JP2010206581A - Topology generation system, method, network topology design system, and program - Google Patents

Topology generation system, method, network topology design system, and program Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To allow appropriate network topology design according to a degree of importance in subjective evaluation by a designer. <P>SOLUTION: At an input part 101, condition information, which contains a total link length of network, an average hop length weighed with a traffic ratio, and an average value of traffic amount ratio the connectivity of which is lost when single link failure is input from an input device and stored in a memory device. At a candidate topology set generating part 100, the condition information is read out of the memory device and a candidate topology set is generated within a predetermined time. At an output part 103, the candidate topology set generated by the candidate topology set generating part 100 is output through an output device. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ネットワークにおけるトポロジの構成技術に係り、特に、複数のトポロジ候補を効率的に選定し、網トポロジの効率的な設計を可能とするのに好適な技術に関するものである。   The present invention relates to a topology configuration technique in a network, and more particularly to a technique suitable for efficiently selecting a plurality of topology candidates and enabling efficient design of the network topology.

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ISP(Internet Service Provide)にとって、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。   The physical topology design of how to configure the physical network topology is an important issue for telecommunications carriers and ISPs (Internet Service Provide) that manage and operate physical resources of networks such as optical fibers and routers. It is.

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。また物理トポロジは、リンク負荷やパケットの経路に影響を与え、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1つの要因となる。   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. The physical topology affects the link load and the packet route, and is one factor that determines user quality such as transmission delay quality and throughput.

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。   For the user, it is desirable to avoid congestion at the transit node and to reduce the transmission delay so that the total route distance 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.

また、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、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。   Also, if the number of installed nodes and links is reduced in order to reduce equipment costs and management / maintenance costs, there is a possibility that the load will be concentrated on a specific link, and connectivity between nodes will be lost in the event of a link or node failure. Possibility increases and reliability decreases.

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。   As described above, when designing a network topology, it is necessary to simultaneously consider a plurality of evaluation measures that are different in units such as the degree of traffic distribution, the average path length, the network cost, and the reliability, and that are mutually contradictory. is there.

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として、AHP(Analytic Hierarchy Process)が知られている。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。   AHP (Analytic Hierarchy Process) is known as a technique for making a rational decision making considering a plurality of evaluation scales at the same time. In AHP, related elements are grasped by a hierarchical structure, and qualitative measures such as importance of an evaluation measure are quantified by a paired comparison to enable rational decision making.

そこで、本願発明者は、AHPを網トポロジ評価へ適用した技術を、特許文献1において提案している。この技術では、AHPを用いることで、以下のように、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。   Therefore, the inventor of the present application proposes a technique in which AHP is applied to network topology evaluation in Patent Document 1. In this technique, by using AHP, an appropriate network topology design corresponding to the importance of a designer's subjective evaluation scale can be achieved as follows.

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1に示すような階層構造で把握する。   Usually, there are 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1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,…)をとることも可能である。図1では2階層構造を示している。 However, elements that are related to each other are connected by a straight line (only a part is shown in FIG. 1 for the sake of convenience), and the evaluation scale V can have a plurality of hierarchical structures (V 1 , V 2 ,...). is there. FIG. 1 shows a two-layer structure.

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。AHPでは、以下に説明するように、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。   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. In AHP, as will be described below, quantification is made by comparing a pair of importance levels among all elements for element sets belonging to the same hierarchy.

まず、階層cに属する要素Xと要素Xに対して、図2に示す値を、要素Xの要素Xに対する相対的な重要度aijに設定する。要素Xの本来の重みをw、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。 First, the element X i and element X j belonging to the hierarchy c, and the values shown in FIG. 2, sets the relative importance a ij for the element X j elements X i. When the original weight w i of the element X i, the original weight of the element X j and w j, ideally satisfy the relationship of a ij = w i / w j .

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。すなわち、行列Aの最大固有値をλmaxとすると、λmax≧nとなる。そこで、式「C.I.=(λmax−n)/(n−1)」で定義される整合度C.I.を用いて整合性を判断する。 Actually, since it is difficult to perform a pairwise comparison with perfect consistency, it is necessary to determine the consistency of the matrix A. That is, assuming that the maximum eigenvalue of the matrix A is λ max , λ max ≧ n. Therefore, the degree of matching C.I defined by the formula "CI. = ([Lambda] max- n) / (n-1)". I. Is used to determine consistency.

整合性が増すほど、行列Aの最大固有値λmaxは減少し、完全に整合性がとれているときには、行列Aの最大固有値λmax=nとなるので、整合度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。 More consistency increases, the maximum eigenvalue lambda max of the matrix A is decreased, when completely consistent is taken, since the maximum eigenvalue lambda max = n matrix A, the matching degree C. I. Is smaller, the consistency is higher. I. If it is 0.1 or less, it is considered as passing.

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 とする。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、階層cの要素V の問題Pに対するスコアS は、次の数1の式より算出できる。 Let w ij c be the weight of element i in layer c with respect to element j in layer c-1. Of Hierarchical c-1 element and a set of elements that element V i c hierarchy c is related to the [Phi i c, the score S i c to the problem P elements V i c hierarchy c, the number of the next 1 It can be calculated from the formula of

Figure 2010206581
Figure 2010206581

階層1においては、問題Pに対する各要素の重みがそのままスコアS となる。 In the hierarchy 1, the weight of each element for the problem P becomes the score S i 1 as it is.

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。 Hereinafter, the hierarchical c = 2,3, ... order can be calculated score S i c of, ultimately, 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をネットワークにおける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 the topology design in the network, the problem P to be solved (in this case, “optimal network selection”) is evaluated in the top hierarchy (hierarchy 0), and the central hierarchy (hierarchy 1) is evaluated. measure 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。また、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. Further, the score (weight) for each element (evaluation scale) of hierarchy 1 of 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(Xij=1/Vij)とし、この逆数Xijに基づいて重みを算出する。 AHP highly evaluates elements with high scores. Therefore, when each evaluation measure is so good that it takes a small value, the reciprocal of the value V ij of the evaluation measure j of the candidate topology i is set to X ij (X ij = 1 / V ij ), and the reciprocal X ij Based on this, the weight is calculated.

階層2の要素の重みwij は、正規化条件「Σi=1 N2(wij )=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、階層2の要素の重みwij は、「wij =Xij/Σk=1 N2(Xkj)」となる。 The weight w ij 2 of the element of the layer 2 needs to satisfy the normalization condition “Σ i = 1 N2 (w ij 2 ) = 1” (N 2 is the number of elements of the layer 2). Since the value obtained by simply normalizing X ij among all candidates is regarded as the weight, the weight w ij 2 of the element in the layer 2 is “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Xijの値の差異が、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, since the number of network topology candidates becomes very large, the denominator becomes large, and the difference in the value of X ij between the candidates is a much smaller value than the score difference between the evaluation measures. 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.

この問題を解決するために本願発明者は、以前、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することを提案した。すなわち、aとbを任意の実数とし、Yij=a(Xij+b)とする。この場合、重みwij は、次の数2の式のようになる。 In order to solve this problem, the inventor of the present application has previously proposed that a value obtained by normalizing a value Y ij obtained by linearly transforming X ij is used as a weight instead of using the value X ij of the evaluation scale itself. That is, a and b are arbitrary real numbers, and Y ij = a (X ij + b). In this case, the weight w ij 2 is expressed by the following equation (2).

Figure 2010206581
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正規化するため、重みwij は、実数aとは無関係となる。また、ここでは全ての重みが0(ゼロ)以上の値をとるよう、評価尺度の値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})。 To normalize the weights w ij 2 becomes independent of the real number a. Here, a value obtained by multiplying the minimum value among all candidates of the evaluation scale value X ij by “−1” is set to b (b = −min) so that all weights take values of 0 (zero) or more. 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。 By performing linear transformation in this way, it is possible to widen the difference in weight between candidates, and in particular, it is possible to greatly reduce the weight for a candidate with a large evaluation value (small X ij ). It is possible to avoid the problem of erroneously evaluating a topology including a very bad evaluation measure.

しかし、AHPを用いた網トポロジ(ネットワークトポロジ)評価を行うに際しては、事前に評価対象となる「候補トポロジの集合」を生成する必要がある。以下、このような「候補トポロジの集合」の生成に関して説明する。   However, when performing network topology (network topology) evaluation using AHP, it is necessary to generate a “candidate topology set” to be evaluated in advance. Hereinafter, generation of such a “candidate topology set” will be described.

ネットワーク(NW)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の設置が可能とする。   Consider nodes and links as generalized components of the network (NW). The position of the node and the AC traffic matrix between the nodes are given, and it is possible to install 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 the 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。 The link installation locations of these L present, because the candidate topology is generated by selecting a portion for installing the link, the total number of possible configurations candidate topology becomes 2 L.

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、列挙アルゴリズムの一つとして、以下に説明する「分割法」が従来から知られている。   In general, the problem of outputting all candidates satisfying a certain condition without duplication is called an “enumeration problem”, and the “division method” described below is conventionally known as one of the enumeration algorithms.

分割法は、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 division method is an enumeration method that divides a solution set of a problem and recursively solves each as a child problem, and when the number of solutions included in the child problem becomes the only one as a result of repeated division, the solution is obtained. Is output.

そのため、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る。上述の候補トポロジに関しては、L本のリンク設置可能位置の各々に対し、1から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。 Therefore, in order to apply the division method, it is necessary to solve the problem recursively. Regarding the above-described candidate topologies, numbers 1 to L are arbitrarily assigned to each of the L link installable positions, and each link installable position is expressed as “l 1 , l 2 ,..., L L ”. To do.

リンク設置可能位置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 defines “1” when installing a link at the link installation position l e and “0” when not installing it is defined as x e , it is arbitrary using an L-dimensional vector X having x e as an element. Can be represented.

リンク設置可能位置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、残るリンク設置可能位置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。 For each of the links can be installed position l e, partly when decided whether installation of the link, recursively child issues a combination of the presence or absence of installation of the link to the solution set for the remaining links installable position l e It is possible to divide the network into the network topology enumeration.

分割法では、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。   In the division method, 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.

そのため、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。このことは、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。   Therefore, in order to shorten the calculation time, it is necessary to be able to determine that there is no solution that satisfies the condition for a child problem including a plurality of candidates. This means that in a child problem including a plurality of solutions, it is necessary to determine that all candidates do not satisfy the condition C without determining whether each of the candidate topology sets satisfies the condition C.

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。   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.

そこで、本願発明者は、特願2008−170359号において、総リンク長に制約上限値Dを新たに設ける技術を提案している。この技術では、既にリンクの設置の有無が確定している範囲で、総リンク長が制約上限値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総リンク長の制約上限を超過するため、以後の分割処理を行う必要がなく、計算時間の短縮が期待できる。   Therefore, the inventor of the present application proposes a technique for newly providing a constraint upper limit value D in the total link length in Japanese Patent Application No. 2008-170359. In this technique, if the total link length exceeds the upper limit limit D within the range in which the presence or absence of the link is already determined, all candidate topologies included in this child problem must be the upper limit of the total link length. Therefore, it is not necessary to perform subsequent division processing, and a reduction in calculation time can be expected.

しかし、この技術によっても、大規模なネットワークに対しては、網トポロジ候補の生成を、現実的な時間内で行うことができない場合がある。   However, even with this technique, it may not be possible to generate network topology candidates within a realistic time for a large-scale network.

以下、このようなケースについて、CAIDAのWebページで公開されている36の商用ISPバックボーンNWのノード配置を用いて説明する。   Hereinafter, such a case will be described using the node arrangement of 36 commercial ISP backbone NWs disclosed on the CAIDA Web page.

図3に、これら36のNWのノード数N、リンク数M、平均ノード次数Ar、最大ノード次数Maxをまとめる。   FIG. 3 summarizes the number N of nodes, the number M of links, the average node order Ar, and the maximum node order Max of these 36 NWs.

各々のリンク設置可能位置eのリンク距離dを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(ノードiを発、ノードjを着とするトラヒック量のNW全体のトラヒック量に対する比率)を、両端のノードの人口比の積に設定する。 To link distance d e of each link can be installed position e to the linear distance between nodes. Further, the exchange traffic ratio r ij between nodes (the ratio of the traffic volume originating from node i and arriving at node j to the traffic volume of the entire NW) is set to the product of the population ratios of the nodes at both ends.

すなわち、ノードkの人口をU、人口の総和をU、ノードkの人口比率をr(=U/U)とすると、「rij=r」となる。 That is, if the population of the node k is U k , the total population is U, and the population ratio of the node k is r k (= U k / U), then “r ij = r i r j ”.

パケットの転送経路としてOSPF(Open Shortest Path First)による最短ホップ経路が設定されることを想定し、各候補トポロジを評価するための1番目の評価尺度Vとして総リンク長を考え(V=Σe∈E(d))、2番目の評価尺度Vとしてトラヒック量比率で重み付けた平均ホップ長(ホップ数)εを考える(V=ε=Σi,j∈V(rijij))。ただし,VとEは各々、ノードとリンクの集合であり、hijはノードiとノードjの間の最短ホップ長(ホップ数)である。 Assuming that the shortest hop route by OSPF (Open Shortest Path First) is set as the packet transfer route, the total link length is considered as the first evaluation measure V 1 for evaluating each candidate topology (V 1 = Σ eεE (d e )) As the second evaluation measure V 2 , consider the average hop length (hop count) ε weighted by the traffic amount ratio (V 2 = ε = Σ i, jεV (r ij h ij )). However, V and E are a set of nodes and links, respectively, and h ij is the shortest hop length (number of hops) between the nodes i and j.

また、NW上のあるリンクeのSLF(Single Link Failure、単一リンク故障:同時に故障するリンクは一つだけと仮定)時に接続性が喪失するノードペアの集合をPとするとき、SLF時に接続性が喪失するトラヒック量比率の平均値ξを次の数3の式で定義し、このSLF時に接続性が喪失するトラヒック量比率の平均値ξを、3番目の評価尺度として用いる。 Further, SLF link e with upper NW: when the set of node pairs that loss at connectivity and P e (Single Link Failure, single link failure only assume one link fail simultaneously), connected at SLF The average value ξ of the traffic amount ratio at which the connectivity is lost is defined by the following equation (3), and the average value ξ of the traffic amount ratio at which the connectivity is lost at the SLF is used as the third evaluation measure.

Figure 2010206581
Figure 2010206581

図4(a)に、図3に示した36の各NWにおける、SLF時に接続性が喪失するトラヒック量比率の平均値ξを、ノード数Nに対してプロットした結果を示す。36のNWの中でSLF時に完全に接続性が維持される(ξ=0)NWは7つのみであり、大部分のNWにおいては2%程度未満ではあるものの、僅かな比率のトラヒックに対する接続性が平均的には喪失することが確認できる。   FIG. 4A shows a result of plotting the average value ξ of the traffic amount ratio at which connectivity is lost during SLF in each of the 36 NWs shown in FIG. Connectivity is completely maintained during SLF among 36 NWs (ξ = 0). Only 7 NWs are connected to a small proportion of traffic, although the ratio is less than 2% in most NWs. It can be confirmed that sex is lost on average.

しかも、7つのNWのうち4つは、ノード数Nが10未満の小規模NWであり、多くの、特に、中規模以上のNWにおいては、SLF時に完全な接続性を保てるNWは稀である。   Moreover, four of the seven NWs are small-scale NWs with a node number N of less than 10, and many NWs, particularly medium-sized or larger NWs, rarely have NWs that can maintain complete connectivity during SLF. .

これは、現実的なコストでNWを構築するためには、ただ1つのノードにのみ接続する次数が1のノードが、ある程度、存在せざるを得ないことが理由であると思われる。   This seems to be because, in order to construct an NW at a realistic cost, there must be a certain degree of nodes of degree 1 connected to only one node.

分割法を用いた候補トポロジ列挙法では、総リンク長Vに制約上限Dを設けることで、所要計算時間を短縮するが、Dの値をどの程度に設定するかが問題となる。例えば、制約上限Dを小さく設定するほど所要計算時間が短くなるが、生成される候補トポロジが、より制約上限Dが小さな少数のものに限定される。 The candidate topology enumeration method using division method, by providing the restriction upper limit D on the total link length V 1, is to shorten the required calculation time, to set to what extent the value of D becomes a problem. For example, as the constraint upper limit D is set smaller, the required calculation time is shortened, but the generated candidate topologies are limited to a small number having a smaller constraint upper limit D.

AHPを用いて適切なトポロジを選出する際、評価対象とする候補トポロジの各評価尺度の値のレンジが広いほど、より柔軟な評価を行うことができ、制約上限Dが大きな方が望ましい。   When selecting an appropriate topology using AHP, the wider the range of values of each evaluation scale of the candidate topology to be evaluated, the more flexible evaluation can be performed, and it is desirable that the constraint upper limit D is larger.

そこで、実際のNWで総リンク長がどの程度の値になっているかを確認するため、図4(b)において、図3における36の各NWの総リンク長を、L個の全リンク設置可能位置にリンクを設置した場合(フルメッシュ)の総リンク長Dmaxで除した値を、各々、ノード数Nに対してプロットした結果を示す。 Therefore, in order to confirm how much the total link length is in the actual NW, in FIG. 4B, the total link length of each NW 36 in FIG. The results of plotting the values divided by the total link length Dmax when a link is installed at the position (full mesh) against the number N of nodes are shown.

ノード数Nが小さい場合、フルメッシュ状に全設置可能位置にリンクを設置することも可能であり、実際、小規模NWのいくつかはフルメッシュに近い形状となっている。   When the number N of nodes is small, it is possible to install links at all possible installation positions in a full mesh shape. In fact, some of the small-scale NWs have a shape close to a full mesh.

しかし、ノード数Nの増加に伴いリンク設置可能位置が爆発的に増加するため、ノード数Nの増加に伴い、現実のNWにおける総リンク長は、フルメッシュの場合の総リンク長と比較して遥かに小さくなる。   However, as the number of nodes N increases, the number of link installable positions increases explosively. As the number of nodes N increases, the total link length in an actual NW is compared with the total link length in the case of a full mesh. Much smaller.

そこで、実際のNWにおける総リンク長の規模のトポロジが候補に含まれるように、総リンク長比率の上限D/Dmaxの値を、N<10のNWに対しては「1」、10≦N<30のNWに対しては「0.2」、30≦N<40のNWに対しては「0.07」、40≦N<60のNWに対しては「0.03」、60≦NのNWに対しては「0.02」に、おおまかに設定する。図4(b)において、設定したD/Dmaxの値を合わせて示す。 Therefore, the upper limit D / D max of the total link length ratio is set to “1” for N <10 NW, so that the topology of the total link length in the actual NW is included in the candidates. “0.2” for NW with N <30, “0.07” for NW with 30 ≦ N <40, “0.03” with NW for 40 ≦ N <60, 60 For NW of ≦ N, set to “0.02” roughly. In FIG. 4B, the set D / D max value is also shown.

L(=N(N−1)/2)のリンク設置可能位置から距離の短い順にx本を選び出したときの、これらx本のリンク長の総和をG(x)とし、G(x)≦Dを満たすxの最大値をx’とする。   G (x) is defined as the sum of the x link lengths when x are selected in order from the shortest distance from the link installable position of L (= N (N−1) / 2), and G (x) ≦ Let x ′ be the maximum value of x that satisfies D.

これらx’本のリンク設置可能位置の全てにリンクを設置した場合も、制約条件V≦Dを満足することから、x’本の各々について、リンクを設置する場合としない場合の組み合わせから生成される2x’個のトポロジは、全て、総リンク長の制約上限を満足する。 Even when links are installed at all of these x ′ link installation possible positions, the constraint condition V 1 ≦ D is satisfied, and therefore, for each of x ′, generated from a combination of cases where a link is not installed or not. All of the 2 x ′ topologies to be satisfied satisfy the upper bound on the total link length.

実際には、これらx’本以外のリンク設置可能位置にリンクを設置したトポロジの中には、V≦Dを満足するものが多数存在するため、列挙すべき候補トポロジ数は2x’個より遥かに大きくなるが、大規模NWに対して、分割法を用いて候補トポロジを生成する場合の所要計算時間の次元を把握するため、ここでは、最低限、列挙する必要のある2x’個のトポロジの生成に要する時間を評価する。 Actually, there are many topologies that satisfy V 1 ≦ D among the topologies in which links are installed at positions other than x ′ where links can be installed. Therefore, the number of candidate topologies to be enumerated is 2 × ′. Although it becomes much larger, in order to grasp the dimension of the required calculation time when a candidate topology is generated using a division method for a large-scale NW, here, at least 2 x ′ that needs to be listed is necessary. Evaluate the time required to generate individual topologies.

図5(a)に、図3に示す36のNWにおける、「リンク長の総和G(x)≦制約上限D」を満たすリンク設置可能位置xの最大値x’の値を、ノード数Nに対してプロットした結果を示す。ノード数Nの増加に伴い、リンク設置可能位置の、フルメッシュ総リンク長Dmaxに対して距離の短いリンク設置可能位置の数が増加する。 FIG. 5A shows the maximum value x ′ of the link installable position x satisfying “total link length G (x) ≦ constraint upper limit D” in 36 NWs shown in FIG. The result plotted against is shown. As the number N of nodes increases, the number of link installable positions having a short distance with respect to the full mesh total link length Dmax of the link installable positions increases.

そのため、ノード数Nが大きなほど、総リンク長Vの制約上限DのDmaxに対する比率を抑えているものの、ノード数Nの増加に伴い、リンク長の総和G(x)≦制約上限Dを満たす、リンク設置可能位置xの最大値x’の値は急増する。 Therefore, the larger the number of nodes N is, the smaller the ratio of the constraint upper limit D of the total link length V to D max is. However, as the number of nodes N increases, the total link length G (x) ≦ the constraint upper limit D is satisfied. The maximum value x ′ of the link installable position x increases rapidly.

所要計算時間は、考慮する制約条件や評価尺度に依存するため、ここでは、分割法に固有の処理であり、必ず必要となる、再帰演算により2x’個のトポロジに対するリンク設置状態ベクトルXを生成するのに要する時間のみを評価する。 Since the required calculation time depends on the constraint condition and the evaluation scale to be considered, here, it is a process specific to the division method, and the link installation state vector X for 2 x ′ topologies is always obtained by recursive calculation. Evaluate only the time required to generate.

実際には、制約条件の判定や評価尺度の算出に要する時間が加わることから、ここで評価する計算時間よりも、実際の所要計算時間は遥かに大きい。   Actually, since the time required for determining the constraint condition and calculating the evaluation scale is added, the actual required calculation time is much longer than the calculation time evaluated here.

3GHzのCPU(Central Proccessing Unit)を2つと、8GBのメモリを実装したPC(パーソナルコンピュータ)で、リンク長の総和G(x)≦制約上限Dを満たす、リンク設置可能位置xの最大値x’=28の場合について計算したところ約41秒を要した。   The maximum value x ′ of the link installable position x satisfying the total link length G (x) ≦ constraint upper limit D on a PC (personal computer) equipped with two 3 GHz CPUs (Central Processing Units) and 8 GB memory. Calculation for the case of = 28 took about 41 seconds.

図5(b)に、理論的な所要計算時間の下限である「41×2x’−28」の値を、ノード数Nに対してプロットした結果を示す。ただし、ノード数N≧74の4つのNWについては、所要計算時間の下限が10100を超えたため省いている。 FIG. 5B shows the result of plotting the value of “41 × 2 x′−28 ”, which is the lower limit of the theoretical required calculation time, against the number N of nodes. However, the four NW node number N ≧ 74, are omitted for the lower limit of the required calculation time exceeds 10 100.

ノード数Nが10程度以上のNWでは、総リンク長に現実的な値の制約上限を設け分割法を用いた場合も、3時間(10秒)程度の現実的な時間では、候補トポロジの集合を生成できないことが確認される。 In an NW where the number of nodes N is about 10 or more, even when a practical upper limit is set for the total link length and the division method is used, in a realistic time of about 3 hours (10 4 seconds), the candidate topology It is confirmed that the set cannot be generated.

以上、説明したように、AHPは、複数の候補が与えられたときに、複数の評価尺度を同時に考慮して、各候補を総合的に評価する技術であるが、評価対象となる候補の生成技術については何ら規定していない。   As described above, AHP is a technique for comprehensively evaluating each candidate in consideration of a plurality of evaluation scales when a plurality of candidates are given. There is no provision for technology.

また、分割法は、ある条件を満たす解の候補を、再帰的な処理で全て重複することなく出力する技術であるが、条件を満たす解の候補を全て出力するため、それら条件を満たす候補の数が膨大な場合には、やはり分割法を用いても現実的な時間で候補を生成することができない。   In addition, the division method is a technique for outputting all candidate solutions satisfying a certain condition without duplication by recursive processing. However, since all candidate solutions satisfying the condition are output, the candidate candidates satisfying those conditions are output. If the number is enormous, candidates cannot be generated in a realistic time even using the division method.

特開2006−353926号公報JP 2006-353926 A

解決しようとする問題点は、従来の技術では、例えば、(1)AHPでの評価対象となる候補の生成技術については何ら開示されていない点と、(2)分割法では、条件を満たす候補の数が膨大な場合には、現実的な時間で候補トポロジを生成することができない点である。   The problems to be solved are, for example, (1) that the generation technique of candidates to be evaluated in AHP is not disclosed in the conventional technique, and (2) candidates that satisfy the conditions in the division method. In the case where the number of nodes is enormous, the candidate topology cannot be generated in a realistic time.

本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、大規模NWに対しても現実的な時間で候補トポロジを生成可能とし、生成した候補トポロジを用いて網トポロジ設計を行うシステムの性能の向上を図ることである。   The object of the present invention is to solve the problems of the prior art, to generate a candidate topology in a realistic time even for a large-scale NW, and to improve the performance of a system that performs network topology design using the generated candidate topology. It is to improve.

上記目的を達成するため、本発明では、条件を満たす解の候補を全て列挙するのではなく、望ましい性質を持つと思われる解の候補のみを効率的に生成する。具体的には、全リンク長と、トラヒック比率で重みづけた平均ホップ長(ホップ数)、および、単一リンク障害時(SLF)に接続性が喪失するトラヒック量比率の平均値、の3つを評価尺度として、まず、ネットワークに求められる最低限度の要件である全ノード間の接続性を満たすトポロジを生成し、生成したこのトポロジに対して、単一リンク障害(SLF)時に接続性が維持されるレベルを現状のネットワークと同等程度の水準となるよう最小限のリンクを付加したトポロジを基本トポロジとして生成し、さらに、この基本トポロジに対して、総リンク長のバリエーションが最大になるよう、多様なトポロジ候補が生成されるよう、最少数のリンク設置可能位置を選出する。   In order to achieve the above object, the present invention does not enumerate all solution candidates that satisfy the conditions, but efficiently generates only solution candidates that seem to have desirable properties. Specifically, the total link length, the average hop length (number of hops) weighted by the traffic ratio, and the average value of the traffic volume ratio at which connectivity is lost when a single link failure (SLF) occurs. First, a topology that satisfies the connectivity between all nodes, which is the minimum requirement required for the network, is generated, and connectivity is maintained for this generated topology during a single link failure (SLF). A topology with a minimum number of links added is generated as a basic topology so that the level to be the same level as the current network, and further, for this basic topology, the maximum link length variation is maximized. A minimum number of link installation positions are selected so that various topology candidates are generated.

本発明によれば、大規模ネットワークに対し、現実的な時間で、候補トポロジの集合を生成することができ、生成した候補トポロジを用いて当該大規模ネットワークにおけるトポロジ設計を行うシステムの性能を向上させることができる。   According to the present invention, a set of candidate topologies can be generated in a realistic time for a large-scale network, and the performance of a system that performs topology design in the large-scale network using the generated candidate topologies is improved. Can be made.

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. 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 by AHP. 本発明の評価に用いた各ネットワークの基本特性の具体例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the specific example of the basic characteristic of each network used for evaluation of this invention. ノード数に対応するSLF時の接続性喪失トラヒック量比率の平均値と総リンク長比率の具体例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the specific example of the average value of the loss-of-connectivity traffic amount ratio at the time of SLF corresponding to the number of nodes, and a total link length ratio. ノード数に対応するリンク設置可能数の下限と理論上の所要計算時間の下限の具体例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the specific example of the minimum of the link installation possible number corresponding to the number of nodes, and the minimum of theoretical required calculation time. 本発明に係る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 system which concerns on this invention. ノード数に対応するトポロジTの構成リンク数とトポロジTを得るのに要した計算時間の具体例を示す説明図である。It is an explanatory diagram showing a specific example of a calculation time required to obtain the topology T b number of component links of the topology T b corresponding to the number of nodes. 本例のシステムの第1の評価結果例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 1st evaluation result example of the system of this example. 本例のシステムの第2の評価結果例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 2nd evaluation result example of the system of this example. 本発明に係るシステムの処理例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process example of the system which concerns on this invention.

以下、図を用いて本発明を実施するための形態例を説明する。図6においては、本発明に係るトポロジを生成するシステムの構成例を示しており、本システムは、CPU(Central Processing Unit)や主メモリ等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、各処理部の機能を実行する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 shows a configuration example of a system for generating a topology according to the present invention. This system has a computer configuration including a CPU (Central Processing Unit), a main memory, and the like, and is connected via an optical disk drive device or the like. After the program and data recorded in a storage medium such as a CD-ROM are installed in the external storage device, the function of each processing unit is executed by reading the program and data from the external storage device into the main memory and processing them by the CPU.

本例のシステムでは、プログラムされたコンピュータ処理を実行する各処理部として、候補トポロジ集合生成部100と入力部101(図中「ノード情報,トラヒック比率情報,リンク設置個所候補数,入力部」と記載)および出力部106(図中「候補トポロジ出力部」と記載)を具備している。   In the system of this example, candidate topology set generation unit 100 and input unit 101 (“node information, traffic ratio information, number of link installation location candidates, input unit” in the figure) are used as each processing unit that executes programmed computer processing. Description) and an output unit 106 (described as “candidate topology output unit” in the figure).

入力部101は、図示していないキーボードやマウス等の入力装置を用いた操作者の入力操作により、例えば、外部記憶媒体、あるいは、ネットワークを介したオンラインで入力される、処理対象のネットワークにおける全ノードの位置情報や各ノード間のトラヒック量比率、単一リンク障害(SLF)時の平均接続制御喪失トラヒック量比率の要求水準ξ’、リンク設置個所候補数x等の条件情報を入力して、図示していない記憶装置に格納する。   The input unit 101 is an all-in-one network in the processing target network that is input online, for example, via an external storage medium or a network by an operator's input operation using an input device such as a keyboard or a mouse (not shown). Input condition information such as node position information, traffic volume ratio between nodes, average connection control loss traffic volume ratio requirement ξ 'at the time of single link failure (SLF), number of link installation location candidates x, Store in a storage device (not shown).

候補トポロジ集合生成部100は、記憶装置から条件情報を読み出し、この条件情報を用いて、本発明に係る処理、すなわち、正常時の全ノード間の接続性確保を条件とした、現実的な時間内での候補トポロジ集合の生成を行う。   The candidate topology set generation unit 100 reads out the condition information from the storage device, and uses this condition information to perform a process according to the present invention, that is, a realistic time on the condition of ensuring connectivity between all nodes at normal time. A candidate topology set is generated in

出力部106は、候補トポロジ集合生成部100が生成した候補トポロジ集合を、CRT(Cathode Lay Tube)やLCD(Liquid Crystal Display)等の表示装置に表示する、もしくは、プリンタで印字する、あるいは、記憶媒体に記録する、オンライン上の他のコンピュータ装置等に送信する等の出力処理を行う。   The output unit 106 displays the candidate topology set generated by the candidate topology set generation unit 100 on a display device such as a CRT (Cathode Ray Tube) or an LCD (Liquid Crystal Display), prints it with a printer, or stores it. Output processing such as recording on a medium or transmitting to another online computer device or the like is performed.

また、候補トポロジ集合生成部100は、プログラムされたコンピュータ処理を実行する機能として、最小木生成部102と常設リンク付加部103、リンク設置候補位置選択部104、候補トポロジ生成部105を有する。   The candidate topology set generation unit 100 includes a minimum tree generation unit 102, a permanent link addition unit 103, a link installation candidate position selection unit 104, and a candidate topology generation unit 105 as functions for executing programmed computer processing.

このような構成により、本例のシステムでは、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、正常時の全ノード間の接続性確保を条件に、現実的な時間内で候補トポロジ集合を生成する。   With such a configuration, in the system of this example, the position of all nodes is given, and when it is possible to install a link between arbitrary nodes, it is necessary to ensure connectivity between all nodes in a normal state. A candidate topology set is generated in a realistic time.

本例では、全リンク長Vとトラヒック比率で重みづけた平均ホップ長(ホップ数)Vおよび単一リンク障害時に接続性が喪失するトラヒック量比率の平均値ξ’、の3つを評価尺度とし、候補トポロジを生成する。 In this example, three are evaluated: the total link length V 1 , the average hop length (number of hops) V 2 weighted by the traffic ratio, and the average value ξ ′ of the traffic volume ratio at which connectivity is lost when a single link failure occurs. A candidate topology is generated using the scale.

この際、与えられたリンクコストに対して、正常時の全ノード間の接続性を有し、全リンクコストの総和を最小とするトポロジである最小木を構成するリンク設置可能位置には、常にリンクを設置する。尚、リンクコストとしてリンク距離をノード間のトラヒック量比率で除した値を用いる。   At this time, for a given link cost, there is always connectivity between all nodes in the normal state, and the link installable position that constitutes the minimum tree that is the topology that minimizes the total sum of all link costs is always in place. Establish a link. A value obtained by dividing the link distance by the traffic amount ratio between nodes is used as the link cost.

また、生成された最小木に対して、最小木に含まれない各々のリンク設置可能位置に対して、一本だけリンクを設置したトポロジの、単一リンク障害時の平均接続性喪失トラヒック量比率を算出し、この値が最小となるリンク設置可能位置にリンクを設置する処理を、単一リンク障害時の平均接続性喪失トラヒック量比率が任意に与えた値以下となるまで反復し、これら最小木に追加された全てのリンク設置可能位置にも、常にリンクを設置する。   In addition, the average loss-of-connectivity traffic ratio at the time of a single link failure in a topology in which only one link is installed for each link installation possible position not included in the minimum tree with respect to the generated minimum tree And repeats the process of installing a link at the link installable position where this value is the minimum until the average loss-of-connectivity traffic ratio at the time of a single link failure is less than or equal to the arbitrarily given value. Links are always installed at all link installation positions added to the tree.

さらに、生成したトポロジに含まれない任意のリンク設置可能位置の各々に対して、一本だけリンクを設置したトポロジのトラヒック量で重みづけた平均ホップ長(ホップ数)を算出し、この値が最小となるリンク設置可能位置をリンク設置候補位置として選択する処理を、任意に与えた本数xだけ反復する。また、この選択したx本のリンク設置可能位置の各々に対して、リンクを設置する場合としない場合を考え、組み合わせてとして構成可能な2個のトポロジを候補として生成する。 In addition, for each of the link installable positions not included in the generated topology, the average hop length (number of hops) weighted by the traffic volume of the topology in which only one link is installed is calculated. The process of selecting the minimum link installation possible position as the link installation candidate position is repeated by an arbitrarily given number x. Further, in consideration of the case where a link is not installed for each of the selected x link installable positions, 2 x topologies that can be configured in combination are generated as candidates.

以下、このような処理動作について、より詳細に説明する。図6において、本例では、入力部101により、全てのノードの位置とノード間のトラヒック量比率、SLF時の平均接続性喪失トラヒック量比率の要求水準ξ’、リンク設置個所候補数xを入力する。   Hereinafter, such processing operation will be described in more detail. In FIG. 6, in this example, the input unit 101 inputs the position of all nodes and the traffic volume ratio between nodes, the required level ξ ′ of the average connectivity loss traffic volume ratio during SLF, and the link installation location candidate number x. To do.

例えば、ノード位置として、各ノードが存在する地理的な座標が例えば(123,45)といった座標データが、また、ノード間のトラヒック量比率として、例えばノード3,4間のトラヒック量比率0.003が、また、SLF時の平均接続性喪失トラヒック量比率の要求水準ξ’として例えば「ξ’=0.05」が、そして、リンク設置個所候補数xとして例えば「x=5」が入力パラメタとして入力される。   For example, the coordinate data such as (123, 45) where the geographical coordinates where each node exists is, for example, as the node position, and the traffic amount ratio between the nodes 3, 4 is 0.003 as the traffic amount ratio between the nodes, for example. In addition, for example, “ξ ′ = 0.05” is used as the required level ξ ′ of the average connectivity loss traffic rate ratio during SLF, and “x = 5” is used as the input parameter for the link installation location candidate number x, for example. Entered.

最小木生成部102は、各入力パラメタを用いて当該ネットワークに対する最小木を生成し、この生成した生成木に対して、常設リンク付加部103が、SLF時の接続性喪失トラヒック量比率の平均が制約限界を満たすよう、付加すべき常設リンクを選択する。   The minimum tree generation unit 102 generates a minimum tree for the network using each input parameter, and the permanent link addition unit 103 determines, based on the generated generation tree, that the average loss-of-connectivity traffic ratio during SLF is Select a permanent link to be added to meet the constraint limits.

リンク設置候補位置選択部104は、重みづけ平均ホップ長(ホップ数)の低減効果が高い位置に、リンク設置候補位置を選択し、候補トポロジ生成部105は、構成可能な候補トポロジの集合を生成する。生成した候補トポロジ集合を、出力部106が出力する。   The link installation candidate position selection unit 104 selects a link installation candidate position at a position where the effect of reducing the weighted average hop length (hop count) is high, and the candidate topology generation unit 105 generates a set of configurable candidate topologies. To do. The output unit 106 outputs the generated candidate topology set.

候補トポロジのデータ形式としては、各リンク設置可能位置に対してリンクを設置する場合に「1」、しない場合に「0」をとる2値変数として、x本の全てのリンク設置可能位置に対して生成されるリンク設置情報ベクトル(例:(0,0,1,0,1,1,0,1,0))、各評価尺度の値(例:100.56,1.43,0.003)が考えられるが、これらトポロジデータを各候補に対して出力することになる。   The data format of the candidate topology is “1” when a link is set for each link installable position, and “0” when it is not set, for all x link installable positions. Link installation information vector (eg: (0, 0, 1, 0, 1, 1, 0, 1, 0)) and values of each evaluation scale (eg: 100.56, 1.43, 0. 003), the topology data is output to each candidate.

本例の最小木生成部102は、Primのアルゴリズム(プリム法:最小全域木問題)を用いて最小木を生成する。本アルゴリズムは、最初にランダムに1つノードを選択し、選択したノードとリンクコストが最小のノード間にリンクを設置する。そして得られた部分木に属する任意のノードと、部分木以外の任意のノード間でリンクコストが最小となる位置にリンクを1本ずつ追加する処理を、全てのノードが木に含まれるまで反復する。   The minimum tree generation unit 102 of the present example generates a minimum tree using the Prime algorithm (prim method: minimum spanning tree problem). In this algorithm, one node is first selected at random, and a link is set between the selected node and the node having the smallest link cost. Then, repeat the process of adding links one by one to the position where the link cost is minimum between any node belonging to the obtained subtree and any node other than the subtree until all nodes are included in the tree To do.

常設リンク付加部103は、最小木生成部102が選択した各リンク設置可能位置に対して、1本だけリンクを追加したトポロジを対象に、SLF時の平均接続性喪失トラヒック量比率ξを算出し、算出した比率ξが最小となるリンク設置可能位置に1本だけリンクを追加する。そして、この処理を、ξ≦ξ’が満たされるまで反復する。   The permanent link adding unit 103 calculates an average connectivity loss traffic amount ratio ξ at the time of SLF for a topology in which only one link is added to each link installation position selected by the minimum tree generation unit 102. Then, only one link is added to the link installable position where the calculated ratio ξ is minimized. This process is repeated until ξ ≦ ξ ′ is satisfied.

リンク設置候補位置選択部104は、初期状態では、x本のリンク設置可能位置の集合Eを空集合とし、最小木生成部102が選択し、常設リンク付加部103が追加したリンク設置可能位置の各々に対して1本だけリンクを追加したときの、トラヒック量比率で重み付けた平均ホップ長(ホップ数)εを計算し、この重み付けた平均ホップ長εが最小となるリンク設置可能位置eを、リンク設置可能位置の集合Eに追加する。 In the initial state, the link installation candidate position selection unit 104 sets the set E c of x link installation possible positions as an empty set, is selected by the minimum tree generation unit 102, and is added by the permanent link addition unit 103. The average hop length (the number of hops) ε weighted by the traffic amount ratio when only one link is added to each of the links is calculated, and the link installable position e 1 at which the weighted average hop length ε is minimized. the, to add to the set E c of the link can be installed position.

また、リンク設置候補位置選択部104は、リンク設置可能位置eを追加したトポロジに対して、さらに、残るリンク設置可能位置の各々に対して1本だけリンクを追加した場合の、トラヒック量比率で重み付けた平均ホップ長εを計算し、やはり、このεが最小となるリンク設置可能位置eを、集合Eに追加する。 Further, the link installation candidate position selection unit 104 further adds a traffic amount ratio when only one link is added to each of the remaining link installation possible positions with respect to the topology in which the link installation possible position e 1 is added. Then, the average hop length ε weighted in (1) is calculated, and the link installable position e 2 that minimizes ε is added to the set E c .

同様の処理を、任意に与えたx回だけ反復する。この結果、「x」本のリンク設置可能位置を追加するという条件で、重み付け平均ホップ長(V)の最小値を最小化する候補トポロジ集合を生成し、リンク設置可能位置集合Eを得ることができる。 The same process is repeated x times arbitrarily given. As a result, a candidate topology set that minimizes the minimum value of the weighted average hop length (V 2 ) is generated on the condition that “x” link installable positions are added, and a link installable position set E c is obtained. be able to.

候補トポロジ生成部105は、得られたリンク設置可能位置集合Eの各々に対してリンクを設置する場合と、しない場合の全ての組合せを対象に、候補トポロジデータを生成する。 The candidate topology generation unit 105 generates candidate topology data for all combinations of cases where a link is installed for each of the obtained link installation possible position sets E c and cases where the link is not installed.

以下、図10を用いて、図6における候補トポロジ集合生成部100による、このような本発明に係る網トポロジ候補の列挙手順について、詳細を説明する。尚、最小木生成部102と常設リンク付加部103による[リンク常設箇所の選定]、リンク設置候補位置選択部104と候補トポロジ生成部105による[リンク設置候補箇所の選定]の順で説明する。   Hereinafter, details of the enumeration procedure of such network topology candidates according to the present invention by the candidate topology set generation unit 100 in FIG. 6 will be described with reference to FIG. The description will be made in the order of [select link permanent location] by the minimum tree generation unit 102 and permanent link addition unit 103, and [select link candidate location] by the link installation candidate position selection unit 104 and candidate topology generation unit 105.

[リンク常設箇所の選定]
各リンクのコストが与えられたときに、全ノード間の接続性を満たしつつ、リンクコストの総和が最小となるトポロジは、最小木(MST:Minimum Spanning Tree)として知られ、貪欲法に基づく最小木の生成法としてKruskalやPrimのアルゴリズムが知られている。
[Selection of permanent link location]
The topology in which the sum of link costs is minimized while satisfying the connectivity between all nodes when given the cost of each link is known as the minimum spanning tree (MST) and is the minimum based on the greedy method. Known as tree generation methods are the Kruskal and Prim algorithms.

本例の候補トポロジ集合生成部100においては、Primのアルゴリズムを用いて最小木を生成する(ステップS101)。   In the candidate topology set generation unit 100 of this example, a minimum tree is generated using the Prime algorithm (step S101).

本アルゴリズムは、最初にランダムに1つのノードを選択し、選択したノードと、リンクコストが最小のノードとの間にリンクを設置する。そして、得られた部分木に属する任意のノードと、部分木以外の任意のノード間で、リンクコストが最小となる位置にリンクを1本ずつ追加する処理を、全てのノードが木に含まれるまで反復する。   In this algorithm, one node is first selected at random, and a link is set between the selected node and a node having the smallest link cost. Then, a process for adding links one by one at a position where the link cost is minimum between any node belonging to the obtained subtree and any node other than the subtree is included in the tree. Repeat until.

本アルゴリズムを用いることで、O(N)の多項式時間で、N−1本のリンクから構成されるトポロジTを得ることができる。ここでは、リンクコストに、sijの逆数である「dij/rij」を用いる。 By using this algorithm, a topology Ta composed of N−1 links can be obtained in O (N 3 ) polynomial time. Here, “d ij / r ij ” that is the reciprocal of s ij is used as the link cost.

このようにして得たトポロジTは、正常時の全ノード間の接続性を満たすが、SLF時の接続性については考慮されていない。そこで、SLF時の平均接続性喪失トラヒック量比率ξが、36個の実際のNWにおける各々の比率ξの値ξ’以下となるよう、トポロジTに最少数のリンクを追加することを考える。 Thus the topology T a obtained is satisfied connectivity between all nodes in a normal state, no consideration is given connectivity during SLF. Therefore, the average connectivity loss traffic ratio xi] at SLF is 36 actual to be a less than or equal to the respective ratios xi] xi] 'in NW, consider adding the minimum number of links in the topology T a.

まず、T=Tに設定し(ステップS102)、このトポロジTに含まれない各リンク設置可能位置に対して1本だけリンクを追加したトポロジにおける平均接続性喪失トラヒック量比率ξを各々算出し、算出したξが最小と案留リンク設置可能位置をトポロジTに追加する処理(ステップS103)を、算出したξが予め定められた評価基準の1つである要求水準ξ’を越えるまで繰り返す(ステップS104)。 First, T b = T a is set (step S102), and an average connectivity loss traffic amount ratio ξ in a topology in which only one link is added to each link installable position not included in the topology T b is set. calculated, processing the calculated xi] to add the minimum and AnTome link installable located topology T b (step S103), the calculated xi] exceeds demanding xi] 'is one of the evaluation criteria set in advance (Step S104).

すなわち、トポロジTに含まれる「x=N−1」本を除いた「全リンク設置可能箇所数L−x」本の各リンク設置可能位置に対して、1本だけリンクを追加したトポロジを対象に、平均接続性喪失トラヒック量比率ξを算出し、このξが最小となるリンク設置可能位置に1本だけリンクを追加する。このような処理を、「ξ≦ξ’」が満たされるまで反復し、得られたトポロジをTとする。 That is, only one link is added to each link installable position of “all link installable locations L−x a ” excluding “x a = N−1” books included in the topology T a . The average connectivity loss traffic amount ratio ξ is calculated for the topology, and only one link is added to the link installable position where the ξ is minimized. Such a process is repeated until “ξ ≦ ξ ′” is satisfied, and the obtained topology is defined as T b .

このようにして、36個の各NWにおいて得られたトポロジTの構成リンク数xを、ノード数Nに対してプロットした結果を、図7(a)に示す。図7(a)において示すように、最小木の構成に要するxの値を実線で示しているが、SLF時の平均接続性喪失トラヒック量比率ξの条件を満たすために追加する必要のあるリンク数は、xの30%程度未満であり、少数のリンクを追加するだけで当該ξを十分に低減できることが確認される。 FIG. 7A shows the result of plotting the number of links x b of the topology T b obtained in 36 NWs in this way against the number of nodes N. FIGS. 7 (a) as shown in, but the value of x a required for construction of minimum spanning trees are shown by a solid line, that must be added to meet the average connectivity loss traffic amount ratio ξ at SLF link number is less than about 30% of x a, it is confirmed that sufficiently reduces the ξ by simply adding a few links.

また、図7(b)に、各NWにおいてトポロジTとトポロジTを各々得るのに要した合計時間tを、ノード数Nに対してプロットした結果を示す。ただし、ノード数Nが5もしくは6の3つのNWにおいては、所要計算時間が非常に短く計測できなかったため省略している。 FIG. 7B shows a result of plotting the total time t b required to obtain the topology T a and the topology T b in each NW against the number N of nodes. However, in three NWs with the number N of nodes of 5 or 6, the required calculation time is very short and it is not possible to measure, so it is omitted.

トポロジTからトポロジTを構成するのに要する計算量はO(x)であるため、ノードNの増加に伴いトポロジTからトポロジTを構成するのに要する計算量tは急増する。それでも、ノードNが100程度以下であれば、数10分程度の現実的な時間で、トポロジTを構成することが可能である。 Since the amount of calculation required to configure topology T b from topology T a is O (x a x b N 4 ), the amount of calculation required to configure topology T b from topology T a as node N increases. t b increases rapidly. Nevertheless, if the node N is not more than about 100, in a realistic time of about several 10 minutes, it is possible to configure the topology T b.

[リンク設置候補箇所の選定]
生成する全候補トポロジにおいて、トポロジTを構成するx本のリンク設置位置には、必ずリンクを設置する。すなわち、生成する候補トポロジを、これらx本の位置にリンクを設置したものに限定する。
[Selection of candidate links]
In all candidate topology generated, the link installation position of x b present constituting the topology T b, always placed the link. That is, the candidate topologies to be generated are limited to those in which links are installed at these xb positions.

トポロジTを構成する際には、リンクコスト「dij/rij=1/sij」の値が小さな、可能な限り少数の箇所にのみリンクを設置しているため、上述した3つの評価尺度のうちの総リンク長Vが良好なトポロジが生成されることになる。 When the topology T b is configured, since the link cost “d ij / r ij = 1 / s ij ” is small, links are installed only in as few places as possible. the total link length V 1 of the of the scales is that good topology is generated.

また、生成されるトポロジは、平均接続性喪失トラヒック量比率ξが、現実のNWの値以下となるものに限定されるため、上述した3つの評価尺度のうちのSLF時の平均接続性喪失トラヒック量比率Vについても良好なトポロジが生成される。 Further, the generated topology is limited to the average connectivity loss traffic amount ratio ξ that is equal to or less than the actual NW value, and therefore the average connectivity loss traffic at the time of SLF among the above three evaluation measures. good topology is generated also for the amount ratio V 3.

ただし、残る評価尺度である重みづけ平均ホップ長Vについては考慮していない。以下、このような重みづけ平均ホップ長Vについては考慮した候補トポロジの選定手順を説明する。 However, no consideration is given to weighted average hop length V 2 is a leaving rating scale. Hereinafter, a procedure for selecting a candidate topology considering such weighted average hop length V 2 will be described.

一般的に、設置するリンクの数が増加するほど、ノード間の経路の多様性が増加し、重みづけ平均ホップ長Vが減少する。そのため、設置リンク数を抑えたトポロジTは、構成可能なトポロジの中でも比較的に重みづけ平均ホップ長Vが大きいトポロジであると言える。そこで、トポロジTから更にリンクを追加設置することで、重みづけ平均ホップ長Vに多様性をもつ、候補トポロジ集合を生成することを考える。 Generally, as the number of links to be installed increases, the diversity of paths between nodes increases, and the weighted average hop length V 2 decreases. Therefore, it can be said that the topology T b in which the number of installed links is suppressed is a topology having a relatively large weighted average hop length V 2 among the configurable topologies. Therefore, it is considered to generate a candidate topology set having diversity in the weighted average hop length V 2 by additionally installing links from the topology T b .

ここでは、トポロジTに対してリンクの追加を許容するリンク設置位置の数をxとし、これらx本のリンク設置可能位置の集合をEとする。 Here, the number of links set position to allow additional links for topology T b and x, the set of links can be installed position of x present and E c.

このリンク設置可能位置の集合Eの任意の位置にリンクを設置する全ての組合せによって候補トポロジを生成するため、トポロジTを構成するリンク位置には、必ず、リンクを有する2個の候補トポロジ集合Tが生成される。 Since a candidate topology is generated by all combinations of installing links at arbitrary positions in the link installation possible position set E c , 2 x candidates having links are always included in the link positions constituting the topology T b. A topology set T d is generated.

追加を許容するリンク本数xを増加させるほど、候補トポロジの多様性が増し、より柔軟なトポロジ設計が可能となるが、候補トポロジ生成に要する時間は爆発的に増大する。   As the number of links x allowed to be added increases, the diversity of candidate topologies increases and a more flexible topology design becomes possible, but the time required for generating candidate topologies explosively increases.

トポロジTに対して多数のリンクを追加するほど、重みづけ平均ホップ長Vは単調に減少するため、生成される候補トポロジにおける重みづけ平均ホップ長Vの最大値は、トポロジTそのものの重み付け平均ホップ長εとなり、リンク設置可能位置の集合Eとは無関係となる。 As the number of links is added to the topology T b , the weighted average hop length V 2 monotonously decreases. Therefore, the maximum value of the weighted average hop length V 2 in the generated candidate topology is the topology T b itself. weighted average hop length ε next, become independent of the set E c of the link can be installed position.

一方で、平均ホップ長Vの最小値は、リンク設置可能位置の集合Eに依存し、平均ホップ長Vの最小値が小さいほど、平均ホップ長Vの多様性が高い、優れた候補トポロジ集合であると言える。 On the other hand, the minimum value of the average hop length V 2 depends on the set E c of the link installable position, as the minimum value of the average hop length V 2 is small, a high diversity of the average hop length V 2, excellent It can be said that it is a candidate topology set.

そのため、可能な限り少数のリンク追加で、生成される候補トポロジ集合における平均ホップ長Vの最小値が小さくなるよう、リンク設置可能位置の集合Eを選択することが望ましい。 Therefore, a small number of link addition as possible, so that the minimum value of the average hop length V 2 in the candidate topology set generated is small, it is desirable to select a set E c of the link can be installed position.

ここでは、以下に示す貪欲法による生成法を考える。   Here, the generation method by the greedy method shown below is considered.

まず、初期状態では、リンク設置可能位置の集合Eを空集合とする(ステップS105)。そして、トポロジTを構成するx本のリンクを除いた「全リンク設置可能箇所数L−x」のリンク設置可能位置の各々に対して、1本だけリンクを追加したときの、重み付けた平均ホップ長εを計算し、εが最小となるリンク設置可能位置eを、リンク設置可能位置の集合Eに追加し、さらに、トポロジTにリンク設置可能位置eを追加したトポロジに対して、残る「L−x−1」のリンク設置可能位置の各々に対して1本だけリンクを追加したときの、重み付けた平均ホップ長εを計算し、やはり、この重み付けた平均ホップ長εが最小となるリンク設置可能位置eを、リンク設置可能位置の集合Eに追加する処理(ステップS106)を、任意に与えたx回だけ反復する(ステップS107)。 In the initial state, the set E c of the link can be installed position an empty set (step S105). And, except for x b book links constituting the topology T b for each of the links can be installed position of "all the links can be installed location number L-x b", when you add a link only one weighting The average hop length ε is calculated, the link installable position e 1 that minimizes ε is added to the link installable position set E c , and the link installable position e 1 is further added to the topology T b. For each of the remaining “Lx b −1” link installable positions, a weighted average hop length ε is calculated when only one link is added. The process of adding the link installable position e 2 having the minimum length ε to the link installable position set E c (step S106) is repeated x times arbitrarily given (step S107).

この結果、x本のリンク設置可能位置を追加するという条件で、平均ホップ長Vの最小値を最小化する候補トポロジ集合を生成するリンク設置可能位置集合Eを得ることができる。 As a result, a link installable position set E c that generates a candidate topology set that minimizes the minimum value of the average hop length V 2 can be obtained under the condition that x link installable positions are added.

以下、このような本例のシステムの「評価結果」について、図8を用いて説明する。   Hereinafter, the “evaluation result” of the system of this example will be described with reference to FIG.

平均ホップ長Vが最小となるトポロジは、L本の全リンク設置可能位置にリンクを設置したフルメッシュの場合で、発着ノードが同一のノードであるトラヒックの経由ホップ長が「0」(ゼロ)で、発着ノードが異なる全てのトラックの経由ホップ長が「1」となることに注意すると、重み付けた平均ホップ長εの最小値εminは、「εmin=1−Σn=1 (rii)」となる。 Topology average hop length V 2 becomes minimum, in case of a full mesh was placed a link to all the links can be installed position of L present, "0" through the hop length of traffic destination nodes are the same node (zero ), The routed hop length of all the tracks with different departure and arrival nodes is “1”. The minimum value ε min of the weighted average hop length ε is “ε min = 1−Σ n = 1 N ( r ii ) ".

図8に、生成されたトポロジ集合における、平均ホップ長Vの最小値を、達成可能な最小値であるεminで除して正規化した値を、36のNWごとに、リンク設置可能位置xの設定値(本数)に対してプロットした結果を示す。 FIG. 8 shows link normalized positions obtained by dividing the minimum value of the average hop length V 2 by the minimum achievable value ε min in the generated topology set for every 36 NWs. The result plotted against the set value (number) of x is shown.

図8(a)には、ノード数Nが27未満の18のNWの結果を、また、図8(b)には、ノード数Nが27以上の18のNWの結果を各々示している。ただし、ノード数Nが74以上の4つのNWにおいては、リンク設置可能位置集合Eの生成に要する時間が1時間を超えた時点で評価を打ち切ったため、リンク設置可能位置xの小さい領域における結果のみを示している。 FIG. 8A shows the results of 18 NWs with a node number N of less than 27, and FIG. 8B shows the results of 18 NWs with a node number N of 27 or more. However, in the number of nodes N is 74 or more four NW, the time required for generation of links can be installed position set E c has aborted the evaluation at the time of more than 1 hour, results in a small area of the link can be installed position x Only shows.

図8(a),(b)に示すように、横軸が対数、縦軸が線形のグラフにおいて、リンク設置可能位置xの増加に伴い、ほぼ直線状に、平均ホップ長Vは減少する。そのため、リンク設置可能位置xの小さい領域では、xの増加に伴い急激に平均ホップ長Vの最小値が減少するが、リンク設置可能位置xの大きな領域では、平均ホップ長Vの最小値は緩やかに減少して、最小値εminに達することが確認できる。 As shown in FIG. 8 (a), (b) , the horizontal axis is logarithmic, the vertical axis in the linear graph, with the increase of the link installable position x, substantially linearly, mean hop length V 2 is reduced . Therefore, in the small region of the link installable position x, but the minimum value of the rapid average hop length V 2 with increasing x decreases, the link can be installed in a large area at a position x, the minimum value of the average hop length V 2 It can be confirmed that decreases gradually and reaches the minimum value ε min .

そのため、リンク設置可能位置xを小さい値に設定しても、比較的、平均ホップ長Vが小さく多様な候補を有するトポロジ集合Tを得ることが期待できる。 Therefore, even if the link installation possible position x is set to a small value, it can be expected to obtain a topology set T d having a relatively small average hop length V 2 and various candidates.

1つのトポロジに対して、重み付けた平均ホップ長εを算出するのに要する計算量はO(N)であるため、リンク設置可能位置集合Eの生成に要する時間tは「O(xLN)=O(xN)」となる。 For one topology, since the amount of computation required to calculate the average hop length ε were weighting is O (N 3), the time t c required for generating the link installable position set E c 'O (XLN 3 ) = O (xN 5 ) ”.

また、得られたトポロジ集合Tとリンク設置可能位置集合Eを用いて、2個の候補トポロジ集合Tを生成する際には、各候補トポロジに対して3つの評価尺度の値を算出する必要がある。 Further, when 2 x candidate topology sets T d are generated using the obtained topology set T b and the link installable position set E c , three evaluation measure values are set for each candidate topology. It is necessary to calculate.

すなわち、総リンク長VにはO(x)の、平均ホップ長VにはO(N)の、SLF時の平均接続性喪失トラヒック量比率VにはO((x+x)N)の計算量が各々必要となる。ここで、下記の数4の式とみなすと、各候補トポロジに対しておおよそO(N)程度の計算量が必要になる。 That is, O (x) for the total link length V 1 , O (N 3 ) for the average hop length V 2 , and O ((x 2 + x) for the average loss-of-connectivity traffic ratio V 3 during SLF. N 2 ) is required for each calculation. Here, if it is regarded as the following equation ( 4 ), a calculation amount of about O (N 3 ) is required for each candidate topology.

Figure 2010206581
Figure 2010206581

そのため、トポロジ集合Tとリンク設置可能位置集合Eから、2個の候補トポロジを生成するのに要する時間tは、O(2)となる。このような、2個の候補トポロジを生成するのに要する時間tとノード数との関連を、図9において示す。 Therefore, the time t d required to generate 2 x candidate topologies from the topology set T b and the link installable position set E c is O (2 x N 3 ). FIG. 9 shows the relationship between the time t d required to generate such 2 x candidate topologies and the number of nodes.

図9(a)においては、追加リンク数x=20としたときの、36の各NWにおけるリンク設置可能位置集合Eの生成に要した時間tを、ノード数Nに対してプロットした結果を示している。 In FIG. 9A, the result of plotting the time t c required to generate the link installable position set E c in each NW of 36 when the number of additional links x = 20 is plotted against the number N of nodes. Is shown.

また、図9(b)においては、追加リンク数x=20としたときの、候補トポロジ集合Tの生成に要した時間tを、同様に、ノード数Nに対してプロットした結果を示す。ただし、ノード数Nが5もしくは6の3つのNWにおいては、やはり、所要計算時間が非常に短く計測できなかったため省略している。 FIG. 9B also shows the result of plotting the time t d required to generate the candidate topology set T d against the number N of nodes when the number of additional links x = 20. . However, the three NWs with 5 or 6 nodes are omitted because the required calculation time is too short to be measured.

これらの結果と、図7(b)で示した候補トポロジ集合の生成に要した時間tの結果を用いて、任意のリンク設置候補位置数xに対して、MST(最小木)の生成から候補トポロジの生成に至る総所要計算時間の概算値τを式「τ=t+(x/20)×t+2x−20」で見積もる。 Using these results and the result of the time t b required to generate the candidate topology set shown in FIG. 7B, the MST (minimum tree) generation is performed for any number of link installation candidate positions x. It estimates an estimate tau of total required computation time leading to the generation of candidate topology formula "τ = t b + (x / 20) × t c +2 x-20 t d ".

総所要計算時間の概算値τは、リンク設置候補位置数xの増加に伴い増加するが、現実的な許容計算時間τmaxに対して、τ≦τmaxを満たすリンク設置候補位置数xの最大値をxmaxとする。 The approximate value τ of the total required calculation time increases as the number of link installation candidate positions x increases, but the maximum number of link installation candidate positions x satisfying τ ≦ τ max with respect to the actual allowable calculation time τ max . Let x max be the value.

図9(c)に、τmax=3600秒に設定したときの各NWのリンク設置候補位置数の最大値xmaxを、ノード数Nに対してプロットして結果を示す。ただし、図3に示したノード本数N=126のネットワーク「GG」は、候補トポロジ集合Tの生成に要した時間tのみで既に、現実的な許容計算時間τmaxを超過していたため評価対象外とした。 FIG. 9C shows the result of plotting the maximum value x max of the number of link installation candidate positions of each NW when τ max = 3600 seconds is set against the number N of nodes. However, the network "GG" of the node number N = 126, shown in Figure 3, the candidate topology set T b already only at time t b required for generation of, because it was in excess of realistic acceptable computation time tau max rating Not applicable.

図9(c)に示すように、ノード数Nが10程度未満の場合は、リンク設置候補位置数の最大値xmaxは、「xmax=全リンク設置可能箇所数L−x」となり、全てのリンク設置可能位置を候補とすることができるが、ノード数Nが10程度以上のNWにおいては、リンク設置可能位置が限定され、その許容最大数は、ノード数Nの増加に伴い緩やかに減少する。 As shown in FIG. 9C, when the number of nodes N is less than about 10, the maximum value x max of the number of link installation candidate positions is “x max = number of places where all links can be installed L−x b ”. All link installable positions can be candidates, but in an NW with the number of nodes N of about 10 or more, the link installable positions are limited, and the allowable maximum number gradually increases as the number of nodes N increases. Decrease.

図9(d)においては、「リンク設置候補位置数x」=「総所要計算時間の概算値τ≦現実的な許容計算時間τmaxを満たすリンク設置候補位置数の最大値xmax」としたときに生成された候補トポロジ集合における重みづけ平均ホップ長Vの最大値と最小値を、各々、重み付け平均ホップ長の最小値εminで除して正規化した値を、ノード数Nに対してプロットした結果を示している。 In FIG. 9 (d), the was a "link installation candidate position number x" = "maximum value x max link installation candidate position number satisfying estimate tau ≦ realistic acceptable computation time tau max of the total required computation time" A value obtained by dividing the maximum value and the minimum value of the weighted average hop length V 2 in the candidate topology set generated at times by the minimum value ε min of the weighted average hop length is normalized with respect to the number N of nodes. The plotted results are shown.

図9(c)に示すように、ノード数Nの増加に伴い、現実的な時間で得ることのできる候補トポロジ集合の、重み付け平均ホップ長Vの最小値は緩やかに増加する。そして、ノード数Nが30程度未満のNWでは、達成可能な下限値の4割増し程度以下、ノード数Nが30から60程度のNWでは、約5割増し程度、ノード数Nが60から100程度のNWでは、6割から8割増し程度となる。 As shown in FIG. 9 (c), with an increase in the number of nodes N, the candidate topology sets that can be obtained in real time, the minimum value of the weighted average hop length V 2 increases gradually. When the number of nodes N is less than about 30, the lower limit that can be achieved is about 40% or less, and when the number of nodes N is about 30 to 60, about 50% is increased, and the number of nodes N is about 60 to 100. In NW, it is about 60% to 80% increase.

また、得られる候補トポロジ集合の、重み付け平均ホップ長Vの最小値と最大値の差であるレンジ幅は、ノード数Nが20程度以上のNWにおいては、全候補を列挙した場合と比較して、おおよそ半分になることが確認できる。 Further, the candidate topology resulting set, the range width is the difference between the minimum and maximum values of the weighted average hop length V 2, in the NW the number N is equal to or greater than about 20 nodes, compared to the case of enumerating all candidates It can be confirmed that it is roughly halved.

以上の評価をまとめると、本例での候補トポロジ生成技術を用いることで、ノード数Nが20程度未満のNW(ネットワーク)に対しては、全候補を列挙する場合と同等の時間での候補トポロジの生成となるが、ノード数Nが20〜100程度のNWに対しては、重み付け平均ホップ長Vのレンジ幅が、全列挙する場合の半分程度になるものの、現実的な時間で候補トポロジを生成可能である。ただし、ノード数Nが100程度以上のNWに対しては、本方式を用いても、現実的な時間で候補トポロジを生成することが困難である。 To summarize the above evaluation, by using the candidate topology generation technique in this example, for an NW (network) where the number of nodes N is less than about 20, candidates at the same time as enumerating all candidates are listed. Although the generation of topology, for number of nodes N is about 20 to 100 NW, although range width weighted average hop length V 2 becomes about half the total listed candidate in a realistic time A topology can be generated. However, it is difficult to generate a candidate topology in a realistic time for an NW having the number of nodes N of about 100 or more even if this method is used.

以上、図1〜図10を用いて説明したように、本例の候補トポロジ生成技術では、条件を満たす解の候補を全て列挙するのではなく、望ましい性質を持つと思われる解の候補のみを効率的に生成する。   As described above with reference to FIGS. 1 to 10, the candidate topology generation technique of this example does not enumerate all solution candidates that satisfy the conditions, but only the solution candidates that seem to have desirable properties. Generate efficiently.

すなわち、全リンク長と、トラヒック比率で重みづけた平均ホップ長、および、単一リンク障害時(SLF)に接続性が喪失するトラヒック量比率の平均値、の3つを評価尺度として、まず、ネットワークに求められる最低限度の要件である全ノード間の接続性を満たすリンクコストが最小のトポロジを生成し、生成したこのトポロジに対して、単一リンク障害(SLF)時に接続性が予め定められたレベル(水準)を維持するよう(例えば現状のネットワークと同等程度の水準となるよう)最小限のリンクを付加したトポロジ(基本トポロジ)を生成し、さらに、生成した基本トポロジに対して、総リンク長のバリエーションが最大になるよう、多様なトポロジ候補が生成されるよう、最少数のリンク設置可能位置を選出する、すなわち、ノード間の経路選択の多様性が増加するよう予め定められた数のリンクを付加したトポロジを生成し、このトポロジを候補トポロジとすて出力する。   That is, the evaluation measures are the total link length, the average hop length weighted by the traffic ratio, and the average value of the traffic volume ratio at which the connectivity is lost at the time of single link failure (SLF). A topology with the lowest link cost that satisfies the connectivity between all nodes, which is the minimum requirement for the network, is generated, and connectivity is predetermined for this generated topology in the event of a single link failure (SLF). A topology (basic topology) with a minimum number of links added to maintain the same level (for example, the same level as that of the current network). In order to generate various topology candidates so that the link length variation is maximized, the minimum number of link installation positions is selected, that is, It generates a topology obtained by adding the number of links that are predefined for diversity path selection between over de increases, and outputs the topology candidate topology and stearyl.

より詳細には、本例の候補トポロジを生成するシステムは、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を生成するものであって、プログラムされたコンピュータの処理を実行する処理部として、候補トポロジ集合生成部100と入力部101および出力部103を具備し、入力部101においては、入力装置から入力される、ネットワークの全リンク長とトラヒック比率で重みづけした平均ホップ長および単一リンク障害時に接続性が喪失するトラヒック量比率の平均値を含む条件情報を入力して記憶装置に記憶し、候補トポロジ集合生成部100は、記憶装置から条件情報を読み出し、予め定められた時間内で候補トポロジ集合を生成し、出力部103においては、候補トポロジ集合生成部100が生成した候補トポロジ集合を出力装置を介して出力する。   More specifically, the system for generating a candidate topology in this example generates a network topology by programmed computer processing, and a candidate topology set as a processing unit that executes the processing of the programmed computer. A generation unit 100, an input unit 101, and an output unit 103 are provided. In the input unit 101, an average hop length inputted from an input device and weighted by a traffic ratio and a single link failure are connected. The condition information including the average value of the traffic volume ratio that loses the characteristics is input and stored in the storage device, and the candidate topology set generation unit 100 reads the condition information from the storage device, and the candidate topology set within a predetermined time. In the output unit 103, the candidate topology set generation unit 100 generates Via the output device topology set.

また、候補トポロジ集合生成部100は最小木生成部102を具備し、また、入力部101が記憶装置に記憶する条件情報として、入力装置から入力されるリンクコストを含み、最小木生成部102においては、正常時の全ノード間の接続性確保を条件に、全リンクコストの総和を最小とするトポロジである最小木を生成し、生成した最小木を構成するノードをリンク設置可能位置として特定し、候補トポロジ集合生成部100は、最小木生成部102が特定したリンク設置可能位置にリンクを設置した候補トポロジ集合を生成する。   Further, the candidate topology set generation unit 100 includes a minimum tree generation unit 102. The condition information stored in the storage device by the input unit 101 includes a link cost input from the input device. Generates a minimum tree, which is a topology that minimizes the total sum of all link costs, on condition that the connectivity between all nodes during normal operation is ensured, and identifies the nodes that make up the generated minimum tree as possible link installation positions. The candidate topology set generation unit 100 generates a candidate topology set in which links are installed at the link installation possible positions specified by the minimum tree generation unit 102.

尚、リンクコストとしては、リンク距離を当該ノード間のトラヒック量比率で除した値を用いる。   As the link cost, a value obtained by dividing the link distance by the traffic amount ratio between the nodes is used.

また、候補トポロジ集合生成部100は、常設リンク付加部103を具備し、常設リンク付加部103においては、最小木生成部102が生成した最小木においてリンク設置可能位置として含まれない各々のノードに対して、一本だけリンクを設置したトポロジの、単一リンク障害時の平均接続性喪失トラヒック量比率を算出し、算出した比率が最小となるノードをリンク設置可能位置として特定してリンクを設置する処理を、当該比率が予め定められた値以下となるまで反復し、候補トポロジ集合生成部100は、常設リンク付加部103が特定した全てのリンク設置可能位置にもリンクを設置した候補トポロジ集合を生成する。   In addition, the candidate topology set generation unit 100 includes a permanent link addition unit 103. In the permanent link addition unit 103, each node not included as a link installation possible position in the minimum tree generated by the minimum tree generation unit 102 is included. On the other hand, for the topology with only one link installed, calculate the average loss of traffic volume ratio at the time of single link failure, specify the node with the smallest calculated ratio as the link installable position, and install the link The candidate topology set generation unit 100 repeats the above processing until the ratio falls below a predetermined value, and the candidate topology set generation unit 100 sets the candidate topology set in which links are set at all link installation possible positions specified by the permanent link addition unit 103. Is generated.

さらに、候補トポロジ集合生成部100は、リンク設置候補位置選択104を具備し、リンク設置候補位置選択104においては、常設リンク付加部103が特定したリンク設置可能位置として含まれない任意のノードの各々に対して、一本だけリンクを設置したトポロジのトラヒック量で重みづけた平均ホップ長を算出し、算出した平均ホップ長が最小となるリンク設置可能位置をリンク設置候補位置として選択する処理を、予め定められたリンク本数xだけ反復し、候補トポロジ集合生成部100は、リンク設置候補位置選択部104が選択した全てのリンク設置可能位置にもリンクを設置した候補トポロジ集合を生成する。   Further, the candidate topology set generation unit 100 includes a link installation candidate position selection 104. In the link installation candidate position selection 104, each of arbitrary nodes not included as the link installation possible positions specified by the permanent link addition unit 103 is included. On the other hand, the process of calculating the average hop length weighted by the traffic amount of the topology in which only one link is installed, and selecting the link installation possible position where the calculated average hop length is the minimum as the link installation candidate position, The candidate topology set generation unit 100 generates a candidate topology set in which links are installed at all link installation possible positions selected by the link installation candidate position selection unit 104 by repeating a predetermined number x of links.

そして、候補トポロジ集合生成部100は、候補トポロジ生成部105を具備し、候補トポロジ生成部105において、リンク設置候補位置選択部104が選択したx本のリンク設置可能位置の各々に対して、リンクを設置する場合としない場合の組み合わせてとして構成可能な2個のトポロジを候補として生成する。 The candidate topology set generation unit 100 includes a candidate topology generation unit 105. For each of the x link installation possible positions selected by the link installation candidate position selection unit 104 in the candidate topology generation unit 105, a link is provided. 2 × topologies that can be configured as a combination of the case where the case is installed and the case where it is not set are generated as candidates.

このように、本例では、全リンク長と、トラヒック比率で重みづけた平均ホップ長、および、単一リンク障害時(SLF)に接続性が喪失するトラヒック量比率の平均値、の3つを評価尺度として用いることにより、大規模ネットワークに対して、現実的な時間で、候補トポロジの集合を生成することができる。   In this way, in this example, the total link length, the average hop length weighted by the traffic ratio, and the average value of the traffic volume ratio at which connectivity is lost at the time of single link failure (SLF) are By using it as an evaluation measure, a set of candidate topologies can be generated in a realistic time for a large-scale network.

尚、本発明は、図1〜図10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、候補トポロジの集合を生成する技術に限定した説明を行っているが、この技術により生成した候補トポロジ集合を、例えばAHPを用いた網トポロジ設計システムにおいて利用することにより、高性能な網トポロジ設計システムを構築することができる。   In addition, this invention is not limited to the example demonstrated using FIGS. 1-10, In the range which does not deviate from the summary, various changes are possible. For example, in this example, the description is limited to a technique for generating a set of candidate topologies. However, by using the candidate topology set generated by this technique in a network topology design system using, for example, AHP, A high performance network topology design system can be constructed.

100:候補トポロジ集合生成部、101:入力部、102:最小木生成部、103:常設リンク付加部、104:リンク設置候補位置選択、105:候補トポロジ生成部、106:出力部。   100: candidate topology set generation unit, 101: input unit, 102: minimum tree generation unit, 103: permanent link addition unit, 104: link installation candidate position selection, 105: candidate topology generation unit, 106: output unit

Claims (10)

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可能なネットワークにおけるトポロジを、プログラムされたコンピュータ処理によって生成するシステムであって、
プログラムされたコンピュータの処理を実行する手段として、
上記ネットワークにおける全ノード間の接続性を満たすリンクコストが最小のトポロジを生成する第1の手段と、
該第1の手段が生成したトポロジに対して、単一リンク障害時の接続性が予め定められた水準を維持するよう最小限のリンクを付加したトポロジを生成する第2の手段と、
該第2の手段が生成したトポロジに対して、ノード間の経路選択の多様性が増加するよう予め定められた数のリンクを付加したトポロジを生成する第3の手段と
を有することを特徴とする候補トポロジ生成システム。
A system for generating a topology in a network in which positions of all nodes are given and links can be set between arbitrary nodes by programmed computer processing,
As a means of executing programmed computer processing,
A first means for generating a topology having a minimum link cost that satisfies connectivity between all nodes in the network;
A second means for generating a topology with a minimum number of links added so that connectivity at the time of a single link failure is maintained at a predetermined level with respect to the topology generated by the first means;
And a third means for generating a topology in which a predetermined number of links are added to the topology generated by the second means so as to increase the diversity of path selection between nodes. Candidate topology generation system.
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を生成するシステムであって、
プログラムされたコンピュータの処理を実行する手段として、
入力装置から入力される、上記ネットワークの全リンク長とトラヒック比率で重みづけした平均ホップ長および単一リンク障害時に接続性が喪失するトラヒック量比率の平均値を含む条件情報を入力して記憶装置に記憶する入力手段と、
上記記憶装置から上記条件情報を読み出し、予め定められた時間内で候補トポロジ集合を生成する候補トポロジ集合生成手段と、
該候補トポロジ集合生成手段が生成した候補トポロジ集合を出力装置を介して出力する出力手段と
を有することを特徴とするトポロジ生成システム。
By programmed computer processing
A system for generating a network topology,
As a means of executing programmed computer processing,
A storage device that inputs condition information including an average hop length weighted by the total link length of the network and a traffic ratio, and an average value of a traffic volume ratio at which connectivity is lost when a single link fails, input from an input device Input means for storing
Candidate topology set generation means for reading the condition information from the storage device and generating a candidate topology set within a predetermined time;
A topology generation system comprising: output means for outputting the candidate topology set generated by the candidate topology set generation means via an output device.
請求項2に記載のトポロジ生成システムであって、
上記条件情報としてリンクコストを含み、
上記候補トポロジ集合生成手段は、
正常時の全ノード間の接続性確保を条件に、全リンクコストの総和を最小とするトポロジである最小木を生成し、生成した最小木を構成するノードをリンク設置可能位置として特定する最小木生成手段を具備し、
該最小木生成手段が特定したリンク設置可能位置にリンクを設置した候補トポロジ集合を生成することを特徴とするトポロジ生成システム。
The topology generation system according to claim 2,
Including link cost as the above condition information,
The candidate topology set generation means includes:
A minimum tree that generates a minimum tree, which is a topology that minimizes the total sum of all link costs, on the condition that connectivity between all nodes during normal operation is secured, and that identifies the nodes that make up the generated minimum tree as link installation positions Comprising generating means,
A topology generation system for generating a candidate topology set in which links are installed at positions where link establishment is possible specified by the minimum tree generation means.
請求項3に記載のトポロジ生成システムであって、
上記リンクコストとして、リンク距離を当該ノード間のトラヒック量比率で除した値を用いることを特徴とするトポロジ生成システム。
The topology generation system according to claim 3,
A topology generation system using a value obtained by dividing a link distance by a traffic amount ratio between the nodes as the link cost.
請求項3もしくは請求項4のいずれかに記載のトポロジ生成システムであって、
上記候補トポロジ集合生成手段は、
上記最小木生成手段が生成した最小木において上記リンク設置可能位置として含まれない各々のノードに対して、一本だけリンクを設置したトポロジの、単一リンク障害時の平均接続性喪失トラヒック量比率を算出し、該算出した比率が最小となるノードをリンク設置可能位置として特定してリンクを設置する処理を、当該比率が予め定められた値以下となるまで反復する常設リンク付加手段を具備し、
該常設リンク付加手段が特定した全てのリンク設置可能位置にもリンクを設置した候補トポロジ集合を生成することを特徴とするトポロジ生成システム。
A topology generation system according to claim 3 or 4, wherein:
The candidate topology set generation means includes:
Average connectivity loss traffic ratio at the time of a single link failure in a topology in which only one link is installed for each node not included as the link installation possible position in the minimum tree generated by the minimum tree generation means And a permanent link adding unit that repeats the process of specifying a node having the smallest calculated ratio as a link installable position and installing a link until the ratio falls below a predetermined value. ,
A topology generation system, characterized in that a candidate topology set is generated in which links are also installed at all link installation positions specified by the permanent link addition means.
請求項5に記載のトポロジ生成システムであって、
上記候補トポロジ集合生成手段は、
上記常設リンク付加手段が特定したリンク設置可能位置として含まれない任意のノードの各々に対して、一本だけリンクを設置したトポロジのトラヒック量で重みづけた平均ホップ長を算出し、
該算出した平均ホップ長が最小となるリンク設置可能位置をリンク設置候補位置として選択する処理を、予め定められたリンク本数xだけ反復するリンク設置候補位置選択手段を具備し、
該リンク設置候補位置選択手段が選択した全てのリンク設置可能位置にもリンクを設置した候補トポロジ集合を生成することを特徴とするトポロジ生成システム。
The topology generation system according to claim 5,
The candidate topology set generation means includes:
Calculate the average hop length weighted by the traffic amount of the topology in which only one link is installed for each of the arbitrary nodes that are not included as the link installation possible positions specified by the permanent link addition means,
Link installation candidate position selection means for repeating the process of selecting the link installation possible position where the calculated average hop length is minimum as the link installation candidate position by a predetermined number x of links,
A topology generation system for generating a candidate topology set in which links are installed at all link installation possible positions selected by the link installation candidate position selection means.
請求項6に記載のトポロジ生成システムであって、
上記候補トポロジ集合生成手段は、
上記リンク設置候補位置選択手段が選択したx本のリンク設置可能位置の各々に対して、リンクを設置する場合としない場合の組み合わせてとして構成可能な2個のトポロジを候補として生成する候補トポロジ生成手段を具備することを特徴とするトポロジ生成システム。
The topology generation system according to claim 6,
The candidate topology set generation means includes:
Candidate topologies that generate 2 x topologies that can be configured as a combination of cases where links are not installed and cases where links are not installed for each of the x link installable positions selected by the link installation candidate position selection means. A topology generation system comprising generation means.
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を生成するシステムのトポロジ生成方法であって、
プログラムされたコンピュータ処理による実行手順として、
請求項1から請求項7のいずれかに記載のトポロジ生成システムにおける各手段が実行する処理手順を含むことを特徴とするトポロジ生成方法。
By programmed computer processing
A system topology generation method for generating a network topology,
As an execution procedure by programmed computer processing,
A topology generation method comprising a processing procedure executed by each means in the topology generation system according to claim 1.
コンピュータを、請求項1から請求項7のいずれかに記載のトポロジ生成システムにおける各手段として機能させるためのプログラム。   The program for functioning a computer as each means in the topology generation system in any one of Claims 1-7. 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の設計を行うシステムであって、
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、
請求項1から請求項7のいずれかに記載のトポロジ生成システムにおける各手段を具備し、
上記出力手段が出力した候補トポロジ集合に含まれる各トポロジを用いて、上記ネットワークのトポロジの設計を行うことを特徴とする網トポロジ設計システム。
By programmed computer processing
A system for designing a network topology,
As a means of performing programmed computer processing,
Each means in the topology generation system according to any one of claims 1 to 7,
A network topology design system, wherein the topology of the network is designed using each topology included in the candidate topology set output by the output means.
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CN111815636A (en) * 2020-05-28 2020-10-23 武汉大学 Adaptive compact image segmentation method for vector road network

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015130551A (en) * 2014-01-06 2015-07-16 Kddi株式会社 network design method and system
CN111815636A (en) * 2020-05-28 2020-10-23 武汉大学 Adaptive compact image segmentation method for vector road network
CN111815636B (en) * 2020-05-28 2024-02-02 武汉大学 Self-adaptive compact image segmentation method for vector road network

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