JP3765487B2 - 光パス設計方法及びその実施装置並びにその処理プログラムと記録媒体 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はフォトニックMPLSを含むGMPLSネットワーク等における光パスの経路を設計する光パス設計装置に関し、特にネットワーク中で使用できる波長数に制約がある場合や、波長変換機能のあるルータを利用したネットワークを用いる場合の光パスの経路設計を行う光パス設計装置に適用して有効な技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、ネットワークを構築する際には、通信の行われる始点(ソース)のノードと終点(シンク)のノードについて、それらとそれらの間にある中継ノードとの間の帯域、遅延、パケット損失率等の品質や、トラヒック量をネットワーク情報として収集し、ノード間の各リンクでそれぞれのリンク容量(収容可能な最大パス本数)を満たす様に、通信で用いられる現用経路や故障シナリオを含む予備経路の設計を行っている。
【0003】
この様にして設計されたネットワークで通信を行う際には、パケットの高速転送を可能にするレイヤ3スイッチングの技術としてMPLS(Multi Protocol Label Switching)が多く用いられている。MPLSでは、ソースとシンクとの経路情報に対して「ラベル」と呼ばれる短い固定長の情報を割り当てておき、MPLS対応のスイッチやルータであるLSR(Label Switch Router)が最初のパケットを受信すると、そのパケットの送信経路に対応したラベルを付けて次のホップ先に転送する。この様にMPLSでは、ラベルの付加されたパケットを受信したルータがそのラベルを参照して次のホップ先へ転送するので、IPアドレスを逐一参照した通常のルーティング処理よりも高速な転送処理を行うことができる。
【0004】
また、ネットワークの高速化に伴って光ネットワークが用いられる様になってきているが、そのルーティングの際に光信号を電気信号に変換してルーティングを行うのはオーバーヘッドが大きい為、光ネットワーク上の信号をルーティングするための技術としてフォトニックMPLSを含むGMPLS(Generalized MPLS)の仕様が検討されており、MPLSのラベルの代わりに光信号の波長を割り当てて光信号のままルーティングを行うといった処理について検討が進められている。
【0005】
なお、MPLSネットワーク内に、IPの経路制御プロトコルに依存しない自由度の高いMPLS経路を設定するMPLS経路設定装置については、特開2002−223235号公報に記載されており、その概要は、MPLS技術を用いてパケットを交換するMPLSネットワーク上にMPLS経路を設定するMPLS経路設定装置において、MPLSネットワーク上の各ノードからネットワーク情報を収集するネットワーク情報収集手段と、前記ネットワーク情報に基づいて、MPLSネットワークのネットワーク構成を認識するネットワーク構成認識手段と、MPLS経路が満足すべき経路条件を設定する経路条件設定手段と、前記ネットワーク構成に基づいて、所定のノード間で、前記経路条件を満足するMPLS経路を探索するMPLS経路探索手段と、前記探索されたMPLS経路に応答したラベルを前記MPLSネットワーク上の各ノードに配信してMPLS経路を設定するMPLS経路設定手段とを含むものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の技術では、ソースとシンクとの間の経路設計を行う際に、各リンクでそれぞれのリンク容量を満たしさえすれば良いという条件での経路設計を行っており、光信号の波長という概念の導入に対する効果的な経路設計法が確立されていない為、対象となるネットワークがフォトニックMPLSネットワークをはじめ、GMPLSと言われるネットワークへとなっていった場合に、光ネットワークを考慮した効果的な経路設計を行うことができないという問題がある。例えば、前記従来の技術では、ネットワーク全体で使用できる波長数に制約がある場合やネットワーク内に波長切替え機能を有するルータが混在している場合に、その波長数の制約を満たす経路設計や、波長切替え機能を利用して途中で波長を切り替える様な経路設計を行うことができないという問題がある。
【0007】
本発明の目的は上記問題を解決し、ネットワーク全体で使用できる波長数に制約がある場合や、ネットワーク内に波長切替え機能を有するルータが混在している場合に、そのネットワークにおける最適な光パスの経路設計を行うことが可能な技術を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光ネットワークの光パスの経路を設計する光パス設計装置において、ネットワーク全体で使用できる波長数やネットワーク内の波長切替え機能に応じて現用経路や予備経路の経路設計を行うものである。
【0009】
本発明の光パス設計装置では、まず、求める経路設計が現用経路設計であるか或いは現用経路及び故障シナリオを含んだ予備経路設計であるかの選択をユーザから受け付けて経路設計の種別を設定する。
【0010】
次に前記設定した経路設計の種別に応じてパラメータを入力する。例えば現用経路設計の入力パラメータとしては、ネットワーク全体で使用できる波長数や、各ノードで切替え可能な波長数を示す波長切替数等を入力し、故障シナリオを含んだ予備経路設計も行う場合には、ある故障が発生した場合にどのノードが使用できなくなるか等を示す故障シナリオの情報も入力する。
【0011】
次に前記入力したパラメータを基に変数を生成して入力パラメータの変数化を行った後、前記設定した経路設計の種別に応じて前記変数を用いた各種制約条件を定式化する。例えば、前記入力された波長数の範囲内で一対のソース及びシンクに対して使用されている波長数が一波長であることを示す制約条件や、各ノードで使用されている波長切替数が前記入力された波長切替数以下であることを示す制約条件を定式化する。
【0012】
そしてソースとシンクとの間のパスのコストを示す関数を目的関数として設定した後、以後、この経路設計をグラフの問題として扱い、前記定式化された制約条件を満たすと共に、前記設定された目的関数を最大化または最小化する解を求めてソースとシンクとの間の経路を決定する。例えば、現用経路設計ではパスの総コストを目的関数と定め、予備経路設計では、パスの総コストに加え予備パスの数も目的関数に含めて目的関数を定めた後、その最小化を行う。
【0013】
前記の様に本発明では、光ネットワークでの波長数の制約や波長切替え機能に関する入力パラメータからそれらの制約条件を生成して経路設計を行うので、フォトニックMPLSを含むGMPLSネットワーク等における経路設計において、波長数の制約や波長変換機能のあるルータを利用したネットワークならではの特性を考慮した経路設計が必要となった場合に、それらを考慮した光パスの経路設計を行うことが可能であり、また、この考え方は次世代高速ネットワークの中核技術として採用されているWDM(波長分割多重)網の設計法にも適用することができる。
【0014】
以上の様に本発明の光パス設計装置によれば、ネットワーク全体で使用できる波長数やネットワーク内の波長切替え機能に応じて現用経路や予備経路の経路設計を行うので、ネットワーク全体で使用できる波長数に制約がある場合や、ネットワーク内に波長切替え機能を有するルータが混在している場合に、そのネットワークにおける最適な光パスの経路設計を行うことが可能である。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下に波長数の制約や波長切替え機能を有する光ネットワークでの光パスの経路を設計する一実施形態の光パス設計装置について説明する。
図1は本実施形態の光パス設計装置の概略構成とネットワーク設計の処理手順を示すフローチャートである。図1に示す様に本実施形態の光パス設計装置100は、CPU101と、メモリ102と、磁気ディスク装置103と、入力装置104と、出力装置105と、CD−ROM装置106と、通信装置107と、制約条件テーブル108とを有している。
【0016】
CPU101は、光パス設計装置100全体の動作を制御する装置である。メモリ102は、光パス設計装置100全体の動作を制御する際にその為の各種処理プログラムやデータをロードする記憶装置である。
【0017】
磁気ディスク装置103は、前記各種処理プログラムやデータを格納しておく記憶装置である。入力装置104は、経路設計の種別やパラメータを入力する為の各種入力を行う装置である。出力装置105は、経路設計の種別やパラメータの入力支援及び決定された経路の表示等、光パスの経路設計に伴う各種出力を行う装置である。
【0018】
CD−ROM装置106は、前記各種処理プログラムを記録したCD−ROMの内容を読み出す装置である。通信装置107は、ネットワークを介して他の処理装置との通信を行う装置である。制約条件テーブル108は、波長数制限、波長切替機能、予備経路設計の有無に応じた各場合について、その入力パラメータの表記法、各場合の制約条件の式中で用いられる変数の定義内容、各場合の制約条件の式及び目的関数を示す情報を格納したテーブルである。
【0019】
また光パス設計装置100は、経路設計選択処理部111と、パラメータ入力処理部112と、変数化処理部113と、定式化処理部114と、目的関数設定処理部115と、解法選択処理部116と、解法オプション選択処理部117と、経路決定処理部118とを有している。
【0020】
経路設計選択処理部111は、求める経路設計が、現用経路設計であるか或いは現用経路及び故障シナリオを含んだ予備経路設計であるかの選択をユーザから受け付けて経路設計の種別を設定する処理部である。
【0021】
パラメータ入力処理部112は、ネットワーク全体で使用できる波長数や、各ノードで切替え可能な波長数を示す波長切替数、ある故障がどの様に発生するかを示す故障シナリオ等の情報をパラメータとして入力する処理部である。
【0022】
変数化処理部113は、前記入力されたパラメータを基に変数を生成して入力パラメータの変数化を行う処理部である。定式化処理部114は、前記入力された波長数の範囲内で一対のソース及びシンクに対して使用されている波長数が一波長であり、同一波長かつ同一ノード間上で経路が重複していないことを示す制約条件や、各ノードで使用されている波長切替数が前記入力された波長切替数以下であり、同一波長かつ同一ノード間上で経路が重複していないことを示す制約条件、前記入力された故障シナリオの影響で予備パスを使用した場合に一対のソース及びシンクに対して一波長であること、または、予備パスを使用した場合の各ノードで使用されている波長切替数が前記入力された波長切替数以下となることを含む制約条件等を前記生成した変数を用いて定式化する処理部である。
【0023】
目的関数設定処理部115は、ソースとシンクとの間のパスのコストを示す関数や、必要予備パスの重みを示す関数を目的関数として設定する処理部である。解法選択処理部116は、前記経路設計を整数計画問題として解く際の解法として、厳密解法で解くか或いは近似解法で解くかの選択をユーザから受け付けて解法の種別を設定する処理部である。
【0024】
解法オプション選択処理部117は、前記経路設計を整数計画問題として解く際の解法のオプションとして、制約条件を満たす解の中で最小波長数を求める等の各種オプションの選択をユーザから受け付けて設定する処理部である。
【0025】
経路決定処理部118は、前記制約条件、目的関数、解法、解法オプションを指定して、整数計画問題を解くソフトウェアを起動し、前記定式化された制約条件を満たすと共に前記設定された目的関数を最大化または最小化する解を求めることにより、ソースとシンクとの間の経路を決定する処理部である。
【0026】
光パス設計装置100を経路設計選択処理部111、パラメータ入力処理部112、変数化処理部113、定式化処理部114、目的関数設定処理部115、解法選択処理部116、解法オプション選択処理部117及び経路決定処理部118として機能させる為のプログラムは、CD−ROM等の記録媒体に記録され磁気ディスク等に格納された後、メモリにロードされて実行されるものとする。なお前記プログラムを記録する記録媒体はCD−ROM以外の他の記録媒体でも良い。また前記プログラムを当該記録媒体から情報処理装置にインストールして使用しても良いし、ネットワークを通じて当該記録媒体にアクセスして前記プログラムを使用するものとしても良い。
【0027】
図1に示す様に光パス設計装置100で経路設計処理が開始されると、ステップ121で経路設計選択処理部111は、求める経路設計が、現用経路設計であるか或いは現用経路及び故障シナリオを含んだ予備経路設計であるかの選択をユーザから受け付けて経路設計の種別を設定する処理を行う。
【0028】
次にステップ122でパラメータ入力処理部112は、ネットワーク全体で使用できる波長数や、各ノードで切替え可能な波長数を示す波長切替数、ある故障がどの様に発生するかを示す故障シナリオ等の情報をパラメータとして入力した後、その入力したパラメータの値を予め定められた表記の変数へ代入する処理を行う。
【0029】
図2は本実施形態の必要パラメータの例を示す図である。図2に示す様に本実施形態では、ネットワークの構築及び拘束条件の作成に必要なパラメータとして以下の様なパラメータを入力する。
・波長数
・節点数
・各節点の波長切替数、X座標、Y座標
・辺数
・各辺の辺容量、辺長、コスト、辺の両端節点番号
・ペア種数
・各ペアの始節点番号、終節点番号、多重度、自動パス候補作成時の最短路に対する余剰辺長、最大パス長
・確定パス数
・各確定パスの故障シナリオ番号、対象ペア種番号、パス長、確定パスの辺番号、確定パスの波長番号
・故障シナリオ数※
・各故障シナリオの故障節点数、故障節点番号※
・各故障シナリオの故障辺数、故障辺番号※
・自動パス候補作成数※
・手動パス候補数※
・各手動パス候補の対象パス番号、手動パス候補の必要辺数、経由辺番号※
・seed(乱数ジェネレータの初期値)※
【0030】
ここで、波長数はネットワーク全体で利用できる波長の数を示し、節点数はネットワークを構成するMPLS対応のスイッチやルータ等のノードを節点で表すものとした場合の数を示し、波長切替数は各節点のノードで切替え可能な波長の数を示している。
【0031】
また、辺数は通信可能なノード間を辺で表すものとした場合の数を表し、辺容量はそのリンクで同時に使用可能なパスの数、辺長はその辺の長さ、コストはその辺に相当するネットワークを実際に建設した場合の建設費用をモデル化した値、両端節点番号は、その辺の両端に位置する節点を識別する為の番号である。
【0032】
また、ペア種数は多重度を無視してソースとシンクをペアで表した場合の数を示しており、各ペアの始節点番号はソース側のノードを識別する為の番号、終節点番号はシンク側のノードを識別する為の番号であり、多重度はそのペア間で同時に使用可能なパスの数、自動パス候補作成時の最短路に対する余剰辺長は、近似解の解空間を「最短経路+α」とした場合の「α」に相当する余剰辺長を表している。
【0033】
さらに確定パス数は、使用することが予め定められている経路の数を示し、各確定パスの対象ペア種番号は、その確定パスのペアの種類と番号、パス長はその確定パスの長さ、確定パスの辺番号はその確定パス中の辺を示す番号、確定パスの波長番号はその確定パスで使用される波長の識別番号を表している。
【0034】
また故障シナリオ数は、ネットワークで発生しうる故障をシナリオとして表した場合のシナリオの数を表しており、各故障シナリオの故障節点数は、その故障シナリオで定義されている故障節点の数、故障節点番号はその故障節点を識別する為の番号、故障辺数はその故障辺の数、故障辺番号はその故障辺を識別する為の番号を表している。
【0035】
そして自動パス候補作成数は、近似解の際に自動的に作成される最短経路等のパス候補の数、手動パス候補数は、近似解の際にユーザから指定されるパス候補の数、各手動パス候補の対象パス番号は、その手動パス候補の対象パスを識別する為の番号、必要辺数はその手動パス候補で必要となる辺の数、経由辺番号はその手動パス候補で経由する辺を識別する為の番号、seedは近似解の初期値を設定する為の乱数ジェネレータの初期値である。これら故障シナリオ数以下のパラメータは、厳密解を求める場合には不要であるものとする。
【0036】
次にステップ123で光パス設計装置100の変数化処理部113は、前記入力されたパラメータを基に変数を生成して入力パラメータの変数化を行う。
そしてステップ124で定式化処理部114は、前記入力された波長数の範囲内で一対のソース及びシンクに対して使用されている波長数が一波長であり、同一波長かつ同一ノード間上で経路が重複していないことを示す制約条件や、各ノードで使用されている波長切替数が前記入力された波長切替数以下であり、同一波長かつ同一ノード間上で経路が重複していないことを示す制約条件、前記入力された故障シナリオの影響で予備パスを使用した場合に一対のソース及びシンクに対して一波長であること、または、予備パスを使用した場合の各ノードで使用されている波長切替数が前記入力された波長切替数以下となることを含む制約条件等を定式化する処理を行う。この様な定式化により、以後、この経路設計をグラフの問題(整数計画問題)として扱うことができる。
【0037】
次にステップ125で目的関数設定処理部115は、ソースとシンクとの間のパスのコストを示す関数や、必要予備パスの重みを示す関数を目的関数として設定する処理を行う。この様に本実施形態では、経路を決定する為の目的関数を決め、目的に即した最適値を見つける。ここでいう最適値とは、例えば目的関数の最大化や最小化、またはそれに準ずる操作により、ある指標において最適となる値を指すものとする。一例としては、現用経路設計では、パスの総コストを目的関数と定め、その関数を最小化することで最適値を求める。また予備経路設計では、パスの総コストに加え予備パスの数も目的関数に含め、その関数を最小化することで最適値を求める。
【0038】
次にステップ126で解法選択処理部116は、前記経路設計を整数計画問題として解く際の解法として、厳密解法で解くか或いは近似解法で解くかの選択をユーザから受け付けて解法の種別を設定する処理を行う。整数計画問題を解く際に、厳密解法では全空間を調べるのに対して、近似解法では解空間を限定してその空間における最適解(準最適解と呼ぶ)を見つける。解空間の絞り方の一例としては、始点・終点となるルータの最短経路を見つけ、解空間を「最短経路+α」として解空間の大きさを調整する方法がある。
【0039】
そしてステップ127で解法オプション選択処理部117は、前記経路設計を整数計画問題として解く際の解法のオプションとして、制約条件を満たす解の中で最小波長数を求める等のオプションの選択をユーザから受け付けて設定する処理を行う。
【0040】
図3は本実施形態の解法オプションの例を示す図である。図3に示す様に本実施形態では、ステップ126で厳密解法が選択され、ステップ127でオプションの選択が無い場合には引数として「-c」を指定し、ステップ127で最小波長数を求めるオプションが選択された場合には引数の「-cm」の後に探索する最小波長数の下限の指定を行う。
【0041】
またステップ126で近似解法が選択され、ステップ127でオプションの選択が無い場合には引数の指定無しとし、その他、最小波長数を求める場合や、繰り返し回数の指定を行う場合、そして実行可能解が得られたらすぐに終了する場合等のオプションが選択された場合には、図3の様な「-m」「-i」「-f」等の引数の指定を行う。
【0042】
本実施形態では、前記の様に解法として厳密解法と近似解法を選択できるものとするが、厳密解法では変数や制約条件式の増大に伴って計算時間が指数関数的に激増する為、現実的な時間での解の出力が困難となる場合がある。このとき、近似解法を選択すれば、解空間を限定した中での準最適解を出力することができる。
【0043】
前記の様にして解法やオプションの設定が行われた後、光パス設計装置100の経路決定処理部118は、整数計画問題を解くソフトウェアを、前記制約条件、目的関数、解法、解法オプションを指定して起動し、前記定式化された制約条件を満たすと共に前記設定された目的関数を最小化する解を求めることにより、ソースとシンクとの間の経路を決定する処理を行う。なお整数計画問題を解く際の処理手順については市販のソフトウェア等、公知技術によるものとする。なお図3の「CalcMPLS.exe」は、本実施形態の経路設計選択処理部111〜経路決定処理部118としてコンピュータを機能させるプログラムを表しており、図3の「最適経路探索」は、整数計画問題を解く市販等のソフトウェアにより行われる処理であるものとする。
【0044】
以下に、本実施形態の光パス設計装置100において、ネットワーク全体で使用可能な波長数に制約がある場合の前記ステップ122〜ステップ125の具体例について図4〜図6を参照して説明する。
【0045】
図4は本実施形態の波長数制限がありノードの波長切替えを有していない場合の入力パラメータの表記法の例を示す図である。本実施形態の光パス設計装置100において、ネットワーク全体で使用可能な波長数に制約がありノードの波長切替えを有していない場合の経路設計を行う際、ステップ122でパラメータ入力処理部112は、節点、ソース及びシンク、波長数、辺容量、距離、コスト等の、波長数の情報を含むネットワーク情報をパラメータとして入力した後、その入力したパラメータの値を図4の様に予め定められた表記の変数へ代入する処理を行う。
【0046】
図4に示す様に本実施形態の光パス設計装置100では、節点をVで表し、総節点数をn、総辺数をmで表している。またソースとシンクをそれぞれsとtで示し、sとtのペアでパスを、また総ペア数をqで示しており、さらにネットワーク全体で使用可能な波長数をgとし、i及びjで識別されるノード間の辺容量をfij、距離をdij、コストをCijで表している。なお図4の総節点数、総辺数、総ペア数、波長数、辺容量、距離、コストは、それぞれ図2の節点数、辺数、ペア種数、波長数、各辺の辺容量、辺長、コストを表すものとする。
【0047】
図5は本実施形態の波長数制限がありノードの波長切替えを有していない場合の変数化の例を示す図である。図5に示す様にステップ123で光パス設計装置100の変数化処理部113は、前記入力されたパラメータを基に変数を生成して入力パラメータの変数化を行う。
【0048】
すなわち、図4の様に入力パラメータとしてネットワーク全体で使用できる波長数gが入力され、ノードの波長切替回数の上限が入力されていない場合には、波長数制限がありノードの波長切替えを有していない場合に用いられる変数の定義を制約条件テーブル108から読み出し、節点ViとVjとの間にパス(k)があるかどうかを示す辺マトリクスx、パス(k)が波長(l)を使用するかどうかを示す波長マトリクスy、各節点での入出力の釣合がとれているかどうかを示す釣合マトリクスzの各変数の定義内容を図5の様に出力する。
【0049】
図6は本実施形態の波長数制限がありノードの波長切替えを有していない場合の定式化における制約条件及び目的関数の例を示す図である。図6に示す様にステップ124で定式化処理部114は、波長数制限がありノードの波長切替えを有していない場合に用いられる制約条件の式を制約条件テーブル108から読み出し、前記生成した変数を用いて定式化された制約条件の式を出力した後、ステップ125で目的関数設定処理部115は、ソースとシンクとの間のパスのコストを示す関数を目的関数として出力する処理を行う。
【0050】
例えば図6では、一対のソース及びシンクに対して使用されている波長数が一波長であることを示す制約条件として、図5の波長マトリクスyを用いた以下の数1を出力している。
【0051】
【数1】
【0052】
ここで数1中のkはパス番号、lは波長番号を示し、総和を表す記号「Σ」における等号の左辺と式中のy[k,l]内の記号「l」は波長番号を、また総和を表す記号「Σ」における等号の右辺や数1の右辺は数字の「1」を表している。
また図6では同一波長かつ同一辺上で経路が重複していないことを示す制約条件として、図5の辺マトリクスx及び波長マトリクスyを用いて以下の数2を出力している。
【0053】
【数2】
【0054】
ここで数2中のi及びjは節点番号、k及びk'はパス番号、lは波長番号を示し、式中のy[k',l]内の記号「l」は波長番号を表している。
【0055】
本実施形態の光パス設計装置100の経路決定処理部118は、前記の様にして定式化された制約条件や目的関数と、解法及び解法オプションを指定して整数計画問題用のソフトウェアを起動し、前記定式化された制約条件を満たすと共に前記設定された目的関数を最小化する解を求めることにより、波長数制限がありノードの波長切替えを有していない場合のソースとシンクとの間の経路を決定する処理を行う。
【0056】
次に、本実施形態の光パス設計装置100において、ネットワーク全体で使用可能な波長数に制約があり、ノードが波長切替え機能を有している場合の前記ステップ122〜ステップ125の具体例について図7〜図9を参照して説明する。
【0057】
図7は本実施形態の波長数制限及びノードの波長切替えを有する場合の入力パラメータの表記法の例を示す図である。本実施形態の光パス設計装置100において、ネットワーク全体で使用可能な波長数に制約があり、ノードの波長切替えを有している場合の経路設計を行う際、ステップ122でパラメータ入力処理部112は、ノードの波長切替回数の上限を含む情報をパラメータとして入力した後、その入力したパラメータの値を図7の様に予め定められた表記の変数へ代入する処理を行う。すなわち図7に示す様に本実施形態の光パス設計装置100では、ノードの波長切替回数の上限をhiで表しており、他の表記は図4と同様である。なお図7のノードの波長切替回数の上限は、図2の各節点の波長切替数を表すものとする。
【0058】
図8は本実施形態の波長数制限及びノードの波長切替えを有する場合の変数化の例を示す図である。図8に示す様にステップ123で光パス設計装置100の変数化処理部113は、前記入力されたパラメータを基に変数を生成して入力パラメータの変数化を行う。
【0059】
すなわち、図7の様に入力パラメータとしてネットワーク全体で使用できる波長数gと、ノードの波長切替回数の上限hiが入力されている場合には、波長数制限がありノードの波長切替えを有している場合に用いられる変数の定義を制約条件テーブル108から読み出し、節点ViとVjとの間に波長番号(l)のパス(k)があるかどうかを示す辺マトリクスxの変数の定義内容を図8の様に出力する。
【0060】
図9は本実施形態の波長数制限及びノードの波長切替えを有する場合の定式化における制約条件及び目的関数の例を示す図である。図9に示す様にステップ124で定式化処理部114は、波長数制限がありノードの波長切替えを有している場合に用いられる制約条件の式を制約条件テーブル108から読み出し、前記生成した変数を用いて定式化された制約条件の式を出力した後、ステップ125で目的関数設定処理部115は、ソースとシンクとの間のパスのコストを示す関数を目的関数として出力する処理を行う。
例えば図9では、同一波長かつ同一辺上で経路が重複していないことを示す制約条件として、図8の辺マトリクスxを用いた以下の数3を出力している。
【0061】
【数3】
【0062】
ここで数3中のi及びjは節点番号、kはパス番号、lは波長番号を示し、式中のy[i,j,k,l]内の記号「l」は波長番号を、また総和を表す記号「Σ」における等号の右辺や数3の右辺は数字の「1」を表している。
また図9では、各ノードが使用する波長切替回数がhi以下となることを示す制約条件として、図8の辺マトリクスxを用いた以下の数4を出力している。
【0063】
【数4】
【0064】
ここで数3の場合と同様に数4中のi及びjは節点番号、kはパス番号、lは波長番号を示し、総和を表す記号「Σ」における等号の左辺と式中のy[i,j,k,l]及びy[j,i,k,l]内の記号「l」は波長番号を、総和を表す記号「Σ」における等号の右辺は数字の「1」を表している。
【0065】
本実施形態の光パス設計装置100の経路決定処理部118は、前記の様にして定式化された制約条件や目的関数と、解法及び解法オプションを指定して整数計画問題用のソフトウェアを起動し、前記定式化された制約条件を満たすと共に前記設定された目的関数を最小化する解を求めることにより、波長数制限及びノードの波長切替えを有する場合のソースとシンクとの間の経路を決定する処理を行う。
【0066】
次に、本実施形態の光パス設計装置100において、ネットワーク全体で使用可能な波長数に制約があり、ノードが波長切替え機能を有していると共に故障シナリオが存在している場合の前記ステップ122〜ステップ125の具体例について図10〜図12を参照して説明する。
【0067】
図10は本実施形態の波長数制限、ノードの波長切替え及び故障シナリオを有する場合の入力パラメータの表記法の例を示す図である。本実施形態の光パス設計装置100において、ネットワーク全体で使用可能な波長数に制約があり、ノードの波長切替えを有していると共に故障シナリオが存在している場合の経路設計を行う際、ステップ122でパラメータ入力処理部112は、故障シナリオの内容を含む情報をパラメータとして入力した後、その入力したパラメータの値を図10の様に予め定められた表記の変数へ代入する処理を行う。
【0068】
すなわち図10に示す様に本実施形態の光パス設計装置100では、ある故障シナリオhに対して節点Vi及びVj間の辺での通信を実行可能かをFhijで、また故障シナリオの重みをAhで表しており、他の表記は図7と同様である。ここで故障シナリオの重みとしては予め設定されている「1」等の値を用いるものとするが、図2の入力パラメータとしてその都度入力するものとしても良い。なお図10のuは故障シナリオ数を表すものとする。
【0069】
図11は本実施形態の波長数制限、ノードの波長切替え及び故障シナリオを有する場合の変数化の例を示す図である。図11に示す様にステップ123で光パス設計装置100の変数化処理部113は、前記入力されたパラメータを基に変数を生成して入力パラメータの変数化を行う。
【0070】
すなわち、図10の様に入力パラメータとしてネットワーク全体で使用できる波長数g及びノードの波長切替回数の上限hiが入力され、ステップ121で現用経路及び故障シナリオを含んだ予備経路設計が選択されている場合には、波長数制限があり、ノードの波長切替えを有していると共に故障シナリオが存在している場合に用いられる変数の定義を制約条件テーブル108から読み出し、現用経路の辺マトリクスx、予備パスの辺マトリクスy、予備パスが必要がどうかを示すz、前記x、y、zを用いるwの各変数の定義内容を図11の様に生成する。
【0071】
図12は本実施形態の波長数制限、ノードの波長切替え及び故障シナリオを有する場合の定式化における制約条件の例を示す図である。図12では、各節点における入出力の釣合がとれ、なおかつ全てのパスが存在することを示す制約条件を示している。
【0072】
図13は本実施形態の波長数制限、ノードの波長切替え及び故障シナリオを有する場合の定式化における制約条件の続きを示す図である。図13では、全ての辺が辺容量を満たすこと、同一パスかつ同一辺上で経路が重複していないこと、同一波長かつ同一辺上で経路が重複していないこと、各パスの長さが設定値D以下となることを示す制約条件を示している。
【0073】
図14は本実施形態の波長数制限、ノードの波長切替え及び故障シナリオを有する場合の定式化における制約条件の続き及び目的関数の例を示す図である。図14では、各ノードの波長切替回数がPi以下となること、予備パスが必要であること、予備パスが故障辺を通らないことを示す制約条件と、必要予備パスを最小とする為の目的関数を示している。
【0074】
図12〜図14に示す様にステップ124で定式化処理部114は、波長数制限があり、ノードの波長切替えを有していると共に故障シナリオが存在している場合に用いられる制約条件の式を制約条件テーブル108から読み出し、前記生成した変数を用いて定式化された制約条件の式を出力した後、ステップ125で目的関数設定処理部115は、ソースとシンクとの間のパスのコストを示す関数と、ソースとシンクとの間の必要予備パスの重みを示す関数を目的関数として出力する処理を行う。
【0075】
例えば図13では、同一波長かつ同一辺上で経路が重複していないことを示す制約条件として、現用経路を用いる場合と予備パスを用いる場合について、図11の辺マトリクスxと変数wを用いた以下の数5を出力している。
【0076】
【数5】
【0077】
ここで数5中のhは故障シナリオ、i及びjは節点番号、kはパス番号、lは波長番号を示し、式中のx[i,j,k,l],x[j,i,k,l],w[h,i,j,k,l],w[h,j,i,k,l]内の記号「l」は波長番号を、また総和を表す記号「Σ」における等号の右辺や数5の右辺は数字の「1」表している。
【0078】
また図14では、各ノードが使用する波長切替回数がPi以下となることを示す制約条件として、現用経路を用いる場合と予備パスを用いる場合について、図11の辺マトリクスxと変数wを用いた以下の数6を出力している。
【0079】
【数6】
【0080】
ここで数5の場合と同様に数6中のhは故障シナリオ、i及びjは節点番号、kはパス番号、lは波長番号を示し、総和を表す記号「Σ」における等号の左辺と式中のx[i,j,k,l],x[j,i,k,l],w[h,i,j,k,l],w[h,j,i,k,l]内の記号「l」は波長番号を、また総和を表す記号「Σ」における等号の右辺は数字の「1」を表している。
【0081】
本実施形態の光パス設計装置100の経路決定処理部118は、前記の様にして定式化された制約条件や目的関数と、解法及び解法オプションを指定して整数計画問題用のソフトウェアを起動し、前記定式化された制約条件を満たすと共に前記設定された目的関数を最小化する解を求めることにより、波長数制限及びノードの波長切替えを有する場合のソースとシンクとの間の経路を決定する処理を行う。
【0082】
図15は本実施形態の波長数制限がありノードの波長切替えを有していない場合の厳密解の一例を示す図である。図15のネットワーク図において、記号「●」はシンクまたはソースとなるノード、記号「○」はそれ以外の中継ノードを表しており、下線を有する数字はそのノードの節点番号を、また下線の無い数字は各辺の番号を示している。
【0083】
ここでは、節点数を「8」、辺数を「10」、パスを「6」、ネットワーク全体で使用できる波長数を「5」、各辺の容量を「2」とし、波長数制限がありノードの波長切替えを有していない場合の厳密解の例を結果(例1)として表しており、結果を示す図中の矢印は求められた経路であり、矢印に付加された数字は当該経路で使用される波長の番号を表している。
【0084】
図16は本実施形態の波長数制限がありノードの波長切替えを有していない場合の近似解の一例を示す図である。図16の例では、節点数を「8」、辺数を「10」、パスを「6」、ネットワーク全体で使用できる波長数を「3」、各辺の容量を「3」とし、波長数制限がありノードの波長切替えを有していない場合の近似解の結果を結果(例2)として表している。
【0085】
図17は本実施形態の波長数制限がありノードの波長切替えを有している場合の近似解の一例を示す図である。図17のネットワーク図において、記号「●」はシンクまたはソースとなるノード、記号「○」は中継ノード、それ以外の丸印は波長切替機能のあるルータを表しており、下線を有する数字はそのノードの節点番号を、また下線の無い数字は各辺の番号を示している。
【0086】
ここでは、節点数を「10」、辺数を「17」、パスを「15」、ネットワーク全体で使用できる波長数を「9」、各辺の容量を「9」、波長切替数の上限を「2」とし、波長数制限がありノードの波長切替えを有している場合の近似解の結果を結果(例3)として表しており、最小波長数の「9」が求められている。
【0087】
以上説明した様に本実施形態の光パス設計装置によれば、ネットワーク全体で使用できる波長数やネットワーク内の波長切替え機能に応じて現用経路や予備経路の経路設計を行うので、ネットワーク全体で使用できる波長数に制約がある場合や、ネットワーク内に波長切替え機能を有するルータが混在している場合に、そのネットワークにおける最適な光パスの経路設計を行うことが可能である。
【0088】
【発明の効果】
本発明によればネットワーク全体で使用できる波長数やネットワーク内の波長切替え機能に応じて現用経路や予備経路の経路設計を行うので、ネットワーク全体で使用できる波長数に制約がある場合や、ネットワーク内に波長切替え機能を有するルータが混在している場合に、そのネットワークにおける最適な光パスの経路設計を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の光パス設計装置の概略構成とネットワーク設計の処理手順を示すフローチャートである。
【図2】本実施形態の必要パラメータの例を示す図である。
【図3】本実施形態の解法オプションの例を示す図である。
【図4】本実施形態の波長数制限がありノードの波長切替えを有していない場合の入力パラメータの表記法の例を示す図である。
【図5】本実施形態の波長数制限がありノードの波長切替えを有していない場合の変数化の例を示す図である。
【図6】本実施形態の波長数制限がありノードの波長切替えを有していない場合の定式化における制約条件及び目的関数の例を示す図である。
【図7】本実施形態の波長数制限及びノードの波長切替えを有する場合の入力パラメータの表記法の例を示す図である。
【図8】本実施形態の波長数制限及びノードの波長切替えを有する場合の変数化の例を示す図である。
【図9】本実施形態の波長数制限及びノードの波長切替えを有する場合の定式化における制約条件及び目的関数の例を示す図である。
【図10】本実施形態の波長数制限、ノードの波長切替え及び故障シナリオを有する場合の入力パラメータの表記法の例を示す図である。
【図11】本実施形態の波長数制限、ノードの波長切替え及び故障シナリオを有する場合の変数化の例を示す図である。
【図12】本実施形態の波長数制限、ノードの波長切替え及び故障シナリオを有する場合の定式化における制約条件の例を示す図である。
【図13】本実施形態の波長数制限、ノードの波長切替え及び故障シナリオを有する場合の定式化における制約条件の続きを示す図である。
【図14】本実施形態の波長数制限、ノードの波長切替え及び故障シナリオを有する場合の定式化における制約条件の続き及び目的関数の例を示す図である。
【図15】本実施形態の波長数制限がありノードの波長切替えを有していない場合の厳密解の一例を示す図である。
【図16】本実施形態の波長数制限がありノードの波長切替えを有していない場合の近似解の一例を示す図である。
【図17】本実施形態の波長数制限がありノードの波長切替えを有している場合の近似解の一例を示す図である。
【符号の説明】
100…光パス設計装置、101…CPU、102…メモリ、103…磁気ディスク装置、104…入力装置、105…出力装置、106…CD−ROM装置、107…通信装置、108…制約条件テーブル、111…経路設計選択処理部、112…パラメータ入力処理部、113…変数化処理部、114…定式化処理部、115…目的関数設定処理部、116…解法選択処理部、117…解法オプション選択処理部、118…経路決定処理部。
Claims (4)
- 光ネットワークの光パスの経路を設計する光パス設計方法において、
ネットワーク全体で使用できる波長数、各ノードで切替え可能な波長数を示す波長切替数、故障シナリオの情報をパラメータとして入力するステップと、
波長数制限があり、ノードの波長切替え機能を有していると共に故障シナリオが存在している場合に用いられる変数の定義を制約条件テーブルから読み出し、現用経路の辺マトリクスx、予備パスの辺マトリクスy、予備パスが必要かどうかを示すz、前記x、y、zを用いるwの各変数を生成するステップと、
生成された前記変数を用いて制約条件を定式化するステップと、
現用経路を求める場合にはソースとシンクとの間のパスの総コストを示す関数を目的関数として設定し前記関数の最小化を行い、予備経路を求める場合にはソースとシンクとの間のパスの総コストに加え予備パスの数も目的関数に含めて目的関数を定めた後に前記関数の最小化を行うステップと、
厳密解法により解を求めるのか近似解法により解を求めるかを選択し、厳密解法の場合には全空間を調べ、近似解法の場合には始点・終点となるルータの最短経路を見つけ、解空間を「最短経路+α」として解空間の大きさを絞るステップと、
最小波長数を求めるか否か、または実行可能解が得られたらすぐに終了するか否か、または繰り返し数を指定するか否かという解法のオプションを指定するステップと、
前記定式化された制約条件を満たすと共に、前記設定された目的関数を最小化する解を求め、ソースとシンクとの間の経路を決定するステップと、
を含み、各ノードで切り替え可能な波長数を示す波長切り替え数を入力し故障シナリオを含んだ予備経路設計を行う機能を有する、ことを特徴とする光パス設計方法。 - 光ネットワークの光パスの経路を設計する光パス設計装置において、
ネットワーク全体で使用できる波長数、各ノードで切替え可能な波長数を示す波長切替数、故障シナリオの情報をパラメータとして入力するパラメータ入力処理部と、
波長数制限があり、ノードの波長切替え機能を有していると共に故障シナリオが存在している場合に用いられる変数の定義を制約条件テーブルから読み出し、現用経路の辺マトリクスx、予備パスの辺マトリクスy、予備パスが必要かどうかを示すz、前記x、y、zを用いるwの各変数を生成する変数化処理部と、
生成された前記変数を用いて制約条件を定式化する定式化処理部と、
現用経路を求める場合にはソースとシンクとの間のパスの総コストを示す関数を目的関数として設定し前記関数の最小化を行い、予備経路を求める場合にはソースとシンクとの間のパスの総コストに加え予備パスの数も目的関数に含めて目的関数を定めた後に前記関数の最小化を行う目的関数設定処理部と、
厳密解法により解を求めるのか近似解法により解を求めるかを選択し、厳密解法の場合には全空間を調べ、近似解法の場合には始点・終点となるルータの最短経路を見つけ、解空間を「最短経路+α」として解空間の大きさを絞る解法選択処理部と、
最小波長数を求めるか否か、または実行可能解が得られたらすぐに終了するか否か、または繰り返し数を指定するか否かという解法のオプションを指定する解法選択オプション選択処理部と、
前記定式化された制約条件を満たすと共に、前記設定された目的関数を最小化する解を求め、ソースとシンクとの間の経路を決定する経路決定処理部と
を含み、各ノードで切り替え可能な波長数を示す波長切り替え数を入力し故障シナリオを含んだ予備経路設計を行う機能を有する、ことを特徴とする光パス設計装置。 - 光ネットワークの光パスの経路を設計する光パス設計装置において、
ネットワーク全体で使用できる波長数、各ノードで切替え可能な波長数を示す波長切替数、故障シナリオの情報をパラメータとして入力するパラメータ入力処理部と、
波長数制限があり、ノードの波長切替え機能を有していると共に故障シナリオが存在し ている場合に用いられる変数の定義を制約条件テーブルから読み出し、現用経路の辺マトリクスx、予備パスの辺マトリクスy、予備パスが必要かどうかを示すz、前記x、y、zを用いるwの各変数を生成する変数化処理部と、
生成された前記変数を用いて制約条件を定式化する定式化処理部と、
現用経路を求める場合にはソースとシンクとの間のパスの総コストを示す関数を目的関数として設定し前記関数の最小化を行い、予備経路を求める場合にはソースとシンクとの間のパスの総コストに加え予備パスの数も目的関数に含めて目的関数を定めた後に前記関数の最小化を行う目的関数設定処理部と、
厳密解法により解を求めるのか近似解法により解を求めるかを選択し、厳密解法の場合には全空間を調べ、近似解法の場合にはその際に始点・終点となるルータの最短経路を見つけ、解空間を「最短経路+α」として解空間の大きさを絞る解法選択処理部と、
最小波長数を求めるか否か、または実行可能解が得られたらすぐに終了するか否か、または繰り返し数を指定するか否かという解法のオプションを指定する解法選択オプション選択処理部と、
前記定式化された制約条件を満たすと共に、前記設定された目的関数を最小化する解を求め、ソースとシンクとの間の経路を決定する経路決定処理部してコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。 - 前記請求項3に記載されたプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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