument einen rechten Teilbaum, der das zweite und vierte Verbindungssignal und deren Argumente aufweist, wie oben beschrieben wurde.
• Das erste Graft-Signal 1205 erzeugt ein Verzeichnis aller Signale der externen und internen Argumente der Teilbäume in seinen linken und rechten Argumenten wie folgt:

  Linker Teilbaum	Rechter Teilbaum
  Dritte Verbindung – Verbin	Vierte Verbindung – Verbin
  dung (25)	dung (25)
  NSC	Zweite Verbindung – Verbin
  	dung (25)
  A2	NSC
  	A3
  	A1

• Das erste Graft-Signal sucht dann nach Knotensignalen in den linken und rechten Argumenten. Wenn das erste Graft-Signal eine Verbin dung zwischen einem externen Knotensignal in dem linken Argument und einem externen Knotensignal in dem rechten Argument findet, tut das Graft-Signal nichts weiter. In diesem Fall tut das Graft-Signal nichts weiter, da das externe Knotensignal, das die Vermittlungsstelle NSC in dem linken Argument darstellt, mit dem externen Knotensignal verbunden ist, das A3 (und A1) in dem rechten Argument darstellt.
• Ein zweites Graft-Signal 205 stellt ein Verzeichnis aller externer Argumente (Blätter) und interner Argumente in jedem seiner linken und rechten Teilbäume auf und erzeugt das folgende Verzeichnis:

  Linker Teilbaum	Rechter Teilbaum
  Dritte Verbindung – Verbin	Erstes Graft
  dung (50)
  NSC	Dritte Verbindung – Verbin
  	dung (25)
  A1	Vierte Verbindung – Verbin
  	dung (25)
  	NSC
  	A2
  	NSC
  	Zweite Verbindung – Verbin
  	dung (25)
  	A3
  	A1

• Da das zweite Graft-Signal eine existierende Verbindung zwischen einem Blatt in seinem linken Argument und einem Blatt in seinem rechten Argument finden kann, tut das zweite Graft-Signal nichts. In diesem Fall hat jedoch das Vorhandensein des Graft-Signals ermöglicht, das das Netzwerk als eine Baumstruktur dargestellt wird.
• Die Netzkarte von 16 kann in der Programmiersprache C wie folgt dargestellt werden:
• 
• Für die Darstellung des Netzes als eine Baumstruktur wird eine anfängliche Population, die eine große Anzahl von Baumstruktursignalen aufweist, die jeweils ein bestimmtes Netz darstellen, erzeugt. Die Erzeugung der Baumstrukturen ist zufällig, wobei Verbindungs-, Graft- oder Knotensignale zufällig internen und externen Argumenten einer Baumstruktur zugewiesen werden. Genauso wie die zufällige Zuweisung von Verbindungs-, Graft- oder Knotensignalen zu internen und externen Argumenten und zu der Wurzel des Baums wird die Topologie der Baumstruktur selbst hinsichtlich der Anzahl von Ebenen von der Wurzel aus, Anzahl von externen Argumenten und Anzahl von internen Argumenten in jedem der linken und rechten Teilbäume der Baumstruktur zufällig erzeugt. Um jedoch den Suchraum des Prozesses zu reduzieren, kann die Baumstruktur derart erzeugt werden, um alle anfänglichen Annahmen aufzunehmen, z.B. Knotensignale, die existierende Vermittlungsstellen und existierende Verbindungen darstellen.
• Die Größe der zufällig erzeugten Population kann vorgegeben sein. Sobald jeder Baum erzeugt wird, kann er hinsichtlich einer Realisierbarkeit mit den Realisierbarkeitskriteria überprüft werden. Da das Ziel der ersten Population darin liegt, eine Population von realisierbaren Baumstrukturen zu erzeugen, werden zufällig erzeugte Bäume, welche die Realisierbarkeitskriteria nicht erfüllen, nicht in die anfängliche Population aufgenommen. Bäume werden zufällig erzeugt und auf eine Realisierbarkeit hin überprüft, bis genügend realisierbare Bäume erzeugt wurden, um eine ausreichend große Population einer ersten Generation zu liefern. Die Anzahl von einzelnen Bäumen, welche die erste Generationspopulation ausmachen, kann vordefiniert sein, obwohl die Effektivität des Prozesses beeinträchtigt werden kann, wenn eine restriktiv geringe Anzahl von einzelnen Bäumen spezifiziert wird, welche die erste Generationspopulation ausmacht.
• Realisierbarkeits- und Tauglichkeitsprüfung
• Damit eine Baumstruktur gewählt wird, um die Basis für die Population der nächsten Generation zu bilden, muss jede Baumstruktur die folgenden Anforderungen erfüllen:
• 1. Realisierbarkeit; und
• 2. „Tauglichkeit".
• Realisierbarkeit kann allgemein beschrieben werden als eine absolute Prüfung, ob der Baum eine Netzkarte beschreibt, die ein physikalisches Netz darstellt, das innerhalb vorher gewählter Grenzen von Realisierbarkeitskriteria tatsächlich funktioniert, während eine Tauglichkeit allgemein beschrieben werden kann als wie gut ein physikalisches Netz, das von einem einzelnen Baum erzielt wurde, die Ziele von Leistung, Zuverlässigkeit, Kosten oder anderer Ziele erfüllt, die als eine Tauglichkeitsprüfung für das Netz gesetzt werden können.
• Die anfängliche Prüfung einer Realisierbarkeit filtert Bäume heraus, die zu praktisch nicht funktionierenden Netzen führen. In einem einfachen Beispiel kann ein Realisierbarkeitskriterium für ein Netz einfach sein, ob alle Kundenstandorte angeschlossen sind. Ein Baum, der ein Netz beschreibt, in dem alle Kundenstandorte angeschlossen sind, ist realisierbar. Eine Baumstruktur, die ein Netz beschreibt, in dem ein oder mehrere Kundenstandorte nicht verbunden ist/sind, wäre unrealisierbar und wird zurückgewiesen.
• Während in einem bevorzugten Prozess eine Realisierbarkeit eine absolute Prüfung zur Rückweisung eines Baums ist, ist eine Tauglichkeit eine relative Prüfung für eine Rückweisung oder Akzeptanz eines Baums, um die Basis für die nächste Generation zu bilden. Zum Beispiel haben in einem Satz von unrealisierbaren Netzen einige Netze eine bessere Leistung, eine bessere Zuverlässigkeit, eine bessere Belastbarkeit und niedrigere Kosten als andere. Diese Netze sind „tauglicher" als die anderen Bäume ihrer Generation. Da jedoch alle Bäume in dem Satz nicht realisierbar sind, werden alle Bäume zur Bildung der nächsten Generation zurückgewiesen.
• Ein Satz von Bäumen, die alle realisierbar sind, da sie alle funktionsfähige Netze darstellen, kann sich als „untauglich" oder mit schlechter Tauglichkeit erweisen, da sie nicht optimal sind. Wenn zum Beispiel ein Baum eine große Anzahl von unnötigen oder redundanten Verbindungen oder unnötige/redundante Vermittlungsstellen umfasst, in anderen Worten ein überentwickeltes, über-verbundenes Netz ist, kann, obwohl das Netz die Leistungsanforderungen mit ausreichender Kapazität, geringen Vermittlungsverzögerungen usw. ausreichend erfüllen kann und obwohl das Netz hinsichtlich technischer Realisierbarkeitskriteria realisierbar sein kann und das Netz aufgrund der Redundanz von Verbindungen und Vermittlungsstellen sehr zuverlässig und überlebensfähig sein kann, sich bei Anwendung des Kostenkriterium herausstellen, dass das Netz aufgrund der Redundanz von Verbindungen und Vermittlungsstellen sehr teuer wird. In einem tauglicheren Netz hinsichtlich der Kosten können, während eine ähnliche Leistung erreicht wird, Belastbarkeits- und Zuverlässigkeitskriteria erzielbar sein durch weitere Evolution von Bäumen dieser Population durch aufeinander folgende Populationen.
• Die Kriteria zur Realisierbarkeit und Tauglichkeit können alle innerhalb von Grenzen vorgegeben und vorher eingestellt werden, was eine große Flexibilität des bevorzugten Prozesses bei der Adressierung eines weiten Bereichs von Netzgestaltungen ermöglicht.
• In dem obigen Beispiel der Bäume, die anfangs überentwickelte Netze darstellen, wo die Tauglichkeitsprüfung darin besteht, Kosten für einen Aufbau zu reduzieren, und Bäume zur Bildung der nächsten Generation auf der Basis von niedrigsten Aufbaukosten ausgewählt werden, kann von den nachfolgenden Populationen von Bäumen erwartet werden, dass sie eine geringere Redundanz von Hardware-Komponenten aufweisen, da Komponenten zugehörige Kosten haben. Die tauglichsten Netze werden weniger und weniger Komponenten umfassen und an einem Punkt scheitern die tauglichsten Bäume einer Generation an der Realisierbarkeitsprüfung aufgrund eines Fehlens von Komponenten und einer Unfähigkeit, die Realisierbarkeitskriteria Zuverlässigkeit, Verbindungsfähigkeit, Kapazität, usw. zu erfüllen.
• Die optimierten Lösungen werden die tauglichsten Bäume sein, welche die Netze mit den geringsten Kosten darstellen, welche noch immer die Realisierbarkeitsprüfung bestehen.
• Die Realisierbarkeits- und Tauglichkeitsprüfungen können aus demselben Satz von Parametern gewählt werden. Ob ein Parameter als eine Realisierbarkeitsprüfung oder als eine Tauglichkeitsprüfung verwendet wird, ist von fall zu Fall verschieden, kann aber dadurch bestimmt werden, ob der Parameter als ein absoluter Grund zur Rückweisung eines Baums oder als ein relativer Grund zur Rückweisung eines Baums verwendet wird, bewertet relativ zu demselben Parameter von anderen Bäumen der Generation.
• Prüfparameter zur Realisierbarkeit umfassen einen oder mehrere der Folgenden:
• – Das Netz muss alle externen Vermittlungsstellen umfassen, die in den anfänglichen Netzannahmen enthalten sind;
• – Vermittlungsstellen müssen die erforderliche Vermittlungs- und Konzentrationskapazität aufweisen, um den Verkehr auf den angefügten Verbindungen zu handhaben;
• – das Netz muss vordefinierte Minimumstandards hinsichtlich einer oder mehrere Realisierbarkeitsbeschränkung(en) wie folgt erfüllen:
• – mittlere kumulative Verzögerungszeit entlang aller möglicher Routen;
• – maximale Anzahl von Sprüngen pro Route;
• – Mittelwert des Verbindungskapazitätsverhältnisses;
• – akzeptable Gesamtkosten des Netzes;
• – das Erfüllen von vordefinierten Empfindlichkeits- oder Zuverlässigkeitskriteria.
• Prüfparameter, welche die Basis einer Tauglichkeitsprüfung bilden können, umfassen:
• • Leistung
• • Zuverlässigkeit
• • Belastbarkeit
• • Kosten
• Eine Leistung kann durch Parameter von Verzögerung, Prozentsatz einer Auslastung des Netzes, durchschnittliche Anzahl von Sprüngen oder Prozentsatz einer Blockierung beschrieben werden.
• Eine Zuverlässigkeit kann in Form von Parametern von Belastbarkeit/Empfindlichkeit, Prozentsatz einer Blockierung und Verfügbarkeit charakterisiert werden.
• Die Kostenparameter können durch Parameter von Aufbaukosten, Kosten, um das Netz zu unterhalten und zu verwenden, oder Kosten, um das Netz zu unterhalten und zu besitzen, charakterisiert werden.
• Eine Tauglichkeitsprüfung wird durch Erzeugen von Netzsignalen, die das Netz darstellen, aus den Baumsignalen und Überprüfen dieser Netzdatensignale in Bezug auf den/die gewählten Prüfparameter durchgeführt. Dies ist tatsächlich eine Simulation einer Netzleistung durch Modellierung des Netzes durch seine Datensignale und Prüfen dieser Datensignale durch Integration mit anderen Signalen, welche die Prüfparameter darstellen.
• Ein Aspekt von Leistung ist die durchschnittliche Verzögerung, die bei einer Übertragung von Information erfahren wird. Ein weiterer Aspekt von Leistung ist die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei der Übertragung von Information, als die Blockierung oder der Prozentsatz von verlorenen Anrufen bekannt. Zusätzlich kann eine Zuverlässigkeit als eine gesonderte Beschränkung in dem Optimierungsproblem einer Netzgestaltung erscheinen, entweder als feste Beschränkung oder als Teil oder Gesamtes des Ziels der Optimierung. In letzterem Fall wird das Optimierungsproblem einer Netzgestaltung zu einer Empfindlichkeitsoptimierung, wenn es auf ein Backbone-Netz angewendet wird. Eine Zuverlässigkeit kann als der Prozentsatz von verlorenen Anrufen definiert werden oder sie kann als ein anderes Maß betrachtet werden, zutreffender als Empfindlichkeit bezeichnet.
• Eine Empfindlichkeit (Überlebensfähigkeit) ist ein Maß der Fähigkeit eines Netzes, den Ausfall von einzelnen Verbindungen oder Knoten zu überstehen, ohne die Fähigkeit zur Übertragung von Information zu verlieren. Damit ein Netz überlebensfähig ist, muss es zumindest zwei getrennte Routen zwischen jedem Paar von Datensignalquellen/empfängern geben, die weder Knoten noch Verbindungen miteinander teilen.
• Ein grundlegendes Problem jeder Netzgestaltungsoptimierung liegt darin, Einrichtungen an Knoten des Netzes und Verbindungen zwischen den Knoten mit optimalen Charakteristiken und einer Spezifikation zuzuteilen, um ein optimales Netz zu erzeugen. Das Kriteria für ein „optimales" Netz, d.h. das Tauglichkeitskriteria, kann von Netz zu Netz variieren. Wenn zum Beispiel eine hohe Zuverlässigkeit erforderlich ist und Kosten von sekundärer Wichtigkeit sind, ist ein optimales Netz ein sehr zuverlässiges Netz. Wenn andererseits eine Zuverlässigkeit nicht so wichtig ist wie die Kosten, dann ist ein optimales Netz ein weniger kostspieliges Netz, wenngleich mit einer reduzierten Zuverlässigkeit.
• Es ist möglich, akzeptable Minimum- oder Maximumwerte für jeden der Tauglichkeitsprüfparameter zu setzen, so dass der Optimierungsprozess seine Suche auf die Gestaltungen beschränkt, die in diese Grenzen fallen. Diese können als Tauglichkeitsgrenzsignale eingegeben werden. Ein Berechnen der tatsächlichen Werte für die Ziele für eine bestimmte Netzgestaltung erfordert normalerweise Datensignale, die einen Quellverkehr betreffen, und Datensignale, welche die Leistung einer Simulation betreffen, um den Verkehr an unterschiedlichen Teilen des Netzes zu schätzen.
• Die Prüfparameter von Leistung, Zuverlässigkeit und Kosten können als Netz-abhängige Merkmale beschrieben werden, da sie abhängig sind von den physikalischen Beschränkungen des Netzes und seiner Komponenten. Zusätzlich zu den abhängigen Netzmerkmalen gibt es auch andere definierbare Merkmale des Netzes, die am Anfang unabhängig von dem Netz sind, entweder weil das Netz ein existierendes Netz ist und die Merkmale zu dem existierenden Netz hinzugefügt werden können oder weil das Netz eine Gestaltung „auf grüner Wiese" ist.
• Unabhängige Netzmerkmale umfassen den Ort der Knoten, den Ort von Verbindungen, die Knotenkapazitäten, die Knotenfähigkeiten, die Verbindungsfähigkeiten und die verfügbaren Dienste.
• Die Orte der Knoten können als fähig spezifiziert werden, überall oder an limitierten Stellen oder an festen Stellen oder an einigen festen Stellen oder an jedem SS-Knoten oder nur an manchen SS-Knoten platziert zu werden. Dies wird implementiert durch Eingabe der Orte als Netzbeschränkungssignale oder Netzannahmesignale: Verbindungsorte können als platzierbar an jedem Knoten, nur an einigen Knoten, fest, mit einigen Verbindungsorten fest, platziert an jedem SS-Knoten oder platziert nur an einigen SS-Knoten spezifiziert werden. Knotenkapazitäten können als jede Kapazität, mit einem diskreten Wert oder als eine feste Kapazität oder nur einige mit fester Kapazität spezifiziert werden.
• Verbindungskapazitäten können definiert werden fähig zu sein, jede Kapazität oder nur diskrete Kapazitäten anzunehmen oder eine feste Kapazität zu sein oder nur einige von ihnen sind eine feste Kapazität. Knotenfähigkeiten können vor einer Optimierung eingestellt werden, den Knoteneinrichtungen zu ermöglichen, alle Dienste zu liefern, nur einige der verfügbaren Dienste, Vermittlung und alle Konzentration zu sein. Die Verbindungsfähigkeiten können vorgegeben werden fähig zu sein, alle Dienste zu unterstützen, nur einige Dienste, Vermittlung und alle Konzentration zu sein. Die verfügbaren Dienste können einzelne Dienste oder mehrfache Dienste sein. Routingtabellen können fest sein, durch eine Regel festgelegt sein, jede Routingtabelle anzunehmen, jede Routingtabelle mit bestimmten Regeln anzunehmen oder nur mit teilweisem festen Routing.
• Am Beginn der Netzgestaltung kann das grundlegende Problem dargelegt werden als Finden des besten Weges, um eine Reihe von Orten unter Verwendung existierender oder neuer Vermittlungsstelleneinrichtungen und Verbindungen miteinander zu verbinden, um so eine erforderliche Transportkapazität zwischen diesen Orten innerhalb bestimmter Leistungsbeschränkungen und mit minimalen Kosten zu erzielen. Die oben beschriebene Vielfalt von abhängigen Netzmerkmalen und unabhängigen variablen Netzmerkmalen liefert eine große Anzahl von möglichen Variationen. Es ist immer notwendig, einige anfängliche Annahmen über den Typ des erforderlichen Netzes zu machen, um die Gestaltungsmöglichkeiten zu vereinfachen.
• In dem hier beschriebenen bevorzugten Verfahren werden anfängliche Annahmen über das Problem anfangs definiert. In dem Fall des hier beschriebenen bevorzugten Prozesses können anfängliche Annahmen über das Netz in der Form von Eingangssignalen gemacht werden, welche die Anzahl von erforderlichen Knoten, den physikalischen Ort der Knoten und das Verkehrsvolumen durch diese Knoten darstellen.
• In dem bevorzugten Prozess kann, implementiert in der Programmiersprache C, die Anzahl von erforderlichen Orten spezifiziert werden durch die Funktion:
  Identity = 0
  external_exchange[n].exchange_id
• Der physikalische Ort der Knoten kann beschrieben werden durch die Funktion:
  Physical location = x- und y-Koordinaten (oder eine einzelne Zahl, die einen Ort in einem Raster-Scan eines bestimmten Gebiets anzeigt).
  external_exchange[n].x and y
• Das Verkehrsvolumen kann in einer von drei Formen spezifiziert werden:
  Erstens als Verkehrs-Matrix, die gleich ist zu der Anzahl von erforderlichen Kbytes pro Sekunde zwischen jedem Paar von externen Vermittlungsstellen. In dem Fall des mittels C implementierten Prozesses kann die Funktion die Form annehmen:
  format of matrix = path_capacity[exchange1]
  exchange[2]
• Wenn dieses Format verwendet wird, wird der Matrixwert exchanges(exchange1) auf 0 gesetzt, ansonsten wird er auf 1 gesetzt.
• Zweitens können die Anzahl von Benutzern jedes erforderlichen Dienstes an jeder externen Vermittlungsstelle und die Gesamtpegel von nach außen gehendem Verkehr spezifiziert werden von der Funktion:
  exchanges[exchange1].users1 and exchanges[exchange1].alevelall
• Drittens kann der gesamte nach außen gehende Verkehrspegel an der Vermittlungsstelle spezifiziert werden durch das C-Signal:
  exchanges[exchange1].mlevelall
• Alle Verkehrspegel sollten spezifiziert werden als zwei Werte, eine maximale Bitrate und eine durchschnittliche Bitrate für eine kontinuierliche Verwendung über einen 8-Stunden-Tag. Zum Beispiel als die Funktion:
  exchanges[exchange1].mlevell and .alevell
• Die Charakteristiken der verfügbaren Vermittlungs- und Verbindungstypen müssen unter Verwendung der oben angeführten Parameter ebenfalls spezifiziert werden.
• Zusätzlich können eine Leistung, ein Ort oder Kostenbeschränkungen, die das gewünschte Netz betreffen, spezifiziert werden. In der C-Sprache können Leistungsparameter spezifiziert werden durch die Funktion:
  link_capacity, avemaxdelay, avenohops, storage_capacity.
• Kostenparameter können in der C-Sprache spezifiziert werden als:
  total_cost, fixed_cost, vary_cost.
• Auswahl der tauglichsten Bäume
• Realisierbare Bäume werden ausgewählt auf der Basis ihrer „Tauglichkeit" wie gemessen von den gewählten Prüfparametern, die auf das Netz angewendet werden, das der Baum darstellt. Eine Auswahl geschieht in Bezug zu anderen Bäumen. Die absolute Anzahl von gewählten Bäumen oder der Prozentsatz von ausgewählten Bäumen der Population kann festgelegt werden oder Bäume können ausgewählt werden unter der Voraussetzung, dass sie ein vorgegebenes Tauglichkeitskriteria erfüllen.
• Die Grenzen einer Tauglichkeit werden als Tauglichkeitsgrenzsignale eingegeben.
• Evolution von Baumpopulationen
• Nach der Überprüfung jedes einzelnen Baums der Population auf seine Tauglichkeit und der Auswahl des erfolgreichsten Baums der Population, um die Basis der nächsten Generation zu bilden, werden die gewählten Bäume entwickelt (Evolution), um eine neue Population zu bilden. Eine Evolution der gewählten Bäume zu der neuen Generation kann die Form eines Beibehaltens der tauglichsten Baumstrukturen, die einen Teil der gewählten Bäume bilden, und Übertragen dieser in einer unmodifizierten Form in die nächste Population annehmen. Andere ausgewählte Baumstrukturen, die einen anderen Teil der gewählten Bäume bilden, können einer Änderung unterzogen werden durch die Mechanismen von Kreuzung (Crossover), Mutation oder Permutation.
• Man betrachte das Problem einer Optimierung eines neuen Netzes, das die Kundenstandorte CS1, CS2, CS3 und CS4 mit den existierenden Vermittlungsstellen EX1, EX2 und EX3 verbindet, wobei die existierenden Vermittlungsstellen EX1 und EX2 bereits durch eine existierende Verbindung EL1 verbunden sind. Die Kundenstandorte, die existierenden Vermittlungsstellen und die existierende Verbindung können jeweils von einem Knotensignal N1 bis N8 dargestellt werden. Die Situation wird in vereinfachter Form in der Netzkartendarstellung von 18 gezeigt.
• CROSSOVER
• Unter Bezugnahme auf 18 der beigefügten Zeichnungen wird ein Baum einer N-ten Population gezeigt. Der Baum beschreibt ein Netz, wie in der Netzkarte von 19 dargestellt wird. Ein Verzeichnis der entsprechenden Knotensignale und Verbindungssignale wird im Fol genden für ein neues Netz gezeigt, das um die Vermittlungsstellen EX1, EX2 und EX3 mit einer existierenden Verbindung EL1 zwischen den Vermittlungsstellen EX1 und EX2 konstruiert wird. Das Netz in 18 umfasst die beabsichtigten Kundenstandorte CS1, CS2, CS3 und CS4.

  Knotensignale	Verbindungssignale
  N1 = CS1 Kundenstandort 1	L1 = NL1 Neue Verbindung 1
  N2 = CS2 Kundenstandort 2	L2 = NL2 Neue Verbindung 2
  N3 = CS3 Kundenstandort 3	L3 = NL3 Neue Verbindung 3
  N4 = CS4 Kundenstandort 4	L4 = NL4 Neue Verbindung 4
  N5 = EX1 Vermittlungsstelle 1	L5 = NL5 Neue Verbindung 5
  N6 = EX2 Vermittlungsstelle 2	L6 = NL6 Neue Verbindung 6
  N7 = EX3 Vermittlungsstelle 3
  N8 = NN1 Neuer Knoten 1
  N9 = EL1 Existierende Verbin
  dung 1

• Die Baumstruktur und das entsprechende Netz umfassen einen neuen Knoten NN1, mit dem eine neue Verbindung NL1 verbunden wurde. Der neue Knoten kann entstanden sein durch den zufälligen Erzeugungsvorgang der anfänglichen Population oder kann zufällig während eines Mutationsvorgangs einer früheren Generation eingefügt worden sein. Die existierende Verbindung EL1, die ein externes Argument zu dem Baum bildet (Knotensignal N9), wird interpretiert als eine Referenz zu beiden der zwei Knotensignale der Vermittlungsstellen EX1, EX2, welche die beiden Enden der existierenden Verbindung ausmachen. Eine Aufnahme einer existierenden Verbindung als ein externes Argument verbessert die Effizienz des gesamten Evolutionsprozesses in diesem Beispiel. Das Knotensignal N9 in der 18 arbeitet anders als die anderen Knotensignale, da es eine Information über die existierende Verbindung enthält, und wird als eine Referenz zu beiden der zwei Knoten behandelt, welche die beiden Enden der existierenden Verbindung ausmachen.
• Unter Bezugnahme auf 20 der beigefügten Zeichnungen wird eine zweite Baumstruktur der N-ten Generation gezeigt. Die zweite Baumstruktur entspricht einem Netz, das dieselben Vermittlungsstellen EX1, EX2, EX3 und Kundenstandorte CS1–CS4 wie das Netz von 19 aufweist. Die von 20 beschriebene Netzdarstellung wird in 21 schematisch gezeigt.
• Die Knotensignale und Verbindungssignale des Baums von 20 und dem entsprechenden Netz von 21 sind folgende:

  Knotensignale	Verbindungsignale
  N1 = CS1 Kundenstandort 1	L1 = NL1 Neue Verbindung 1
  N2 = CS2 Kundenstandort 2	L2 = NL2 Neue Verbindung 2
  N3 = CS3 Kundenstandort 3	L3 = NL3 Neue Verbindung 3
  N4 = CS4 Kundenstandort 4	L4 = NL4 Neue Verbindung 4
  N5 = EX1 Vermittlungsstelle 1	L5 = NL5 Neue Verbindung 5
  N6 = EX2 Vermittlungsstelle 2	L6 = NL6 Neue Verbindung 6
  N7 = EX3 Vermittlungsstelle 3	L7 = NL7 Neue Verbindung 7
  N8 = NN1 Neuer Knoten 1	L8 = NL8 Neue Verbindung 8
  N9 = EL1 Existierende Verbin	L9 = NL9 Neue Verbindung 9
  dung 1
  	L10 = NL10 Neue Verbindung
  	10

• Der neue Knoten 1 ist ein zufällig erzeugter neuer Knoten.
• Unter Bezugnahme auf 23 werden die ersten und zweiten Bäume der N-ten Generation gezeigt, als Eltern (parent) 1 und Eltern 2 bezeichnet. Die ersten und zweiten Bäume der N-ten Generation wer den miteinander gekreuzt (cross over), um einen Nachkommen (offspring) 1 und Nachkommen 2 in der N + 1-ten Generation zu bilden. Bei dem ersten Baum der N-ten Generation wird sein rechter Teilbaum 2301 mit einem Teilbaum 2302 des zweiten Baums der N-ten Generation gekreuzt. Eine Neubildung der zwei Baumstrukturen durch Crossover wird in dem folgenden Beispiel dargestellt.
• Der Teilbaum 2301 des ersten Elternbaums wird an der internen Argumentverbindung 5 abgetrennt und der Teilbaum 2302 des zweiten Elternbaums wird an der internen Argumentverbindung 5 abgetrennt. Der zweite Teilbaum 2302 wird an dem internen Argument des ersten Baums der N-ten Generation eingesetzt, um den entstehenden ersten Nachkommenbaum, Nachkomme 1, zu erzeugen.
• Ähnlich wird der erste Teilbaum 2301 an dem internen Argument angefügt, das vorher von dem zweiten Teilbaum 2302 in dem zweiten Elternteil besetzt war, um den zweiten Nachkommenbaum, Nachkomme 2, zu erzeugen, wie in der 23 gezeigt wird.
• Unter Bezugnahme auf 24 der beigefügten Zeichnungen werden die entsprechenden Netzgestaltungen gezeigt, die gemäß den Eltern- und Nachkommenbäumen der N-ten und N + 1-ten Generationen von 23 konstruiert werden. Die Netzgestaltungen von 24 zeigen nur eine Darstellung der Topologie der aus den Bäumen entstehenden Netze. Jedoch ist eine weitere Information, welche die Vermittlungskapazität, Verbindungskapazität, Kosten, usw. wie oben beschrieben betrifft, an den Verbindungs- und Knotensignalen angefügt. Diese Information ist auch in den Baumdarstellungsdaten verfügbar, obwohl sie nicht in den beispielhaften Topologiedarstellungen von 24 gezeigt werden.
• Unter Bezugnahme auf 24 wird das Elternnetz 1 von dem ersten Elternbaum wie folgt beschrieben. Das Verbindungssignal 1 erzeugt eine neue Verbindung NL1 zwischen dem Knotensignal CS2 und dem Knotensignal NN1. Auf der nächsten Ebene zu der Wurzel des Baums hin durchsucht das Verbindungssignal 2 sein linkes Argument nach einem Knotensignal und findet das Knotensignal CS2 und durchsucht dann sein rechtes Argument nach einem Knotensignal und findet das Knotensignal CS1. Das Verbindungssignal 2 erzeugt dann eine neue Verbindung NL2 zwischen den Knotensignalen CS1 und CS2, entsprechend der neuen Verbindung NL2 zwischen dem Kundenstandort 1 und dem Kundenstandort 2.
• In dem rechten Teilbaum erzeugt, beginnend von den äußersten externen Blättern, das Verbindungssignal 3 eine neue Verbindung NL3 zwischen dem Knotensignal CS3, das den Kundenstandort CS3 darstellt, und dem Knotensignal EX2, das die Vermittlungsstelle 2 darstellt. Auf der nächsten Ebene zu der Wurzel hin durchsucht an der Wurzel des Baums das Verbindungssignal 4 sein linkes Argument und findet das Knotensignal CS4, das dem Kundenstandort 4 entspricht, und durchsucht dann sein rechtes Argument nach einem externen Argument und findet das Knotensignal CS3, das dem Kundenstandort 3 entspricht. Das Verbindungssignal 4 erzeugt eine neue Verbindung NL4 zwischen dem Knotensignal CS3, das dem Kundenstandort 3 entspricht, und dem Knotensignal CS4, das dem Kundenstandort 4 entspricht.
• Auf der nächsthöheren Ebene in dem rechten Teilbaum durchsucht das Verbindungssignal 5 sein linkes Argument und findet den externen Knoten EL1, der einer existierenden Verbindung 1 zwischen dem der Vermittlungsstelle 1 entsprechenden Vermittlungssignal EX1 und dem der Vermittlungsstelle 2 entsprechenden Vermittlungssignal EX2 entspricht. Das Verbindungssignal 5 durchsucht dann seinen rechten Teilbaum und findet das externe Argument CS4, das dem Kundenstandort 4 entspricht. Da es keine existierende Verbindung zwischen dem Knotensignal CS4 und dem Knotensignal EL1 gibt, erzeugt das Verbindungssignal 5 eine neue Verbindung NL5 zwischen dem Knotensignal CS4, das dem Kundenstandort 4 entspricht, und dem Knotensignal EL5, das der existierenden Verbindung 1 entspricht. Da das Knotensignal EL1 eine existierende Verbindung darstellt, die mit den Vermittlungsstellen EX1 und EX2 verbunden ist, erzeugt das Verbindungssignal 5 die neue Verbindung NL5 zwischen dem Kundenstandort 4 und der Vermittlungsstelle 2, die an einem Ende der existierenden Verbindung 1 am nächsten zu dem Kundenstandort 4 ist. Wenn der Kundenstandort 4 geographisch näher an der Vermittlungsstelle 1 als an der Vermittlungsstelle 2 wäre, würde das Verbindungssignal 5 die neue Verbindung NL5 zwischen dem Kundenstandort 4 und der Vermittlungsstelle 1 errichten. In diesem Fall jedoch, da die Vermittlungsstelle 2 näher an dem Kundenstandort 4 ist, wird die neue Verbindung NL5 zwischen der Vermittlungsstelle 2 und dem Kundenstandort 4 hergestellt.
• Das Graft-Signal 6 verbindet die zwei Netze, die einerseits CS1, CS2, NN1, NL1 und NL2 aufweisen und andererseits EX1, EX2, EL1, CS3, CS4, NL3, NL4 und NL5 aufweisen an den Knoten CS1 und CS3, die am nähesten sind.
• In diesem Beispiel ist die Realisierbarkeitsbedingung nur, dass alle Kundenstandorte verbunden werden. Somit ist, obwohl die von dem Vermittlungssignal EX3 dargestellte Vermittlungsstelle 3 nicht verbunden ist und obwohl der von dem Knotensignal NN1 dargestellte Knoten 1 eine „Sackgasse" ist, das Netz noch immer realisierbar, da dies die Realisierbarkeitsbedingung, dass alle Kundenstandorte verbunden sind, nicht betrifft. Da jedoch der neue Knoten 1 als unnötig erscheint, kann es sein, dass das Elternnetz 1 kein optimales Netz ist, da es ein Herstellen der physikalischen Verbindung 1 und Endgeräteeinrichtungen an dem neuen Knoten 1 erfordert und diese Einrichtungen jedoch keine Funktion ausüben. Das Elternnetz 1 wäre hinsichtlich der Kosten nicht optimal, obwohl die redundante Verbindung 1 und der redundante Knoten 1 die Leistung des Rests des Systems nicht beeinträchtigen würden und das Netz hinsichtlich der Leistungskriteria erfolgreich sein kann.
• Der erste Baum der N-ten Generation kann gewählt werden, um die Basis der nächsten Generation darzustellen, da, obwohl das Netz, das er darstellt, nicht vollständig erfolgreich ist hinsichtlich der Kriteria von Leistungszielen, Kostenzielen und Zuverlässigkeitszielen, es realisierbar ist und andere Bäume der N-ten Generation Netze entstehen lassen können, die nicht viel besser sind gemessen an diesen Kriteria. Der erste Baum der N-ten Generation kann gewählt werden, die Basis der nächsten Generation zu bilden, wenn er im Vergleich zu anderen Bäumen derselben Generation relativ erfolgreich ist. Ein erfolgreicher Baum kann beschrieben werden als ein Baum, der sich, wenn er mit dem geeigneten vorgegebenen Tauglichkeitsparameter, Leistung, Zuverlässigkeit oder Kosten verglichen wird, in der oberen Gruppe oder Menge von Bäumen befindet, wie durch dieses Ziel gemessen. Ein identischer Baum in einer frühen Generation kann als die Tauglichkeitsprüfung bestehend angesehen werden, wohingegen derselbe identische Baum, der in einer späteren Generation erscheint, als ein untauglicher Baum betrachtet werden kann. In der frühen Generation kann der durchschnittliche Grad an Tauglichkeit der anderen Bäume niedrig sein, wohingegen in der späteren Generation die durchschnittliche Tauglichkeit der anderen Bäume hoch sein kann. Wenn sich Generationen entwickeln, wird erwartet, dass der durchschnittliche Grad an Tauglichkeit, wie von den Prüfparametern definiert, zunimmt. In dem Beispiel des ersten Baums der N-ten Generation ist es, da dies zu einem Netz führt, das die redun dante neue Verbindung 1 und den neuen Knoten 1 aufweist, über eine ausgedehnte Evolution einer großen Anzahl von Generationen unwahrscheinlich, dass dieser Baum überlebt, da an einer Stufe zu erwarten ist, dass er das Kostentauglichkeitskriteria aufgrund der unnötigen Errichtung der neuen Verbindung 1 und dem neuen Knoten 1 nicht erfüllt.
• NEUSCHREIBEN VON BÄUMEN WÄHREND EINES CROSSOVERS
• In 23 erzeugt ein Crossover des Teilbaums 300 mit dem Elternbaum den Nachkommenbaum der N + 1-ten Generation, Nachkomme 2. Der Baumnachkomme 2 weist inkonsistente Verbindungsnummern auf, eine Verbindung 3 und eine Verbindung 4 in dem linken Teilbaum und eine weitere Verbindung 3 und eine weitere Verbindung 4 in dem rechten Teilbaum.
• Ein Teilprozess zum Neuschreiben des entstehenden Nachkommenbaums, erzeugt durch Crossover, Mutation oder Permutation, geschieht wie folgt:
• NEUSCHREIBEN VON KNOTENSIGNALEN
• Es gibt vier Typen von Knotensignalen, die betrachtet werden müssen. Die Hauptprobleme entstehen, wenn das Knotensignal eine existierende Verbindung darstellt. Der Prozess zum Neuschreiben des Baums für jeden Typ von Knotensignal ist wie folgt. Für ein Knotensignal eines Kundenstandorts (d.h. dies ist ein Quell- oder Zielknoten, der als Teil der Spezifikation des zu betrachtenden ursprünglichen Netzproblems vorgeschrieben worden sein kann) ist keine Änderung erforderlich. Für einen existierenden Knoten (d.h. einen Knoten, der vorgeschrieben wurde nach der Spezifikation des ursprünglichen Netzproblems) wird geprüft, ob die Knotenidentitätsnummer nicht höher ist als der höchste fortlaufend nummerierte Knoten in dem Netz. Wenn sie höher ist, dann wird die Knotenidentitätsnummer von einem zufällig gewählten Knoten in dem Netz ersetzt.
• Für einen neuen Knoten (d.h. einen Knoten, der als ein zusätzlicher Knoten für das Netz zufällig erzeugt wurde) wird geprüft, ob die Knotenidentitätsnummer nicht höher ist als der höchste fortlaufend nummerierte Knoten in dem Netz. Wenn die Knotenidentitätsnummer höher ist, dann wird die Identitätsnummer in eine Nummer geändert, die um eins höher ist als der höchste fortlaufend nummerierte Knoten in dem Netz. Wenn zum Beispiel ein Netz M Knoten umfasst und die Knotenidentitätsnummer des neuen Knotens M + 5 ist, dann wird die Knotenidentitätsnummer auf M + 1 geändert. Dann wird eine Konsistenzprüfung durchgeführt, um sicherzustellen, dass alle anderen Referenzen zu dem neu nummerierten Knoten in dem Baum dieselbe Knotenidentitätsnummer und dieselben Charakteristiken aufweisen wie der Knoten, dessen Knotenidentitätsnummer verändert wurde.
• Für eine existierende Verbindung, als ein Knotensignal dargestellt, wird, wenn die existierende Verbindungsnummer um eins höher ist als die höchste fortlaufend nummerierte Verbindung in dem Netz und eine leere Verbindung betrifft, eine neue zufällig erzeugte Verbindung mit derselben Nummer hergestellt. Wenn die Verbindungsnummer größer ist als die höchste fortlaufend nummerierte Verbindung in dem Netz, dann wird eine andere existierende Verbindung stattdessen aus dem Netz zufällig ausgewählt. Sobald sie gewählt ist, muss die existierende Verbindung selbst wie folgt überprüft werden, für den Fall, dass eine nicht korrigierte Verbindung gewählt wurde. Wenn die neu gewählte Verbindung eine Verbindung von einem Knoten zu sich selbst hat, dann wird sie verändert, so dass sie zu einem anderen zulässigen Knoten geht.
• Wenn die neu gewählte Verbindung auf Knoten verweist, deren Identitätsnummern größer sind als der höchste fortlaufend nummerierte Knoten in dem Netz, dann wird ein anderer Knoten in dem zulässigen Bereich von nummerierten Knoten zufällig ausgewählt und für den Knoten eingesetzt, dessen Identitätsnummer größer ist als der höchste fortlaufend nummerierte Knoten. Wenn der neu gewählte Verbindungstyp nicht gesetzt ist, dann wird er auf einen zufällig gewählten zulässigen Wert gesetzt.
• Beispiel 2
• In einem weiteren Beispiel, das in 25 und 26 gezeigt wird, wird eine Darstellung aus Netzsignalen erzeugt, die sich auf eine „vorher und nachher"-Netzkarte beziehen, die durch den bevorzugten Prozess erreicht wurde. 25 ist eine zufällig erzeugte Gestaltung in der anfänglichen Population. 26 zeigt die endgültige optimierte Gestaltung nach einer Evolution einer Anzahl von Generationen. Die gezeigten Darstellungen der Netze in den 25 und 26 enthalten selbst nicht alle Information zur Beschreibung der Netze. Die Kapazitäten und der Typ von Vermittlungsstellen und Kundenstandorten werden durch die Größe der visuellen Darstellungen dargestellt und die Kapazitäten der Verbindungen werden durch die Größendimensionen der Verbindungen dargestellt. Jedoch ist andere Information, die den Verbindungs- und Vermittlungsstellentypen entspricht, in den Verbindungs- und Knotensignalen enthalten, welche die Darstellungen der 25 und 16 unterstützen. Durch Ausdrucken der Verbindungs- und Knotendatensignale vom Computer kann eine vollständige Netzgestaltungsspezifikation erzeugt werden, einschließlich Vermittlungsstellen- und Verbindungstypen, Kapazitäten und andere physikalische Spezifikationen der Verbindungen und Vermittlungsstellen zusammen mit Anweisungen für ihre Verbindung mit dem Netz.
• Unter Bezugnahme auf 27 wird eine Darstellung von anfänglichen Netzbeschränkungssignalen und anfänglichen Annahmedatensignalen gezeigt, in der Form einer Anzeige, die Kundenstandorte, existierende Vermittlungsstellen und existierende Verbindungen zeigt.
• In 28 wird eine Darstellung eines Satzes von Netzsignalen einer ersten Generation gezeigt, die einem ersten Generationsbaum entsprechen. Es gibt eine große Redundanz von Knoteneinrichtungen und Verbindungen in den Netzsignalen, die aus einem optimierten Baum abgeleitet werden, der einer Evolution über eine Anzahl von Generationen unterzogen wurde.
• Die optimierten Netzdatensignale, die visuell auf einer Anzeigevorrichtung in 29 angezeigt werden, umfassen eine reduzierte Anzahl von Knoteneinrichtungen und Verbindungen im Vergleich zu den Netzdatensignalen der ersten Generation. Ein Telekommunikationsnetz wird gemäß den optimierten Netzdatensignalen aufgebaut.

Claims (14)

1. Verfahren zur Gestaltung eines Telekommunikationsnetzwerks mit einer Vielzahl von Vermittlungsknoten, die durch eine Vielzahl von Verbindungen miteinander verbunden sind, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: (a) Errichten (155) einer anfänglichen aktuellen Population von zufällig erzeugten Baumstrukturen, wobei jede Baumstruktur eine jeweilige entsprechende Netzgestaltung darstellt, durch die Teilschritte (a1) Erzeugen (140) einer Baumstruktur durch (a1.1) zufälliges Auswählen der maximalen Anzahl von Ebenen, welche die Baumstruktur umfassen kann, und, beginnend mit dem Wurzelknoten der Baumstruktur, (a1.2) Definieren der Rolle eines Knotens der Baumstruktur durch zufälliges Auswählen eines Signals eines Satzes von Signalen, einschließlich Vermittlungsknotensignale und Verbindungssignale, wobei jedes Verbindungsknotensignal eine Vielzahl von Argumenten aufweist, wobei jedes Argument einen jeweiligen Baumknoten in einer nächstniedrigeren Ebene der Baumstruktur spezifiziert, (a1.3) Wiederholen für jedes derartige Argument der Baumstruktur des Teilschritts (a1.2), bis entweder alle Blattknoten der Baumstruktur Vermittlungsknotensignale sind oder ein Wachsen der Baumstruktur die maximale Anzahl von Ebenen überschreiten würde; (a2) Anwenden einer Netzrealisierbarkeitsprüfung (149) gemäß einem oder mehreren Netzrealisierbarkeitskriteria auf die von der entstehenden Baumstruktur dargestellte Netzgestaltung; (a3) Auswahl dieser Baumstruktur als ein Element der anfänglichen Population, wenn sie die Netzrealisierbarkeitsprüfung von Teilschritt (a2) passiert; (a4) zyklisches Wiederholen der Teilschritte (a1) bis (a3), bis die Population eine vorgegebene Größe erreicht; (b) Bewerten (151) der jeweiligen Tauglichkeitswerte von Netzen, die von Baumstrukturen der aktuellen Population dargestellt werden; (c) Zuweisen (153) einer Auswahlwahrscheinlichkeit zu jedem der bewerteten entsprechenden Netzgestaltungen gemäß deren jeweiligen Tauglichkeitswerten; (d) Errichten (155) einer neuen aktuellen Population von Baumstrukturen, die Baumstrukturen aufweist, die durch genetische Evolution aus der alten aktuellen Population von Baumstrukturen erzeugt werden, einschließlich Reproduzieren einer Baumstruktur, die aus der aktuellen Population gemäß ihrer Auswahlwahrscheinlichkeit ausgewählt wird; (e) zyklisches Wiederholen der Schritte (b), (c) und (d), bis ein Ende-Kriterium erfüllt ist; und (f) Auswahl der Netzgestaltung mit dem besten Tauglichkeitswert.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Bewertungsschritt (b) die Teilschritte aufweist: (b1) Anwenden einer Netzrealisierbarkeitsprüfung (149) gemäß einem oder mehreren Netzrealisierbarkeitskriteria auf die von den Baumstrukturen der aktuellen Population dargestellten Netze; und (b2) Bewerten (151) der jeweiligen Tauglichkeitswerte nur der Netze, welche die Netzrealisierbarkeitsprüfung von Teilschritt (b1) bestehen.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Bewertungsschritt (b) ein Überprüfen der Tauglichkeitswerte hinsichtlich eines vorgegebenen Tauglichkeitskriteriums aufweist, und wobei der Zuweisungsschritt (c) und die genetische Evolution von Schritt (d) nur auf den Individuen durchgeführt wird, deren entsprechende Netzgestaltungen diese Tauglichkeitsprüfung bestehen.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das vorgegebene Tauglichkeitskriterium Kosten aufweist.
5. Verfahren gemäß Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei für jede der Baumstrukturen einer aktuellen Population die Vermittlungsknotensignale jeweilige Baumknotenidentifizierer gemäß einer bestimmten auf den relevanten Baum angewendeten Baumdurchlaufvereinbarung spezifiziert haben, und die Verbindungssignale jeweilige Baumknotenidentifizierer gemäß dieser Baumdurchlaufvereinbarung spezifiziert haben, und wobei der Schritt (d) die Teilschritte aufweist: (d1) Austauschen eines Teilbaums einer ersten der Baumstrukturen mit einem Teilbaum einer zweiten der Baumstrukturen, wobei die erste und die zweite Baumstruktur als Eltern-Baumstrukturen bezeichnet werden, und dadurch Erzeugen von zwei Nachkommen-Baumstrukturen der neuen aktuellen Population, wobei in den Nachkommen-Baumstrukturen jedes Vermittlungsknotensignal und jedes Verbindungssignal seinen jeweiligen Baumknotenidentifizierer behält, als Eltern spezifizierter Identifizierer bezeichnet, entsprechend der Eltern-Baumstruktur, von der das Signal genommen wurde; (d2) Verifizieren für jede der neu erzeugten Nachkommen-Baumstrukturen, dass jedes der Vermittlungsknotensignale und Verbindungssignale der jeweiligen Nachkommen-Baumstruktur einen jeweiligen Eltern-spezifizierten Identifizierer aufweist, der identisch zu dem Identifizierer ist, der als ein entsprechender Nachkommen-spezifizierter Identifizierer bezeichnet wird, der von der Baumdurchlaufvereinbarung für dieses Vermittlungsknotensignal oder Verbindungssignal in der neu erzeugten Nachkommen-Baumstruktur spezifiziert wird; und (d3) in dem Fall, dass Teilschritt (d2) erfasst, dass ein Vermittlungsknotensignal oder Verbindungssignal einer der Nachkommen-Baumstrukturen einen jeweiligen Eltern-spezifizierten Identifizierer aufweist, der nicht identisch mit dem entsprechenden Nachkommen-spezifizierten Identifizierer ist, Ändern aller Vorkommen des nichtidentischen Eltern-spezifizierten Identifizierers in der Nachkommen-Baumstruktur in den entsprechenden Nachkommen-spezifizierten Identifizierer.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei für jede der Baumstrukturen der aktuellen Population die zugewiesenen Baumknotenidentifizierer der Vermittlungsknotensignale sequentielle Indices sind und die zugewiesenen Baumknotenidentifizierer der Verbindungssignale sequentielle Indices sind.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jedes Verbindungssignal ein linkes Argument und ein rechtes Argument aufweist und entweder ein Verbindungssignal oder ein Graft-Signal sein kann; jedes der Argumente des Verbindungssignals ein Vermittlungsknotensignal oder ein Verbindungssignal sein kann; und jedes der Argumente des Graft-Signals ein Graft-Signal oder ein Verbindungssignal sein kann.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Verbindungssignale eine Information über physikalische Verbindungseinrichtungen und ihr Verbindungsmuster mit Vermittlungseinrichtungen beschreiben und die Graft-Signale die Verbindung von physikalischen Verbindungen oder Teilnetzen an Vermittlungsknoteneinrichtungen bezeichnen.
9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei der Teilschritt (a2) zum Umwandeln einer Baumstruktur in die Netzgestaltung, die sie darstellt und auf welche die Netzrealisierbarkeitsprüfung angewendet wird, die Teilschritte aufweist: (a2.1) Durchlaufen der Baumstruktur und bei Antreffen eines von einem Verbindungssignal gebildeten Baumknotens; (a2.2) wenn dieses Verbindungssignal ein Graft-Signal ist, Suchen jeweiliger Teilbäume, die von den linken und rechten Argumenten dieses Verbindungssignals gebildet werden, um jede dazwischen existierende Verbindung zu finden, (a2.2.1) wenn keine derartige Verbindung zwischen den jeweiligen Teilbäumen gefunden wird, Erzeugen einer neuen Verbindung zwischen einem externen Baumknoten von einem der jeweiligen Teilbäume und einem externen Baumknoten von dem anderen der jeweiligen Teilbäume; (a2.3) wenn dieses Verbindungssignal ein Verbindungssignal ist, Suchen der jeweiligen Teilbäume, um jede existierende Verbindung zwischen einem ersten Vermittlungsknotensignal des Teilbaums, der von dem linken Argument dieses Verbindungssignal gebildet wird, und einem zweiten unterschiedlichen Vermittlungsknotensignal des jeweiligen Teilbaums, der von dem rechten Argument dieses Verbindungssignal gebildet wird, zu finden, (a2.3.1) wenn keine derartige Verbindung zwischen den ersten und zweiten Vermittlungsknotensignalen gefunden wird, Erzeugen einer neuen Verbindung zwischen den ersten und zweiten Vermittlungsknotensignalen; und (a2.4) wenn kein zweites unterschiedliches Vermittlungsknotensignal in dem Teilbaum gefunden wird, der von dem linken Argument dieses Verbindungssignal gebildet wird, umwandeln des Verbindungssignals in ein Graft-Signal und Durchführen von Teilschritt (a2.2).
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Teilschritt (a2.2.1) aufweist eine Auswahl der externen Baumknoten der jeweiligen Teilbäume auf der Basis der kürzesten physikalischen Entfernung zwischen tatsächlichen Telekommunikationsnetzknoten, die von externen Baumknoten der jeweiligen Teilbäume dargestellt werden.
11. Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei in dem Teilschritt (a2.2.1), wenn die kürzeste physikalische Entfernung größer als ein vorgegebener Wert ist, die Erzeugung einer neuen Verbindung zwischen den ausgewählten externen Baumknoten aufweist ein Erzeugen eines Baumknotens, der von einem Vermittlungsknotensignal gebildet wird und einen Vermittlungsknoten zwischen den tatsächlichen Telekommunikationsnetzknoten darstellt, die von externen Baumknoten der jeweiligen Teilbäume dargestellt werden.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Verbindungssignale verwendet werden, um Teilbäume zu erzeugen, und die Graft-Signale verwendet werden, um die Teilbäume in eine Gesamtbaumstruktur mit einer einzelnen Wurzel zu verbinden.
13. Computer-lesbares Medium mit Computer-ausführbaren Programmanweisungen zur Durchführung des Verfahrens einer der Ansprüche 1 bis 12.
14. Computersystem, das zur Durchführung des Verfahrens einer der Ansprüche 1 bis 12 programmiert ist.