JP2010011285A - Network topology candidate listing method and apparatus, and network topology designing method, system, and program - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To remarkably reduce calculating time required for generation of network topology candidate set at the time of selecting adequate network topology, considering simultaneously a plurality of evaluation standards. <P>SOLUTION: A node data/restriction upper limit value inputting apparatus 101 stores the pre-input restriction condition data (when positions of all nodes forming a network are given and a link can be set among any nodes of all nodes, possibility in connection among all nodes can be maintained even under the normal operating condition and the condition where a fault occurs in any single link) to a memory. A candidate topology generating apparatus 102 reads the restriction condition data stored in the memory and generates all topologies which can be structured under the restriction condition as a candidate topology set. An optimum topology selecting apparatus 104 selects the adequate network topology only for such candidate topology set, considering simultaneously the plurality of evaluation standards. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、網トポロジの設計技術に係り、特に、AHP等を用いて単位の異なる複数の評価尺度を同時に考慮して最適な網トポロジを決定する際に求めるトポロジ候補を効率的に特定するのに好適な技術に関するものである。   The present invention relates to a network topology design technique, and in particular, efficiently specifies a topology candidate to be obtained when an optimum network topology is determined by simultaneously considering a plurality of evaluation measures having different units using AHP or the like. The present invention relates to a suitable technique.

光ファイバやルータといったネットワークの物理的な資源を管理・運営している通信事業者や一部のISP(Internet Servise Provider)にとっては、物理的な網トポロジをどのように構成するかという物理トポロジ設計は、重要な問題である。   Physical topology design of how to configure physical network topology for telecommunications carriers and some ISPs (Internet Service Providers) that manage and operate physical resources of networks such as optical fibers and routers Is an important issue.

物理トポロジは、ノードやリンクの設備コスト、網の管理・保守コスト、障害に対する信頼性、などを決める要因となる。また、LSP(Label Switched Path)や波長パス等の論理パスの設置ができず、パケットが転送される経路を明示的に設定できない場合には、物理トポロジがリンク負荷やパケットの経路に直接影響を与え、伝送遅延品質やスループットといったユーザ品質を定める要因となる。   The physical topology is a factor that determines the facility costs of nodes and links, network management / maintenance costs, reliability against failures, and the like. In addition, if a logical path such as LSP (Label Switched Path) or wavelength path cannot be installed and the route to which the packet is transferred cannot be set explicitly, the physical topology directly affects the link load or the packet route. This is a factor that determines user quality such as transmission delay quality and throughput.

一方、MPLS(Multi Protocol Label Switching)網や波長パス網といった、物理網上に論理的なパスを設置し、対地間のパスの経路を明示的に設計できる場合には、論理トポロジ設計により物理トポロジのユーザ品質に対する影響をある程度、排除することができる。この場合、物理トポロジの設計に加えて、論理トポロジの設計を適切に行う必要がある。このように、網トポロジ設計問題は、[物理トポロジ設計問題]と[論理トポロジ設計問題]に大別できる。以下、各々の概略を説明する。   On the other hand, when a logical path is installed on a physical network such as an MPLS (Multi Protocol Label Switching) network or a wavelength path network, and a path path between grounds can be explicitly designed, the physical topology is designed by logical topology design. The influence on the user quality can be eliminated to some extent. In this case, in addition to the physical topology design, it is necessary to appropriately design the logical topology. In this way, network topology design problems can be broadly divided into [physical topology design problems] and [logical topology design problems]. The outline of each will be described below.

[物理トポロジ設計問題] ネットワークの一般化した構成要素として、エッジノード,コアノード,リンクの3種類を考える。エッジノードは交換トラヒックの発着ノードであり、直接もしくは下位のネットワークを介してエンドホストを収容する。一方、コアノードは中継機能のみを有するノードであり、ユーザを収容しない。リンクは、エッジノードやコアノード間を繋ぐ役割を果たす。任意のエッジノード間の交流トラヒック行列は与えられるものとする。通信事業者は、既に地理的特性を考慮して配置された管路や局舎といった土木インフラを保有しており、これらを再設計することは現実的ではない。そのため、エッジノードの位置と、コアノードやリンクの設置可能な位置は与えられるものとする。   [Physical topology design problem] Consider three types of edge nodes, core nodes, and links as generalized components of a network. The edge node is a node for switching traffic and accommodates end hosts either directly or via a lower network. On the other hand, the core node is a node having only a relay function and does not accommodate users. The link plays a role of connecting edge nodes and core nodes. It is assumed that an AC traffic matrix between arbitrary edge nodes is given. Telecom operators already have civil infrastructure such as pipelines and stations that are arranged in consideration of geographical characteristics, and it is not realistic to redesign them. Therefore, the position of the edge node and the position where the core node or link can be installed are given.

ネットワークに求められる要件の変化に合わせて、これら既存の管路や局舎を選別し、どこに光ファイバやルータといった設備を配置するかを検討することが、現実的な問題であり、物理トポロジ設計は、「与えられたコアノードとリンクの設置候補位置に対して、実際に設置する候補位置を選択する行為」と定義できる。ただし、全てのエッジノード設置位置には、エッジノードを設置する。   It is a practical problem to select these existing pipelines and stations and examine where to place equipment such as optical fibers and routers in accordance with changes in the requirements of the network. Physical topology design Can be defined as “an act of selecting a candidate position to be actually installed for a given core node and link installation candidate position”. However, edge nodes are installed at all edge node installation positions.

[論理トポロジ設計問題] MPLSルータやOXC(Optical Cross Connect)を用いると、物理ネットワーク上に仮想的なパス(LSPや波長パス)を設置することが可能となり、各対地間のトラヒックが流れる経路を明示的に設計できる。物理トポロジは一旦構築されると変更することが困難であり、設計周期は1年から数年に及ぶが、論理トポロジは容易に変更することが可能であり、交流トラヒックの変化に応じて数年から数時間といった周期で動的にパスを張り替えるといった柔軟な運用が可能となる。   [Logical topology design problem] When an MPLS router or OXC (Optical Cross Connect) is used, a virtual path (LSP or wavelength path) can be installed on a physical network, and a route through which traffic between each ground flows can be established. Can be explicitly designed. The physical topology is difficult to change once constructed, and the design cycle ranges from one year to several years, but the logical topology can be easily changed, and several years according to changes in AC traffic It is possible to perform flexible operations such as dynamically changing paths at intervals of several hours.

与えられた物理トポロジとエッジノード間の交流トラヒック行列に対して、どのような経路で仮想的なパスを設置するかが論理トポロジ設計となる。物理的な網資源が与えられた上での設計となるため、通常、リンク容量といった様々な制約条件を考慮して設計を行う必要がある。   The logical topology design is what kind of route a virtual path is set up for a given physical topology and an AC traffic matrix between edge nodes. Since the design is based on physical network resources, it is usually necessary to design in consideration of various constraints such as link capacity.

論理パスを物理トポロジ上に設置できる場合、物理トポロジ設計時に論理トポロジを同時に設計することもできる。論理トポロジの設計周期は物理トポロジのそれと比較して遥かに短いため、運用開始後は、論理トポロジの設計のみが実施される。   When the logical path can be installed on the physical topology, the logical topology can be designed at the same time when the physical topology is designed. Since the design period of the logical topology is much shorter than that of the physical topology, only the logical topology is designed after the operation is started.

ユーザにとっては経由ノードでの輻輳を回避し、経路の総距離が短いことが伝送遅延を抑える意味で望ましい。伝送資源の利用効率や信頼性の観点からも、特定のリンクへのトラヒック集中を避け、可能な限り全てのリンクにトラヒック負荷を分散させることが望ましい。   It is desirable for the user to avoid congestion at the transit node and to shorten the transmission delay so that the total distance of the route is short. From the viewpoint of utilization efficiency and reliability of transmission resources, it is desirable to avoid traffic concentration on a specific link and to distribute the traffic load to all links as much as possible.

しかし、設備コストや管理・保守コストを抑えるために設置ノード数やリンク数を減らすと、パス設定の柔軟性が低下し、トラヒックを適切に分散させることやパス長を抑えることが困難となり、さらに、特定のリンクに負荷が集中する可能性や、リンクやノードの障害時にノード間の接続性が喪失する可能性が高まり、信頼性が低下する。   However, reducing the number of installed nodes and links to reduce equipment costs and management / maintenance costs reduces the flexibility of path setting, making it difficult to properly distribute traffic and reduce path length. The possibility that the load is concentrated on a specific link and the possibility of losing connectivity between nodes in the event of a failure of the link or node is increased, resulting in a decrease in reliability.

このように網トポロジを設計する際には、トラヒックの分散度合い、パスの平均長、網コスト、信頼性、といった、それぞれ単位が異なり、しかも互いに相反する複数の評価尺度を同時に考慮する必要がある。   When designing a network topology in this way, it is necessary to simultaneously consider a plurality of evaluation measures that are different in unit, such as the degree of traffic distribution, the average path length, the network cost, and the reliability, and that are mutually contradictory. .

このような、複数の評価尺度を同時に考慮した合理的な意思決定を行う技術において、網トポロジ設計に利用される技術として、非特許文献1に記載の、ミクロ経済学の分野で用いられているパレート最適(Pareto Optimality)の概念や、DEA(Data Envelopment Analisis)などが知られている。   In such a technology for making a rational decision making considering a plurality of evaluation measures at the same time, it is used in the field of microeconomics described in Non-Patent Document 1 as a technology used for network topology design. The concept of Pareto Optimization, DEA (Data Environment Analysis), and the like are known.

パレート最適とは、ある選択をした際に誰か他人の効用を犠牲にしなければ、特定の人物の効用をこれ以上高めることのできない状態のことである。すなわち、パレート最適の概念では、M個の評価尺度V〜Vが存在し、候補xのm番目の評価尺度値をVm,xとすると、任意のmに対して「Vm,x≦Vm,y」であり、かつ、「Vm,x<Vm,y」となるmが存在するとき、候補xは候補yをパレート的に支配しているという(ただし、全ての評価尺度は小さいほど優れていると仮定)。そして、他に支配される候補が存在しない候補を全てパレート最適であるとする。 Pareto optimal is a state in which the utility of a particular person cannot be increased any more if the utility of someone else is not sacrificed when making a certain choice. That is, in the Pareto optimal concept, there are M evaluation measures V I to V M , and if the m-th evaluation measure value of the candidate x is V m, x , “V m, x ≦ V m, y ”and if there is m such that“ V m, x <V m, y ”, the candidate x is said to dominate the candidate y in a Pareto manner (however, all evaluations The smaller the scale, the better). Then, it is assumed that all candidates for which there are no other controlled candidates are Pareto optimal.

しかし、パレート最適により最適であると判断される候補は多数に及ぶことから、候補を効果的に絞り込むことが困難である。   However, since there are a large number of candidates determined to be optimal by Pareto optimization, it is difficult to effectively narrow down the candidates.

DEAは、主として投資先の事業体を評価する手法として開発されてきた評価法であり、各々の事業体の得意な分野(評価尺度)を評価するという姿勢で効率性を求めることができ、DEAを網トポロジ設計に適用した検討もなされている。   DEA is an evaluation method that has been developed mainly as a method for evaluating investee entities, and it is possible to obtain efficiency from the attitude of evaluating each business entity's strength (evaluation scale). Is also being applied to network topology design.

しかし、DEAは効率性の概念が直感的に難しく、得られた解の最適性の判断が困難である。また、効率性の計算には線形計画問題を解く必要があり、スケーラビリティに問題がある。   However, DEA has an intuitively difficult concept of efficiency, and it is difficult to determine the optimality of the obtained solution. In addition, the efficiency calculation needs to solve a linear programming problem, and there is a problem in scalability.

これらのパレート最適技術やDEAの他に、複数の評価尺度を同時に考慮した合理的な意思決定を行う技術を網トポロジ設計に利用する技術として、本願発明者により提案された後述のAHP(Analytic Hierarchy Process;階層分析法)を用いる技術(特願2006−353926号)がある。   In addition to these Pareto optimal techniques and DEA, as a technique for utilizing rational decision making considering a plurality of evaluation measures at the same time for network topology design, AHP (Analytical Hierarchy), which will be described later, was proposed by the present inventor. There is a technique (Japanese Patent Application No. 2006-353926) using a process (hierarchical analysis method).

このAHPを用いた網トポロジ設計技術によれば、評価尺度で重視する度合いに差を付け、評価尺度の分布形の差異を結果に反映させ、直感的に理解可能な、単位の異なる複数の評価尺度を同時に考慮した上で、最適な網トポロジを得ることが可能となる。   According to this network topology design technology using AHP, a plurality of evaluations with different units that can be intuitively understood by adding a difference to the degree of importance in the evaluation scale and reflecting the difference in the distribution form of the evaluation scale in the result. It is possible to obtain an optimum network topology while taking the scale into consideration simultaneously.

しかし、このAHPを用いた網トポロジ設計技術においても、AHPを用いて網トポロジを評価する際には、事前に候補トポロジ集合を生成する必要がある。そして、構成可能なトポロジ候補数は、ノード数Nに対して「2N×N」の規模で増加するため、網規模の増加に伴い、候補集合の生成に要する時間が爆発的に増大する問題がある。 However, even in this network topology design technique using AHP, when evaluating the network topology using AHP, it is necessary to generate a candidate topology set in advance. Since the number of configurable topology candidates increases on a scale of “2 N × N ” with respect to the number of nodes N, the time required to generate a candidate set explosively increases as the network scale increases. There is.

“複数の評価尺度を考慮した網トポロジ設計” 電子情報通信学会 信学技報,vol.106,no.118,IN2006−31,pp.85−90,2006年6月.“Network Topology Design Considering Multiple Evaluation Scales” IEICE Technical Report, vol. 106, no. 118, IN2006-31, pp. 85-90, June 2006.

解決しようとする問題点は、従来の技術では、例えばAHPを用いて網トポロジを評価する際に、事前に候補トポロジ集合を生成する必要があるが、構成可能なトポロジ候補数はノード数Nに対して「2N×N」の規模で増加するため、網規模の増加に伴い、候補集合の生成に要する時間が爆発的に増大してしまう点である。 The problem to be solved is that, in the conventional technology, for example, when evaluating the network topology using AHP, it is necessary to generate a candidate topology set in advance. On the other hand, since it increases on a scale of “2 N × N ”, the time required to generate a candidate set increases explosively with an increase in the network scale.

本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、網トポロジ候補集合の生成に要する所要計算時間を大幅に短縮できる効率的な網トポロジ候補生成技術を提供することである。   An object of the present invention is to solve these problems of the prior art and provide an efficient network topology candidate generation technique capable of greatly reducing the calculation time required for generating a network topology candidate set.

上記目的を達成するため、本発明では、(1)全ノードの位置が与えられ、任意のノード間にリンクを設置することが可能である場合に、正常時と任意の単一リンク障害時に全ノード間の接続性が維持されるという条件の下で、構成可能な全ての候補トポロジ集合を生成する。具体的には、(2)制約条件を満たす全てのトポロジを列挙する元の問題を、一部のリンク設置可能位置に対してリンクの設置の有無を確定した子問題に分割することを反復し、解の候補が一つになった時点で制約条件の判定を行い、制約条件を満たす場合に解の候補として出力することで、分割法を用いる。尚、(3)総リンク長、トラヒック量比率で重み付けたホップ長の総和、リンクに加わる最大トラヒック比率、の三つを評価尺度として用いる。また、(4)総リンク長に制約上限を設けることで、複数の解候補を含む子問題全体に対して、条件を満たさないことの判定を可能とすることで、解の列挙に要する時間を短縮する。また、(5)距離の長いリンクから順番にリンクの設置判定を行うことで、解の列挙に要する時間を短縮する。   In order to achieve the above object, in the present invention, (1) given the positions of all nodes, and it is possible to install links between arbitrary nodes, all normal and any single link failure All configurable candidate topology sets are generated under the condition that connectivity between nodes is maintained. Specifically, (2) iteratively dividing the original problem that enumerates all the topologies that satisfy the constraint conditions into child problems that determine the presence or absence of link installation for some link installation possible positions. When the solution candidates become one, the constraint condition is determined, and when the constraint condition is satisfied, the solution is output as a solution candidate, thereby using the division method. Note that (3) the total link length, the total hop length weighted by the traffic volume ratio, and the maximum traffic ratio applied to the link are used as evaluation measures. Also, (4) by setting a constraint upper limit on the total link length, it is possible to determine that the condition is not satisfied for the entire child problem including a plurality of solution candidates, thereby reducing the time required for enumerating the solutions. Shorten. Also, (5) the time required for enumerating solutions is reduced by performing link installation determination in order from the longest distance link.

本発明によれば、全ノードの位置が与えられ、任意のノード間にリンクを設置することが可能である場合に、正常時と任意の単一リンク障害時に全ノード間の接続性が維持されるという条件の下で、構成可能な全ての候補トポロジ集合を高速に生成することが可能である。   According to the present invention, when the positions of all nodes are given and it is possible to install a link between arbitrary nodes, connectivity between all nodes is maintained during normal operation and any single link failure. It is possible to generate all configurable candidate topology sets at high speed under the condition that

以下、図を用いて本発明を実施するための最良の形態例を説明する。図1は、本発明に係る網トポロジ設計システムの構成例を示すブロック図であり、図2は、図1における網トポロジ設計システムの処理対象となるネットワークのトポロジ例を示す説明図、図3は、図2に示す各ノードと当該ノードの収容人口との対応付け情報を示す説明図、図4は、図1における網トポロジ設計システムの処理対象となる網トポロジの基本特性を示す説明図である。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a network topology design system according to the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a network topology to be processed by the network topology design system in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing association information between each node shown in FIG. 2 and the accommodated population of the node, and FIG. 4 is an explanatory diagram showing basic characteristics of the network topology to be processed by the network topology design system in FIG. .

また、図5は、図1における網トポロジ設計システムによる処理対象となる網トポロジの総リンク長の分布と計算時間との関連を示す説明図であり、図6は、図1における網トポロジ設計システムによる処理対象となる評価尺度間の一対比較表例を示す説明図、図7は、図1における網トポロジ設計システムによる処理対象となる各候補トポロジの総リンク長と評価スコアとの関連例を示す説明図である。   5 is an explanatory diagram showing the relationship between the distribution of the total link length of the network topology to be processed by the network topology design system in FIG. 1 and the calculation time, and FIG. 6 is the network topology design system in FIG. FIG. 7 shows an example of a relationship between the total link length of each candidate topology to be processed by the network topology design system in FIG. 1 and the evaluation score. It is explanatory drawing.

さらに、図8は、図1における網トポロジ設計システムによる処理対象となる各候補トポロジの第1の評価スコア例を示す説明図、図9は、図1における網トポロジ設計システムによる処理で評価スコアが上位となった各候補トポロジの第1の例を示す説明図、図10は、図1における網トポロジ設計システムによる処理で評価スコアが上位となった各候補トポロジの第2の例を示す説明図、図11は、図1における網トポロジ設計システムによる処理対象となる各候補トポロジの第2の評価スコア例を示す説明図、図12は、図1における網トポロジ設計システムで用いるAHPの階層構造例を示す説明図、図13は、図1における網トポロジ設計システムで用いるAHPで適用する一致比較値の例を示す説明図、図14は、本発明に係る網トポロジ候補列挙方法と網トポロジ設計方法の処理動作例を示すフローチャートである。   8 is an explanatory diagram showing a first evaluation score example of each candidate topology to be processed by the network topology design system in FIG. 1, and FIG. 9 shows an evaluation score in the process by the network topology design system in FIG. FIG. 10 is an explanatory diagram showing a second example of each candidate topology whose evaluation score is higher in the processing by the network topology design system in FIG. 11 is an explanatory diagram showing a second evaluation score example of each candidate topology to be processed by the network topology design system in FIG. 1, and FIG. 12 is an example of a hierarchical structure of AHP used in the network topology design system in FIG. FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of a coincidence comparison value applied in the AHP used in the network topology design system in FIG. 1, and FIG. 14 is related to the present invention. It is a flowchart illustrating a processing operation example of topology candidates listed methods and the network topology design method.

図1における網トポロジ設計システムは、CPU(Central Processing Unit)や主メモリ、表示装置、入力装置、外部記憶装置を具備したコンピュータ構成からなり、光ディスク駆動装置等を介してCD−ROM等の記憶媒体に記録されたプログラムやデータを外部記憶装置内にインストールした後、この外部記憶装置から主メモリに読み込みCPUで処理することにより、ノード情報・制約上限値入力装置101、候補トポロジ生成装置102、候補トポロジ出力装置103、最適トポロジ選出装置104、評価尺度入力装置105、最適トポロジ出力装置106の各装置における機能を実行する。   The network topology design system in FIG. 1 has a computer configuration including a CPU (Central Processing Unit), a main memory, a display device, an input device, and an external storage device, and a storage medium such as a CD-ROM via an optical disk drive device or the like. After the program and data recorded in the external storage device are installed in the external storage device, the information is read from the external storage device into the main memory and processed by the CPU, whereby the node information / constraint upper limit value input device 101, candidate topology generation device 102, candidate Functions in each of the topology output device 103, the optimum topology selection device 104, the evaluation scale input device 105, and the optimum topology output device 106 are executed.

ノード情報・制約上限値情報入力装置101により、全てのノードの位置と各々が収容する人口および制約条件情報を入力して図示していない記憶装置に格納し、候補トポロジ生成装置102により、制約条件を満たす全ての候補トポロジを生成し、生成した候補トポロジを、候補トポロジ出力装置103から最適トポロジ選出装置104に出力し、最適トポロジ選出装置104は、評価尺度入力装置105において予め記憶装置に格納された制約条件情報を用いて、候補トポロジ出力装置103から出力された候補トポロジの内、当該制約条件を満足するものを選出し、最適トポロジ出力装置106を介して出力する。   The node information / constraint upper limit information input device 101 inputs the positions of all nodes, the population accommodated by each node, and the constraint condition information, and stores them in a storage device (not shown). All candidate topologies that satisfy the above conditions are generated, and the generated candidate topologies are output from the candidate topology output device 103 to the optimum topology selection device 104. The optimum topology selection device 104 is stored in advance in the storage device in the evaluation scale input device 105. Among the candidate topologies output from the candidate topology output device 103 using the constraint condition information, those satisfying the constraint conditions are selected and output via the optimum topology output device 106.

ノード情報・制約上限値入力装置101、候補トポロジ生成装置102、候補トポロジ出力装置103は本発明に係る網トポロジ候補列挙方法を実行する装置を構成するものであり、さらに、最適トポロジ選出装置104、評価尺度入力装置105、最適トポロジ出力装置106を加えることで、本発明に係る網トポロジ設計方法を実行するシステムを構成している。   The node information / constraint upper limit value input device 101, the candidate topology generation device 102, and the candidate topology output device 103 constitute a device that executes the network topology candidate enumeration method according to the present invention, and further includes an optimum topology selection device 104, By adding the evaluation scale input device 105 and the optimum topology output device 106, a system for executing the network topology design method according to the present invention is configured.

すなわち、ノード情報・制約上限値入力装置101、候補トポロジ生成装置102、候補トポロジ出力装置103は、プログラムされたコンピュータ処理を実行する装置として、複数の評価尺度を同時に考慮しながら適切な網トポロジを選出する際に予め生成するトポロジ候補数を絞り込む処理を行うものであって、ノード情報・制約上限値入力装置101は、予め入力された制約条件情報(ネットワークを構成する全ノードの位置が与えられ、該前ノードの任意のノード間にリンクを設置することが可能である場合に、正常時および任意の単一リンク障害時にも全ノード間の接続性が維持される)を記憶装置に格納し、候補トポロジ生成装置102は、記憶装置に格納された制約条件情報を読み出し、当該制約条件の元で構成可能な全てのトポロジを候補トポロジ集合として生成し、候補トポロジ出力装置103は、生成された候補トポロジ集合を記憶装置に記憶した後に、もしくは直接に最適トポロジ選出装置104に出力する。   In other words, the node information / constraint upper limit value input device 101, the candidate topology generation device 102, and the candidate topology output device 103 are devices that execute programmed computer processing, and have appropriate network topologies while simultaneously considering a plurality of evaluation measures. The node information / constraint upper limit value input device 101 performs a process of narrowing down the number of topology candidates generated in advance at the time of selection, and the node information / constraint upper limit value input device 101 is given preliminarily input constraint condition information (positions of all nodes constituting the network). In the case where it is possible to install a link between any of the previous nodes, the connectivity between all the nodes is maintained during normal operation and during any single link failure). The candidate topology generation device 102 reads the constraint condition information stored in the storage device, and all of the configurable conditions can be configured under the constraint condition. Generates a topology as a candidate topology set, candidate topology output device 103 outputs the candidate topology set that is generated and stored into the storage device, or directly to the best topology selection device 104.

尚、本例の候補トポロジ生成装置102は、候補トポロジ集合の生成に用いる列挙アルゴリズムとして分割法を用い、制約条件を満たす全てのトポロジを列挙する元の問題を、一部のリンクの設置が可能な位置に対してリンクの設置の有無を確定した子問題に分割することを反復し、解の候補が一つになった時点で当該制約条件の判定を行い、この制約条件を満たす場合に解の候補として出力することで、候補トポロジ集合を生成する。   Note that the candidate topology generation apparatus 102 of this example uses a partitioning method as an enumeration algorithm used to generate a candidate topology set, and can install some links for the original problem of enumerating all topologies that satisfy the constraint conditions. It is repeated that the link problem is divided into sub-problems that determine the presence or absence of links, and when the candidate solution becomes one, the constraint condition is determined. To generate a candidate topology set.

また、本例では、評価尺度入力装置105で入力し、最適トポロジ選出装置104で用いる評価尺度として、総リンク長と、トラヒック量比率で重み付けたホップ長の総和、および、リンクに加わる最大トラヒック比率を用いる。   Also, in this example, as an evaluation measure that is input by the evaluation measure input device 105 and used by the optimum topology selection device 104, the total link length, the sum of the hop lengths weighted by the traffic amount ratio, and the maximum traffic ratio applied to the link Is used.

さらに、本例では、当該総リンク長に制約上限を設け、最適トポロジ選出装置104は、リンクを設置した個所の総リンク長が制約上限を超えているか否かの判定を行い、超えている場合には、以降の分割処理を停止する。これにより、解の列挙に要する時間を短縮することができる。   Furthermore, in this example, a restriction upper limit is set for the total link length, and the optimum topology selection apparatus 104 determines whether or not the total link length of the place where the link is installed exceeds the restriction upper limit. The subsequent division processing is stopped. Thereby, the time required for enumerating solutions can be shortened.

また、本例では、最適トポロジ選出装置104は、距離の長いリンクから順番にリンクの設置判定を行う。これにより、解の列挙に要する時間をさらに短縮することができる。   Further, in this example, the optimum topology selection device 104 performs link installation determination in order from the longest distance link. Thereby, the time required for enumerating solutions can be further shortened.

そして、本例の最適トポロジ選出装置104、評価尺度入力装置105、最適トポロジ出力装置106は、プログラムされたコンピュータ処理を実行することで、ネットワークのトポロジ設計を行うものであって、評価尺度入力装置105は、予め入力された、ネットワーク性能の特定に用いる複数の評価尺度情報を記憶装置に格納し、最適トポロジ選出装置104は、記憶装置に格納された複数の評価尺度情報を読み出し、各評価尺度を同時に考慮しながら適切な網トポロジを選出する際に、候補トポロジ生成装置102が生成して候補トポロジ出力装置103から出力される候補トポロジ集合に含まれるトポロジのみを対象に、以下に説明するAHPを用いて、最適な網トポロジの選出処理を実行する。   The optimum topology selection device 104, the evaluation scale input device 105, and the optimum topology output device 106 of this example perform the topology design of the network by executing programmed computer processing. 105 stores, in the storage device, a plurality of pieces of evaluation scale information used for specifying the network performance inputted in advance, and the optimum topology selection device 104 reads out the plurality of pieces of evaluation scale information stored in the storage device. AHP described below for only the topologies included in the candidate topology set generated by the candidate topology generation device 102 and output from the candidate topology output device 103 when selecting an appropriate network topology while simultaneously considering Is used to select the optimum network topology.

以下、このような構成からなる本例の網トポロジ設計システムに関連する技術として、上述した本願の発明者が提案した技術「AHPを用いた網トポロジ設計方法および設計システム」(特願2006−353926号)について説明する。   Hereinafter, as a technique related to the network topology design system of this example having such a configuration, the technique “network topology design method and design system using AHP” proposed by the inventor of the present application described above (Japanese Patent Application No. 2006-353926). No.) will be explained.

この技術(AHPを用いた網トポロジ設計方法および設計システム)技術は、上述した従来の、パレート最適の概念やDEA、平均順位を用いる方法等により、複数の評価尺度を考慮して網トポロジ設計を行う際の問題点を解決するものである。   This technology (network topology design method and design system using AHP) is based on the above-mentioned conventional Pareto optimal concept, DEA, method using average rank, etc. It solves the problems in doing.

AHPでは、ある目的を達成する(ある「問題」を解決する)ための、複数の候補(「代替案」)と、候補(代替案)を選択する際の評価基準(「評価尺度」)を決め、これらを階層図で表し、目的(問題)に適した候補(代替案)を特定する。   In AHP, a plurality of candidates (“alternatives”) for achieving a certain purpose (solving a “problem”) and evaluation criteria (“evaluation scale”) for selecting candidates (alternatives) Decide and represent them in a hierarchical diagram, and identify candidates (alternatives) suitable for the purpose (problem).

このように、AHPでは、関連する要素を階層構造によって把握し、評価尺度の重要度といった定性的な尺度を一対比較により定量化し、合理的な意思決定を可能とするものであり、このAHPを網トポロジ評価へ適用し、AHPを用いることで、設計者の主観的な評価尺度に対する重要度に応じた適切な網トポロジ設計が可能となる。   Thus, in AHP, related elements are grasped by a hierarchical structure, qualitative measures such as importance of evaluation measures are quantified by pair comparison, and rational decision making is possible. By applying to network topology evaluation and using AHP, it is possible to design an appropriate network topology according to the importance of the designer's subjective evaluation scale.

上述したように、AHPでは、通常、意思決定においては、「問題P」、「評価尺度V」、「代替案A」の三種類の要素が存在する。AHPでは、これら要素を図12に示すような階層構造で把握する。   As described above, in AHP, there are usually three types of elements in decision making: “Problem P”, “Evaluation Scale V”, and “Alternative A”. In AHP, these elements are grasped in a hierarchical structure as shown in FIG.

ただし、互いに関連のある要素間を直線で結び(図12では便宜上、一部のみ示している)、評価尺度Vは複数の階層構造V,V,・・・(図12では2階層)をとることも可能である。 However, the elements related to each other are connected by a straight line (only a part is shown in FIG. 12 for the sake of convenience), and the evaluation scale V has a plurality of hierarchical structures V 1 , V 2 ,... (2 hierarchies in FIG. 12). It is also possible to take

そして、各要素間の関連性の強さ(重み)を算出し、最終的に、各代替案AのスコアSを導出する。 The Strength of association between elements a (weight) calculated, and finally, to derive the score S i of each alternative A i.

評価尺度Vの問題Pに対する重みを計算する場合、定量的な評価値がもともと存在しないため、何らかの方法で定量化する必要がある。   When calculating the weight for the problem P of the evaluation scale V, there is no quantitative evaluation value from the beginning, and it is necessary to quantify it by some method.

AHPでは、同一の階層に属する要素集合に対して、全ての要素間の重要度を一対比較することにより定量化を図る。   In AHP, quantification is achieved by comparing a pair of importance levels between all elements for an element set belonging to the same hierarchy.

まず、階層cに属する要素XとXに対して、図13に示す値をXのXに対する相対的な重要度aijに設定する。 First, the element X i and X j belonging to the hierarchy c, is set to indicate 13 the relative importance a ij for X j of X i.

要素Xの本来の重みをwとすると、理想的には「aij=w÷w」という関係を満たす。 If the original weight of the element X i is w i , the relationship “a ij = w i ÷ w j ” is ideally satisfied.

重要度aijを要素にもつ一対比較行列をAとし、各要素の重みwを要素にもつベクトルwを行列Aの右側から乗じると、「Aw=nw」が成立する。ただしnは要素の数である。よって、重みベクトルは行列Aの固有ベクトルであり、nは固有値(最大固有値)となる。 When a paired comparison matrix having importance a ij as an element is A and a vector w having an element weight w i as an element is multiplied from the right side of the matrix A, “Aw = nw” is established. However, n is the number of elements. Therefore, the weight vector is an eigenvector of the matrix A, and n is an eigenvalue (maximum eigenvalue).

実際には、一対比較を完全な整合性を持って行うことは困難なため、行列Aの整合性を判断する必要がある。行列Aの最大固有値をλmaxとすると、λmax≧nとなる。 Actually, since it is difficult to perform a pairwise comparison with perfect consistency, it is necessary to determine the consistency of the matrix A. When the maximum eigenvalue of the matrix A is λ max , λ max ≧ n.

そこで、「C.I.=(λmax−n)÷(n−1)」の式で定義される整合度「C.I.」を用いて整合性を判断する。 Therefore, consistency is determined using the degree of consistency “CI” defined by the formula “CI = (λ max −n) ÷ (n−1)”.

整合性が増すほどλmaxは減少し、完全に整合性がとれているときには「λmax=n」となるので、上述の式で求められる「C.I.」は小さなほど整合性が高く、一般的には「C.I.」が0.1以下であれば合格とする。 As the consistency increases, λ max decreases, and when perfect consistency is achieved, “λ max = n”. Therefore, the smaller the “CI” obtained by the above formula, the higher the consistency, Generally, if “C.I.” is 0.1 or less, it is judged as acceptable.

階層cにおける要素iの、階層c−1の要素jに対する重みをwij とし、階層c−1の要素のうち、階層cの要素V が関係する要素の集合をΦ とすると、V の問題Pに対するスコアS は、下記の数1の式より算出できる。 The weight of the element i in the hierarchy c with respect to the element j in the hierarchy c-1 is w ij c, and among the elements in the hierarchy c-1, the set of elements related to the element V i c in the hierarchy c is Φ i c. , the score S i c to the problem P of V i c can be calculated from equation 1 below.

Figure 2010011285
Figure 2010011285

階層1においては、Pに対する各要素の重みがそのままスコアS となる。以下、階層c=2,3,・・・の順にスコアS を算出することができ、最終的に、各代替案AのスコアSを得る。そして、スコアが最大の代替案が最適な選択肢となる。 In the hierarchy 1, the weight of each element with respect to P becomes the score S i 1 as it is. Hereinafter, the hierarchical c = 2,3, it is possible to calculate the score S i c in the order of ..., finally, to obtain a score S i of each alternative A i. The alternative with the highest score is the best option.

このようなAHPを網トポロジ設計に適用すると、トップの階層(階層0)には解くべき問題P(この場合、“最適なネットワークの選択”)が、中央の階層(階層1)には評価尺度Vが、そしてボトム(階層2)には候補トポロジが並ぶ。 When such AHP is applied to network topology design, the problem P (in this case, “optimal network selection”) to be solved is shown in the top hierarchy (hierarchy 0), and the evaluation metric is shown in the central hierarchy (hierarchy 1). V i is and candidate topology lined bottom (Tier 2).

階層1(評価尺度)の問題Pに対するスコア(重み)は一対比較により求めることができる。階層2(候補トポロジ)の階層1の各要素(評価尺度)に対するスコア(重み)は、評価尺度が定量的な評価値をもつ場合、一対比較による評価を行う必要はない。   The score (weight) for the problem P of the hierarchy 1 (evaluation scale) can be obtained by paired comparison. The score (weight) for each element (evaluation scale) in hierarchy 2 (candidate topology) does not need to be evaluated by pairwise comparison when the evaluation scale has a quantitative evaluation value.

AHPはスコアが高い要素を高く評価する。そのため、各評価尺度が小さな値をとるほど良好である場合には、候補トポロジiの評価尺度jの値Vijの逆数をXijとし(Xij=1÷Vij),Xijに基づいて重みを算出する。 AHP highly evaluates elements with high scores. Therefore, when each evaluation scale is so good that it takes a small value, the reciprocal of the value V ij of the evaluation scale j of the candidate topology i is set to X ij (X ij = 1 ÷ V ij ), and based on X ij Calculate the weight.

階層2の要素の重みwij は、正規化条件「Σi=1 N2ij =1」(Nは階層2の要素数)を満たす必要があるが、通常、AHPではXijを単に全候補中で正規化した値を重みと見なすため、「wij =Xij÷Σk=1 N2kj」となる。 Weight w ij 2 of the hierarchy of elements 2, normalization condition "Σ i = 1 N2 w ij 2 = 1 " (N 2 is the number of layers of the element 2) it is necessary to satisfy the usually the X ij In AHP Since values normalized among all candidates are regarded as weights, “w ij 2 = X ij ÷ Σ k = 1 N2 X kj ”.

しかし、網トポロジ候補数は、非常に多数となるため、分母が大きくなり、候補間のXjの値の差111異が、評価尺度間のスコア差と比べて遥かに小さな値となる。その結果、単に重要視した評価尺度が良好な候補を選択する傾向が強くなり、他の評価尺度の値がほとんど考慮されなくなる。 However, the network topology the number of candidates, since a very large number, the denominator becomes large, the difference between 111 different values of X i j between candidates, a much smaller value compared to the score difference between the rating scale. As a result, there is a strong tendency to select a candidate whose evaluation scale that is simply regarded as important is good, and values of other evaluation scales are hardly considered.

このような問題を解決するために、本願の発明者の提案では、評価尺度の値Xijそのものを用いるのではなく、Xijを線形変換した値Yijを正規化したものを重みとしている。 In order to solve such a problem, the inventor's proposal of the present application does not use the evaluation scale value X ij itself, but weights a value obtained by normalizing a value Y ij obtained by linearly converting X ij .

すなわち、aとbを任意の実数とし、「Yij=a(Xij+b)」とする。このとき重みwij は、下記の式となる。 That is, a and b are arbitrary real numbers, and “Y ij = a (X ij + b)”. At this time, the weight w ij 2 is represented by the following equation.

ij =a(Xij+b)÷Σk=1 N2a(Xkj+b)=(Xij+b)÷(Σk=1 N2kj+bNw ij 2 = a (X ij + b) ÷ Σ k = 1 N2 a (X kj + b) = (X ij + b) ÷ (Σ k = 1 N2 X kj + bN 2 )

正規化するためwij はaとは無関係となる。また、ここでは全ての重みが「0」以上の値をとるよう、Xijの全候補中の最小値を「−1」倍した値をbに設定する(b=−min{Xij})。 For normalization, w ij 2 is independent of a. Also, here, a value obtained by multiplying the minimum value among all candidates of X ij by “−1” is set to b so that all weights take values of “0” or more (b = −min i {X ij }). ).

このように、線形変換を施すことにより、候補間で重みの格差を拡大することができ、特に、評価値の大きな(Xijの小さな)候補に対する重みを大きく低減することが可能であり、評価値の非常に悪い評価尺度を含むトポロジを誤って高く評価する問題を避けることができる。 In this way, by performing linear transformation, it is possible to widen the difference in weight between candidates, and in particular, it is possible to greatly reduce the weight for candidates with large evaluation values (small X ij ). The problem of falsely evaluating a topology that includes a very bad rating scale can be avoided.

しかし、このようなAHPを用いて網トポロジを評価する際にも、事前に候補トポロジ集合を生成する必要があり、構成可能なトポロジ候補数はノード数Nに対して「2N×N」の規模で増加するため、網規模の増加に伴い、候補集合の生成に要する時間が爆発的に増大してしまうとの問題点がある。 However, when evaluating a network topology using such AHP, it is necessary to generate a candidate topology set in advance, and the number of configurable topology candidates is “2 N × N ” with respect to the number N of nodes. Since it increases in scale, there is a problem that the time required to generate a candidate set increases explosively as the network scale increases.

本例の網トポロジ候補列挙システムの処理では、このような問題を解決し、網トポロジ候補集合の生成に要する所要計算時間を大幅に短縮することができる。   In the processing of the network topology candidate enumeration system of this example, such a problem can be solved, and the required calculation time required for generating the network topology candidate set can be greatly shortened.

以下、このような本例の発明の網トポロジ候補列挙システムの処理(網トポロジ候補列挙方法)について、詳細を説明する。   Hereinafter, details of the processing (network topology candidate enumeration method) of the network topology candidate enumeration system of the invention of this example will be described.

まず、[候補トポロジ生成法]について説明する。   First, the [candidate topology generation method] will be described.

ネットワークの一般化した構成要素としてノードとリンクを考える。ノードの位置とノード間の交流トラヒック行列は与えられており、全てのノード間にリンクを設置することが可能であるとする。   Consider nodes and links as generalized components of a network. Assume that the node positions and the AC traffic matrix between the nodes are given, and it is possible to establish links between all the nodes.

すなわち、ノード数をNとすると、リンクの設置可能な箇所数Lは、「L=N(N−1)÷2」となる。ただし設置リンクは双方向であるとし、両端のノード間の両方向にトラヒックが流れることを想定する。   That is, assuming that the number of nodes is N, the number L of places where links can be installed is “L = N (N−1) / 2”. However, it is assumed that the installation link is bidirectional, and traffic flows in both directions between nodes at both ends.

これらL本のリンク設置可能位置に対して、リンクを設置する箇所を選択することで候補トポロジが生成されるため、構成可能な候補トポロジの全数は「2」となる。 With respect to these L link installable positions, a candidate topology is generated by selecting a location where a link is to be installed, so the total number of configurable candidate topologies is “2 L ”.

ただし、ネットワークトポロジには、最低限、全ノード間の接続性が求められる。   However, the network topology requires at least connectivity between all nodes.

また、日常的に様々なリンクで障害が発生しており、商用サービスとしてネットワークを運用するような場合には障害時にも全ノード間の接続性を維持する高い信頼性が求められる。また、IP(Internet Protocol)バックボーンネットワークにおいて、メインテナンスに起因するものを除いた意図しない障害の約70%は単独リンク障害である。   Also, failures occur on various links on a daily basis, and when a network is operated as a commercial service, high reliability is required to maintain connectivity between all nodes even in the event of a failure. Further, in an IP (Internet Protocol) backbone network, about 70% of unintended failures except for those caused by maintenance are single link failures.

そこでここでは、正常時に加え、任意の単一リンク障害時にも全ノード間の接続性が維持されること制約条件とし、この制約条件を満たすトポロジのみを候補として列挙することを考える。   Therefore, here, it is assumed that the connectivity between all the nodes is maintained even in the case of an arbitrary single link failure in addition to the normal time, and only the topologies satisfying this constraint condition are listed as candidates.

次に、[評価尺度]について説明する。   Next, [Evaluation Scale] will be described.

パケットの転送経路として、OSPF(Open Shortest Path First)による最小コスト経路が設定され、最小コスト経路が複数存在する場合には、全てに均等にトラヒックが分散して流れることを想定する。   As a packet transfer route, a minimum cost route by OSPF (Open Shortest Path First) is set, and when there are a plurality of minimum cost routes, it is assumed that traffic flows evenly distributed to all.

評価尺度としては様々なものが考えられるが、本例では、コストに関連した一つの尺度(総リンク長V)と、品質に関連した二つの尺度(トラヒック量比率で重み付けしたホップ長V、リンクに加わる最大トラヒック比率V)の、三つの評価尺度を考える。 Various evaluation measures can be considered, but in this example, one measure related to cost (total link length V 1 ) and two measures related to quality (hop length V 2 weighted by the traffic amount ratio). Consider three measures of the maximum traffic ratio V 3 ) applied to the link.

(1)総リンク長(V):設置するリンクの総延長であり、dをリンクeの距離、Eを設置リンクの集合とすると、総リンク長Vは、次の数2に示す式で定義される。 (1) Total link length (V 1 ): Total length of the link to be installed, where d e is the distance of the link e and E is a set of installed links, the total link length V 1 is expressed by the following equation (2) It is defined by an expression.

Figure 2010011285
Figure 2010011285

(2)トラヒック量比率で重み付けたホップ長の総和(V):ノードiを発、ノードjを着とする交流トラヒック量をTij、NW(ネットワーク)全体の交流トラヒック量をTとするとき、トラヒック量Tijの全体トラヒック量Tに対する比率rij(rij=Tij÷T)が与えられることを想定する。そして、Vを、トラヒック比率で重みつけしたフローのホップ長の総和で定義する。 (2) Sum of hop lengths weighted by traffic volume ratio (V 2 ): When the amount of AC traffic originating from node i and arriving at node j is T ij , and the amount of AC traffic of the entire NW (network) is T Assume that a ratio r ij (r ij = T ij ÷ T) of the traffic amount T ij to the total traffic amount T is given. V 2 is defined as the sum of the hop lengths of the flows weighted by the traffic ratio.

すなわち、Vは単位トラヒックに対する平均的な経由ホップ長であり、下記の数3の式で示される。ただし、数3の式において、Vはノード集合、σijはノードiとノードjの間の最小コストパス数、Pijはその集合、hij、pはパスpのホップ長である。 That, V 2 is the average over the hop length per unit traffic, represented by the numerical formula 3 below. In Equation 3, V is a node set, σ ij is the minimum number of cost paths between nodes i and j, P ij is the set, and h ij and p are hop lengths of the path p.

Figure 2010011285
Figure 2010011285

L本の全てのリンク設置可能位置にリンクを設置した場合に、全てのノード間のパスのホップ長が「1」となり、Vは最小値「1」をとる。 When links are installed at all L link installable positions, the hop length of the path between all nodes is “1”, and V 2 takes the minimum value “1”.

(3)リンクに加わる最大トラヒック比率(V):リンクごとに、経由するフローのトラヒック比率の総和を計算し、その最大値をVと定義する。すなわち、下記の数4の式に示すようにして定義する。ただし、数4の式において、σij(e)はノードiとノードj間のパスの中で、リンクeを経由するものの本数である。 (3) Maximum traffic ratio (V 3 ) applied to the link: For each link, the sum of the traffic ratios of the flows that pass through is calculated, and the maximum value is defined as V 3 . That is, it is defined as shown in the following equation (4). In Equation 4, σ ij (e) is the number of paths that pass through the link e in the path between the node i and the node j.

Figure 2010011285
Figure 2010011285

全ノード間の交流トラヒックがある一本のリンクを経由する場合にVは最大値「1」をとり、リンク間の負荷分散度合いが向上するほどVは減少する。 V 3 takes the maximum value “1” when the AC traffic between all nodes passes through a single link, and V 3 decreases as the degree of load distribution between the links increases.

上述した評価尺度V,V,Vのいずれも小さいほど望ましい。しかし、一般的な傾向として、設置リンク数を少数に抑えるほど、総リンク長Vが減少して網コストが削減される反面、フローの経由ホップ数が増加してパス設定の柔軟性が低下し、ホップ長の総和Vと最大トラヒック比率Vが増加するため、全ての評価尺度が最適な網トポロジは存在しない。 It is desirable that all of the evaluation scales V 1 , V 2 , and V 3 described above are smaller. However, as a general trend, the more suppressed the number of installed links to a small number, while the total link length V 1 is the reduction net cost decreases, the flexibility of the path set by increased over the number of hops of the flow reduction However, since the total hop length V 2 and the maximum traffic ratio V 3 increase, there is no network topology in which all evaluation measures are optimal.

次に、[計算量と列挙問題]について説明する。   Next, [Calculation amount and enumeration problem] will be described.

候補トポロジ集合を生成する際には、各候補トポロジに対して、正常時と任意の単一リンク障害時の全ノード間の接続性という制約条件を満たすか否かの判定を行う必要がある。   When generating a candidate topology set, it is necessary to determine whether or not each candidate topology satisfies the constraint condition of connectivity between all nodes at the time of normality and an arbitrary single link failure.

また、AHPを用いた網トポロジ評価は、各候補トポロジの評価尺度の値に基づき行うため、各候補トポロジに対して三つの評価尺度V,V,Vを算出する必要がある。 Moreover, since network topology evaluation using AHP is performed based on the evaluation scale value of each candidate topology, it is necessary to calculate three evaluation scales V 1 , V 2 , and V 3 for each candidate topology.

ここでは、各候補トポロジに対して必要となる計算量について考察する。   Here, the amount of calculation required for each candidate topology is considered.

単一リンク障害時に全ノード間の接続性が満たされるトポロジであれば、正常時においても全ノード間の接続性が満たされるため、二つの制約条件のうち、実際には単一リンク障害時の接続性判定のみを行えば良い。以後、この制約条件を条件Cと表記する。   In a topology where connectivity between all nodes is satisfied in the event of a single link failure, connectivity between all nodes is satisfied even during normal operation. Only connectivity determination needs to be performed. Hereinafter, this constraint condition is referred to as condition C.

リンク集合Eに含まれる任意のリンクeの単一リンク障害時の接続性を判定するためには、対象トポロジからリンクeを除いたトポロジに対して、ダイクストラの最小コスト経路算出アルゴリズムを適用し、任意のノードから他の全てのノードに至る最小コスト経路のコストが有限の値となるか否かを判定すれば良い。   In order to determine connectivity at the time of a single link failure of an arbitrary link e included in the link set E, Dijkstra's minimum cost path calculation algorithm is applied to the topology excluding the link e from the target topology, What is necessary is just to determine whether the cost of the minimum cost path | route from an arbitrary node to all the other nodes becomes a finite value.

この処理に必要な計算時間は、ノード数Nに対してO(N)となる。この処理を全てのリンク(L)に対して反復する必要があるため、条件Cの判定を一つのトポロジ候補に対して行うに際し、全体ではO(LN)=O(N)の計算時間が必要となる。 The calculation time required for this processing is O (N 2 ) for the number N of nodes. Since it is necessary to repeat this process for all links (L), when the determination of condition C is performed for one topology candidate, the calculation time of O (LN 2 ) = O (N 4 ) as a whole Is required.

次に、上述の三つの評価尺度V,V,Vを算出するのに要する時間について考察する。 Next, the time required to calculate the above-described three evaluation measures V 1 , V 2 , and V 3 will be considered.

評価尺度V(総リンク長)の算出には、O(L)=O(N)の時間を要する。 Calculation of the evaluation scale V 1 (total link length) requires time of O (L) = O (N 2 ).

評価尺度V(ホップ長の総和)の算出の計算量は、ノードペア数に比例するため、やはり、O(N)の計算時間を要する。 Since the amount of calculation for calculating the evaluation scale V 2 (the total hop length) is proportional to the number of node pairs, the calculation time for O (N 2 ) is still required.

また、全ノード間のパスの平均ホップ長をhとすると、V(最大トラヒック比率)の計算にはO(Nh)の時間を要するが、平均ホップ長hはノード数Nと比較して遥かに小さいため、やはりO(N)の計算量とみなせる。 If the average hop length of the path between all nodes is h, the calculation of V 3 (maximum traffic ratio) takes O (N 2 h), but the average hop length h is compared with the number N of nodes. Since it is much smaller, it can be regarded as a calculation amount of O (N 2 ).

従って、制約条件Cの判定が全体の計算時間を決める要因となり、O(N)の計算時間が各候補トポロジに対して必要となる。 Therefore, the determination of the constraint condition C is a factor that determines the overall calculation time, and the calculation time of O (N 4 ) is required for each candidate topology.

制約条件Cを満たす候補トポロジの集合を生成する直感的な方法は、2個存在する可能な全ての解に対して制約条件Cの判定を行い、条件Cを満たす全ての解に対して三つの評価尺度V,V,Vを計算することである。以後、この方法を全調査法(All checking method)と呼ぶ。 An intuitive method for generating a set of candidate topologies that satisfy the constraint condition C is to determine the constraint condition C for all 2 L possible solutions, and three for all solutions that satisfy the condition C. One evaluation measure is V 1 , V 2 , V 3 . Hereinafter, this method will be referred to as an all checking method.

しかし、全調査法では、リンク設置可能位置L(ノード数Nの自乗の規模)の増加に伴い、指数的に計算時間が増加するため、例えば、3GHzのCPUを2台、8GBのメモリを実装したPC(パーソナルコンピュータ)で計算した場合、ノード数N=6で25秒程度、ノード数N=7で30分程度、ノード数N=10で1000年程度もの計算時間が必要となる。   However, in all investigation methods, the calculation time increases exponentially with the increase of link installable position L (the number of nodes N squared). For example, two 3 GHz CPUs and 8 GB memory are installed. When calculating with a personal computer (PC), the calculation time of about 25 years is required when the number of nodes N = 6, about 30 minutes when the number of nodes N = 7, and about 1000 years when the number of nodes N = 10.

このため、このような全調査法を、大規模網に適用することはできない。従って、次に説明する列挙問題を用いる。   For this reason, all such survey methods cannot be applied to large-scale networks. Therefore, the enumeration problem described below is used.

一般に、ある条件を満たす候補を重複なく全て出力する問題は、列挙問題と呼ばれる。列挙問題においては、漏れなく条件を満たす候補を全て列挙する完全性と、重複することなく列挙する一意性の両方を満たしつつ、いかにして列挙に要する時間を短縮するかが課題となる。   In general, the problem of outputting all candidates that satisfy a certain condition without duplication is called an enumeration problem. In the enumeration problem, the problem is how to reduce the time required for enumeration while satisfying both the completeness of enumerating all candidates that satisfy the conditions and the uniqueness of enumerating without duplication.

列挙アルゴリズムの構築に関しては、主に、バックトラック法、分割法、逆探索法、の三つの技術が知られている。   Regarding the construction of the enumeration algorithm, three techniques of a backtrack method, a division method, and an inverse search method are mainly known.

バックトラック法(backtrack)は、解集合を重複なく探索し、解集合からはみ出した場合に戻ることで、条件を満たさない解集合の探索を省き計算時間を短縮する。   The backtrack method searches for a solution set without duplication and returns to the case where the solution set protrudes from the solution set, thereby eliminating the search for the solution set that does not satisfy the condition and reducing the calculation time.

この技術では、条件を満たす解の集合が連結な領域に存在する必要があり、解集合が単調性を持つ場合にのみ適用可能である。しかし、条件Cを満たすトポロジの集合は単調性を持たないため、この技術を用いることはできない。   This technique requires that a set of solutions satisfying a condition exists in a connected region, and is applicable only when the solution set has monotonicity. However, this technique cannot be used because a set of topologies that satisfy the condition C does not have monotonicity.

分割法(binary partition)は、問題の解集合を分割し、それぞれを子問題として再帰的に解く列挙手法であり、分割を繰り返した結果、子問題に含まれる解の数が唯一つになった段階でその解を出力する。   The partition method is an enumeration method that divides a solution set of a problem and recursively solves each as a child problem. As a result of repeating the division, the number of solutions included in the child problem is only one. The solution is output in stages.

分割で生成された子問題が条件を満たす解を持たないことが判断できる場合に、その子問題の分割を中断して引き返すことで計算時間を短縮する。   When it can be determined that the child problem generated by the division does not have a solution that satisfies the condition, the division of the child problem is interrupted and returned to reduce the calculation time.

この分割法を適用するためには、問題が再帰的に解けることが必要であり、また、計算時間を短縮するためには、複数の候補を含む子問題に対して条件を満たす解が存在しないことが判断できる必要がある。   In order to apply this division method, it is necessary to solve the problem recursively, and in order to reduce the calculation time, there is no solution that satisfies the condition for a child problem including a plurality of candidates. It is necessary to be able to judge.

逆探索法(reverse search)は、探索ルートを最初に構築し、構築したルートに沿って解集合の探索を実行する。この手法は、適用可能な列挙問題に関する制約が少なく、他の二つの手法が適用できない問題に対しても適用可能である場合が多い。しかし、効率的な探索ルートの構築が容易ではなく、探索ルートの構築自体に時間を要する問題がある。   In the reverse search method, a search route is first constructed, and a solution set is searched along the constructed route. This method has few restrictions on the enumeration problem that can be applied, and is often applicable to a problem to which the other two methods cannot be applied. However, it is not easy to construct an efficient search route, and there is a problem that it takes time to construct the search route itself.

本例では、以下に説明するように、上述の「分割法」を用いることで、計算時間の短縮を図る。   In this example, as described below, the calculation time is shortened by using the above-described “division method”.

以下、[分割法を用いた候補トポロジの列挙]について説明する。   Hereinafter, [Enumeration of candidate topologies using the division method] will be described.

条件Cを満たす網トポロジを列挙する問題は、以下に述べる方法で再帰的に分割することが可能であることから、本例では分割法の適用を試みる。   Since the problem of enumerating network topologies that satisfy the condition C can be recursively divided by the method described below, in this example, application of the division method is attempted.

L本のリンク設置可能位置の各々に対し、1〜Lの番号を任意に割り当て、各々のリンク設置可能位置をl,l,・・・,lと表記する。 Numbers 1 to L are arbitrarily assigned to each of the L link installable positions, and each link installable position is denoted as l 1 , l 2 ,..., L L.

にリンクを設置する場合に「1」を、しない場合に「0」をとる2値変数をxと定義すると、xを要素に持つL次元ベクトルXを用いて任意のトポロジを表すことができる。 If a binary variable that takes “1” when a link is set at l e and takes “0” when it is not defined is defined as x e, it represents an arbitrary topology using an L-dimensional vector X having x e as an element. be able to.

L本のリンク設置可能位置に対して条件Cを満たす全トポロジを列挙する元々の問題をPとする。このとき、Pを、lにリンクを設置するか否かに応じて二つの子問題に分割することが可能である。 Let P 0 be the original problem of listing all topologies that satisfy condition C for L link installable positions. At this time, P 0 can be divided into two child problems depending on whether or not a link is set at l 1 .

そこで、lにリンクを設置しないという条件の下で、条件Cを満たす全トポロジを列挙するPの子問題をP(0)、lにリンクを設置するという条件の下で、条件Cを満たす全トポロジを列挙するPのもう一つの子問題をP(0)と表記する。 Therefore, under the condition that no link is set at l 1 , the child problem of P 0 that lists all the topologies that satisfy condition C is P 1 (0), and under the condition that a link is set at l 1 Let P 1 (0) denote another child problem of P 0 that lists all topologies that satisfy C.

同様に、1≦e≦kの範囲で、lに対するリンクの設置の有無を、1≦e≦kのxを要素に持つk次元ベクトルXで表すとき、P(X)をlk+1にリンクを設置するか否かに応じて二つの子問題に分割することが可能である。 Similarly, in the range of 1 ≦ e ≦ k, when the presence / absence of a link for l e is expressed by a k-dimensional vector X k having x e as an element, 1 p e ( k ) is expressed as P k (X k ). It can be divided into two child problems depending on whether or not a link is set at l k + 1 .

の条件の下で、条件Cを満たす全トポロジを列挙するP(X)の二つの子問題をPk+1(X,0)とPk+1(X,1)で表す。 Under the terms of X k, representing the two subproblems enumerating all topology that meets the condition C P k (X k) by P k + 1 (X k, 0) and P k + 1 (X k, 1).

このように、lの各々に対して部分的にリンクの設置の有無を決めたとき、残るlに対するリンクの設置の有無の組み合わせを解集合に持つ子問題に再帰的に分割していくことが可能であり、分割法の網トポロジ列挙への適用が可能である。 In this way, when it is determined whether or not links are partially installed for each of l e , the combination of the presence or absence of links for the remaining l e is recursively divided into child problems having a solution set. It is possible to apply the division method to the network topology enumeration.

分割を繰り返し、1≦e≦Lの全てのlに対してリンクの設置有無を割り当てた段階で候補トポロジが確定するため、制約Cの判定を行い、制約Cを満たす場合には、そのトポロジの評価尺度V,V,Vを算出し、候補トポロジの一つとして出力する。 The division is repeated, and the candidate topology is determined at the stage where the link installation status is assigned to all l e of 1 ≦ e ≦ L. Therefore, the constraint C is determined. Evaluation scales V 1 , V 2 , V 3 are calculated and output as one of the candidate topologies.

計算時間の短縮を図るためには、複数の解を含む子問題において、候補トポロジ集合の各々が条件Cを満たすか否かの判定をすることなく、全候補が条件Cを満たさないことの判定を行う必要がある。しかし、条件Cを満たす解集合は単調性を持たないため、条件Cのみでは計算時間の短縮が図れない。そこで本稿では、評価尺度の一つである総リンク長Vに制約上限値Dを新たに設けることを考える。 In order to shorten the calculation time, in a child problem including a plurality of solutions, it is determined that all candidates do not satisfy the condition C without determining whether each candidate topology set satisfies the condition C. Need to do. However, since the solution set that satisfies the condition C does not have monotonicity, the calculation time cannot be reduced only by the condition C. In this paper, we consider the newly provided that the constraint limit D on the total link length V 1 which is one of the evaluation measure.

すなわち、子問題P(X)において既にリンクの設置の有無が確定している1≦e≦kの範囲で、リンクを設置した箇所の総リンク長(Σe=1 )がDを超えている場合、この子問題に含まれる全ての候補トポロジは必ずV>Dとなるため、以後の分割処理を行う必要がない。 That is, in the child problem P k (X k ), the total link length (Σ e = 1 k d e x e ) of the locations where the links are installed in the range of 1 ≦ e ≦ k where the presence / absence of the link is already determined. ) Exceeds D, all candidate topologies included in this child problem always satisfy V 1 > D, so that it is not necessary to perform subsequent division processing.

また、リンク設置箇所の総リンク長の算出はO(k)の計算量で済むことから、新たに必要となる計算量は、条件Cの計算量と比較して無視できる量であり、総リンク長Vに制約上限を設けることで計算時間の短縮が期待できる。 In addition, since the calculation of the total link length of the link installation location requires only O (k), the newly required calculation amount is negligible compared to the calculation amount of condition C. By providing a constraint upper limit on the length V 1 , a reduction in calculation time can be expected.

ノードNの増加に伴い、全てのノード間にリンクを設置した完全グラフに近い網トポロジを構成することは、網構築コストが膨大なものとなるため実際には非現実的である。このような観点からも、総リンク長Vに制約上限を設けることは合理的な設計ポリシィであると考えられる。 As the number of nodes N increases, it is actually impractical to construct a network topology close to a complete graph in which links are installed between all nodes because the network construction cost becomes enormous. From this point of view, the provision of the constraint limit to the total link length V 1 was considered to be a rational design Porishii.

ただし、総リンク長Vに制約上限を設けることで、生成される網トポロジ集合にVが大きなものが含まれなくなり、AHPを適用したときの結果に差異が生じることが予想される。この件に関しては後述の[AHPの適用結果]において説明する。 However, by setting a constraint upper limit on the total link length V 1 , it is expected that a generated network topology set does not include those having a large V 1, and a difference occurs in the result when AHP is applied. This will be described later in [AHP Application Result].

また、解集合の列挙に要する時間を短縮するには、リンクの設置を確定した範囲が小さく、より多数の候補トポロジを含む子問題において総リンク長Vの制約上限超過が判断できることが望ましい。 Also, to reduce the time required to enumerate the solution set, small range determined the establishment of the link, it is desirable that constraint limit exceeded total link length V 1 in whatever child issues a larger number of candidates topology can be determined.

そこで、L本のリンク設置可能位置に対するラベルづけは全く任意に行うことができることから、リンク距離dが大きな順にラベルづけを行うものとする。この結果、dが大きな順にリンク設置の有無が確定されていくため、可能な限り早い段階で子問題の制約超過が判定できる。 Therefore, since the label pickled can be done quite arbitrarily with respect to link the installation locations of L present, it is assumed that link distance d e performs label pickled in descending order. As a result, d e order is gradually being finalized presence of links installed on a large order, it can be determined constraints exceeded child problems early as possible.

[性能評価]:次に、本例による候補トポロジ列挙処理の性能評価に関して説明する。   [Performance Evaluation]: Next, performance evaluation of candidate topology listing processing according to this example will be described.

本例の候補トポロジ列挙法の有効性を確認するため、実際に公開されているNap.Net,LLCのノード配置を対象に、候補トポロジを列挙した場合の評価結果について述べる。   In order to confirm the effectiveness of the candidate topology enumeration method of this example, Nap. An evaluation result when enumerating candidate topologies for the node arrangement of Net and LLC will be described.

Nap.Net,LLCのトポロジを図2の(a)に示す。また、図3に、6つのノードが存在する各都市の人口をまとめる(ノードkの人口をUとする)。 Nap. The topology of Net, LLC is shown in FIG. FIG. 3 summarizes the population of each city where six nodes exist (the population of node k is U k ).

人口が突出して大きい「ノード0」をハブとするスター型のトポロジに対して、冗長性を高めて信頼性と品質を向上させるために、一部のノード間にバイアスリンクが設置された構造となっていることが確認できる。ノード数N=6であるためL=15本のリンク設置可能位置が存在するが、図2(b)に、これら15本のlを示す。 In order to increase the redundancy and improve the reliability and quality for the star type topology with “Node 0” as a hub with a large population, the bias link is installed between some nodes. It can be confirmed that Links can be installed position for a number N = 6 L = 15 pieces of node exists, but in FIG. 2 (b), illustrates these fifteen l e.

各々のリンクの距離dを、ここではノード間の直線距離に設定する。また、ノード間の交流トラヒック比率rijを、両端のノードの人口の積で比例配分する。すなわち、「rij=U÷Σsd,s≠d」と設定する。 The distance d e of each link, here set to the linear distance between nodes. Further, the alternating traffic ratio r ij between the nodes is proportionally distributed by the product of the populations of the nodes at both ends. That is, “r ij = U i U j ÷ Σ sd, s ≠ d U s U d ” is set.

総リンク長Vに制約上限を設けない場合、制約Cを満たす候補トポロジは11,968個存在する。図4(a)〜(c)に、各評価尺度の累積補分布(CCD:Complementary Cumulative Distribution)を全候補トポロジに対して示す。また、図4(d)に、全候補中の各評価尺度の最小値と最大値をまとめる。 If the total link length V 1 without the constraint limit, the candidate topology that meets the constraints C is present 11,968 pieces. FIGS. 4A to 4C show the cumulative complementary distribution (CCD) of each evaluation scale for all candidate topologies. FIG. 4D summarizes the minimum and maximum values of each evaluation scale among all candidates.

三つの評価尺度の中では評価尺度(トラヒック量比率で重み付けたホップ長の総和)VがCCDの低減速度が速く、大部分の候補トポロジはVの値が小さい。これは、評価に用いた網のノード数Nが「6」と小さいためで、ノード数Nの大きな網においては候補中のVのばらつきが大きくなることが予想される。 Among the three evaluation measures, the evaluation measure (total hop length weighted by the traffic amount ratio) V 2 has a fast CCD reduction speed, and most candidate topologies have a small value of V 2 . This is because the number of nodes N of the network used for evaluation is as small as “6”, and in a network with a large number of nodes N, it is expected that the variation in V 2 among candidates will be large.

[候補トポロジ集合の生成結果]:次に、本例による候補トポロジ集合の生成結果について説明する。   [Generation result of candidate topology set]: Next, the generation result of the candidate topology set according to this example will be described.

図5(a)は、11,968個の全候補トポロジを対して総リンク長Vの値が小さな順にプロットした結果を示している。ただし、横軸を、順位を総候補数11,968で除して正規化したランクで示している。 FIGS. 5 (a) shows a result value of the total link length V 1 for the 11,968 pieces of all candidate topology were plotted in ascending order. However, the abscissa indicates the rank that is normalized by dividing the rank by the total number of candidates 11,968.

図5(a)から、総リンク長Vの値が13×10km程度未満か、25×10km程度を超える候補トポロジは少数のみであり、大部分の候補トポロジは、総リンク帳Vが13×10kmから25×10km程度の間であることが確認できる。 From FIG. 5A, only a small number of candidate topologies have a total link length V 1 value of less than about 13 × 10 3 km or more than about 25 × 10 3 km, and most candidate topologies have a total link book. It can be confirmed that V 1 is between about 13 × 10 3 km and about 25 × 10 3 km.

対象となる候補トポロジ数が全数11,968個の10%から10%刻みになるよう総リンク長Vの制約上限値Dを設定したときに、候補トポロジ集合の生成に要した時間を図5の(b)に示す。本図には、全調査法の結果についても示している。 When the number of candidates topology of interest has a constraint limit D of the total link length V 1 so as to be 10% increments from all 11,968 pieces of 10%, the time required to generate the candidate topology set 5 As shown in (b) of FIG. This figure also shows the results of all survey methods.

図5の(b)から、全調査法では、条件を満たす候補数とは無関係に全ての候補について判定を行うため、所要計算時間は、総リンク長の制約上限Dとは無関係となるが、分割法を用いた場合、総リンク長の制約上限Dを下げ、条件を満たす候補トポロジを少数に絞り込むほど、所要計算時間が低減することが確認できる。   From (b) of FIG. 5, in all the investigation methods, since determination is performed for all candidates regardless of the number of candidates that satisfy the conditions, the required calculation time is irrelevant to the constraint upper limit D of the total link length. When the division method is used, it can be confirmed that the required calculation time is reduced as the upper limit D of the total link length is reduced and the number of candidate topologies satisfying the condition is reduced to a small number.

[AHPの適用結果]:次に、本例の候補トポロジ集合生成技術を、AHPを用いた網トポロジ設計技術に適用する場合について説明する。   [AHP Application Result]: Next, a case where the candidate topology set generation technique of this example is applied to a network topology design technique using AHP will be described.

上述したように、分割法を用いることで候補トポロジ集合の構成に要する時間が短縮されるが、生成される候補に総リンク長Vが制約上限Dを超過するトポロジが除外されるため、AHPの評価結果に影響を与えることが懸念される。 As described above, the time required for the configuration of the candidate topology set is reduced by using the division method, but the topology in which the total link length V 1 exceeds the upper limit constraint D is excluded from the generated candidates. There is a concern that the evaluation results will be affected.

そこで、以下、分割法を用いて生成された候補トポロジ集合にAHPを適用した結果について考察する。   Therefore, the results of applying AHP to the candidate topology set generated using the division method will be considered below.

各評価尺度の相対的な重要度の例として、品質を重視する場合(シナリオ1)と、コストを重視する場合(シナリオ2)の二つを考える。図6に、これら二つシナリオ(Scenario1,2)の各々における評価尺度間の一対比較表を示す。   As examples of the relative importance of each evaluation scale, two cases are considered, where quality is important (scenario 1) and cost is important (scenario 2). FIG. 6 shows a paired comparison table between evaluation scales in each of these two scenarios (Scenario 1, 2).

評価尺度のスコアS は、「シナリオ1」の場合、S =0.2,S =0.4,S =0.4であり、「シナリオ2」の場合、S =0.5,S =0.25,S =0.25であった。整合性C.I.は、いずれのシナリオにおいても「0」となり、一対比較値は整合性があると判断された。 The score S i 1 of the evaluation scale is S 1 1 = 0.2, S 2 1 = 0.4, S 3 1 = 0.4 in the case of “Scenario 1”, and S 1 in the case of “Scenario 2”. It was 1 1 = 0.5, S 2 1 = 0.25, S 3 1 = 0.25. Consistency CI was “0” in any scenario, and the paired comparison values were determined to be consistent.

図7においては、総リンク長Vに制約上限Dを設けずに生成した11,968個の全候補トポロジを対象にAHPを適用したときの、各候補トポロジの総リンク長VをAHPの評価スコアが高い順にプロットした結果を示している。 In Figure 7, when the 11,968 pieces of all candidate topology generated without providing the constraint limit D on the total link length V 1 applying the AHP to the subject, of the total link length V 1 of the respective candidate topology AHP The results plotted in descending order of evaluation score are shown.

コストを重視した評価を行った場合(シナリオ2)、総リンク長の短いトポロジが高く評価される傾向が確認できる。そのため、「シナリオ2」においては、総リンク長Vに制約上限Dを設けて候補トポロジを生成しても、AHPにより上位に評価されるトポロジに大きな変化は見られないことが予想される。 When evaluation is performed with emphasis on cost (scenario 2), it can be confirmed that a topology with a short total link length is highly evaluated. Therefore, in “Scenario 2”, it is expected that even if a candidate topology is generated by providing a constraint upper limit D for the total link length V 1 , no significant change will be seen in the topology evaluated higher by AHP.

一方、品質を重視した評価を行った場合(シナリオ1)には、総リンク長Vと評価順位に明確な相関関係は見られない。AHPで高く評価されるトポロジには、総リンク長Vの長いトポロジも短いトポロジも含まれており、総リンク長Vに制約上限Dを設けて候補トポロジを生成した場合も、これら上位に評価されるトポロジのうち、総リンク長Vの短い一部のトポロジは依然として高く評価されることが期待できる。 On the other hand, if (Scenario 1) was evaluated with an emphasis on quality, clear correlation total link length V 1 and evaluation rank is not observed. The topology is highly regarded AHP, long topology of the total link length V 1 have also been also include shorter topology, even if the generated candidate topology imposes constraints limit D on the total link length V 1, these upper Of the topologies to be evaluated, some topologies with a short total link length V 1 can still be expected to be highly evaluated.

図8に、「シナリオ1」におけるAHPの評価スコアが高かった上位6つのトポロジについて、3つの評価尺度の値Vijと、それらの11,968個の全候補中の相対値(NV:Normalized Value)をまとめた結果を示す。 FIG. 8 shows the top six topologies having the highest AHP evaluation scores in “Scenario 1”, three evaluation scale values V ij and their relative values (NV: Normalized Value) among all 11,968 candidates. ).

ただし、各評価尺度の全候補中の最大値と最小値を各々、max{V},min{V}とすると、相対値NVは「(Vij−min{V})÷(max{V}−min{V})」で定義される。すなわち、相対値NVは、3つの評価尺度Vijが最小のトポロジが「0(ゼロ)」に、最大のトポロジが「1」になるようスケールを調整した値である。 However, if the maximum value and the minimum value among all candidates of each evaluation scale are max {V} and min {V}, the relative value NV is “(V ij −min {V}) ÷ (max {V}”. −min {V}) ”. That is, the relative value NV is a value obtained by adjusting the scale so that the three topologies V ij have the smallest topology “0 (zero)” and the largest topology “1”.

全ての評価尺度は、値が小さなほど望ましいため、相対値NVが小さくゼロ(0)に近いほど、その評価尺度が良好なことを意味する。   Since all evaluation scales are desirable as the value is smaller, the smaller the relative value NV is, the closer to zero (0), the better the evaluation scale is.

総リンク長Vに制約上限Dを設け、生成候補トポロジを全数11,968個の60%に絞った場合(図8の(b))と、20%に絞った場合(図8の(c))を示しており、また、この図8の(b)と図8の(c)に関しては、総リンク長Vに制約上限Dを設けず11,968個の全候補を対象とした場合(図8の(a))におけるAHPの評価順位(「Rank w/o limit」)についてもあわせて示している。 A restriction upper limit D is set for the total link length V 1 , and the generation candidate topologies are reduced to 60% (11 (968) in FIG. 8) or 20% (FIG. 8 (c)). )) shows a hand, when the FIG. 8 (b) and with respect to the (c) in FIG. 8, directed to 11,968 pieces of all candidates without providing a constraint limit D on the total link length V 1 The evaluation order (“Rank w / o limit”) of AHP in ((a) of FIG. 8) is also shown.

図8の(a)に示すように、総リンク長Vに制約上限Dを設けず、制約Cを見たす全ての候補トポロジを対象にAHPを適用した場合、「シナリオ1」では品質を重視しているため、評価尺度Vと評価尺度Vが良好なトポロジが高く評価されている。 As shown in FIG. 8A, when the upper limit D is not provided for the total link length V 1 and AHP is applied to all candidate topologies that see the constraint C, the quality of “scenario 1” is Since the emphasis is on, topologies having good evaluation scale V 2 and evaluation scale V 3 are highly evaluated.

一般的に、設置リンク数を増やすほど、対置ノード間のパスのホップ長と各リンクの負荷は低減するため、評価尺度Vと評価尺度Vは低減すると考えられるが、「シナリオ1」において上位に評価されたトポロジの総リンク長Vは、「1」に近い値ではなく、中程度の値であることが確認できる。 In general, as the number of installed links is increased, the hop length of the path between opposing nodes and the load on each link are reduced. Therefore, it is considered that the evaluation measure V 2 and the evaluation measure V 3 are reduced. It can be confirmed that the total link length V 1 of the top rated topology is not a value close to “1” but a medium value.

中程度の本数のリンクを設置しても、評価尺度Vと評価尺度Vが十分に良好なトポロジが存在し、AHPを用いた評価を行うことで、このような優れたトポロジを選択できる。 Even if a moderate number of links are installed, there are sufficiently good topologies for the evaluation scale V 2 and the evaluation scale V 3 , and such an excellent topology can be selected by performing evaluation using AHP. .

図9に、上位4つのトポロジを示す。図3で示したように、突出して人口の大きい「ノード0」をハブとし、他のノードの次数も比較的高いトポロジが高く評価されている。   FIG. 9 shows the top four topologies. As shown in FIG. 3, the “node 0” that protrudes and has a large population is used as a hub, and the topology with a relatively high degree of other nodes is highly evaluated.

総リンク長Vに制約上限Dを設け、生成する候補トポロジを全数11,968個の60%とした場合(図9の(b))にも、全候補を対象とした場合(図9の(a))で6位以内に評価されたトポロジのいくつかは、やはり6位以内に評価されている。 The constraint limit D on the total link length V 1 provided, if the candidate topology produced was all 11,968 pieces of 60% to ((b) in FIG. 9), which is targeted for all candidates (in FIG. 9 Some topologies evaluated within 6th place in (a)) are also rated within 6th place.

総リンク長Vの制約上限Dをさらに厳しくし、生成する候補トポロジを全数11,968個の20%とした場合(図9の(c))には、上位6位以内に評価されたトポロジに、全候補を対象としたときに6位以内の評価されたものは含まれない。 When the constraint upper limit D of the total link length V 1 is made stricter and the total number of candidate topologies to be generated is 11,968 (20% in FIG. 9C) ((c) in FIG. 9), the top rated top 6 topologies Does not include those rated within 6th place for all candidates.

しかし、この場合も、上位に評価されたトポロジは全数を対象としたときの評価順位が200番程度以内のものであり、全数11,968個の中では相対的な順位が高いトポロジであることが確認できる。   However, in this case as well, the top rated topologies are those with a ranking of about 200 or less when all are targeted, and among the 11,968 total topologies, the top ranking is a high relative ranking. Can be confirmed.

このため、総リンク長Vに制約上限Dを設けて候補トポロジ集合を生成し、品質を重視したAHPによる評価を行った場合も、このような優れたトポロジを見つけ出すことが可能である。 For this reason, it is possible to find such an excellent topology even when a candidate topology set is generated by providing a constraint upper limit D for the total link length V 1 and evaluation is performed by AHP with an emphasis on quality.

図10と図11に、「シナリオ2」における結果を同様に示す。ただし、「シナリオ2」では、候補トポロジを60%に絞った場合と20%に絞った場合では、上位6位以内に評価されたトポロジが全く同一であった。   10 and 11 similarly show the results in “Scenario 2”. However, in “Scenario 2”, when the candidate topology is reduced to 60% and to 20%, the topologies evaluated within the top six are completely the same.

コストを重視する場合、総リンク長Vが小さなトポロジが高く評価される傾向にあることから、総リンク長Vに制約上限Dを設けて候補トポロジを絞り込んだ場合も、AHPの評価結果にほとんど影響を及ぼさないことが確認できる。 When cost is important, topologies with a small total link length V 1 tend to be highly evaluated. Therefore, even when a restriction upper limit D is provided for the total link length V 1 and candidate topologies are narrowed down, the evaluation result of AHP It can be confirmed that it has almost no effect.

次に、図14を用いて、図1における網トポロジ設計システムによる本発明に係る網トポロジ候補列挙方法と網トポロジ設計方法の処理動作を説明する。   Next, processing operations of the network topology candidate enumeration method and the network topology design method according to the present invention by the network topology design system in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

まず、ノード情報・制約上限値入力装置101により、予め入力された制約条件情報(ネットワークを構成する全ノードの位置が与えられ、該前ノードの任意のノード間にリンクを設置することが可能である場合に、正常時および任意の単一リンク障害時にも全ノード間の接続性が維持される)を記憶装置に格納し(ステップS101)、候補トポロジ生成装置102により、記憶装置に格納された制約条件情報を読み出し、当該制約条件の元で構成可能な全てのトポロジを候補トポロジ集合として生成し(ステップS102)、そして、候補トポロジ出力装置103により、生成された候補トポロジ集合を記憶装置に記憶した後に、もしくは直接に最適トポロジ選出装置104に出力する(ステップS103)。   First, the node information / constraint upper limit value input device 101 is given preliminarily input constraint condition information (positions of all nodes constituting the network are provided, and a link can be set between arbitrary nodes of the previous node. In some cases, connectivity between all nodes is maintained during normal operation and during any single link failure) in the storage device (step S101) and stored in the storage device by the candidate topology generation device 102. The constraint condition information is read, all the topologies that can be configured under the constraint condition are generated as candidate topology sets (step S102), and the generated candidate topology set is stored in the storage device by the candidate topology output device 103 Or directly to the optimum topology selection device 104 (step S103).

そして、最適トポロジ選出装置104において、最適な網トポロジの選出処理を実行する(ステップS104)。その際、評価尺度入力装置105が予め入力して記憶装置に格納した(ステップS105)、ネットワーク性能の特定に用いる複数の評価尺度情報を読み出し、各評価尺度を同時に考慮しながら適切な網トポロジを選出すると共に、候補トポロジ生成装置102が生成して候補トポロジ出力装置103から出力される候補トポロジ集合に含まれるトポロジのみを対象に、AHPを用いて最適な網トポロジの選出処理を実行する。最適トポロジ選出装置104において選出された最適な網トポロジは、最適トポロジ出力装置106により、内部の記憶装置もしくは表示装置、あるいはネットワーク接続された外部の通信端末装置等に出力される。   Then, in the optimum topology selection device 104, an optimum network topology selection process is executed (step S104). At that time, the evaluation scale input device 105 inputs in advance and stores it in the storage device (step S105), reads a plurality of pieces of evaluation scale information used for specifying the network performance, and sets an appropriate network topology while simultaneously considering each evaluation scale. At the same time, an optimal network topology selection process is executed using AHP for only the topologies included in the candidate topology set generated by the candidate topology generation apparatus 102 and output from the candidate topology output apparatus 103. The optimum network topology selected by the optimum topology selection device 104 is output by the optimum topology output device 106 to an internal storage device or display device, an external communication terminal device connected to the network, or the like.

以上、図1〜図14を用いて説明したように、本例では、複数の評価尺度を同時に考慮しながら適切な網トポロジを選出する際に予め生成するトポロジ候補数を絞り込む処理において、全ノードの位置が与えられ、任意のノード間にリンクを設置することが可能である場合に、正常時と任意の単一リンク障害時に全ノード間の接続性が維持されるという条件の下で、構成可能な全ての候補トポロジ集合を生成する。この際、分割法を用い、制約条件を満たす全てのトポロジを列挙する元の問題を、一部のリンク設置可能位置に対してリンクの設置の有無を確定した子問題に分割することを反復し、解の候補が一つになった時点で制約条件の判定を行い、制約条件を満たす場合に解の候補として出力する。また、複数の評価尺度として、総リンク長、トラヒック量比率で重み付けたホップ長の総和、リンクに加わる最大トラヒック比率、の三つを用いる。さらに、総リンク長に制約上限を設けることで、複数の解候補を含む子問題全体に対して、条件を満たさないことの判定を可能とし、解の列挙に要する時間を短縮する。また、距離の長いリンクから順番にリンクの設置判定を行うことで、解の列挙に要する時間を短縮する。   As described above with reference to FIGS. 1 to 14, in this example, in the process of narrowing down the number of topology candidates generated in advance when selecting an appropriate network topology while simultaneously considering a plurality of evaluation scales, Configuration, provided that the connectivity between all nodes is maintained during normal operation and during any single link failure. Generate all possible candidate topology sets. At this time, using the division method, the original problem that enumerates all the topologies that satisfy the constraint conditions is repeatedly divided into child problems in which the existence of link installation is determined for some link installation possible positions. When the number of solution candidates becomes one, the constraint condition is determined, and when the constraint condition is satisfied, it is output as a solution candidate. Further, as a plurality of evaluation measures, three of the total link length, the total hop length weighted by the traffic volume ratio, and the maximum traffic ratio applied to the link are used. Furthermore, by providing a constraint upper limit on the total link length, it is possible to determine that the condition is not satisfied for the entire child problem including a plurality of solution candidates, and the time required for enumerating solutions is shortened. Moreover, the time required for enumerating solutions is shortened by performing link installation determination in order from a link with a long distance.

このことにより、本例によれば、複数の評価尺度を同時に考慮しながら適切な網トポロジを選出する際に予め生成するトポロジ候補数を高速に絞り込むことができ、網トポロジ設計を効率的に行うことが可能となる。   As a result, according to this example, the number of topology candidates generated in advance when selecting an appropriate network topology while simultaneously considering a plurality of evaluation measures can be narrowed down at high speed, and network topology design can be performed efficiently. It becomes possible.

尚、本発明は、図1〜図14を用いて説明した例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、本例では、複数の評価尺度を同時に考慮して網トポロジ設計を行う技術として、AHPを用いて説明した、EAD等の他の技術を用いた場合にも適用できる。   In addition, this invention is not limited to the example demonstrated using FIGS. 1-14, In the range which does not deviate from the summary, various changes are possible. For example, in this example, the present invention can also be applied to a case where another technique such as EAD described using AHP is used as a technique for designing a network topology while simultaneously considering a plurality of evaluation measures.

また、本例は、物理トポロジの設計、論理トポロジの設計のいずれに関しても適用することができる。   In addition, this example can be applied to both physical topology design and logical topology design.

また、本例でのコンピュータ構成例に関しても、キーボードや光ディスクの駆動装置の無いコンピュータ構成としても良い。また、本例では、光ディスクを記録媒体として用いているが、FD(Flexible Disk)等を記録媒体として用いることでも良い。また、プログラムのインストールに関しても、通信装置を介してネットワーク経由でプログラムをダウンロードしてインストールすることでも良い。   Also, regarding the computer configuration example in this example, a computer configuration without a keyboard or optical disk drive may be used. In this example, an optical disk is used as a recording medium. However, an FD (Flexible Disk) or the like may be used as a recording medium. As for the program installation, the program may be downloaded and installed via a network via a communication device.

本発明に係る網トポロジ設計システムの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the network topology design system which concerns on this invention. 図1における網トポロジ設計システムの処理対象となるネットワークのトポロジ例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a network topology used as the process target of the network topology design system in FIG. 図2に示す各ノードと当該ノードの収容人口との対応付け情報を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the matching information of each node shown in FIG. 2, and the accommodation population of the said node. 図1における網トポロジ設計システムの処理対象となる網トポロジの基本特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the basic characteristic of the network topology used as the process target of the network topology design system in FIG. 図1における網トポロジ設計システムによる処理対象となる網トポロジの総リンク長の分布と計算時間との関連を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between a distribution of total link lengths of a network topology to be processed by the network topology design system in FIG. 1 and calculation time. 図1における網トポロジ設計システムによる処理対象となる評価尺度間の一対比較表例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a pair comparison table between the evaluation scales used as the process target by the network topology design system in FIG. 図1における網トポロジ設計システムによる処理対象となる各候補トポロジの総リンク長と評価スコアとの関連例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the related example of the total link length of each candidate topology used as the process target by the network topology design system in FIG. 1, and an evaluation score. 図1における網トポロジ設計システムによる処理対象となる各候補トポロジの第1の評価スコア例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 1st evaluation score example of each candidate topology used as the process target by the network topology design system in FIG. 図1における網トポロジ設計システムによる処理で評価スコアが上位となった各候補トポロジの第1の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 1st example of each candidate topology to which the evaluation score became high by the process by the network topology design system in FIG. 図1における網トポロジ設計システムによる処理で評価スコアが上位となった各候補トポロジの第2の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 2nd example of each candidate topology to which the evaluation score became high by the process by the network topology design system in FIG. 図1における網トポロジ設計システムによる処理対象となる各候補トポロジの第2の評価スコア例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 2nd evaluation score example of each candidate topology used as the process target by the network topology design system in FIG. 図1における網トポロジ設計システムで用いるAHPの階層構造例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the hierarchical structure example of AHP used with the network topology design system in FIG. 図1における網トポロジ設計システムで用いるAHPで適用する一致比較値の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the coincidence comparison value applied with AHP used with the network topology design system in FIG. 本発明に係る網トポロジ候補列挙方法と網トポロジ設計方法の処理動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing operation example of the network topology candidate enumeration method and network topology design method which concern on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

101:ノード情報・制約上限値入力装置、102:候補トポロジ生成装置、103:個補トポロジ出力装置、104:最適トポロジ選出装置、105:評価尺度入力装置、106:最適トポロジ出力装置。   101: Node information / constraint upper limit input device, 102: Candidate topology generation device, 103: Individual topology output device, 104: Optimal topology selection device, 105: Evaluation scale input device, 106: Optimal topology output device

Claims (10)

プログラムされたコンピュータ処理を実行する装置により、複数の評価尺度を同時に考慮しながら適切な網トポロジを選出する際に予め生成するトポロジ候補数を絞り込む方法であって、
プログラムされたコンピュータの処理実行手順として、
予め入力された制約条件情報(ネットワークを構成する全ノードの位置が与えられ、該前ノードの任意のノード間にリンクを設置することが可能である場合に、正常時および任意の単一リンク障害時にも全ノード間の接続性が維持される)を記憶装置に格納する第1の手順と、
上記記憶装置に格納された制約条件情報を読み出し、当該制約条件の元で構成可能な全てのトポロジを候補トポロジ集合として生成する第2の手順と
を含むことを特徴とする網トポロジ候補列挙方法。
A method for narrowing down the number of topology candidates generated in advance when selecting an appropriate network topology while simultaneously considering a plurality of evaluation scales by an apparatus that executes programmed computer processing,
As a process execution procedure of the programmed computer,
Pre-entered constraint condition information (when the position of all nodes constituting the network is given and it is possible to install a link between any of the previous nodes, normal and any single link failure A first procedure of storing in a storage device)
A network topology candidate enumeration method comprising: a second procedure of reading the constraint information stored in the storage device and generating all the topologies that can be configured under the constraint as a candidate topology set.
請求項1に記載の網トポロジ候補列挙方法であって、
上記第2の手順では、上記候補トポロジ集合の生成に用いる列挙アルゴリズムとして分割法を用い、
上記制約条件を満たす全てのトポロジを列挙する元の問題を、一部のリンクの設置が可能な位置に対してリンクの設置の有無を確定した子問題に分割することを反復し、解の候補が一つになった時点で上記制約条件の判定を行い、該制約条件を満たす場合に解の候補として出力することで、上記候補トポロジ集合を生成する
ことを特徴とする網トポロジ候補列挙方法。
The network topology candidate enumeration method according to claim 1,
In the second procedure, a division method is used as an enumeration algorithm used for generating the candidate topology set,
Candidate solutions by repeatedly dividing the original problem enumerating all the topologies that satisfy the above constraints into child problems that determine the presence or absence of link installation at positions where some links can be installed A network topology candidate enumeration method characterized by generating the candidate topology set by determining the constraint condition when the number becomes 1, and outputting as a solution candidate when the constraint condition is satisfied.
請求項2に記載の網トポロジ候補列挙方法であって、
上記評価尺度として、総リンク長と、トラヒック量比率で重み付けたホップ長の総和、および、リンクに加わる最大トラヒック比率を用いることを特徴とする網トポロジ候補列挙方法。
A network topology candidate enumeration method according to claim 2,
A network topology candidate enumeration method characterized by using a total link length, a total hop length weighted by a traffic amount ratio, and a maximum traffic ratio applied to a link as the evaluation measure.
請求項3に記載の網トポロジ候補列挙方法であって、
上記総リンク長に制約上限を設け、
上記第2の手順では、リンクを設置した個所の総リンク長が上記制約上限を超えているか否かの判定を行い、超えている場合には、以降の分割処理を停止することを特徴とする網トポロジ候補列挙方法。
A network topology candidate enumeration method according to claim 3,
Set a limit on the total link length above,
In the second procedure, it is determined whether or not the total link length of the place where the link is installed exceeds the upper limit of restriction, and if it exceeds, the subsequent division processing is stopped. Network topology candidate enumeration method.
請求項4に記載の網トポロジ候補列挙方法であって、
上記第2の手順では、距離の長いリンクから順番にリンクの設置判定を行うことを特徴とする網トポロジ候補列挙方法。
The network topology candidate enumeration method according to claim 4,
In the second procedure, a network topology candidate enumeration method characterized by performing link installation determination in order from a link with a long distance.
プログラムされたコンピュータ処理を実行する装置により、ネットワークのトポロジ設計を行う網トポロジ設計方法であって、
プログラムされたコンピュータの処理実行手順として、
予め入力された、ネットワーク性能の特定に用いる複数の評価尺度情報を記憶装置に格納する手順と、
上記記憶装置に格納された複数の評価尺度情報を読み出し、各評価尺度を同時に考慮しながら適切な網トポロジを選出する手順と、
請求項1から請求項5のいずれかに記載の網トポロジ候補列挙方法における各手順と
を含み、
上記適切な網トポロジを選出する手順では、上記網トポロジ候補列挙方法における各手順を実行して生成した候補トポロジ集合に含まれるトポロジを対象に上記網トポロジの選出処理を実行することを特徴とする網トポロジ設計方法。
A network topology design method for designing a topology of a network by an apparatus that executes programmed computer processing,
As a process execution procedure of the programmed computer,
A procedure for storing a plurality of pieces of evaluation scale information used for specifying network performance, which is input in advance, in a storage device;
A procedure for reading out a plurality of evaluation scale information stored in the storage device and selecting an appropriate network topology while simultaneously considering each evaluation scale;
Each procedure in the network topology candidate enumeration method according to any one of claims 1 to 5,
In the procedure of selecting an appropriate network topology, the network topology selection processing is executed for the topologies included in the candidate topology set generated by executing each procedure in the network topology candidate enumeration method. Network topology design method.
プログラムされたコンピュータ処理によって、複数の評価尺度を同時に考慮しながら適切な網トポロジを選出する際に予め生成するトポロジ候補数を絞り込む装置であって、
プログラムされたコンピュータ処理を実行する手段として、
請求項1から請求項5のいずれかに記載の網トポロジ候補列挙方法における各手順を実行する手段を具備したことを特徴とする網トポロジ候補列挙装置。
An apparatus for narrowing down the number of topology candidates generated in advance when selecting an appropriate network topology while simultaneously considering a plurality of evaluation measures by programmed computer processing,
As a means of performing programmed computer processing,
A network topology candidate enumeration apparatus comprising means for executing each procedure in the network topology candidate enumeration method according to any one of claims 1 to 5.
プログラムされたコンピュータ処理によって、ネットワークのトポロジ設計を行う網トポロジ設計システムであって、
プログラムされたコンピュータ処理を実行する手段として、
予め入力された、ネットワーク性能の特定に用いる複数の評価尺度情報を記憶装置に格納する第1の手段と、
上記記憶装置に格納された複数の評価尺度情報を読み出し、各評価尺度を同時に考慮しながら適切な網トポロジを選出する第2の手段と、
請求項1から請求項5のいずれかに記載の網トポロジ候補列挙方法における各手順を実行して上記候補トポロジ集合を生成する第3の手段とを具備し、
上記第2の手段は、上記第3の手段が生成した候補トポロジ集合に含まれるトポロジを対象に上記網トポロジの選出処理を実行することを特徴とする網トポロジ設計システム。
A network topology design system for designing a topology of a network by programmed computer processing,
As a means of performing programmed computer processing,
First means for storing, in a storage device, a plurality of pieces of evaluation scale information used for specifying network performance, which are input in advance;
Second means for reading out a plurality of evaluation scale information stored in the storage device and selecting an appropriate network topology while simultaneously considering each evaluation scale;
A third means for generating the candidate topology set by executing each procedure in the network topology candidate enumeration method according to any one of claims 1 to 5;
The network topology design system, wherein the second means executes the network topology selection processing for the topologies included in the candidate topology set generated by the third means.
コンピュータに、請求項1から請求項5のいずれかに記載の網トポロジ候補列挙方法における各手順を実行させるためのプログラム。   The program for making a computer perform each procedure in the network topology candidate enumeration method in any one of Claims 1-5. コンピュータに、請求項6に記載の網トポロジ設計方法における各手順を実行させるためのプログラム。   The program for making a computer perform each procedure in the network topology design method of Claim 6.
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