JP2006270677A - Optimum path arrangement searching apparatus and optimum path arrangement searching method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、通信トラヒックに基づいて、論理トポロジを構成するパスの最適配置を検索する技術に関する。この発明は、例えば、WDM(Wavelength Division Multiplex) 技術を用いて構築された論理トポロジを動的に変更する機能を有する光通信ネットワークで使用される。 The present invention relates to a technique for searching for an optimal arrangement of paths constituting a logical topology based on communication traffic. The present invention is used in, for example, an optical communication network having a function of dynamically changing a logical topology constructed using WDM (Wavelength Division Multiplex) technology.
近年、インターネット等の通信ネットワークでは、利用者の急増等に伴うトラヒックの増大が問題になっている。この問題に対処する技術として、WDMが注目されている。WDMとは、光波長が異なる搬送波を多重化する技術である。WDMを用いることにより、1本の光伝送路に複数の搬送波を並列的に伝搬させることができるので、大容量の通信ネットワークを低コストで構築することができる。 In recent years, in communication networks such as the Internet, an increase in traffic due to a rapid increase in users has become a problem. As a technique for dealing with this problem, WDM has attracted attention. WDM is a technique for multiplexing carrier waves having different optical wavelengths. By using WDM, a plurality of carrier waves can be propagated in parallel on one optical transmission line, so that a large-capacity communication network can be constructed at low cost.
WDMを用いた光通信ネットワークでは、各ノードとして、例えば、光分岐挿入機能(Optical Add Drop Multiplexer;OADM) や光クロスコネクト機能(Optical Cross Connect;OXC) 等を備えるものが使用される。光分岐挿入機能とは、WDMを用いて多重化された光搬送波に他の波長の光搬送波を挿入したり、当該多重光搬送波から特定波長の光搬送波を分岐させたりする機能である。また、光クロスコネクト機能とは、WDMを用いて多重化された光搬送波の通信パスを、波長単位で切り替える機能である。これらの機能を用いることにより、光伝送路上に構築された光通信ネットワーク(すなわち物理トポロジ)上に、複数の光パスからなる論理トポロジを構築することが可能になる。 In an optical communication network using WDM, for example, a node having an optical add / drop multiplexer (OADM) or an optical cross connect (OXC) is used as each node. The optical add / drop function is a function of inserting an optical carrier wave of another wavelength into an optical carrier wave multiplexed using WDM, or branching an optical carrier wave of a specific wavelength from the multiplexed optical carrier wave. The optical cross-connect function is a function for switching a communication path of an optical carrier wave multiplexed using WDM in units of wavelengths. By using these functions, it is possible to construct a logical topology composed of a plurality of optical paths on an optical communication network (that is, a physical topology) constructed on an optical transmission line.
さらに、WDMを用いた光通信ネットワークとして、論理トポロジを動的に変更する機能を備えるものが知られている。ネットワークでは、一部のノードやパスで、輻輳や障害が発生する場合がある。このような場合には、論理トポロジを動的に変更することにより、通信パケットに、輻輳が発生したノードをカットスルーさせることや、障害発生区間を迂回させることが可能になる。 Further, as an optical communication network using WDM, one having a function of dynamically changing a logical topology is known. In a network, congestion or a failure may occur in some nodes and paths. In such a case, by dynamically changing the logical topology, it becomes possible to cut through the node where congestion has occurred in the communication packet and to bypass the failure occurrence section.
ここで、カットスルーとは、当該ノードのルーティング機能を使用せずに、光分岐挿入機能或いは光クロスコネクト機能のみを用いて、通信パケットをそのまま通過させることである(下記特許文献1の段落0002〜0005および図6参照)。輻輳が発生したノードにカットスルーパスを設定することにより、当該ノードの処理負荷を軽減することができる。
Here, the cut-through means that a communication packet is passed as it is by using only the optical add / drop function or the optical cross connect function without using the routing function of the node (paragraph 0002 of
光パスを動的に変更して障害区間を迂回する方法としては、専有プロテクション法や共有プロテクション法が知られている。専有プロテクション法とは、1本の光パスを、他の1本の光パスで代用する方法である。また、共有プロテクション法とは、複数本の光パスを、他の1本の光パスで代用する方法である。
上述のように、特定のノードにトラヒックが集中した場合、当該ノードをカットスルーする光パスを新たに設定することによって、当該ノードの処理負荷を軽減することができる。しかし、以下のような理由により、このようなパス設定が他のノードの処理負荷を増大させてしまう場合がある。 As described above, when traffic is concentrated on a specific node, the processing load on the node can be reduced by newly setting an optical path that cuts through the node. However, such a path setting may increase the processing load of other nodes for the following reasons.
光パスが新たに設定が変更される場合、当該光通信ネットワークでは、IP(Internet protocol) レイヤのルーティング情報が変更される。したがって、新たにカットスルーパスを設定した場合に、そのカットスルーパスが最適経路であると判断される場合が多いと、当該カットスルーパスにトラヒックが集中する場合がある。このような場合、カットスルーされるノードの処理負荷が過大になることは少ないが、当該カットスルーパスの終端をなすノードでは処理負荷が増大する。 When the setting of a new optical path is changed, routing information of an IP (Internet protocol) layer is changed in the optical communication network. Accordingly, when a new cut-through path is set, if it is often determined that the cut-through path is the optimum route, traffic may concentrate on the cut-through path. In such a case, the processing load of the cut-through node is rarely excessive, but the processing load increases at the node that terminates the cut-through path.
このような理由から、カットスルーパスを新たに設定する際には、IPレイヤでの経路変更も考慮した上で、光通信ネットワーク全体でトラヒックの集中が発生しないようにすることが望まれる。しかしながら、特定の2個のノードを終端とするカットスルーパスの設定パターン数は、その光通信ネットワークで使用される波長数やノード数の増加に応じて、指数関数的に増加する。このため、すべての設定パターンについて光通信ネットワーク全体でのトラヒック発生状況を予想して最適なカットスルーパスを選択しようとすると、処理負担が膨大となり、現実的でない。 For this reason, when a new cut-through path is set, it is desired that traffic concentration does not occur in the entire optical communication network in consideration of a route change in the IP layer. However, the number of cut-through path setting patterns that terminate at two specific nodes increases exponentially as the number of wavelengths and the number of nodes used in the optical communication network increase. For this reason, if an attempt is made to select an optimal cut-through path in anticipation of the traffic occurrence state in the entire optical communication network for all setting patterns, the processing load becomes enormous and is not realistic.
この発明の課題は、最適な光パス構造を簡単な処理で検索することができる最適パス配置検索装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an optimum path arrangement retrieval apparatus that can retrieve an optimum optical path structure by a simple process.
(1)第1の発明は、論理トポロジ上のノード配置を示す複数の遺伝子コードを用いてトラヒックの小さいパス配置を検索する最適パス配置検索装置に関する。 (1) The first invention relates to an optimum path arrangement search apparatus that searches for a path arrangement with a small amount of traffic using a plurality of gene codes indicating a node arrangement on a logical topology.
そして、それぞれの遺伝子コードが示す論理トポロジのトラヒックを評価する評価手段と、評価の結果が小さいものほど高くなるような被選択確率をそれぞれの遺伝子コードに割り当てて被選択確率に応じた選択を所定回数繰り返すことにより所定個の遺伝子コードを選択する選択手段と、遺伝子コードから任意の遺伝子コード・ペアを生成してランダムに選択された遺伝子要素を遺伝子コード・ペア間で交換する交叉手段と、遺伝子コードに含まれる遺伝子要素の一部または全部を所定の確率で変更する突然変異手段とを備える。 Then, an evaluation means for evaluating the traffic of the logical topology indicated by each gene code, and a selection probability corresponding to the selection probability by assigning a selection probability such that the smaller the evaluation result is, the higher the selection result is predetermined. A selection means for selecting a predetermined number of gene codes by repeating a number of times, a crossover means for generating an arbitrary gene code pair from the gene code and exchanging randomly selected gene elements between the gene code pairs, and a gene Mutation means for changing a part or all of the genetic elements included in the code with a predetermined probability.
(2)第2の発明は、論理トポロジ上のノード配置を示す複数の遺伝子コードを用いてトラヒックの小さいパス配置を検索する最適パス配置検索方法に関する。 (2) The second invention relates to an optimum path arrangement search method for searching a path arrangement with a small traffic using a plurality of gene codes indicating a node arrangement on a logical topology.
そして、それぞれの遺伝子コードが示す論理トポロジのトラヒックを評価する評価ステップと、評価ステップにおける評価の結果が小さいものほど高くなるような被選択確率をそれぞれの遺伝子コードに割り当てて被選択確率に応じた選択を所定回数繰り返すことにより所定個の遺伝子コードを選択する選択ステップと、選択ステップで選択された遺伝子コードから任意の遺伝子コード・ペアを生成してランダムに選択された遺伝子要素を遺伝子コード・ペア間で交換する交叉ステップと、交叉ステップで交叉された遺伝子コードに含まれる遺伝子要素の一部または全部を所定の確率で変更する突然変異ステップとを備える。 Then, an evaluation step for evaluating the traffic of the logical topology indicated by each gene code, and a selection probability that becomes higher as the evaluation result in the evaluation step is smaller is assigned to each gene code according to the selection probability. A selection step of selecting a predetermined number of gene codes by repeating the selection a predetermined number of times, and generating an arbitrary gene code pair from the gene code selected in the selection step, and randomly selecting gene elements as gene code pairs A crossover step for exchanging between them, and a mutation step for changing a part or all of the genetic elements included in the gene code crossed in the crossover step with a predetermined probability.
本発明によれば、トラヒックの小さいパス構造の検索に遺伝的アルゴリズムを適用することができるので、最適なパス構造或いはそれに近いパス構造を、簡単な処理で検索することができる。 According to the present invention, since a genetic algorithm can be applied to search for a path structure with small traffic, an optimal path structure or a path structure close to it can be searched with a simple process.
以下、この発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分の大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的条件は単なる例示にすぎない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the size, shape, and arrangement relationship of each component are shown only schematically to the extent that the present invention can be understood, and the numerical conditions described below are merely examples. .
第1の実施の形態
以下、この発明の第1の実施形態について、図1〜11を用いて説明する。
First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、この実施形態に係るIP基幹ネットワークのデータプレーン構成を示す概念図である。図1に示したように、IP基幹ネットワーク100のデータプレーンは、ノードN1〜N9と、光ファイバF1〜F24とを備えている。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a data plane configuration of an IP backbone network according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the data plane of the
ノードN1〜N9は、それぞれ、図示しないIPルータと光コアノードとを備えている(後述)。 Each of the nodes N1 to N9 includes an IP router and an optical core node (not shown) (described later).
光ファイバF1〜F24は、それぞれ、物理的に隣接するノードどうしを通信接続する。各光ファイバF1〜F24には、識別のためのファイバIDとして‘1’〜‘24’が付されている。 The optical fibers F1 to F24 respectively connect and connect physically adjacent nodes. “1” to “24” are assigned to the optical fibers F1 to F24 as fiber IDs for identification.
このような構成により、IP基幹ネットワーク100上に、光コアノードを中継ノードとし且つ光波長を識別子とした光パス(Lambda Switch Capable-Label Switched Path;LSC-LSP) を構築することができる(後述)。 With such a configuration, an optical path (Lambda Switch Capable-Label Switched Path; LSC-LSP) having an optical core node as a relay node and an optical wavelength as an identifier can be constructed on the IP backbone network 100 (described later). .
図2は、IP基幹ネットワーク100の制御プレーン構成を示す概念図である。図2に示したように、IP基幹ネットワーク100の制御プレーンは、トラヒック計測管理装置210と、最適光パス配置検索装置220と、光パス設定管理装置230と、制御ネットワーク240,250とを備えている。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a control plane configuration of the
トラヒック計測管理装置210は、各ノードN1〜N9のトラヒック計測装置361,362(後述の図3参照)で計測されたトラヒック情報(流入パケットのトラヒック、流出パケットのトラヒック等)を、制御ネットワーク240を介して受信して、集計・管理する。
The traffic
最適光パス配置検索装置220は、トラヒック計測管理装置210から受け取ったトラヒック情報を用い、遺伝的アルゴリズムに基づいて最適な光パス配置を計算する(後述)。
The optimum optical path
光パス設定管理装置230は、最適光パス配置検索装置220の計算結果に基づき、制御ネットワーク250を介して各ノードN1〜N9のIPルータ351および光スイッチ制御装置371(後述の図3参照)を制御することにより、最適な光パスをデータプレーン(図1参照)に設定する。
The optical path
図3は、ノードN1の内部構成を示すブロック図である。図3は、四種類の搬送波(波長λ1〜λ4)をWDM多重化して光パス中を伝搬させる場合の例である。図3に示したように、ノードN1は、光増幅器311〜314、光合分波器321〜324、光スイッチ331,332、光送受信機341〜344、IPルータ351、トラヒック計測装置361,362および光スイッチ制御装置371を備えている。
FIG. 3 is a block diagram showing an internal configuration of the node N1. FIG. 3 shows an example in which four types of carriers (wavelengths λ1 to λ4) are WDM multiplexed and propagated in the optical path. As shown in FIG. 3, the node N1 includes
光増幅器311〜314は、WDM多重化された光搬送波を増幅する。光増幅器311〜314としては、例えばEDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)が使用される。
The
光合分波器321,322は、WDM多重化された光搬送波を入力して、波長λ1〜λ4の搬送波に分離する。一方、光合分波器323,324は、波長λ1〜λ4の光搬送波を入力して、合波(すなわちWDM多重化)する。光合分波器321〜324としては、例えばAWG(Arrayed Waveguide Grating)波長合分波器が使用される。
The optical multiplexers /
光スイッチ331,332は、光合分波器321〜324および光送受信機341〜344間で、光波長λ1〜λ4ごとに、光搬送波経路を設定する。例えば、光合分波器321のλ1端子から出力された光搬送波は、光スイッチ331,332により、光合分波器323のλ1端子、光合分波器324のλ1端子または光送受信機341のいずれかに送られる。同様に、光合分波器322のλ1端子から出力された光搬送波も、光合分波器323,324のλ1端子または光送受信機341のいずれかに送られる。一方、光送受信機341から出力された光搬送波は、光合分波器323,324のλ1端子のいずれか一方に送られる。他の波長λ2〜λ4の光搬送波も、波長λ1の搬送波と同様であり、光合分波器321,322から光合分波器323,324或いは光送受信機342〜344への経路や、光送受信機342〜344から光合分波器323,324への経路が設定される。
The
光送受信機341〜344は、光スイッチ331,332とIPルータ351との間で送受信される光搬送波の波長変換を行う。すなわち、光送受信機341は、光スイッチ331,332から入力した光搬送波の波長λ1を、IPルータ351で使用される波長λ0に変換し、且つ、IPルータ351から入力した光搬送波の波長λ0を、λ1に変換する。同様に、光送受信機342は波長λ2・λ0間、光送受信機343は波長λ3・λ0間、光送受信機344は波長λ4・λ0間の、双方向の波長変換を行う。なお、IPルータ351が電気信号を用いてルーティング等を行う場合には、光送受信機341〜344として光電変換装置を使用すればよい。
The
IPルータ351は、光送受信機341〜344を介して光スイッチ331,332に通信接続されるとともに、トラヒック計測装置361,362を介して外部ネットワーク381,382に通信接続される。上述のように、IPルータ351と光送受信機341〜344との通信は、例えば、波長λ0の光搬送波を用いて行われる。一方、IPルータ351と外部ネットワーク381,382との通信は、波長λ0の光搬送波を使用してもよいし、波長λ1〜λ4或いは他の波長の光搬送波を使用してもよいし、電気信号を使用してもよい。波長λ0以外の光搬送波或いは電気信号が使用される場合には、IPルータ351内に波長変換機能或いは光電変換機能が設けられる。IPルータ351は、受信した光搬送波等からIPパケットを読み出し、当該IPパケットに対して、IPレイヤのルーティングを行う。すなわち、IPルータ351は、光送受信機341〜344や外部ネットワーク381,382から受信したIPパケットの宛先アドレスを読み出し、ルーティング表に基づいて当該宛先アドレスに対応するIPパスを検索して、当該IPパスに対応する光送受信機341〜344或いは外部ネットワーク381,382に当該IPパケットを送出する。また、IPルータ351は、制御ネットワーク250を介して光パス設定管理装置230(図2参照)から受信した制御信号に基づいて、内部のルーティング表(図示せず)を書き換える。
The
トラヒック計測装置361,362は、IPルータ351と外部ネットワーク381,382との間で送受信されるIPパケットのトラヒックを計測する。計測結果は、制御ネットワーク240を介して、トラヒック計測管理装置210に送られる。
The
光スイッチ制御装置371は、制御ネットワーク250を介して光パス設定管理装置230から受信した制御信号に基づき、光スイッチ331,332内に設けられる光搬送波経路の設定・変更を行う。
The optical
他のノードN2〜N24の内部構成は、ノードN1の内部構成と同様であるので、説明を省略する。 Since the internal configurations of the other nodes N2 to N24 are the same as the internal configuration of the node N1, description thereof will be omitted.
図4は、最適光パス配置検索装置220(図2参照)の内部構成を示すブロック図である。図4に示したように、最適光パス配置検索装置220は、受信処理部410と、遺伝子コートテーブル420と、目的関数テーブル430と、乱数生成部440と、パス検索部450と、物理パス割当処理部460と、送信処理部470と、バス480とを備えている。
FIG. 4 is a block diagram showing an internal configuration of the optimum optical path arrangement search device 220 (see FIG. 2). As shown in FIG. 4, the optimum optical path
受信処理部410は、トラヒック計測管理装置210(図2参照)からトラヒック情報を受信し、目的関数テーブル430に送る。
The
遺伝子コードテーブル420は、遺伝的アルゴリズムを用いてパス検索を行うための遺伝子コード等を格納する。 The gene code table 420 stores gene codes and the like for performing a path search using a genetic algorithm.
目的関数テーブル430は、候補となる光パストポロジを評価するための目的関数を保存する。この実施形態では、目的関数として、上述のトラヒック情報等が、目的関数テーブル430に格納される。 The objective function table 430 stores objective functions for evaluating candidate optical path topologies. In this embodiment, the above-described traffic information and the like are stored in the objective function table 430 as the objective function.
乱数生成部440は、パス検索部450等の制御に基づき、所定の条件下で乱数を生成する。
The random
パス検索部450は、上述のトラヒック情報、遺伝子コードテーブル、目的関数および乱数等を用いて、最適な光パストポロジを検索する。
The
物理パス割当処理部460は、パス検索部450の検索によって得られた最適な光パストポロジを、IP基幹ネットワーク100に実際に反映させるための、物理パスの割り当てを行う。
The physical path
送信処理部470は、物理パス割当処理部460が行った割り当て処理処理の結果を、光パス設定管理装置230(図2参照)に送る。
The
バス480は、各構成部410〜470を相互に接続する。
The
次に、図1〜図4に示したIP基幹ネットワーク100の動作を説明する。
Next, the operation of the
最初に、ノードN1〜N9の動作について、ノードN1を例に採って説明する。ここでは、光ファイバF1を介してノードN2からノードN1への光パスが設定され且つ光ファイバF6を介してノードN4からノードN1への光パスが設定されている場合について説明する。 First, the operation of the nodes N1 to N9 will be described by taking the node N1 as an example. Here, a case will be described in which an optical path from the node N2 to the node N1 is set via the optical fiber F1, and an optical path from the node N4 to the node N1 is set via the optical fiber F6.
上述のように、光ファイバF1内には、四種類の搬送波(波長λ1〜λ4)がWDM多重化されて伝搬される。これにより、ノードN2からノードN1へ、IPパケットが転送される。このWDM多重化光は、光増幅器311で増幅された後、光合分波器321で多重分離されて、光スイッチ331に送られる。ノードN2,N1間に例えば波長λ1の光パスが設定されている場合、光スイッチ331に入力された光搬送波(波長λ1)は、光送受信機341に送られる。上述のように、光送受信機341は、この光搬送波の波長をλ0に変換して、IPルータ351に送る。IPルータ351は、この光搬送波からIPパケットを読み出し、さらに、当該IPパケットから宛先アドレスを読み出す。そして、IPルータ351は、内部のルーティング表(図示せず)を用いて、当該宛先アドレスに対応する最適な光パスを検索する。
As described above, four types of carrier waves (wavelengths λ1 to λ4) are WDM multiplexed and propagated in the optical fiber F1. As a result, the IP packet is transferred from the node N2 to the node N1. The WDM multiplexed light is amplified by the
検索された光パスが光ファイバF6を用いた光パス(波長λ1〜λ4の光搬送波のいずれか)である場合、IPルータ351は、光送受信機341〜344のいずれか対応するものに、当該IPパケットに係る光搬送波を出力する。光送受信機341〜344は、当該光搬送波の波長λ0を、対応する波長(λ1〜λ4のいずれか)に変換して出力する。返還後の光搬送波は、スイッチ331を介して、光合分波器323に送られ、WDM多重化される。多重化後の光搬送波は、光増幅器313で増幅された後、光ファイバF6を介して、ノードN4に転送される。
When the searched optical path is an optical path using one of the optical fibers F6 (any one of optical carriers having wavelengths λ1 to λ4), the
また、IPパケットの宛先アドレスがIP基幹ネットワーク100以外のアドレスであった場合、最適な光パスは外部ネットワーク381,382のいずれかになる。この場合、IPルータ351は、当該IPパケットに係る光搬送波を、対応する外部ネットワークに送信する。
If the destination address of the IP packet is an address other than the
一方、外部ネットワーク381,382からIP基幹ネットワーク100にIPパケットが転送された場合も、IPルータ351は、当該IPパケットの宛先アドレスから、最適な光パスを検索する。そして、IPルータ351は、最適な光パスに対応する光送受信機341〜344に、当該IPパケットに係る光搬送波を出力する。さらに、当該光搬送波が、当該光送受信機で波長変換され、スイッチ331,332を介して光合分波器323,324のいずれか対応する方に送られ、WDM多重化および光増幅された後、対応する光ファイバに出力される。
On the other hand, when an IP packet is transferred from the
IPルータ351と外部ネットワーク381,382との間のトラヒックは、トラヒック計測装置361,362によって測定される。この計測結果は、制御ネットワーク240を介して、トラヒック計測管理装置210に送られる。
Traffic between the
次に、ノードN1を中継点として、ノードN2からノードN4へのカットスルーパスが設定されている場合について説明する。 Next, a case where a cut-through path from the node N2 to the node N4 is set with the node N1 as a relay point will be described.
上述の場合と同様、光ファイバF1を介してノードN2から受信された光搬送波は、光増幅器311で増幅され、光合分波器321で多重分離された後、光スイッチ331に入力される。ノードN1に当該波長のカットスルーパスの中継点が設定されている場合、光スイッチ331は、入力した光搬送波を、光送受信機341〜344に送ることなく、そのまま光合分波器323に送る。したがって、ノードN2から送信された光搬送波は、IPルーティング処理を施されることなく、そのままノードN1を通過して、ノードN4に送られる。すなわち、このようなカットスルーパスが設定されている場合には、物理トポロジではノードN2,N1間およびノードN1,N4間にパスが設定されているが、論理トポロジではノードN2,N4間のパスが設定されているにすぎないことになる。
As in the case described above, the optical carrier wave received from the node N2 via the optical fiber F1 is amplified by the
図5は、この実施形態に係る論理トポロジを示す概念図である。図5に示したように、カットスルーパスを用いることにより、非隣接の論理配置L1〜L9間を通信接続する論理パスを設定することができ、したがって図1に示したようなデータプレーン構成のネットワーク上に、図5に示したような論理トポロジを構築することができる。図5に示したような、同一行および同一列の両端論理配置どうしが論理パスで接続された構造を、トーラス構造と称する。一般に、トーラス構造の論理トポロジは、負荷分散効果が高いとされている。 FIG. 5 is a conceptual diagram showing a logical topology according to this embodiment. As shown in FIG. 5, by using a cut-through path, a logical path for communication connection between non-adjacent logical arrangements L1 to L9 can be set. Therefore, a network having a data plane configuration as shown in FIG. In addition, a logical topology as shown in FIG. 5 can be constructed. A structure in which both-end logical arrangements in the same row and the same column are connected by a logical path as shown in FIG. 5 is referred to as a torus structure. In general, a logical topology having a torus structure is considered to have a high load balancing effect.
通常の光パスやカットスルーパスを適当に設定することにより、このトーラス構造の各論理配置L1〜L9の位置に、任意のノードを配置することができる。図6は、その一例を示す概念図である。そして、光パスやカットスルーパスの設定を適当に変更することにより、各論理配置L1〜L9に配されるノードを、任意に変更することができる。すなわち、光パスやカットスルーパスの設定変更による論理トポロジの変更は、トーラス構造内におけるノードの再配置と同一視することができる。 Arbitrary nodes can be arranged at the positions of the logical arrangements L1 to L9 of this torus structure by appropriately setting a normal optical path and a cut-through path. FIG. 6 is a conceptual diagram showing an example. And the node distribute | arranged to each logical arrangement | positioning L1-L9 can be arbitrarily changed by changing the setting of an optical path or a cut-through path suitably. That is, the change of the logical topology by changing the setting of the optical path or cut-through path can be regarded as the node rearrangement in the torus structure.
トーラス構造を保ったままカットスルーパスを変更することによって、IPルータの中継トラヒック量を低減させることが可能である。すなわち、トーラス構造のネットワーク内でノードを適当に再配置することにより、効果的な負荷分散が達成できる。この実施形態では、このようなノード再配置を、遺伝的アルゴリズムを用いて実現する。 By changing the cut-through path while maintaining the torus structure, it is possible to reduce the amount of relay traffic of the IP router. That is, effective load distribution can be achieved by appropriately rearranging the nodes in the torus structure network. In this embodiment, such node rearrangement is realized using a genetic algorithm.
以下、この実施形態に係るIP基幹ネットワーク100のノード再配置動作について説明する。
Hereinafter, the node rearrangement operation of the
上述のように、各ノードN1〜N9では、トラヒック計測装置361,362(図3参照)により、トラヒック量が計測される。この計測結果は、制御ネットワーク240を介して、トラヒック計測管理装置210(図2参照)に送られる。トラヒック計測管理装置210は、各ノードN1〜N9のトラヒック分布をマトリクス化して、最適光パス配置検索装置220に送る。
As described above, in each of the nodes N1 to N9, the traffic amount is measured by the traffic measuring devices 361 and 362 (see FIG. 3). The measurement result is sent to the traffic measurement management device 210 (see FIG. 2) via the
最適光パス配置検索装置220は、このトラヒックマトリクスを、受信処理部410(図4参照)で受信する。そして、最適光パス配置検索装置220は、遺伝的アルゴリズムを用いて、最適な光パス配置を検索する。ここで、遺伝的アルゴリズムとは、ある問題に対する最適解を求めるための演算アルゴリズムの一種であり、生物界の遺伝法則を模倣して案出されたものである。遺伝的アルゴリズムでは、遺伝法則を模倣した演算処理である「選択」、「交叉」および「突然変異」を行って固体群を進化させる操作を繰り返すことにより、所望の「評価」を得ようとする。ここで、個体群とは、個体すなわち演算解の集合である。遺伝的アルゴリズムを用いることにより、最適解或いはそれに近い解を、大域的に検索することができる。
The optimum optical path
以下、最適光パス配置検索装置220の演算動作について、図7〜図11を用いて説明する。
Hereinafter, the calculation operation of the optimum optical path
図7は、最適光パス配置検索装置220の演算処理を概略的に示すフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart schematically showing the arithmetic processing of the optimum optical path
(1)初期個体群の生成
最初に、複数の遺伝子コードからなる初期個体群が生成される(図7のステップS701参照)。遺伝子コードとは、演算解の候補となるデータである。この実施形態では、遺伝的アルゴリズムを用いて、トーラス構造の論理トポロジにおけるノードの最適な再配置を検索する。上述のように、論理トポロジの変更は、実際には光パスやカットスルーパスの設定変更によって実現されるが、最適光パス配置検索装置220の検索処理では各ノードの再配置に置き換えて考える(図5参照)。この実施形態のIP基幹ネットワーク100は、9個のノードN1〜N9を備えている(図1参照)。したがって、遺伝子コードは、9個の要素を備えることになる。
(1) Generation of initial population First, an initial population consisting of a plurality of gene codes is generated (see step S701 in FIG. 7). The gene code is data that is a candidate for an arithmetic solution. In this embodiment, a genetic algorithm is used to search for the optimal rearrangement of nodes in the logical topology of the torus structure. As described above, the change of the logical topology is actually realized by changing the setting of the optical path or cut-through path. However, in the search process of the optimum optical path
図8は、この実施形態で使用される遺伝子コードのデータ構造を示す表である。図8に示されたように、この実施形態で使用される遺伝子コードは、論理配置の順に列記された9個のノードIDを有している。ここで、論理配置とは、基準となる論理トポロジにおける各ノードの配置位置である(図5、図6参照)。また、ノードIDとは各ノードN1〜N9に付された番号であり、例えばノードN1のIDは「1」、ノードN2のIDは「2」である。なお、図8に示された遺伝子コードは、図6に示した論理トポロジのノード配置と一致する。 FIG. 8 is a table showing the data structure of the gene code used in this embodiment. As shown in FIG. 8, the gene code used in this embodiment has nine node IDs listed in the order of logical arrangement. Here, the logical arrangement is an arrangement position of each node in the reference logical topology (see FIGS. 5 and 6). The node ID is a number assigned to each of the nodes N1 to N9. For example, the ID of the node N1 is “1” and the ID of the node N2 is “2”. Note that the gene code shown in FIG. 8 matches the node arrangement of the logical topology shown in FIG.
この実施形態では、初期個体群が20個の遺伝子コードを含む場合を例に採って説明する。但し、初期個体群に含まれる遺伝子コードの数は、任意であり、演算結果に要求される信頼度等に応じて決定すればよい。また、初期個体群に含まれる各遺伝子コードの値も、任意である。この実施形態では、これらの遺伝子コードを、乱数生成部440(図4参照)に生成させる。生成された遺伝子コードは、バス480を介して、遺伝子コードテーブル420に送られる。遺伝子コードテーブル420は、20個の遺伝子コード(すなわち20種類のノード配置パターン)を、初期の個体群として格納する。
In this embodiment, the case where the initial population includes 20 gene codes will be described as an example. However, the number of gene codes included in the initial population is arbitrary and may be determined according to the reliability required for the calculation result. The value of each gene code included in the initial population is also arbitrary. In this embodiment, these gene codes are generated by the random number generation unit 440 (see FIG. 4). The generated gene code is sent to the gene code table 420 via the
(2)遺伝子コードの評価
次に、パス検索部450が、遺伝子コードの評価を行う。評価とは、遺伝子コードが所定条件を満たすか否かを判定するためのパラメータを算出する処理である。以下に説明するように、この実施形態の評価処理では、最適各遺伝子コードが示す論理トポロジの中継トラヒックを評価する(図7のステップS702,S703参照)。
(2) Evaluation of gene code Next, the
まず、パス検索部450が、これら遺伝子コードの適合度を計算する(図7のステップS702参照)。この演算処理では、まず、最初の遺伝子コードが示すノード配置パターンに対応する論理トポロジが仮想的に構築され、次に、当該論理トポロジにおける各ノード間の最短経路がそれぞれ計算される。かかる最短経路の計算は、例えば公知のダイクストラ(Dijkstra)法等を用いて行うことができる。続いて、パス検索部450は、このようにして得られた各最短経路を用いてノード間のIPパケット通信を行う場合の中継トラヒック量を、ノードごとに計算する。上述のように、中継トラヒック量は、目的関数として、目的関数テーブル430に格納される。パス検索部450は、この測定結果に基づいて、仮想的な論理トポロジにおける中継トラヒック量を演算する。そして、パス検索部450は、各ノードの中継トラヒック量(演算結果)のうち、最も大きいものを、適合度として選択する。他の遺伝子コードについても、同様にして、適合度が算出される。各遺伝子コードについて算出された適合度の例を、図9(A)に示す。
First, the
続いて、パス検索部450は、これら20個の遺伝子コードから、最も優秀な遺伝子コードを選択する(図7のステップS703参照)。上述のように、この実施形態では、各ノードの中継トラヒック量のうち最大のものが、適合度である。したがって、この適合度が小さいほど、トラヒックの集中が発生し難いと考えられる。このため、この実施形態では、20個の遺伝子コードの中で最も適合度が小さいものを、最も優秀な遺伝子コードに選択する。以下、図9(A)の遺伝子コードG2が最も優秀な遺伝子コードに選択された場合を例に採って説明する。
Subsequently, the
パス検索部450は、最も優秀な遺伝子コードを読み出して、終了条件を満たしているか否かを判定する(図7のステップS704参照)。例えば、最も優秀な遺伝子コードの適合度が閾値以下になった場合、遺伝的アルゴリズムの処理時間が予め設定された処理時間を超えた場合または遺伝子コードに対する演算処理が予め定められた世代分行われた場合に、終了条件が満たされたと判定される。ここでは、終了条件が満たされていないものとする。
The
(3)遺伝子コードの選択
次に、パス検索部450は、遺伝子コードの選択を行う(図7のステップS705参照)。「選択」とは、遺伝子コードの中から優秀なものを選び出す処理であり、生物界において優秀な遺伝子ほど後の世代に残り易いことに対応している。選択処理では、優秀な遺伝子コード、すなわち適合度が小さい遺伝子コードほど、選択され易くする。以下に説明するように、この実施形態では、上述の評価の結果が小さいものほど高くなるような被選択確率を各遺伝子コードに割り当て、ランダムな選択を所定回数繰り返すことによって、所定個の遺伝子コードを選択する。
(3) Selection of Gene Code Next, the
この選択処理では、最も優秀な遺伝子コードG2を除く19個の遺伝子コードG1,G3〜G20を用いて、20個の遺伝子コードを選択する。 In this selection process, 20 gene codes are selected using 19 gene codes G1, G3 to G20 excluding the most excellent gene code G2.
まず、パス検索部450は、遺伝子コードG1,G3〜G20に、被選択確率を割り当てる。ここで、被選択確率とは、遺伝子コードG1,G3〜G20のいずれか1つを選択するときに、当該遺伝子コードが選択される確率である。各遺伝子コードの被選択確率は、優秀な遺伝子コードほど選択されやすくなるように、決定される。上述のように、この実施形態では、適合度が小さい遺伝子コードほど、優秀である。したがって、各選択確率は、適合度に逆比例するように定めることとする。例えば、遺伝子コードG1,G3〜G20の各適合度についての逆数を求め、全体の和が‘1’になるようにこれらの逆数を重み付けすればよい。ここでは、各遺伝子コードG1,G3〜G20の被選択確率を、x1,x3,x4,・・・,x20(x1+x3+x4+・・・+x20=1)とする。
First, the
次に、パス検索部450は、遺伝子コードG1,G3〜G20から、いずれか1個を選択する。パス検索部450は、まず、乱数生成部440に、0以上1未満の乱数Rを生成させ、さらに、この乱数Rの値の基づいて遺伝子コードを選択する。例えば、乱数Rが、0≦R<x1のときは遺伝子コードG1が選択され、x1≦R<x3のときは遺伝子コードG3が選択され、x3≦R<x4のときは遺伝子コードG4が選択される。このような方法によれば、上述の被選択確率に応じた確率で、いずれかの遺伝子コードを選択することができる。
Next, the
パス検索部450は、19個の遺伝子コードG1,G3〜G20からいずれか1個を選択する処理を、20回繰り返す。選択された遺伝子コードは、次回以降の選択処理でも、選択候補の遺伝子コード群に含まれる。したがって、この選択処理では、同じ遺伝子コードが2回以上選択されるケースが、1回以上発生する。また、特定の遺伝子コードが1回も選択されない場合も、あり得る。この選択処理で選択された遺伝子コードの一例を、図9(B)に示す。図9(B)では、選択後の各遺伝子コードに、新しく符号Gs1〜Gs20が付されている。選択された遺伝子コードGs1〜Gs20は、予め保存された最も優秀な遺伝子コードG2とともに、遺伝子コードテーブル420に格納される。
The
(4)遺伝子コードの交叉
次に、パス検索部450は、遺伝子コードの交叉を行う(図7のステップS706〜S708参照)。交叉とは、同じ個体群に属する遺伝子コード間でランダムに一部の要素を交換する処理であり、生物界において個体どうしが交配することによって遺伝子が交叉されることに対応している。以下に説明するように、この実施形態では、遺伝子コードから任意の遺伝子コード・ペアを生成し、ランダムに選択された遺伝子要素を各遺伝子コード・ペア間で交換する。
(4) Crossover of gene code Next, the
最初に、パス検索部450は、以下のようにして予備コードP1〜P20を作成する(図7のステップS706参照)。
First, the
まず、パス検索部450は、順序リストC(0)を作成する。この実施形態では、IP基幹ネットワーク100のノード数が9個であるため、順序リストC(0)として、1から9までの自然数を小さい順に並べてなる数列{1,2,3,4,5,6,7,8,9}を使用する。但し、数値‘1’〜‘9’の並び順は、これに限定されない。
First, the
次に、パス検索部450は、遺伝子コードテーブル420から、選択された遺伝子コードGs1を読み出す。図9(B)の例では、遺伝子コードGs1のデータ構造は、{1,6,3,7,4,8,9,2,5}である。
Next, the
続いて、パス検索部450は、順序リストC(0)と遺伝子コードGs1とを用い、以下のようにして、予備コードP1を作成する(図10参照)。
Subsequently, the
パス検索部450は、遺伝子コードGs1={1、6、3、7、4、8、9、2、5}から1番目の要素を読み出す。ここで、遺伝子コードGs1の1番目の要素は‘1’である。さらに、パス検索部450は、この要素‘1’が順序リストC(0)の何番目の要素と一致するかを、チェックする。ここで、‘1’は、順序リストC(0)の1番目の要素である。したがって、パス検索部450は、予備コードP1の1番目の要素を‘1’とする(図10(A)参照)。
The
次に、パス検索部450は、順序リストC(0)から1番目の要素‘1’を取り除くことにより、順序リストC(1)={2,3,4,5,6,7,8,9}を作成する。そして、パス検索部450は、遺伝子コードGs1の2番目の要素を読み出して、順序リストC(1)の何番目の要素と一致するかをチェックする。ここで、遺伝子コードGs1の2番目の要素は‘6’であり、‘6’は順序リストC(1)の5番目の要素である。したがって、パス検索部450は、予備コードP1の2番目の要素を‘5’とする(図10(B)参照)。
Next, the
さらに、パス検索部450は、順序リストC(1)から5番目の要素‘6’を取り除くことにより、順序リストC(2)={2,3,4,5,7,8,9}を作成する。そして、パス検索部450は、遺伝子コードGs1の3番目の要素を読み出して、順序リストC(2)の何番目の要素と一致するかをチェックする。ここで、遺伝子コードGs1の3番目の要素は‘3’であり、‘3’は順序リストC(2)の2番目の要素である。したがって、パス検索部450は、予備コードP1の3番目の要素を‘2’とする(図10(C)参照)。
Further, the
以下、パス検索部450は、このような操作を繰り返す。このようにして、最終的に、予備コードP1={1,5,2,4,2,3,3,1,1}が得られる(図10(D)参照)。
Thereafter, the
続いて、パス検索部450は、遺伝子コードGs2={3,5,1,8,6,7,4,2,9}(図9(B)参照)についても同様の処理を行う。これにより、予備コードP2={3,4,1,5,3,3,2,1,1}を得ることができる(図10(E)参照)。
Subsequently, the
同様にして、他の遺伝子コードGs3〜Gs20についても、予備コードP3〜P20が作成される。 Similarly, preliminary codes P3 to P20 are created for the other gene codes Gs3 to Gs20.
次に、パス検索部450は、予備コードP1〜P20を10個のペアに分け、同一ペア間で交叉を行う(図7のステップS707参照)。ペアの決定方法は任意であり、パラメータを用いて組み合わせを決定することとしてもよい。ここでは、予備コードP1,P2のペアを交叉させる場合を例に採って説明する(図10(F)参照)。
Next, the
この交叉処理において、パス検索部450は、最初に、予備コードP1,P2の交叉位置を決定する。交叉位置の決定は、例えば、乱数生成部440に、1〜9の自然数のいずれかを生成させることによって、行うことができる。例えば、生成された乱数が‘3’の場合、パス検索部450は、予備コードP1,P2の3番目の要素まではそのままとし、4番目以降の要素を交換する。その結果、交叉後の予備コードとして、Ph1={1,5,2,5,3,3,2,1,1}と、Ph2={3,4,1,4,2,3,3,1,1}とが得られる(図10(G)参照)。
In this crossover process, the
続いて、パス検索部450は、以下のようにして、交叉後の予備コードPh1,Ph2から、交叉後の遺伝子コードGh1,Gh2を復元する(図7のステップS708、図11参照)。
Subsequently, the
まず、パス検索部450は、交叉後の予備コードPh1から1番目の要素を読み出す。ここでは、予備コードPh1の1番目の要素は、‘1’である。さらに、順序リストC(0)の1番目の要素は‘1’である。したがって、パス検索部450は、遺伝子コードGh1の1番目の要素を、‘1’とする(図11(A)参照)。
First, the
次に、パス検索部450は、予備コードPh1の2番目の要素を読み出す。ここで、予備コードPh1の2番目の要素は‘5’であり、順序リストC(1)の5番目の要素は‘6’である。したがって、パス検索部450は、遺伝子コードGh1の2番目の要素を‘6’とする(図11(B)参照)。
Next, the
さらに、パス検索部450は、予備コードPh1の3番目の要素を読み出す。ここで、予備コードPh1の3番目の要素は‘2’であり、順序リストC(2)の2番目の要素は‘3’である。したがって、パス検索部450は、遺伝子コードGh1の3番目の要素を‘3’とする(図11(C)参照)。
Further, the
以下、パス検索部450は、このような操作を繰り返す。このようにして、最終的に、交叉後の遺伝子コードGh1={1,6,3,8,5,7,4,2,9}が得られる(図11(D)参照)。
Thereafter, the
続いて、パス検索部450は、交叉後の予備コードPh2={3,4,1,4,2,3,3,1,1}(図10(G)参照)についても同様の処理を行う。これにより、交叉後の遺伝子コードGh2={3,5,1,7,4,8,9,2,6}を得ることができる(図11(E)参照)。
Subsequently, the
同様にして、他の予備コードPh3〜Ph20からも、遺伝子コードGh3〜Gh20が復元される。 Similarly, the gene codes Gh3 to Gh20 are restored from the other preliminary codes Ph3 to Ph20.
以上のようにして遺伝子コードGs1〜Gs20の交叉が行われ、その結果、交叉後の遺伝子コードGh1〜Gh20が得られる(図9(C)参照)。 As described above, the gene codes Gs1 to Gs20 are crossed, and as a result, the crossed gene codes Gh1 to Gh20 are obtained (see FIG. 9C).
(5)遺伝子コードの突然変異
次に、パス検索部450は、遺伝子コードに突然変異を発生させる(図7のステップS709参照)。突然変異とは、遺伝子コードを構成する要素の一部を所定の低い確率でランダムに書き換える処理であり、生物界において遺伝子が突発的に変異を起こすことに対応している。突然変異を発生させることにより、演算解が局所解に陥り難くなる。以下に説明するように、この実施形態では、一般的に逆位と呼ばれる手法を使用して、遺伝子コードに含まれる遺伝子要素の一部または全部を所定の確率で変更する。
(5) Mutation of gene code Next, the
パス検索部450には、予め、突然変異が発生する確率が格納されている。突然変異の発生確率やその決定方法は任意であり、例えばパラメータを用いて発生確率を変動させてもよい。ここでは、突然変異の発生確率を、0.03とする。
The
パス検索部450は、乱数生成部440に、交叉後の遺伝子コードGh1〜Gh20にそれぞれ対応させて、乱数R1〜R20を発生させる。ここでは、各乱数R1〜R20は、それぞれ0以上1未満の実数とする。そして、乱数R1〜R20の値が突然変異発生確率の設定値(ここでは0.03)以下であった遺伝子コードに対してのみ、突然変異を発生させる。図9(D)に、乱数R1〜R20の例を示す。図9(D)の例では、遺伝子コードGh1が、突然変異処理の対象になる。
The
突然変異処理では、まず、乱数生成部440が、突然変異を発生させる遺伝子コード毎に、新たに2個の乱数h,kを発生させる。これらの乱数h,kはそれぞれ1以上9以下の自然数であり、且つ、h≠kである。そして、パス検索部450は、遺伝子コードGh1の、h番目の要素からk番目の要素までの並び順を逆転させる。すなわち、突然変異前の遺伝子コードGh1を下式(1)で表した場合(ここではh<kとした)、突然変異後の遺伝子コードGm1は下式(2)のようになる。
In the mutation process, first, the random
Gh1={s(1),…,s(h-1),s(h),s(h+1),…,s(k-1),s(k),s(k+1),…,s(9)}・・・(1)
Gm1={s(1),…,s(h-1),s(k),s(k-1),…,s(h+1),s(h),s(k+1),…,s(9)}・・・(2)
例えば、遺伝子コードGh1に対応して生成した乱数がh=2,k=8の場合、Gh1={1,3,4,2,9,8,7,6,5}は、Gm1={1,6,7,8,9,2,4,3,5}に変異する。
Gh1 = {s (1), ..., s (h-1), s (h), s (h + 1), ..., s (k-1), s (k), s (k + 1), ..., s (9)} ... (1)
Gm1 = {s (1), ..., s (h-1), s (k), s (k-1), ..., s (h + 1), s (h), s (k + 1), ..., s (9)} ... (2)
For example, when the random number generated corresponding to the gene code Gh1 is h = 2 and k = 8, Gh1 = {1, 3, 4, 2, 9, 8, 7, 6, 5} is Gm1 = {1 , 6, 7, 8, 9, 2, 4, 3, 5}.
次に、パス検索部450は、突然変異処理を行わなかった遺伝子コードのいずれか1個をランダムに選択する。そして、パス検索部450は、選択された遺伝子コードの各要素の値を、最も優秀な遺伝子コードの各要素の値に書き換える。これにより、最も優秀な遺伝子コードが次の世代に残されて、最適解または最適解に近い解が得られ易くなる。図9(E)に、遺伝子コードGh20が最も優秀な遺伝子コードG2に書き換えられた例を示す。
Next, the
その後、パス検索部450は、個体群内の各遺伝子コードを用いて、ステップS702以降の処理を、再び行う。これら一連の処理S702〜S710は、ステップ704で終了条件を満たしていると判断されるまで、繰り返される。
Thereafter, the
ステップS704で終了条件を満たしていると判断された場合、パス検索部450は遺伝的アルゴリズムによる演算処理を終了し、このときの最も優秀な遺伝子コードを最適な論理トポロジを示す演算解であると判定する。そして、パス検索部450は、この演算解を、物理パス割当処理部460(図4参照)に送る。
If it is determined in step S704 that the termination condition is satisfied, the
物理パス割当処理部460は、現状パスの終端ノードのペアと物理経路とに関する情報を、内部に記憶している。物理パス割当処理部460は、パス検索部450から受信した最適解を当該記憶情報と比較して、終端ノードが一致する光パスのマッピングを作成する。そして、物理パス割当処理部460は、終端ノードが一致する光パスについては、現状パスの物理経路を、最適な光パスの物理経路にそのまま割り当てる。一方、終端ノードが一致しない光パスについては、例えば公知のダイクストラ(Dijkstra)法等を用いて、最短物理経路を判定し、当該判定結果を最適な光パスの物理経路に割り当てる。ここで、同一長の物理経路が複数種類存在する場合には、ランダムに割り当てればよい。このようにして、物理パス割当処理部460は、パス検索部450の検索結果に対応する終端ノード・ペアおよび物理経路を決定する。この物理経路情報は、現状パスの情報として物理パス割当処理部460内に記憶されるとともに、送信処理部470を介して、光パス設定管理装置230(図2参照)に送られる。
The physical path
光パス設定管理装置230は、受信した物理経路情報を用いて各ノードN1〜N9内の光スイッチ制御装置371(図3参照)を制御することにより、IP基幹ネットワーク100の物理経路を変更する。また、光パス設定管理装置230は、当該物理経路情報に応じて、各ノードN1〜N9内のIPルータに格納されたルーティング表(図示せず)を変更する。
The optical path setting
以上説明したように、この実施形態に係る最適光パス配置検索装置によれば、最適なカットスルーパスを、遺伝的アルゴリズムを用いた簡単な処理によって検索することができる。 As described above, according to the optimum optical path arrangement search device according to this embodiment, the optimum cut-through path can be searched by a simple process using a genetic algorithm.
第2の実施形態
次に、この発明の第2の実施形態について、図12〜14を用いて説明する。この実施形態は、この発明に係る最適パス配置検索装置を、本発明者が既に提案した経路配置移行方法(特願2004−358367)を使用するIP基幹ネットワークに適用した例である。
Second Embodiment Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is an example in which the optimum path location search apparatus according to the present invention is applied to an IP backbone network that uses the route location transition method (Japanese Patent Application No. 2004-358367) already proposed by the present inventors.
この実施形態に係るIP基幹ネットワークのデータプレーン構成および制御プレーン構成は、第1の実施形態の場合(図1、図2参照)と同様である。また、各ノードN1〜N9、トラヒック計測管理装置210および最適光パス配置検索装置220の構成も、第1の実施形態の場合(図3、図4参照)と同様である。一方、この実施形態の光パス設定管理装置230は、最適光パス配置検索装置から受信した物理経路情報を用い、上述の経路配置移行方法(特願2004−358367)を使用して、IP基幹ネットワークの光パス設定を変更する。
The data plane configuration and control plane configuration of the IP backbone network according to this embodiment are the same as in the case of the first embodiment (see FIGS. 1 and 2). The configurations of the nodes N1 to N9, the traffic
図12は、この実施形態に係るIP基幹ネットワークの論理トポロジを示す概念図である。図12から解るように、この実施形態では、論理配置L1〜L9間に合計9本の論理パスを設定することによって、IP基幹ネットワーク上にリング構造の論理トポロジを構築する。 FIG. 12 is a conceptual diagram showing a logical topology of the IP backbone network according to this embodiment. As can be seen from FIG. 12, in this embodiment, a logical topology of a ring structure is constructed on the IP backbone network by setting a total of nine logical paths between the logical arrangements L1 to L9.
図13は、図12の各論理配置L1〜L9にノードN1〜N9を配置した例である。上述の第1の実施形態と同様、この実施形態でも、通常の光パスやカットスルーパスを適当に設定することにより、各論理配置L1〜L9に任意のノードを配置することができる。最適光パスの検索には、第1の実施形態と同様の遺伝的アルゴリズムが使用される。 FIG. 13 shows an example in which nodes N1 to N9 are arranged in the logical arrangements L1 to L9 in FIG. Similar to the first embodiment described above, in this embodiment as well, an arbitrary node can be arranged in each of the logical arrangements L1 to L9 by appropriately setting a normal optical path or cut-through path. The search for the optimum optical path uses the same genetic algorithm as in the first embodiment.
この実施形態に係るIP基幹ネットワークでも、第1の実施形態と同様、例えば四種類の波長の搬送波をWDM多重化して、IPパケットの送受信を行う(図3参照)。但し、この実施形態では、各ノードは、同じ論理パスに対しては、同一波長の搬送波を使用する。上述の第1の実施形態では、例えば波長λ1の受信搬送波が、光送受信機341で波長λ0に変換されてルーティングが行われ、その後、他の光送受信機342〜344のいずれかで波長λ2,λ3またはλ4の搬送波に再変換されて送信される場合もあった。これに対して、この実施形態では、例えば波長λ1の搬送波を用いて受信されたIPパケットは、常に、波長λ1の搬送波に再変換されて送信される。
Also in the IP backbone network according to this embodiment, as in the first embodiment, for example, carrier waves of four types of wavelengths are multiplexed by WDM to transmit / receive IP packets (see FIG. 3). However, in this embodiment, each node uses a carrier wave of the same wavelength for the same logical path. In the first embodiment described above, for example, the received carrier wave having the wavelength λ1 is converted into the wavelength λ0 by the
図12、図13に示したように、すべてのノードN1〜N9は、2つのパスに対する終端ノードとして使用される。したがって、各ノードN1〜N9において、IPルータ351が中継する搬送波波長は二種類である(中継に使用する波長が一種類とカットスルーに使用する波長が一種類)。これに対して、各IPルータ351は、四種類の搬送波波長を使用することができる(図3参照)。このため、各ノードN1〜N9では、割り当てられた4種類の波長のうち、2種類の波長を現用論理パスの構築に使用し、残りの2種類の波長を予備とする。
As shown in FIGS. 12 and 13, all the nodes N1 to N9 are used as termination nodes for two paths. Therefore, in each of the nodes N1 to N9, there are two types of carrier wavelengths that the
このように、この実施形態によれば、第1の実施形態よりも少ないカットスルーパスを用いて、すべてのノードN1〜N9を連結することができる。すなわち、この実施形態では、第1の実施形態よりも少ない種類の波長を用いて、論理トポロジを構築することが可能である。このため、最適な光パス配置を実現しつつ、上述のような予備の光パスを確保することができる。予備の光パスは、現用パスにおいて突発的な輻輳・障害が発生したときの救済に使用することが可能である。 Thus, according to this embodiment, it is possible to connect all the nodes N1 to N9 using fewer cut-through paths than in the first embodiment. That is, in this embodiment, it is possible to construct a logical topology using fewer types of wavelengths than in the first embodiment. Therefore, it is possible to secure the above-described spare optical path while realizing an optimal optical path arrangement. The spare optical path can be used for relief when sudden congestion / failure occurs in the working path.
この実施形態に係るIP基幹ネットワークにおいても、第1の実施形態のIP基幹ネットワークと同様の遺伝的アルゴリズム(図7〜図11参照)を用いて、最適な光パスを検索する。図14に、図13のノード配置に対応する遺伝子コードの構成を、概念的に示す。すなわち、この実施形態に係る最適光パス配置検索装置によれば、現行論理パスと予備論理パスとを備えたリング構造のIP基幹ネットワークにおいて、遺伝的アルゴリズムを用いた簡単な処理によって、最適なカットスルーパスを検索することができる。 Also in the IP backbone network according to this embodiment, an optimal optical path is searched using the same genetic algorithm (see FIGS. 7 to 11) as the IP backbone network of the first embodiment. FIG. 14 conceptually shows the configuration of the gene code corresponding to the node arrangement of FIG. That is, according to the optimum optical path arrangement search device according to this embodiment, in an IP backbone network having a ring structure having a current logical path and a backup logical path, an optimum cut is performed by simple processing using a genetic algorithm. Through pass can be searched.
第3の実施形態
次に、この発明の第3の実施形態について、図15〜図17を用いて説明する。この実施形態に係る最適パス配置検索装置は、中継トラヒック量の最大値のみならず、1搬送波当たりのトラヒック量の最大値をも考慮して最適な光パス配置を検索する点で、上述の第1の実施形態の最適パス配置検索装置と異なる。
Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The optimum path arrangement search apparatus according to this embodiment searches the optimum optical path arrangement in consideration of not only the maximum value of relay traffic but also the maximum value of traffic per carrier. This is different from the optimum path arrangement search device of the first embodiment.
この実施形態に係るIP基幹ネットワークのデータプレーン構成および制御プレーン構成は、第1の実施形態の場合(図1、図2参照)と同様である。また、各ノードN1〜N9、トラヒック計測管理装置210および光パス設定管理装置230の構成も、第1の実施形態の場合(図2、図3参照)と同様である。
The data plane configuration and control plane configuration of the IP backbone network according to this embodiment are the same as in the case of the first embodiment (see FIGS. 1 and 2). The configurations of the nodes N1 to N9, the traffic
図15は、最適光パス配置検索装置の内部構成を示すブロック図である。図15において、図4と同じ符号を付した構成要素は、それぞれ、図4の場合と同じものを示している。 FIG. 15 is a block diagram showing an internal configuration of the optimum optical path arrangement search device. In FIG. 15, the components given the same reference numerals as those in FIG. 4 are the same as those in FIG. 4.
図15から解るように、この実施形態に係る最適光パス配置検索装置は、目的関数・適合度変換部1510を備えている。目的関数・適合度変換部1510は、各遺伝子コードの中継トラヒック量の最大値および1搬送波当たりのIPパケット伝送量の最大値とから、当該遺伝子コードの優越順位を演算する(後述)。
As can be seen from FIG. 15, the optimum optical path arrangement search device according to this embodiment includes an objective function /
以下、最適光パス配置検索装置220の演算動作について、図16および図17を用いて説明する。
Hereinafter, the calculation operation of the optimum optical path
図16は、この実施形態に係る最適光パス配置検索装置の演算処理を概略的に示すフローチャートである。 FIG. 16 is a flowchart schematically showing a calculation process of the optimum optical path arrangement search device according to this embodiment.
(1)初期個体群の生成
まず、第1の実施形態と同様にして、乱数生成部440(図15参照)が複数の遺伝子コードからなる初期個体群を生成する(図16のステップS1601参照)。この実施形態でも、第1の実施形態と同様、初期個体群は20個の遺伝子コードを備え、且つ、各遺伝子コードは9個の要素を備える。生成された遺伝子コードは、遺伝子コードテーブル420に格納される。
(1) Generation of initial population First, as in the first embodiment, the random number generation unit 440 (see FIG. 15) generates an initial population consisting of a plurality of gene codes (see step S1601 in FIG. 16). . In this embodiment as well, as in the first embodiment, the initial population has 20 gene codes, and each gene code has 9 elements. The generated gene code is stored in the gene code table 420.
(2)遺伝子コードの評価
次に、パス検索部450が、以下のようにして、当該個体群に属する各遺伝子コードの評価を行う(図16のステップS1602,S1603参照)。
(2) Evaluation of gene code Next, the
まず、パス検索部450が、これら遺伝子コードの適合度を計算する(図16のステップS1602参照)。この実施形態の適合度演算処理では、まず、第1の実施形態と同様にして、遺伝子コード毎に、ノード配置パターンに対応する論理トポロジが仮想的に構築され、さらに、当該論理トポロジにおける各ノード間の最短経路がそれぞれ計算される。続いて、パス検索部450は、これらの最短経路について、中継トラヒック量と、1搬送波当たりのトラヒック量とを、ノードごとに算出する。かかる中継トラヒック量および1搬送波当たりのトラヒック量は、目的関数として、目的関数テーブル430に格納される。そして、目的関数・適合度変換部1510が、当該中継トラヒック量のうち最も大きいものと、当該1搬送波当たりのトラヒック量のうち最も大きいものとを用いて、各遺伝子コードの優越順位を計算する。
First, the
図17は、優越順位の算出方法を説明するためのグラフであり、横軸fは中継トラヒック量の最大値、縦軸gは1搬送波当たりのトラヒック量の最大値である。目的関数・適合度変換部1510は、各遺伝子コードに対応する中継トラヒック量の最大値および1搬送波当たりのトラヒック量の最大値を、目的関数テーブル430から受け取る。そして、各遺伝子コードについて、中継トラヒック量の最大値と1搬送波当たりのトラヒック量の最大値との両方が当該遺伝子コードよりも小さい遺伝子コードの個数を計数する。例えば、図17の遺伝子コードC7の場合、中継トラヒック量の最大値(すなわちf座標)および1搬送波当たりのトラヒック量の最大値(すなわちg座標)の両方が当該遺伝子コードC7よりも小さいのは、3個の遺伝子コードC1,C3,C4のみである。したがって、遺伝子コードC7の優越順位は、‘4’である。また、遺伝子コードC2,C4については、f座標およびg座標の両方が当該遺伝子コードよりも小さいのは、遺伝子コードC1のみである。したがって、遺伝子コードC2,C4の優越順位は‘2’である。さらに、遺伝子コードC1,C3,C5,C6は、f座標およびg座標の両方が小さい遺伝子コードが存在しないので、優越順位は‘1’である。
FIG. 17 is a graph for explaining a method of calculating the superiority ranking. The horizontal axis f is the maximum value of the relay traffic amount, and the vertical axis g is the maximum value of the traffic amount per carrier wave. The objective function /
続いて、パス検索部450が、20個の遺伝子コードから、最も優秀な遺伝子コードを選択する(図16のステップS1603参照)。この実施形態では、優越順位が最も小さい遺伝子コードが、最も優秀な遺伝子コードである。
Subsequently, the
パス検索部450は、最も優秀な遺伝子コードを読み出して、終了条件を満たしているか否かを判定する(図16のステップS1604参照)。最も優秀な遺伝子コードが複数個ある場合には、いずれか1個をランダムに選択してもよいし、最も優秀な遺伝子コードすべてについて終了条件をチェックしてもよいし、他の方法を採用してもよい。この実施形態では、最も優秀な遺伝子コードの中継トラヒック量の最大値および1搬送波当たりのトラヒック量の最大値がともに閾値以下になった場合、遺伝的アルゴリズムの処理時間が予め設定された処理時間を超えた場合または遺伝子コードに対する演算処理が予め定められた世代分行われた場合に、終了条件が満たされたと判定する。
The
(3)遺伝子コードの選択
終了条件が満たされていなかった場合、パス検索部450は、以下のようにして、遺伝子コードの選択を行う(図16のステップS1605参照)。
(3) Selection of gene code When the termination condition is not satisfied, the
この実施形態の選択処理では、優越順位が‘1’の遺伝子コードは、無条件に選択される。そして、残りの遺伝子コードから例えば20個の遺伝子コードが選択される。この実施形態でも、第1の実施形態と同様にして、パス検索部450は、対象となる遺伝子コード(優越順位が‘1’でない遺伝子コード)に、被選択確率を割り当てる。この被選択確率は、優越順位が小さい遺伝子コードほど高くなるように割り当てられる。そして、パス検索部450は、第1の実施形態と同様にして、遺伝子コードの選択を、例えば20回行う。これにより、上述の被選択確率に応じた確率で、所定数個の遺伝子コードが選択される。選択された遺伝子コードは、遺伝子コードテーブル420に格納される。
In the selection process of this embodiment, the gene code with the superiority ranking “1” is selected unconditionally. Then, for example, 20 gene codes are selected from the remaining gene codes. Also in this embodiment, as in the first embodiment, the
(4)遺伝子コードの交叉
次に、パス検索部450は、第1の実施形態と同様にして、予備コードを作成し(図16のステップS1606参照)、予備コードの交叉を行い(図16のステップS1607参照)、さらに、交叉後の予備コードから遺伝子コードを復元する(図16のステップS1608参照)。
(4) Crossover of gene code Next, the
(5)遺伝子コードの突然変異
さらに、パス検索部450は、第1の実施形態と同様にして、遺伝子コードに突然変異を発生させる(図16のステップS1609参照)。
(5) Mutation of gene code Furthermore, the
その後、パス検索部450は、個体群内の各遺伝子コードを用いて、ステップS1602以降の処理を、再び行う。これら一連の処理S1602〜S1609は、ステップ1604で終了条件を満たしていると判断されるまで、繰り返される。
Thereafter, the
ステップS1604で終了条件を満たしていると判断された場合、パス検索部450は遺伝的アルゴリズムによる演算処理を終了し、このときの最も優秀な遺伝子コードを最適な論理トポロジを示す演算解であると判定する。そして、パス検索部450は、この演算解を、物理パス割当処理部460(図15参照)に送る。
If it is determined in step S1604 that the termination condition is satisfied, the
なお、この実施形態では、上述の選択処理(図16のステップS1605参照)において優越順位が‘1’の遺伝子コードをすべて選択した代わりに、突然変異処理では最も優秀な遺伝子コードの導入を行わなかった。但し、上述の第1の実施形態と同様、選択処理では最も優秀な遺伝子コード以外の遺伝子コードを用い、突然変異処理では当該最も優秀な遺伝子コードの導入を行うこととしてもよい。 In this embodiment, instead of selecting all the gene codes having the superiority rank “1” in the above selection process (see step S1605 in FIG. 16), the most excellent gene code is not introduced in the mutation process. It was. However, as in the first embodiment described above, a gene code other than the most excellent gene code may be used in the selection process, and the most excellent gene code may be introduced in the mutation process.
他の動作については、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。 Other operations are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
以上説明したように、この実施形態に係る最適光パス配置検索装置によれば、最適なカットスルーパスを、中継トラヒック量と1搬送波当たりのトラヒック量の両方を考慮した遺伝的アルゴリズムを用いて、検索することができる。 As described above, according to the optimum optical path arrangement search device according to this embodiment, an optimum cut-through path is searched using a genetic algorithm considering both the amount of relay traffic and the amount of traffic per carrier wave. can do.
100 IP基幹ネットワーク
N1〜N9 ノード
F1〜F24 光ファイバ
210 トラヒック計測管理装置
220 最適光パス配置検索装置
230 光パス設定管理装置
240,250 制御ネットワーク
311〜314 光増幅器
321〜324 光合分波器
331,332 光スイッチ
341〜344 光送受信機
351 IPルータ
361,362 トラヒック計測装置
371 光スイッチ制御装置
410 受信処理部
420 遺伝子コードテーブル
430 目的関数テーブル
440 乱数生成部
450 パス検索部
460 物理パス割当処理部
470 送信処理部
DESCRIPTION OF
Claims (20)
それぞれの前記遺伝子コードが示す前記論理トポロジのトラヒックを評価する評価手段と、
前記評価の結果が小さいものほど高くなるような被選択確率をそれぞれの前記遺伝子コードに割り当てて、当該被選択確率に応じた選択を所定回数繰り返すことにより、所定個の当該遺伝子コードを選択する選択手段と、
前記遺伝子コードから任意の遺伝子コード・ペアを生成し、ランダムに選択された遺伝子要素を当該遺伝子コード・ペア間で交換する交叉手段と、
前記遺伝子コードに含まれる前記遺伝子要素の一部または全部を所定の確率で変更する突然変異手段と、
を備えることを特徴とする最適パス配置検索装置。 An optimum path arrangement search device for searching a path arrangement with a small amount of traffic using a plurality of gene codes indicating a node arrangement on a logical topology,
Evaluation means for evaluating traffic of the logical topology indicated by each of the gene codes;
A selection that selects a predetermined number of gene codes by assigning a selection probability such that the smaller the evaluation result is, to each of the gene codes, and repeating the selection according to the selection probability a predetermined number of times. Means,
Crossover means for generating an arbitrary gene code pair from the gene code and exchanging randomly selected gene elements between the gene code pairs;
Mutation means for changing a part or all of the genetic elements included in the genetic code with a predetermined probability;
An optimum path arrangement search device comprising:
前記選択手段が、当該評価の結果が最も小さい当該遺伝子コードを除くm−1個の当該遺伝子コードからm個の遺伝子コードを選択し、
前記突然変異手段が、突然変異を発生させなかった前記遺伝子コードのいずれかを、前記評価の結果が最も小さい遺伝子コードと入れ換える、
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の最適パス配置検索装置。 The evaluation means evaluates the m gene codes;
The selection means selects m gene codes from m-1 gene codes excluding the gene code with the smallest evaluation result;
The mutation means replaces any of the genetic codes that did not cause a mutation with a genetic code having the smallest evaluation result;
The optimal path arrangement search device according to any one of claims 1 to 7,
前記遺伝子コードが示す前記論理トポロジのトラヒックを評価する評価ステップと、
当該評価ステップにおける評価の結果が小さいものほど高くなるような被選択確率をそれぞれの前記遺伝子コードに割り当てて、当該被選択確率に応じた選択を所定回数繰り返すことにより、所定個の当該遺伝子コードを選択する選択ステップと、
当該選択ステップで選択された前記遺伝子コードから任意の遺伝子コード・ペアを生成し、ランダムに選択された遺伝子要素を当該遺伝子コード・ペア間で交換する交叉ステップと、
当該交叉ステップで交叉された前記遺伝子コードに含まれる前記遺伝子要素の一部または全部を所定の確率で変更する突然変異ステップと、
を備えることを特徴とする最適パス配置検索方法。 An optimal path arrangement search method for searching a path arrangement with a small amount of traffic using a plurality of gene codes indicating a node arrangement on a logical topology,
An evaluation step of evaluating traffic of the logical topology indicated by the genetic code;
By assigning a selection probability such that the smaller the evaluation result in the evaluation step is to each gene code, and repeating the selection according to the selection probability a predetermined number of times, a predetermined number of the gene codes are A selection step to select;
A crossover step of generating an arbitrary gene code pair from the gene code selected in the selection step, and exchanging randomly selected gene elements between the gene code pairs;
A mutation step of changing a part or all of the genetic elements included in the genetic code crossed in the crossover step with a predetermined probability;
The optimal path arrangement | positioning search method characterized by providing.
前記選択ステップが、当該評価の結果が最も小さい当該遺伝子コードを除くm−1個の当該遺伝子コードからm個の遺伝子コードを選択するステップであり、
前記突然変異ステップが、突然変異を発生させなかった前記遺伝子コードのいずれかを、前記評価の結果が最も小さい遺伝子コードと入れ換える処理を含むステップである、
ことを特徴とする請求項11〜17のいずれかに記載の最適パス配置検索方法。 The evaluation step is a step of evaluating the m gene codes;
The selection step is a step of selecting m gene codes from m-1 gene codes excluding the gene code having the smallest evaluation result;
The mutation step includes a process of replacing any of the genetic codes that did not cause mutation with a genetic code having the smallest evaluation result.
The optimal path arrangement search method according to claim 11, wherein:
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