JP2001069043A - Ｌｐ法を適用した通信設備計画法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高度情報化の進展に伴い通信需要は飛躍的に
増大しており、ユーザーの要求する回線を確保するた
め、通信設備の拡充が毎年続けられている。通信の設備
投資は莫大であり、そのための計画立案に多大の労力が
費やされている。この発明は大規模な通信ネットワーク
の設備計画を合理的なものとするとともに計画業務の機
械化をめざす計算機処理に関するものである。 【構成】 通信ネットワークの設備諸元と回線ユーザー
の要求諸元と、人間系で作成した個別の設備増設案を入
力とし、全体の設備コストが最小となる増設案を選定す
る数理計画的手法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は大規模な通信系統にお
いて、増大する通信回線の需要に対処するため通信設備
を増設する場合にコストのより安い増設案を選定するた
めに利用する。

【０００２】

【従来の技術】通信設備の空回線を計算機を使って情報
検索するシステムは実用化されているが、通信ネットワ
ークが大規模なため増設案を数理計画的手法で選定する
ところまではいっていない。増設案を作成し、ネットワ
ークのエリアを分担し人間の判断で決定していたのでコ
スト低減の余地が残っている。

【０００３】

【当該発明が解決しようとする課題】高度情報化が進む
なかで、通信需要は飛躍的に増大している。ユーザーの
要求に応じて始端から終端まで必要な回線数を確保する
必要があり、空回線が無ければ通信設備を増設しなけれ
ばならない。回線数の外に回線品質、伝送スピードなど
の制約を満足させながら、設備コストを極力抑制する設
備拡充が求められている。このため通信設備計画には毎
年、多大の労力が投入されており、この業務を数理計画
的手法を使い機械化しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】１ 問題設定 増設案を含む通信設備の空回線を考察の対象とし、回線
の種別（伝送媒体、Ａ／Ｄ）、回線の接続状態（ノー
ド、ブランチ）ならびに回線容量（空回線）が設備デー
タとして与えられ、ユーザーの要求する回線の種別、回
線数、始端・終端ノード、ならびにルート数が運用デー
タとして与えられるものとし、目的関数（増設回線のコ
スト合計）が最小となる増設計画案を決定せよ。ただ
し、増設回線のコストは個々に与えられており、計画は
一つの時間断面だけで決定するものとする。

【０００５】２ 解法の基本的考え方 通信端局をノード、伝送路の空チャンネルをブランチと
し、通信回線数をブランチ潮流に対応させ、通信ネット
ワークを電気回路のノードとブランチの概念でとらえ、
キルヒホッフの第一法則（連続の式）で定式化し、設備
コスト比較から増設案を選定する。線形計画法（ＬＰ
法）は、線形な等式・不等式制約のもとで、一次の目的
関数を最小化する解を発見してくれる有力な手法であ
り、ここでは、ＬＰ法を最適化手法として採用する。問
題の定式化では、まず、ユーザー毎に使用候補ブランチ
で構成されるネットワークの式を作成し、次にそれらを
合成し、ブランチ容量の式と２ルート化の式を設定す
る。ブランチ容量の式には、増設候補ブランチを付加
し、このブランチ潮流に増設コストを乗じて目的関数と
する。なお、問題の定式化は図１の６ノードモデルを対
象に説明する。

【０００６】３ 問題の定式化 ユーザー毎の連続の式 （１）ユーザーＬ_１ 始端ノードが１、終端ノードが６で、回線種別が光のネ
ットワークを図１から抽出すると、図２となる。ブラン
チ潮流をＰ_Ｂ（ｂ）として各ノードに連続の式を適用す
ると、（１）式が得られる。（１）式のマトリックスを
対角化すると、（２）式が得られる。（２）式で非基底
変数Ｐ_Ｂ（７）を零と仮想すると、Ｕ_Ｒｌ＝４ｃｈから
Ｐ_Ｂ（１）＝４，Ｐ_Ｂ（５）＝０，Ｐ_Ｂ（９）＝４の一
つの解が求まる。ただし、これは最適解であるかどうか
は、まだ不明である。

【０００７】（２）ユーザーＬ_２ ユーザーＬ_１とペアの２ルート化ユーザーであり、マイ
クロの候補回線は図３となり、連続の式は（３）式で、
これを対角化すると（４）式となる。 （４）式は非基底変数はなく、これで確定である。

【０００８】（３）ユーザーＬ_３の候補回線は図４とな
り、対角化後のマトリックスは（５）式となる。 （４）ユーザーＬ_４の候補回線は図５となり、対角化後
のマトリックスは（６）式となる。

【０００９】〈３．２〉ユーザー総合の制約式 （１）ブランチ容量制約 ブランチ毎に回線容量に制約がある。ユーザー１がブラ
ンチｂを通過する回線数をＰ_{Ｂ（ｂ，ｌ）}とすると、
（７）式が必要となる。 ブランチｂが増設可能であれば、その増設回線数を変数
Ｆ_Ｂ（ｂ）として、（８）式が成立する。 増設不可であれば、Ｆ_Ｂは付加しない。

【００１０】（２）２ルート化制約 電力系統保護や制御に使われる回線は、一般に伝送路を
分けて２ルート化を図っている。２ルート化の条件に
は、次の３種類がある。 ｉ） 同一ブランチに入らない。 ｉｉ） 同一区間を通過しない。 ｉｉｉ） 同一ノードを通過しない。 変数はブランチ潮流Ｐ_Ｂだけであり、ｉｉ）、ｉｉｉ）
もＰ_Ｂを使って制約条件式を設定する。ｉ）の場合であ
れば、通過候補ブランチ毎に（８）式で制約する。 なお、図１の問題は、この設定が不要のケースである。

【００１１】（３）通過指定 計画作成にあたって人間系から通過ルートを指定する必
要がある。その種類は（２）と同様に ｉ） ブランチ ｉｉ） 区間 ｉｉｉ） ノード であり、それらが通過・不通過の指定も可能とする。通
過ノード指定の場合、ユーザー１がノードｎを通過する
候補ブランチがｂ_１〜ｂ_３とすれば（入側のみ）、（１
０）式が制約条件式となる。 不通過の場合、右辺を零とすればよい。区間指定の場
合、指定区間を通過する候補ブランチについて（１０）
式と同様な制約を与える。

【００１２】〈３．３〉ＬＰ法の式 〈３．１〉のユーザー毎の連続式と、〈３．２〉のユー
ザー総合の制約式をまとめて、マトリックス表現する
と、（１１）式となる。 ブランチ増設コストの単価をＣ_Ｂ（ｂ）とすれば、目的
関数は（１３）式で表わすことができる。 （１３）式はＬＰ法では（１２）式で表現される。

【００１３】（１１）式の制約条件で、（１２）式の目
的関数を最小化する増設ブランチＦ_Ｂ（ｂ）を、ＬＰ法
で求めるわけであるが、通常のＬＰと異なる点は、増設
単価Ｃ_Ｂ（ｂ）が必ずしも増設回線数に比例しないとこ
ろである。新しい伝送路を施設する場合などでは、初期
投資のほとんどを増設回線数Ｆ_Ｂで負担しなければなら
ない。このとき、ＬＰの計算結果で増設単価を見直し、
再度、ＬＰ法で解く必要がある。繰り返し計算で解のＦ
_Ｂが安定した値になれば、計算を完了する。なお、Ｆ_Ｂ
を０−１変数とし、整数計画法で解く場合はこの限りで
ないが、大規模問題では計算時間が問題になる。

【００１４】

【作用】通信設備の増設案を人間系から与え、コスト最
小となる設備計画をＬＰ法で決定することができる。

【００１５】

【実施例】図１の設備で、回線を確保する問題を、開発
したプログラムでシミュレーシ を２ｃｈ増やし、８ｃｈとする増設案が得られた。な
お、このシミュレーションの場合、ＣＰＵの演算時間は
２８ＭＩＰＳのＥＷＳで０．３秒であり、大規模増設計
画にも適用できる。

【００１６】

【発明の効果】面的に広がり毎年成長する通信ネットワ
ークの設備計画を本発明の数理計画的手法によって作成
することによって設備コストの低減と業務処理の省力化
が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】６ノードモデル

【図２】ユーザーＬ_１のネットワーク

【図３】ユーザーＬ_２のネットワーク

【図４】ユーザーＬ_３のネットワーク

【図５】ユーザーＬ_４のネットワーク

【図６】通過ノード指定

【図７】シミュレーション結果

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通信端局をノード、伝送路の空回線をブ
   ランチとして、通信ネットワークを電気回路で模擬し、
   キルヒホッフの第一法則（連続の式）で回線の接続状態
   を定式化し、ＬＰ法によってコストが最小となる増設案
   を選定する通信設備計画法。
2. 【請求項２】 請求項１において新規ユーザー毎に使用
   候補ブランチで構成される電気回路の式を作成し、次に
   それらの式を合成し、ブランチ容量制限の式を設定す
   る。
3. 【請求項３】 請求項１において、設備増設案は人間系
   から与え、それを既設空回線と同様にブランチとする
   が、このブランチを回線として使用した場合、増設コス
   トに見合う、ペナルティーを与えて目的関数を設定す
   る。これによってブランチ容量制限違反が生じた場合に
   のみ設備増設案を採択する通信設備計画法。