JP4845858B2 - Network topology / link capacity design processing method, system and program - Google Patents

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本発明は、インターネット等における網のトポロジとリンク容量の設計技術に係り、特に、網トポロジ設計問題において、単一リンク障害時に発生する迂回トラヒックを考慮して、任意のリンクの使用率を任意に定めた上限値以下に抑えることを制約条件に、総コストを最小化することにより、最適な網トポロジとリンク容量を求める技術に関するものである。   The present invention relates to a network topology and link capacity design technology in the Internet and the like, and in particular, in a network topology design problem, an arbitrary link usage rate can be arbitrarily set in consideration of detour traffic occurring at the time of a single link failure. The present invention relates to a technique for obtaining an optimal network topology and link capacity by minimizing the total cost under the constraint that it is kept below a predetermined upper limit value.

インターネットは個々のフローの状態を網内で管理せず、受信アドレスにのみ基づきルーティング処理が行われる。各ISP(Internet Services Provider)が管理する単一AS(Autonomous System)内では、OSPF(Open Shortest Path First)により固定的に設定されたリンク重みの総和が最小となる経路上にパケットが転送される。   The Internet does not manage the state of individual flows in the network, and routing processing is performed based only on received addresses. Within a single AS (Autonomous System) managed by each ISP (Internet Services Provider), packets are forwarded on a route that minimizes the sum of link weights fixedly set by OSPF (Open Shortest Path First). .

また、フローの受付制御を行わず転送レートは送信ホストが自律的に決定するため、原理的にリンク輻輳が発生し得る。そのため適切な通信品質を維持するために、網を構成する全てのリンクの利用率が適切な水準以下となるよう網を設計・管理することがISPの主要な課題の一つとなる。   In addition, since the transmission host autonomously determines the transfer rate without performing flow admission control, link congestion may occur in principle. For this reason, in order to maintain appropriate communication quality, designing and managing the network so that the utilization rate of all links constituting the network is below an appropriate level is one of the main issues of the ISP.

リンク使用率は、各リンクの設計帯域と流れるトラヒック量とで決まるが、トラヒック量は、交流トラヒックデマンド量の変動や各種障害に起因する経路の変更によって常に変化する。そのため、利用率の低いリンクを積極的に利用するようパケットの流れる経路を動的に設定し、リンク負荷の分散を図るトラヒックエンジニアリング(TE)が数多く検討されている。   The link usage rate is determined by the design bandwidth of each link and the amount of traffic flowing. However, the amount of traffic always changes due to changes in the amount of AC traffic demand and changes in the route due to various failures. For this reason, many traffic engineering (TE) studies have been made to dynamically set a route through which a packet flows so as to actively use a link having a low utilization rate and to distribute a link load.

例えば、MPLS(Multi−Protocol Label Switching)を用いれば発着ノードペア間に明示的にパスを設定できる。非特許文献1においては、各発着ノード間のトラヒックを設置可能な複数のパス間で平準化する設計技術が提案されており、また、非特許文献2,3においては、リンク負荷が網全体で平準化されるようOSPFの固定的なリンク重みを設定する技術が提案されている。   For example, if MPLS (Multi-Protocol Label Switching) is used, a path can be explicitly set between a pair of arrival and departure nodes. Non-Patent Document 1 proposes a design technique for leveling between a plurality of paths where traffic between each arrival / departure node can be installed. In Non-Patent Documents 2 and 3, the link load is the entire network. A technique for setting a fixed link weight of OSPF so as to be leveled has been proposed.

またOSPFは、リンクやノードの障害時、自律的に迂回経路を算出するが、例えば、非特許文献4においては、障害時に生成される迂回トラヒックに着目し、いくつかの障害パターンにおいてリンク負荷がうまく分散されるよう、OSPFのリンク重みのパターンを各々用意することが検討されている。   In addition, OSPF calculates a detour route autonomously at the time of a link or node failure. For example, in Non-Patent Document 4, paying attention to detour traffic generated at the time of a failure, link load is reduced in some failure patterns. It is considered to prepare each OSPF link weight pattern so as to be well distributed.

これらの技術では、事前に想定した静的な交流マトリクス(発着ノードペアごとのトラヒック量を行列表現したもので、i行j列の要素が、ノードiからノードjに向かうトラヒック量となり、「交流行列」、「デマンド行列」、「トラヒック交流」等ともいう)に基づき経路の最適化を行うが、例えば、非特許文献5,6においては、リアルタイムに計測したリンク使用率に基づき、動的にパケットの流れる経路を最適化することも検討されている。   In these technologies, a static AC matrix assumed in advance (the traffic amount for each pair of incoming and outgoing nodes is represented as a matrix, and the elements of i rows and j columns become the traffic amount from node i to node j. ”,“ Demand matrix ”,“ traffic exchange ”, etc.), the route is optimized. For example, in Non-Patent Documents 5 and 6, packets are dynamically generated based on the link usage rate measured in real time. It is also being considered to optimize the route of the flow.

このようなTEを用いればリンク負荷を平準化することが可能であり、交流マトリクスが動的に変化する場合(非特許文献5,6)や、リンク・ノード障害により迂回トラヒックが発生する場合(非特許文献4)にも、網資源を有効に活用して輻輳の発生を最小限に抑えることが可能となる。   When such TE is used, the link load can be leveled, and when the AC matrix changes dynamically (Non-Patent Documents 5 and 6) or when detour traffic occurs due to a link node failure ( Non-patent document 4) also makes it possible to minimize the occurrence of congestion by effectively utilizing network resources.

しかしながら、リンク利用率は、交流マトリクスや経路だけでなく、網トポロジやリンク容量にも依存する。   However, the link utilization rate depends not only on the AC matrix and path, but also on the network topology and link capacity.

前述のTEでは、網トポロジやリンク容量が既知のものとして与えられることを前提としている。一方で、網トポロジやリンク容量は、網の構築コストや運営コストを決める大きな要因となりISPの経営に及ぼす影響が大きい。   In the above-described TE, it is assumed that the network topology and link capacity are given as known ones. On the other hand, network topology and link capacity are major factors that determine network construction costs and operation costs, and have a great influence on ISP management.

従って、ISPは、自身が運営する網のトポロジやリンク容量を自由に設計することができ、これらを適切に設計することが良好な通信品質を低コストで保つためには重要となる。   Accordingly, the ISP can freely design the topology and link capacity of the network operated by itself, and it is important to appropriately design these in order to keep good communication quality at a low cost.

また、TEによって経路を動的に設定した場合、静的なリンク重みを用いたOSPFで定まる経路と比較して、経由するリンク数(ホップ数)が増加する。   In addition, when a route is dynamically set by TE, the number of links (number of hops) that pass through increases as compared with a route determined by OSPF using static link weights.

そのため、網資源の消費を抑える観点からは、TEを用いずに、静的なリンク重みを用いたOSPFで経路を設定することが望ましい。   Therefore, it is desirable to set a route by OSPF using static link weights without using TE from the viewpoint of suppressing the consumption of network resources.

また、ルーティングプロトコル種別(ルーティング方式)としてOSPFを想定し、通信品質を規定値以上に保つために必要なリンク容量の設計手法が、例えば、非特許文献7において検討されているが、この技術でもやはり網トポロジは、設計対象とせず、与えられることを想定している。   Further, assuming that OSPF is used as a routing protocol type (routing method), a link capacity design method necessary for maintaining communication quality at or above a prescribed value has been studied in Non-Patent Document 7, for example, It is assumed that the network topology is given without being designed.

以下、ISP自身が網を運営するにあたって、良好な通信品質を低コストで保つために重要となる、網トポロジやリンク容量の適切な設計について説明する。   Hereinafter, an appropriate design of the network topology and link capacity, which is important for maintaining good communication quality at a low cost when the ISP itself operates the network, will be described.

網トポロジは、網コスト、伝送遅延、負荷の分散度合い、信頼性、といった様々な評価尺度に影響を与える。そのため、網トポロジを評価し設計する際には、これら複数の評価尺度を同時に考慮して最適性を評価する必要がある。   The network topology affects various evaluation measures such as network cost, transmission delay, load distribution degree, and reliability. For this reason, when evaluating and designing a network topology, it is necessary to evaluate the optimality by simultaneously considering these multiple evaluation measures.

例えば、本願の発明者らによる非特許文献8,9においては、複数評価尺度を同時に考慮可能なDEA(Data Envelopment Analysis)やAHP(Analytical Hierarchy Process)を用いて網トポロジを評価する技術が記載されている。   For example, Non-Patent Documents 8 and 9 by the inventors of the present application describe a technique for evaluating a network topology using DEA (Data Environment Analysis) or AHP (Analytical Hierarchy Process) capable of simultaneously considering multiple evaluation measures. ing.

また、各リンクの利用率は、交流マトリクスが与えられ、トポロジ、リンク容量、経路の3つが定まれば決定する。従って、伝送遅延といったユーザの体感品質や、負荷の分散度合いといった各リンクの使用率に関連する品質尺度に対する制約条件を導入すれば、総コストという単一の評価尺度を最適化する整数計画問題となる。   Further, the utilization factor of each link is determined when an AC matrix is given and the topology, link capacity, and route are determined. Therefore, by introducing constraints on quality measures related to the usage rate of each link such as the user experience quality such as transmission delay and load distribution, an integer programming problem that optimizes a single evaluation measure called total cost Become.

すなわち、ノード位置と交流マトリクス、そしてリンク使用率(もしくはパケットの転送遅延や設計リンク容量)に関連する制約条件に対して総コストを最小化するよう、網トポロジ・リンク容量・経路を同時に最適化する問題となる。このことは、例えば、非特許文献10において記載されている。   In other words, network topology, link capacity, and route are simultaneously optimized to minimize total cost for constraints related to node location, AC matrix, and link utilization (or packet transfer delay and design link capacity). Problem. This is described in Non-Patent Document 10, for example.

このようにトポロジ設計問題を整数計画問題とみなして解くアプローチは、既に数多く検討されている。例えば、非特許文献11,12においては、各ノード間の遅延時間を規定上限値以下に抑えることを制約条件に、総リンクコストを最小化する離散最適化問題を「Branc hand Bound法」によりヒューリスティックに解く技術、同様の問題を、多数のリンクが設置された状態からスタートし、1本ずつリンクを除去する作業を解の改善が大きな順に解の改善が見られなくなるまで繰り返す「貪欲算法」により解く技術などが検討されている。   Many approaches for solving the topology design problem as an integer programming problem have already been studied. For example, in Non-Patent Documents 11 and 12, a discrete optimization problem that minimizes the total link cost is heuristically determined by the “Branch hand bound method” under the constraint that the delay time between nodes is kept below a specified upper limit value. The technology to solve the same problem, starting with a state where many links are installed, repeat the work of removing links one by one until the improvement of the solution is no longer seen in order of improvement of the solution Solving techniques are being studied.

しかし、これらのトポロジ設計技術では障害が考慮されていない。障害を考慮したトポロジ設計技術としては、例えば、非特許文献13に記載のように、各ノード間にdisjointな経路が規定数以上存在することを制約条件に、総リンクコストを最小化する離散最適化問題をローカルサーチによりヒューリスティックに解く技術や、非特許文献14に記載のように、任意の単一ノード障害においても全ノード間の接続性が維持されることを制約条件に、やはりリンクコストの総和が最小化するようタブサーチや遺伝アルゴリズムといったヒューリスティックな解法で解く技術が検討されている。   However, failures are not considered in these topology design techniques. For example, as described in Non-Patent Document 13, a topology design technique that takes into account faults is a discrete optimum that minimizes the total link cost, with the constraint that there are more than a specified number of disjoint paths between nodes. As a constraint condition, the link cost can be reduced with the technology that heuristically solves the optimization problem by local search and the maintenance of connectivity between all nodes even in the case of any single node failure as described in Non-Patent Document 14. Technologies that solve heuristics such as tab search and genetic algorithms are being studied to minimize the sum.

しかし、これらの技術は、障害時の接続性のみを考慮しており、障害時に発生する迂回トラヒックに対しても品質を規定水準内に保つことを考慮した研究は見られない。   However, these technologies consider only the connectivity at the time of failure, and there is no research that considers keeping the quality within the specified level even for detour traffic occurring at the time of failure.

D.Mitra and K.Ramakrishna,“A Case Study of Multiservice Multipriority Traffic Engineering Design,” IEEE Globecom 99.D. Mitra and K.M. Ramakrishna, “A Case Study of Multiservice Multiplicity Traffic Engineering Design,” IEEE Globecom 99. B. Fortz and M. Thorup,“Internet Traffic Engineering by Optimizing OSPF Weights,” IEEE Infocom 2000.B. Fortz and M.M. Thorup, “Internet Traffic Engineering by Optimizing OSPF Weights,” IEEE Infocom 2000. B. Fortz and M. Thorup,“Robust optimization of OSPF/IS−IS weights,” INOC 2003.B. Fortz and M.M. Thorup, “Robust optimization of OSPF / IS-IS weights,” INOC 2003. A. Kvalbein, A. F. Hansen, T. Cicic, S. Gjessing, and O. Lysne,“Fast IP Network Recovery using Multiple Routing Configurations,” IEEE Infocom 2006.A. Kvalbein, A.M. F. Hansen, T .; Cicic, S.M. Gessing, and O.G. Lysne, “Fast IP Network Recovery Multiple Routing Configurations,” IEEE Infocom 2006. A. Elwalid, C. Jin, S. Low, and I. Widjaja,“MATE: MPLS Adaptive Traffic Engineering,” IEEE Infocom 2001.A. Elwalid, C.I. Jin, S.J. Low, and I.D. Widjaja, “MATE: MPLS Adaptive Traffic Engineering,” IEEE Infocom 2001. S. Kandula, D. Katabi, B. Davie, and A. Charny,“Walking the Tightrope: Responsive Yet Stable Traffic Engineering,” ACM SIGCOMM 2005.S. Kandula, D.C. Katabi, B.A. Davie, and A.D. Charny, “Walking the Tigtrope: Responsive Yet Stable Traffic Engineering,” ACM SIGCOMM 2005. M. Menth, R. Martin, J. Charzinski,“Capacity Overprovisioning for Networks with Resilience Requirements,” ACM SIGCOMM 2006.M.M. Menth, R.M. Martin, J.M. Charzinski, “Capacity Overprovisioning for Networks with Reliance Requirements,” ACM SIGCOMM 2006. N. Kamiyama,“Network Topology Design using Data Envelopment Analysis,” IEEE Globecom 2007.¥bibitem{Kamiyama2}N. Kamiyama, “Network Topology Designing Data Environment Analysis,” IEEE Globecom 2007. ¥ bibitem {Kamiyama2} 神山憲明,佐藤大輔,“AHPを用いた網トポロジ設計,” 信学技報IN2006−145.Noriaki Kamiyama, Daisuke Sato, “Network topology design using AHP,” IEICE Tech. M. Gerla and L. Kleinrock,“On the Topological Design of Distributed Computer Networks,” IEEE Trans. Communications, COM−25, 1, pp.48−60, 1977.M.M. Gerla and L. Kleinrock, “On the Topological Design of Distributed Computer Networks,” IEEE Trans. Communications, COM-25, 1, pp. 48-60, 1977. N. G. Chattopadhyay, T. W. Morgan, and A. Raghuram,“An Innovative Technique for Backbone Network Design,” IEEE Trans. System, Man, and Cybernetics, 19, 5, 1989.N. G. Chattopadhyay, T .; W. Morgan, and A.M. Raghuram, “An Innovative Technology for Backbone Network Design,” IEEE Trans. System, Man, and Cybernetics, 19, 5, 1989. A. Gersht and R. Weihmayer,“Joint Optimization of Data Network Design and Facility Selection,” IEEE J. Selec. Areas, Commun., 8, 9, pp.1667−1681, 1990.A. Gersht and R.M. Weimayer, “Joint Optimization of Data Network Design and Facility Selection,” IEEE J. Selec. Areas, Commun. , 8, 9, pp. 1667-1681, 1990. K. Steiglitz, P. Weiner, and D. J. Kleitman,“The Design of Minimum−Cost Survivable Networks,” IEEE Trans. Circuit Theory, CT−16, 4, pp.455−460, 1969.K. Steiglitz, P.M. Weiner, and D.W. J. et al. Kleitman, “The Design of Minimum-Cost Survivable Networks,” IEEE Trans. Circuit Theory, CT-16, 4, pp. 455-460, 1969. E. C. G. Wille, M. Mellia, E. Leonardi, and M. A. Marsan,“Topological Design of Survivable IP Networks Using Metaheuristic Approaches,” Lecture Notes in Computer Science, Springer−Verlag, pp.191−206, 2005.E. C. G. Wille, M.C. Mellia, E .; Leonardi, and M.M. A. Marsan, “Topological Design of Survivable IP Networks Using Metaheuristic Approaches,“ Lecture Notes in Computer Science, Springer. 191-206, 2005.

解決しようとする問題点は、従来の技術では、障害時の接続性のみを考慮しており、障害時に発生する迂回トラヒックに対しても品質を規定水準内に保つことを考慮していない点である。   The problem to be solved is that the conventional technology considers only connectivity at the time of failure, and does not consider keeping the quality within the specified level even for detour traffic occurring at the time of failure. is there.

本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、単一リンク障害時の迂回トラヒックに対する品質をも考慮した、網トポロジとリンク容量の設計を可能とすることである。   An object of the present invention is to solve these problems of the prior art and to enable the design of network topology and link capacity in consideration of the quality for detour traffic at the time of a single link failure.

上記目的を達成するため、本発明では、網のトポロジとリンク容量の設計処理を行うために、ノード位置と、トラヒック交流マトリクスと、ルーティングプロトコル種別(ルーティング方式)が与えられたときに、正常時の任意のリンクの使用率を規定値γ以下に抑えることを制約条件に、総ネットワークコストを最小化する。この際、リンク数Lと、0から1の範囲の値をとる任意に定めた実数パラメタεに対して、正常時のトラヒック量が大きな順にk=εL本のリンクの各々の単一障害時に発生する迂回トラヒックを考慮して、リンク使用率をγ以下に抑えることと、残るL−k本のリンクの各々の単一障害時にも全ノード間の接続性が維持されることを制約条件とする。また、全ノード間にリンクを設置した状態からスタートし、リンクコストを正常時に流れるトラヒック量で除した値が大きなリンクから優先的に削除する作業を、総ネットワークコストの改善が見られなくなるまで反復する。さらに、任意のリンクを削除した際、削除したリンクを通るパスに対してのみ経路を再計算することで計算時間を抑える。   In order to achieve the above object, in the present invention, when a node position, a traffic AC matrix, and a routing protocol type (routing method) are given in order to perform a network topology and link capacity design process, The total network cost is minimized by restricting the usage rate of any given link to below the specified value γ. At this time, when the number of links L and an arbitrarily determined real number parameter ε taking a value in the range of 0 to 1, the normal amount of traffic occurs in the descending order of k = εL links. Considering the detour traffic to be performed, it is a constraint that the link usage rate is suppressed to γ or less, and that connectivity between all nodes is maintained even in the case of a single failure of each of the remaining Lk links. . Also, start from a state where links are set between all nodes, and repeat the task of preferentially deleting the link cost divided by the amount of traffic flowing under normal conditions from the large link until the total network cost can no longer be improved. To do. Furthermore, when an arbitrary link is deleted, the calculation time is reduced by recalculating the route only for the path passing through the deleted link.

本発明によれば、ノードの位置と、ノード間の交流トラヒック行列と、経路設定法(ルーティングプロトコル種別)と、リンク使用率の規定上限とを少なくとも含むデータが与えられているときに、任意の単一リンク障害により生じる迂回トラヒックを考慮しながらリンク使用率を規定上限以下に抑えるという制約の範囲内で、最適な網トポロジとリンク容量を設計することが可能である。   According to the present invention, when data including at least a node position, an AC traffic matrix between nodes, a route setting method (routing protocol type), and a specified upper limit of a link usage rate is given, It is possible to design an optimal network topology and link capacity within the constraint that the link usage rate is kept below a specified upper limit while taking into account detour traffic caused by a single link failure.

以下、図を用いて本発明を実施するための最良の形態例を説明する。図1は、本発明に係る網のトポロジとリンク容量の設計を行うシステムの構成例を示すブロック図であって、本図1におけるシステムは、CPU(Central Processing Unit)や主メモリ、表示装置、入力装置、外部記憶装置からなる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。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a system for designing a network topology and a link capacity according to the present invention. The system in FIG. 1 includes a CPU (Central Processing Unit), a main memory, a display device, The computer is composed of an input device and an external storage device. After the program and data recorded in a storage medium such as a CD-ROM are installed in the external storage device via an optical disk drive device, etc., the external storage device The function of each processing unit is executed by reading into the memory and processing by the CPU.

すなわち、本例の網のトポロジとリンク容量の設計を行うシステムは、プログラムされたコンピュータ処理実行手段として、入力処理装置(図中「ノート情報,交流マトリクス,経路設定法,制約条件入力装置」と記載)101、設計処理装置(図中「網トポロジ・リンク容量設計装置」と記載)102、出力処理装置(図中「最適トポロジ・最適リンク容量出力装置」と記載)103を具備している。   In other words, the system for designing the topology and link capacity of the network of this example has an input processing device (“note information, AC matrix, route setting method, constraint input device” in the figure) as programmed computer processing execution means. Description) 101, a design processing device (described as “network topology / link capacity design device”) 102, and an output processing device (described as “optimal topology / optimum link capacity output device”) 103.

入力処理装置101は、キーボードから入力操作やファイルから読み込みにより、ノードの位置、ノード間のトラヒックデマンド量(交流マトリクス)、経路設定法(ルーティングプロトコル種別)、リンク使用率の規定上限値γと迂回トラヒックを考慮する対象のリンク数比率ε等のデータを取り込み、記憶装置に入力して記憶し、設計処理装置102は、入力処理装置101から入力されたデータを記憶装置から読み出して、これらのデータを用いて、最適な網トポロジとリンク容量を算出し、出力処理装置103は、入力処理装置101が算出した最適トポロジと最適リンク容量をCRT画面や記憶装置等に出力する。   The input processing device 101 performs an input operation from a keyboard or reading from a file, and the position of the node, the traffic demand amount between nodes (AC matrix), the route setting method (routing protocol type), the specified upper limit value γ of the link usage rate, and the detour Data such as the link number ratio ε or the like to be considered for traffic is captured, input and stored in the storage device, and the design processing device 102 reads the data input from the input processing device 101 from the storage device, and these data Is used to calculate the optimum network topology and link capacity, and the output processing apparatus 103 outputs the optimum topology and optimum link capacity calculated by the input processing apparatus 101 to a CRT screen, a storage device, or the like.

このような構成のシステムにより、本例では、リンク輻輳を回避するため、リンク利用率が与えられた任意の水準以下となることを制約条件に、総コストを最小化する網のトポロジとリンク容量の設計値を算出する。より具体的には、ノード位置と、トラヒック交流マトリクスと、ルーティングプロトコル種別(ルーティング方式)、および、正常時の任意のリンクの使用率の上限を規定する値γを少なくとも含むデータを制約条件として入力し、プログラムされたコンピュータ装置によって、正常時の各リンクの使用率を規定値γ以下に抑え、かつ、総ネットワークコストを最小化する網のトポロジとリンク容量を算出するために、プログラムされたコンピュータ装置の処理実行手段として、入力処理装置101と、設計処理装置102とを具備し、入力処理装置101は、制約条件に加えて、全ノード間に設置するリンク数Lと、予め定められたリンク数k(<L)とを入力して記憶装置に書き込み、設計処理装置102は、制約条件とリンク数Lおよびリンク数kとからなる情報を記憶装置から読み出し、読み出した情報を用いて、正常時の各リンクの使用率を規定値γ以下に抑え、かつ、総ネットワークコストを最小化する網トポロジとリンク容量を算出する際、トラヒック量が大きな上位k本のリンクに限定し、かつ、残るL−k本の各リンクの単一障害時にも全ノード間の接続性が維持されることを制約条件として、各リンクの単一リンク障害に伴う迂回トラヒックを考慮した網トポロジとリンク容量の算出を行う。   In this example, in order to avoid link congestion in this example, the topology and link capacity of the network that minimizes the total cost under the constraint that the link utilization rate is below a given level. The design value of is calculated. More specifically, data including at least a node position, a traffic AC matrix, a routing protocol type (routing method), and a value γ that defines an upper limit of the usage rate of an arbitrary link at normal time is input as a constraint condition. In order to calculate the network topology and the link capacity that suppresses the usage rate of each link in the normal state to a specified value γ or less and minimizes the total network cost by the programmed computer device. As an apparatus processing execution means, an input processing apparatus 101 and a design processing apparatus 102 are provided. The input processing apparatus 101 includes a number L of links to be installed between all nodes in addition to a constraint condition and a predetermined link. The design processing device 102 inputs the number k (<L) and writes it to the storage device. Network topology and link capacity that reads information consisting of the number of links k from the storage device, uses the read information to keep the usage rate of each link normal or below the specified value γ, and minimizes the total network cost As a constraint condition, it is limited to the top k links with a large traffic volume, and the connectivity between all nodes is maintained even when the remaining Lk links have a single failure. The network topology and link capacity are calculated in consideration of the detour traffic associated with the single link failure of each link.

トラヒックの交流マトリクスは常に変化するが、物理的な設備の設計は数ヶ月以上といった長期の時間スケールで行うため、通常、静的な交流マトリクスに基づき設計を行う必要がある。交流マトリクスは日や週といった周期的な変動を示すため、例えば最繁時のトラヒック量に基づき設計を行えば良い。   Although the traffic AC matrix changes constantly, physical equipment is designed on a long-term time scale of several months or more, and therefore it is usually necessary to design based on a static AC matrix. Since the AC matrix shows periodic fluctuations such as days and weeks, it may be designed based on, for example, the traffic volume during the busy hour.

静的なリンク重みを用いたOSPFを用いた場合も、リンクやノードの意図しない障害によりトラヒックが流れる経路は変化し、日常的に様々なリンクで障害が発生しており(「A. Markopoulou, G. Iannaccone, S. Bhattacharyya, C. Chuah, and C. Diot,“Characterization of Failures in an IP Backbone,” IEEE Infocom 2004.」参照)、リンク利用率を算出する際には、障害時の迂回トラヒックをも考慮する必要がある。   Even when OSPF using static link weights is used, the route through which traffic flows changes due to unintended failures of links and nodes, and failures occur on various links on a daily basis (see “A. Markopoulou, (See G. Inanaccon, S. Battercharya, C. Chuah, and C. Diot, “Characterization of Failures in an IP Backbone,” when using the rate of the link when using IEEE Infocom.) Need to be considered.

IPバックボーンにおいて、メインテナンスに起因するものを除いた意図しない障害の約70%は単独リンク障害であることから(「A. Markopoulou, G. Iannaccone, S. Bhattacharyya, C. Chuah, and C. Diot,“Characterization of Failures in an IP Backbone,” IEEE Infocom 2004.」参照)、本例では、単一リンク障害時に発生する迂回トラヒックを考慮して、リンク使用率を規定値以下に抑える。   In the IP backbone, about 70% of unintended failures except for those caused by maintenance are single link failures (see “A. Markopoulou, G. Inanaccone, S. Bhattacharya, C. Chuah, and C. Diot, "Characterization of Failures in an IP Backbone," IEEE Infocom 2004. ") In this example, the link usage rate is suppressed to a specified value or less in consideration of the detour traffic occurring at the time of a single link failure.

また、本例では、米国と日本のバックボーンを対象に本設計技術を用いて設計された網トポロジについて分析し、障害に伴う迂回トラヒックの収容を目的として設計される過剰帯域が、どのようなリンクに多く用意されるかについて分析する。   Also, in this example, we analyze the network topology designed using this design technology for the US and Japanese backbones, and what kind of link is the excess bandwidth designed to accommodate detour traffic due to failures. Analyze how many are prepared.

尚、本例では、単一のISPに閉じた網のうち、バックボーンの設計を対象とする。波長多重技術(DWDM;Dense Wavelength Division Multiplexing)を用いることでリンクの伝送容量の飛躍的な向上が可能であり(「R. Ramaswami and K. N. Sivarajan,“Optical Networks,” Academic Press, 2002.」参照)、既に、多くのIPバックボーンは、ルータ間に設置した伝送リンクにDWDMを用いている。   In this example, the backbone is designed for a network closed to a single ISP. By using wavelength multiplexing technology (DWDM), the transmission capacity of the link can be dramatically improved (“R. Ramamimi and K. N. Sivarajan,“ Optical Networks, 200 Ac. In many cases, IP backbones already use DWDM for transmission links installed between routers.

本例においても、リンクはDWDMにより波長多重された光心線で構成される網を想定する。また、ルーティングプロトコル種別(ルーティング方式)としてOSPFを想定する。 SONET/SDH(Synchronous Optical NETwork/Synchronous Digital Hierarchy)を用いた障害復旧は高速であるが高コストなため、近年はIPレイヤで障害復旧を行うISPが多い(「F. Giroire, A. Nucci, N. Taft, and C. Diot,“Increasing the Robustness of IP Backbones in the Absence of Optical Level Protection,” IEEE Infocom 2003.」参照)。   Also in this example, the link is assumed to be a network composed of optical cores wavelength-multiplexed by DWDM. Further, OSPF is assumed as a routing protocol type (routing method). Failure recovery using SONET / SDH (Synchronous Optical Network / Synchronous Digital Hierarchy) is fast but expensive, and in recent years, there are many ISPs that perform failure recovery in the IP layer (“F. Giroire, A. Nucci, Taft, and C. Diot, “Increasing the Robustness of IP Backbones in the Absence of Optical Level Protection,” IEEE Infocom 2003. ”.

そこで本例でもSONET/SDHは用いず、障害発生時にはIPレイヤでOSPFにより迂回経路が設定されることを想定する。この場合、迂回経路が安定するまでに時間を要することが問題となり、近年、事前に代替経路を計算しておくことで対処するFRR(Fast ReRoute)が検討されているが(「A. Atlas, et al.,“Basic specification for IP fast−reroute: loop−free alternate,” Internet draft, draft−ietf−rtgwg−ipfrr−spec−base−01.txt, 2004−9.」参照)、本例では、OSPFのみにより迂回経路が設定されることを想定する。   Therefore, in this example, SONET / SDH is not used, and it is assumed that a bypass route is set by OSPF in the IP layer when a failure occurs. In this case, there is a problem that it takes time until the detour route becomes stable. Recently, FRR (Fast ReRoute) which is dealt with by calculating an alternative route in advance has been studied (“A. Atlas, et al., “Basic specification for IP fast-route: loop-free alternate,” Internet draft, draft-ietf-rtgwg-ipfrr-spec-base-01. It is assumed that a bypass route is set only by OSPF.

以下、本例による、リンク障害時の迂回トラヒックを考慮した網トポロジとリンク容量の設計処理技術について、詳細を説明する。   The network topology and link capacity design processing technology that takes into account detour traffic at the time of a link failure according to this example will be described in detail below.

ISPは、リンク輻輳を避けて安定した品質をユーザに提供し続けるためには、各リンクの利用率を大雑把な規定値以下に抑えることを目標に、網を設計・運用すれば実用上は十分であると思われる。   In order for ISPs to continue to provide users with stable quality while avoiding link congestion, it is practically sufficient to design and operate a network with the goal of keeping the utilization rate of each link below a rough specified value. It seems to be.

すなわち、ノードiからノードjの間に設置されたリンク(以後、「eij」と表記)の使用率をuijとし、リンク使用率の規定上限をγとすると、リンクが設置された任意の組i,jに対してuij≦γを満たすことを制約条件とする。 That is, if the usage rate of a link installed between node i and node j (hereinafter referred to as “e ij ”) is u ij, and the specified upper limit of the link usage rate is γ, an arbitrary link is installed. A constraint is that u ij ≦ γ is satisfied for the set i, j.

リンクeijのリンク容量(光ネットワークにおける設計波長数)をxijとし、リンクを設置しない場合にはxij=0とする。リンクは双方向(bidirectional)とし、xji=xijとする。 The link capacity (number of design wavelengths in the optical network) of the link e ij is x ij, and x ij = 0 when no link is installed. The link is bi-directional, and x ji = x ij .

また、交流マトリクスをD、ノードsからノードdに向かうトラヒックデマンド量をDsdとし、トラヒックデマンド量Dds=トラヒックデマンド量Dsdを仮定する。すなわち、交流行列(交流マトリクス)は対称形であるとし、ノードdからノードsに向かうパケットは、ノードsからノードdに向かうパケットと同一のノードとリンクを逆方向に経由する。しかし、以下に示す本例の設計手法は、交流マトリクスが非対称形であり、リンクが片方向(unidirectional)な場合にも容易に拡張可能である。   Further, assume that the AC matrix is D, the traffic demand amount from node s to node d is Dsd, and traffic demand amount Dds = traffic demand amount Dsd. That is, it is assumed that the AC matrix (AC matrix) is symmetrical, and a packet from node d to node s goes through the same node and link in the reverse direction as a packet from node s to node d. However, the design method of this example shown below can be easily extended even when the AC matrix is asymmetric and the link is unidirectional.

以下、リンク使用率制約(リンク使用率の規定上限γ)、ノードの地理的な位置、交流マトリクスDが与えられたときに、網全体のコストCを最小化することを目的に網トポロジとリンク容量(設計波長数xij)を設計する処理について説明する。 Hereinafter, given the link usage rate constraint (the upper limit γ of the link usage rate), the geographical location of the node, and the AC matrix D, the network topology and the link are aimed at minimizing the cost C of the entire network. A process of designing the capacity (design wavelength number x ij ) will be described.

尚、「L. Li, D. Alderson, W. Willinger, and J. Doyle,“A First−Principles Approach to Understanding the Internet's Router−level Topology,” ACM SIGCOMM 2004.」においては、実際のISPの網トポロジを調べ、トポロジを決める主要因が、「コスト」と「ルータの処理能力」から決まる制約であると分析している。   “L. Li, D. Alderson, W. Willinger, and J. Doyle,“ A First-Principles Approach to Understand the the Internet's Router-Level. We examine the network topology and analyze that the main factor that determines the topology is the constraint determined by "cost" and "router processing capability".

しかし、「ルータの処理能力」向上のペースは著しく、現在は、例えば「Cisco systems, http://www.cisco.com.」にあるように、1.28Tbpsもの処理能力を備えたルータを用いることも可能であり、本例では、ルータの処理能力制約は考慮しないものとする。   However, the pace of “router processing capability” has been increasing rapidly. Currently, routers having processing capability of 1.28 Tbps are used as described in “Cisco systems, http://www.cisco.com.”, For example. In this example, it is assumed that the router processing capacity constraint is not considered.

まず、以下、網全体のコストCについて説明する。   First, the cost C of the entire network will be described below.

網コストCは、ノードコストとリンクコストの総和であるが、本例では簡単のため、ルータのポートあたりのコストをCepとし、リンクの両端に必要数のルータポートが用意されると見なしてノードコストをリンクコストに含めて考える。 The network cost C is the sum of the node cost and the link cost. In this example, for simplicity, it is assumed that the cost per router port is C ep and that the required number of router ports are prepared at both ends of the link. Consider node cost in link cost.

以下、リンクコストをモデル化する。本例では、DWDMによるルータ間の波長多重リンクを想定しているため、リンクコストは、土木インフラコスト、光心線コスト、光デバイスコストから構成される。   The link cost is modeled below. In this example, since the wavelength division multiplexing link between routers by DWDM is assumed, the link cost is composed of civil engineering infrastructure cost, optical core cost, and optical device cost.

土木インフラコストは、光ファイバを収容するための土管の敷設費用や、土管を保有する鉄道会社、電力会社、自治体などから土管を借りるための費用であり、1kmあたりのコストをCcdとする。 The civil engineering infrastructure cost is a cost for laying a clay pipe for accommodating an optical fiber, and a cost for borrowing a clay pipe from a railway company, a power company, a local government, etc. that possess the clay pipe, and the cost per km is C cd .

また、光心線の1kmあたりのコストをCfbとする。1本の光心線に多重可能な波長数には制約があることから、多重可能な波長数の上限をWとすると、下記の数1に示す本数の光心線をリンクeijに敷設する必要がある。 Further, the cost per 1 km of the optical fiber is C fb . Since there is a restriction on the number of wavelengths that can be multiplexed on one optical fiber, if the upper limit of the number of wavelengths that can be multiplexed is W, the number of optical fibers shown in the following equation 1 is laid on the link e ij . There is a need.

Figure 0004845858
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また、DWDM伝送を行うためには、リンクの両端において波長の多重と分離を行う波長多重分離装置と、減衰した光信号を増幅する光アンプ、そして、crosstalk(クロストーク ; 信号漏れ)やASE(amplified spontaneous emission)やPMD(polarization mode dispersion)によって劣化した光パルスを修復するリピータが必要になる(前述の「R. Ramaswami and K. N. Sivarajan,“Optical Networks,” Academic Press, 2002.」参照)。   In addition, in order to perform DWDM transmission, a wavelength multiplexing / demultiplexing device that performs wavelength multiplexing and demultiplexing at both ends of a link, an optical amplifier that amplifies an attenuated optical signal, crosstalk (signal leakage), and ASE ( A repeater that repairs a deteriorated optical pulse by amplified spontaneous emission (PMD) or polarization mode dispersion (PMD) is required (see “R. Ramaswami and K. N. Sivarajan,“ Optical m. ).

波長多重分離装置のコストは、おおよそ波長数に比例することから、ここでは、その波長あたりのコストをCmdとする。また、光アンプ1台のコストをCapとする。トランスポンダ(中継機器)1台のコストをCtpとすると、光パルスの整形は電気信号に変換してから行う必要があることから、1箇所のリピータで必要になるコストは(Ctp+2Cmd)xijとなる。 Since the cost of the wavelength demultiplexing device is approximately proportional to the number of wavelengths, the cost per wavelength is assumed to be C md here. Further, the cost of one optical amplifier is C ap . Assuming that the cost of one transponder (relay device) is C tp , optical pulse shaping needs to be performed after conversion into an electrical signal, so the cost required for one repeater is (C tp + 2C md ) x ij .

従って、距離が「dij」で設計波長数(設計リンク容量)が「xij」のリンクeijのコストcij(dij,xij)は、下記の式となる。 Accordingly, the cost c ij (d ij , x ij ) of the link e ij having the distance “d ij ” and the design wavelength number (design link capacity) “x ij ” is expressed by the following equation.

ij(dij,xij)=Ccdij+{α(dij)+β(dij)W}yij+α(dij)δij(zij)+β(dij)zijc ij (d ij , x ij ) = C cd d ij + {α (d ij ) + β (d ij ) W} y ij + α (d ij ) δ ij (z ij ) + β (d ij ) z ij .

ただし、上記式において、「yij」は、上限であるW本の波長が多重された光心線の本数であり、「zij」は、Wに満たない本数の波長が多重された残り1本の光心線における多重波長数であり、下記の数2に示す式となる。 However, in the above formula, “y ij ” is the number of optical cores multiplexed with the upper limit of W wavelengths, and “z ij ” is the remaining 1 in which the number of wavelengths less than W is multiplexed. This is the number of multiplexed wavelengths in the optical fiber of the book, and is represented by the following equation (2).

Figure 0004845858
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また、「δij(zij)」を、「zij≧1」のとき「δij(zij)=1」で、「zij=0」のとき「δij(zij)=1」となる関数と定義する。 Further, the "δ ij (z ij)", when "z ij ≧ 1" in the "δ ij (z ij) = 1", when the "z ij = 0", "δ ij (z ij) = 1" Is defined as a function.

さらに、「α(dij)」は、1本の光心線に必要なコストのうち距離にのみ依存した項であり、「β(dij)」は設計波長数(設計リンク容量)に比例する項であり、次の数3に示す式で与えられる。 Furthermore, “α (d ij )” is a term that depends only on the distance in the cost required for one optical core, and “β (d ij )” is proportional to the number of design wavelengths (design link capacity). Which is given by the following equation (3).

Figure 0004845858
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ただし、上記数3において、「Δap」と「Δrp」は、各々、光アンプとリピータの設置間隔である。 However, in the above formula 3, “Δ ap ” and “Δ rp ” are the installation intervals of the optical amplifier and the repeater, respectively.

次に、「設計アルゴリズム」について説明する。   Next, the “design algorithm” will be described.

まず、網トポロジとリンク容量の設計問題を定式化する。   First, we formulate network topology and link capacity design problems.

与えられたノード集合に対して任意に設計した網トポロジをTとし、網トポロジTに含まれるエッジ(リンク)の集合をEとする。そして、網トポロジTから、集合Eに含まれる任意のリンクeijを除去した網トポロジを下記の数4に示すものとする。 Let T be a network topology arbitrarily designed for a given node set, and E be a set of edges (links) included in the network topology T. A network topology obtained by removing an arbitrary link e ij included in the set E from the network topology T is represented by the following equation (4).

Figure 0004845858
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各発着ノード間の、パケットが流れる経路は、固定的に定めたリンク重みを用いたOSPFにより設定されることを想定する。   It is assumed that the path through which a packet flows between the respective arrival and departure nodes is set by OSPF using a fixed link weight.

上述の「リンクコストのモデル化」で説明したように、リンクコストは、距離(dij)と設計波長数(リンク容量xij)に依存するが、距離(dij)は、設計量に独立であり、固定的な重みとして用いるのが容易であることから、本例では、リンク重みとしてリンク距離dijを用いる。 As described in “Modeling Link Cost” above, the link cost depends on the distance (d ij ) and the number of design wavelengths (link capacity x ij ), but the distance (d ij ) is independent of the design amount. In this example, the link distance dij is used as the link weight because it is easy to use as a fixed weight.

総コストCは、上述の『距離が「dij」で設計波長数が「xij」のリンクeijのコストcij(dij,xij)』を用いて次の数5に示す式で得られる。 The total cost C is expressed by the following equation 5 using the above-mentioned “cost c ij (d ij , x ij ) of the link e ij having the distance“ d ij ”and the design wavelength number“ x ij ”. can get.

Figure 0004845858
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網トポロジTと交流マトリクスDに対して、正常時にリンク集合Eに含まれるリンクeijを流れる、下記の数6の記号で示されるトラヒック量は、下記の数7に示すようになる。 With respect to the network topology T and the AC matrix D, the traffic amount indicated by the following expression 6 that flows through the link e ij included in the link set E at the normal time is as shown in the following expression 7.

Figure 0004845858
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Figure 0004845858
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ただし、上記数7における「Psd(T)」は、網トポロジTにおいて発ノードsから着ノードdに向かうトラヒックが経由するリンクの集合である。 However, “P sd (T)” in Equation 7 is a set of links through which the traffic from the source node s to the destination node d in the network topology T passes.

また、下記の数8の記号で示される網トポロジにおいて同一の交流マトリクスDを与えたときに、当該網トポロジの、下記の数9の記号で示されるエッジ集合に含まれる任意のリンクeijを流れるトラヒック量を、下記の数10の記号で示されるものとすると、それぞれ、下記の数11に示す関係式となる。 Further, when the same AC matrix D is given in the network topology represented by the following equation (8), an arbitrary link e ij included in the edge set represented by the following equation (9) in the network topology is represented. Assuming that the amount of traffic flowing is indicated by the following symbol 10, the relational expression shown in the following equation 11 is obtained.

Figure 0004845858
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Figure 0004845858
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Figure 0004845858
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任意の単一リンク障害時にも、各リンクの使用率を規定上限γ以下に抑えるためには、集合Eの各リンク(下記の数12参照)に対して、下記の数13で定義される最大トラヒック量を想定し、下記の数14の式が満たされれば良い。ただし、数14におけるBは波長の伝送帯域である。   In order to keep the usage rate of each link below the specified upper limit γ even in the event of any single link failure, the maximum defined by the following equation 13 is used for each link of the set E (see the following equation 12). Assuming the traffic volume, it is sufficient that the following expression 14 is satisfied. However, B in Formula 14 is a wavelength transmission band.

Figure 0004845858
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Figure 0004845858
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集合Eに含まれるリンクの本数をLとすると、L本全てのリンクを対象に、単一リンク障害に伴う迂回トラヒックを考慮してリンク容量を設計すると、正常時に各リンクを流れる、トラヒック量(数6参照)と比較して、非常に大きな帯域を過剰設計することが予想される。   Assuming that the number of links included in the set E is L, when the link capacity is designed in consideration of the detour traffic caused by a single link failure for all L links, the traffic volume ( It is expected that a very large band is over-designed as compared with (see Equation 6).

そこで、リンク障害を考慮する対象のリンクをL本の全てではなく、下記の数15で与えられるk本のリンクに限定することを考える。ただし、数15におけるεは0≦ε≦1の範囲の値をとる設計パラメタである。   Therefore, it is considered that the links to be considered for link failure are not limited to all L links, but are limited to k links given by Equation 15 below. However, ε in Equation 15 is a design parameter that takes a value in the range of 0 ≦ ε ≦ 1.

Figure 0004845858
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正常時に各リンクに流れるトラヒック量(数6参照)が大きなリンクほど、障害時に発生する迂回トラヒック量が大きいことから、正常時に各リンクに流れるトラヒック量(数6参照)が大きな上位k本のリンクに対してのみ迂回トラヒックを考慮する。   The higher the amount of traffic that flows through each link during normal operation (see Equation 6), the greater the amount of detour traffic that occurs during a failure, so the top k links with the larger amount of traffic that flows through each link during normal operation (see Equation 6). Consider detour traffic only for.

ただし、任意の単一リンク障害時にも全ノード間の接続性を維持することを制約条件に考え、残るL−k本のリンクに対しては、単一障害時に孤立ノードが発生するか否かの判定を行う。   However, considering that maintaining the connectivity between all nodes even in the case of any single link failure is considered as a constraint, whether or not an isolated node occurs in the case of a single failure for the remaining Lk links. Judgment is made.

以上のことから、本例の網トポロジとリンク容量の設計問題(設計波長数xijの決定問題)は、以下の数16に示す整数計画問題として表現できる。 From the above, the network topology and link capacity design problem of this example (determination problem of the number of design wavelengths x ij ) can be expressed as an integer programming problem shown in the following Expression 16.

Figure 0004845858
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ただし、数16の制約式における、上位k本に限定したリンクに対して定義される最大トラヒック量は、下記の数17となる。   However, the maximum traffic amount defined for the links limited to the top k in the constraint equation of Formula 16 is expressed by Formula 17 below.

Figure 0004845858
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上記数17において、E(k)は、集合Eに含まれるリンクのうち、正常に流れるトラヒック量(数6参照)が大きな上位k本のリンク集合である。   In the above equation 17, E (k) is a set of k links with the largest amount of traffic that normally flows (see equation 6) among the links included in the set E.

また、上記数17の制約式における下記の数18で示す値は、下記の数19で示すリンク集合のリンク重みの総和であり、上記数16の制約式におけるE(L−k)は、集合Eから迂回トラヒックを考慮するk本のリンクを除いたリンク集合である。 Further, the value shown in the following equation 18 in the constraint equation of the above equation 17 is the sum of the link weights of the link set shown in the following equation 19, and E (L−k) in the constraint equation of the above equation 16 is the set. This is a link set obtained by excluding k links that consider detour traffic from E.

Figure 0004845858
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Figure 0004845858
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しかし、この種の整数計画問題は、NP困難な問題(条件を満たす解の数が膨大で、最も良い解を現実的な時間で求めるのが難しい問題)であり、多項式時間で厳密な最適解を得ることができないことが知られている(前述の「非特許文献10」参照)。   However, this kind of integer programming problem is an NP-hard problem (the number of solutions that satisfy the conditions is enormous and it is difficult to find the best solution in a realistic time), and the exact optimal solution in polynomial time. It is known that the above cannot be obtained (see the above-mentioned “Non-Patent Document 10”).

そのため、大規模な問題に対しても現実的な計算時間で近似最適解が得られるよう、「ローカルサーチ」、「タブサーチ」、「遺伝的アルゴリズム」、「焼きなまし法」、といった様々なヒューリスティックな解法が開発されている(「柳浦睦憲,茨木俊秀,“組合せ最適化,” 朝倉書店, 2004.」参照)。   For this reason, various heuristics such as “local search”, “tab search”, “genetic algorithm”, and “annealing method” are available so that an approximate optimal solution can be obtained in a realistic calculation time even for large-scale problems. A solution has been developed (see “Yasuura Yanagiura, Toshihide Ibaraki,“ Combinatorial Optimization, ”Asakura Shoten, 2004.).

一般に、各々の近似解法には問題に対する相性があり、汎用的に優れた解法は存在しないため、本例では、近似解法の詳細な評価には立ち入らず、局所探索法と並ぶ近似アルゴリズムの基本手法の一つである「貪欲算法」を用いる。   In general, each approximate solution method is compatible with the problem, and there is no general-purpose excellent solution method. Therefore, in this example, we do not enter into detailed evaluation of the approximate solution method, and the basic method of the approximate algorithm along with the local search method One of them is “greedy arithmetic”.

この「貪欲算法」は、初期状態からスタートし、目的関数値が最も大きく改善すると思われる解の修正を、目的関数値の改善が見られなくなるまで反復する手法である。   This “greedy calculation method” is a method that starts from an initial state and repeats correction of a solution that seems to have the largest improvement in the objective function value until no improvement in the objective function value is observed.

本例では、全ノード間にフルメッシュにリンクを設置した状態(完全グラフ)からスタートし、1本ずつリンクを除去するアプローチを用いる(前述の「非特許文献12」を参照)。   In this example, an approach is used in which the links are removed one by one, starting from a state in which links are set in a full mesh between all nodes (see Non-Patent Document 12 above).

この手法によれば、あるリンクを除去することでそのリンクを経由していたトラヒックが他のリンクにまわるが、最小コストとなる経路が常に選択されるため、網全体としては消費されるリンク資源量が増加する。このコスト増加分に対してリンクを除去することによるコスト減少分が大きなリンクほど、除去することによる総コストの改善効果が期待できる。   According to this method, by removing a link, the traffic that has passed through that link goes to another link, but the route with the lowest cost is always selected. The amount increases. As the cost decreases by removing the link with respect to this cost increase, the effect of improving the total cost by removing the link can be expected.

よって、リンクコストが大きく、流れるトラヒック量が小さいリンク、すなわち、下記の数20に示す値が大きなリンクを優先的に除去する。   Therefore, a link with a high link cost and a small traffic volume, that is, a link with a large value shown in the following equation 20 is preferentially removed.

Figure 0004845858
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以下に、このような「貪欲算法」を用いた本発明に係る網トポロジとリンク容量の設計アルゴリズムを、図8を用いて説明する。図8は、図1におけるシステムによる本発明に係る網トポロジ・リンク容量設計処理動作例を示すフローチャートである。   The network topology and link capacity design algorithm according to the present invention using such “greedy calculation method” will be described below with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart showing an example of network topology / link capacity design processing operation according to the present invention by the system shown in FIG.

(1)まず、初期設定処理を行う(ステップS801)。すなわち、全ノード間にリンクを設置し、前述の数17の式より、正常時に各リンクに流れるトラヒック量(数6参照)が大きな上位k本のリンクに対して定義される最大トラヒック量(下記の数21参照)を算出し、また、前述の数5の式より、当該網の総コストCを算出する。   (1) First, an initial setting process is performed (step S801). That is, links are installed between all the nodes, and the maximum traffic volume defined for the top k links (see formula 6 below) with a large traffic volume (refer to formula 6) flowing through each link in the normal state from the above-described equation (17). And the total cost C of the network is calculated from the above equation (5).

Figure 0004845858
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(2)次に、リンク評価値の算出を行う(ステップS802)。すなわち、下記の数22の式で示すリンクeijの評価値aijを、全リンクに対して各々算出し、評価値aijの大きな順にソートする。また、j=1とする。 (2) Next, a link evaluation value is calculated (step S802). That is, the evaluation values a ij of the links e ij represented by the following formula 22 are calculated for all links, and sorted in descending order of the evaluation values a ij . Also, j = 1.

Figure 0004845858
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(3)さらに、リンク除去後の総コストを算出する(ステップS803)。すなわち、リンクeijの評価値aijがj番目に大きなリンクei’j’を除去したトポロジ(下記の数23参照)に対して、前述の数17の式より、正常時に各リンクに流れるトラヒック量(数6参照)が大きな上位k本のリンクに対して定義される最大トラヒック量を算出し、前述の数5の式より、当該網の総コストCを算出する。また、集合E(L−k)に含まれるリンクを各々除去した場合にも全ノード間の接続性が維持されるか否かを調べる。 (3) Further, the total cost after the link removal is calculated (step S803). That is, for topology evaluation value a ij is to remove large link e i'j 'in j-th link e ij (see number 23 below), from the above equation number 17, flows to each link in the normal The maximum traffic amount defined for the top k links having the largest traffic volume (see Equation 6) is calculated, and the total cost C of the network is calculated from the above equation (5). Further, whether or not connectivity between all the nodes is maintained is checked even when each of the links included in the set E (Lk) is removed.

Figure 0004845858
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(4)そして、リンク除去の実施判定を行う(ステップS804)。すなわち、総コストCが減少し、かつ、集合E(L−k)に含まれる任意のリンク(下記の数24参照)の単一障害時にも全ノード間の接続性が維持される場合には、上述の「(2)リンク評価値の算出」処理に進み、そうでない場合には、該当リンクを除去しないで「j」を「1」だけ増加させて、上述の「(3)リンク除去後の総コスト算出」処理に進む。「j=L」の場合には終了。 (4) Then, it is determined whether to remove the link (step S804). That is, when the total cost C is reduced and connectivity between all nodes is maintained even in the case of a single failure of an arbitrary link (see the following equation 24) included in the set E (Lk) Then, the process proceeds to the above-described “(2) link evaluation value calculation” process. Otherwise, “j” is incremented by “1” without removing the corresponding link, and “(3) after link removal” is performed. To “total cost calculation”. If “j = L”, the process ends.

Figure 0004845858
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このような処理を、本例のシステムでは、ハードディスク装置等に記憶されたプログラムをCPUが順次に読み込みコンピュータ処理を実行し、各処理で生成したデータを主メモリ等の記憶装置に記憶し、また、記憶したデータを読み出して次の処理で用いる動作を以下手順で順次に行うことで実現する。   In the system of this example, the CPU sequentially reads the program stored in the hard disk device or the like and executes computer processing, and stores the data generated in each processing in the storage device such as the main memory. This operation is realized by sequentially reading out the stored data and using it in the following process.

すなわち、入力処理装置101は、ノード位置と、トラヒック交流マトリクスと、ルーティングプロトコル種別、および、正常時の任意のリンクの使用率の上限を規定する値γを少なくとも含むデータを制約条件として入力して記憶装置に書き込む第1の手順を実行し、設計処理装置102は、制約条件を記憶装置から読み出す第2の手順と、読み出した制約条件を用いて、全ノード間に設置される各リンクに対して、当該リンクのコストと当該リンクの使用率を規定値γ以下に抑える最大トラヒック量とを算出して記憶装置に書き込む第3の手順と、この第3の手順で算出した各リンクのコストを加算して網全体のコストである総コストを算出し記憶装置に書き込む第4の手順と、第3の手順で算出した各リンクのコストを当該リンクに正常時に流れるトラヒック量で除した値を当該リンクの評価値として算出しソートして記憶装置に書き込む第5の手順と、この第5の手順でソートした各リンクの評価値が一番大きなリンクを除去した残りの各リンクに対して、上述のコストと最大トラヒック量の算出と記憶装置への書き込みを行う6の手順と、この第6の手順で算出した各リンクのコストを加算してリンクを除去した後の網全体の総コストを算出し記憶装置に書き込む第7の手順と、この第7の手順で算出した総コストが第4の手順で算出した総コストより減少するか否か、および、残りの各リンクの各々の単一障害時にも全ノード間の接続性が維持されるか否かを判別する第8の手順と、この第8の手順で、総コストが減少することおよび全ノード間の接続性が維持されることを判別した場合は、当該リンクを除去して上述の第5の手順からの処理を繰り返す第9の手順と、上述の第8の手順で、総コストが減少せず、もしくは、全ノード間の接続性が維持されないと判別した場合は、当該リンクを除去しないで上述の第4の手順で算出した評価値が次に大きなリンクを除去して、上述の第6の手順からの処理を繰り返す第10の手順と、この第10の手順による第6の手順からの繰り返し処理を、予め定められたリンク数で終了する第11の手順とを実行する。   That is, the input processing device 101 inputs, as a constraint, data including at least a node position, a traffic AC matrix, a routing protocol type, and a value γ that defines the upper limit of the usage rate of an arbitrary link in a normal state. The design processing device 102 executes the first procedure for writing to the storage device, and the design processing device 102 uses the second procedure for reading the constraint condition from the storage device and the read constraint condition for each link installed between all nodes. Then, the third procedure for calculating the cost of the link and the maximum traffic amount that suppresses the usage rate of the link to the specified value γ or less and writing it in the storage device, and the cost of each link calculated in the third procedure are calculated. Add and calculate the total cost that is the cost of the entire network and write it to the storage device, and the cost of each link calculated in the third procedure is normal for the link The fifth procedure that calculates the value divided by the amount of traffic that flows from time to time as the evaluation value of the link, sorts and writes it to the storage device, and removes the link with the highest evaluation value of each link sorted in the fifth procedure For each of the remaining links, the above-mentioned cost and maximum traffic amount calculation and writing to the storage device are added, and the link cost calculated in this sixth procedure is added to remove the link. A seventh procedure for calculating the total cost of the entire network and writing it to the storage device, whether the total cost calculated in the seventh procedure is less than the total cost calculated in the fourth procedure, and An eighth procedure for determining whether connectivity between all nodes is maintained even in the event of a single failure of each of the remaining links, and the eighth procedure reduces the total cost and Connectivity between If the link is removed, the total cost is not reduced by the ninth procedure that repeats the processing from the fifth procedure described above and the eighth procedure described above, or between all nodes. If it is determined that the connectivity is not maintained, the link having the next highest evaluation value calculated in the above-described fourth procedure is removed without removing the link, and the process from the sixth procedure is repeated. Ten procedures and an eleventh procedure for ending the repetitive processing from the sixth procedure according to the tenth procedure with a predetermined number of links are executed.

尚、前述の「(3)リンク除去後の総コスト算出」処理(図8のステップS801)において、リンクei’j’を除去したことで経路に影響を受けるトラヒックは、当該リンクei’j’を通るもののみであり、全ての発着ノードペアに対して経路を再計算することは非効率的である。 Note that, in the above-mentioned “(3) Total cost calculation after link removal” process (step S801 in FIG. 8), the traffic affected by the route by removing the link e i′j ′ is the link e i ′ It is inefficient to recalculate routes for all incoming and outgoing node pairs only through j ′ .

そこで、本例では、各リンクeijに対して、リンクeijを経由する発着ノードペアの集合を管理することで、影響を受ける発着ノードペアに対してのみ経路を再計算する。 Therefore, in this example, for each link e ij , the route is recalculated only for the affected departure / arriving node pair by managing the set of departure / arriving node pairs via the link e ij .

同様に、単一リンク障害時の迂回トラヒック量を計算する際も、障害が生じたリンクを経由する発着ノードペアに対してのみ迂回経路を算出する。   Similarly, when calculating the amount of detour traffic at the time of a single link failure, a detour route is calculated only for a pair of arrival and departure nodes via the link where the failure has occurred.

また、「(3)リンク除去後の総コスト算出」処理における「接続性の維持の判定」は、ダイクストラ法を適用した際の経路のコストが、任意の発着ノード間に対して有限値として得られるか否かで行う。   In addition, the “determination of connectivity maintenance” in the “(3) total cost calculation after link removal” process obtains the path cost when the Dijkstra method is applied as a finite value between any departure and arrival nodes. Depending on whether or not.

すなわち、ノード数をNとすると、ダイクストラ法の計算量はO(N)となる。初期状態は、完全グラフでスタートするため、アルゴリズムの早い時点においてはO(N)本のリンクが存在するが、各リンクを経由する発着ノードペア数は、全ペア数N(N−1)/2と比較して遥かに小さい。よって、「(3)リンク除去後の総コスト算出」処理における計算量は、おおよそO(N)となる。よって、全体では、O(N)程度の計算量になる。 That is, assuming that the number of nodes is N, the amount of computation of the Dijkstra method is O (N 2 ). Since the initial state starts with a complete graph, there are O (N 2 ) links at an early point of the algorithm, but the number of incoming / outgoing node pairs passing through each link is the total number of pairs N (N−1) / Much smaller than 2. Therefore, the amount of calculation in the “(3) Total cost calculation after link removal” processing is approximately O (N 4 ). Therefore, the total amount of calculation is about O (N 6 ).

以下、本例の網トポロジとリンク容量の設計による数値評価結果を説明する。ここでは、ノード間の距離dijは、ノードiとノードj間の直線距離(ユークリッド距離)とし、リンク使用率の規定上限γ=0.7とし、また、光心線の多重波長数の上限W=60、波長の伝送帯域B=10Gbps、光アンプの設置間隔Δap=80km、リピータの設置間隔Δrp=2000kmとする。 Hereinafter, numerical evaluation results based on the network topology and link capacity design of this example will be described. Here, the distance d ij between the nodes is a linear distance (Euclidean distance) between the node i and the node j, a specified upper limit γ of the link usage rate is 0.7, and an upper limit of the number of multiplexed wavelengths of the optical core It is assumed that W = 60, wavelength transmission band B = 10 Gbps, optical amplifier installation interval Δ ap = 80 km, and repeater installation interval Δ rp = 2000 km.

コストは、全て相対値で考え、現状の価格を考慮して、「光心線の1kmあたりのコストCfb=0.1」、「光アンプ1台のコストCap=240」、「トランスポンダ1台のコストCtp=75」、「ルータのポートあたりのコストCep=40」、「波長あたりのコストCmd=3.3」と設定する。 All costs are considered as relative values, and the current price is taken into consideration, and “cost C fb = 0.1 km per optical fiber core”, “cost C ap = 240 for one optical amplifier”, “transponder 1 The unit cost C tp = 75 ”,“ cost per router port C ep = 40 ”, and“ cost per wavelength C md = 3.3 ”are set.

ただし、土木インフラコストは、地理的要因や契約形態に大きく依存し、適切に設定することが困難であるため考慮しないものとする(Ccd=0)。 However, the civil infrastructure cost is not considered because it depends heavily on geographical factors and contract form and is difficult to set appropriately (C cd = 0).

また、評価は、全米の大学や企業が参加するインターネット2の基盤となるバックボーンである「Abilene」を対象に実施した。「Abilene」は、全米に配置された11のノードから構成される。   In addition, the evaluation was conducted on “Abilene”, which is the backbone of the Internet 2 where universities and companies from all over the United States participate. “Abilene” is composed of 11 nodes arranged in the United States.

ノード位置は公開されている情報を用いる(「Abilene topology and traffic dataset. http://www.cs.utexas.edu/〜yzhang/research/AbileneTM/」参照)。また総トラヒック量がVとなるよう、交流マトリクスは同様に公開されている実測値に比例するよう配分する。   The node position uses public information (see “Abilene topology and traffic dataset. Http://www.cs.utexas.edu/˜yzhang/research/AbileneTM/”). In addition, the AC matrix is similarly distributed so as to be proportional to the actually measured values so that the total traffic amount becomes V.

ただし、全米の2006年末時点の総トラヒック量が1.39〜2.47Tbpsであったことから(「Minnesota Internet Traffic Studies (MINTS). http://www.dtc.umn.edu/mints/home.html」参照)、総トラヒック量V=1Tbpsと10Tbpsの場合について各々評価する。   However, since the total traffic volume in the United States as of the end of 2006 was 1.39 to 2.47 Tbps ("Minnesota Internet Traffic Studies (MINTS). Http://www.dtc.umn.edu/mints/home. html ”) and the total traffic volume V = 1 Tbps and 10 Tbps, respectively.

ここでは、単一障害時の迂回トラヒックを考慮するリンク数kの全リンク数Lに対する比率εが各種性能に与える影響を評価する。   Here, the influence of the ratio ε of the number of links k considering the detour traffic at the time of a single failure to the total number of links L on various performances is evaluated.

図2は、図1におけるシステムによる網トポロジの設計例を示す説明図であり、本図2においては、単一障害時の迂回トラヒックを考慮するリンク数kの全リンク数Lに対する比率εの3つの値に対して、各々、設計された網トポロジを示している。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing a design example of the network topology by the system in FIG. 1. In FIG. 2, 3 is the ratio ε of the number k of links to the total number L of links k considering the detour traffic at the time of a single failure. For each of the values, the designed network topology is shown.

まず、「総トラヒック量V=1Tbps」の場合、図2の(a)〜(c)について見ると、比率ε=0(迂回トラヒックを全く考慮しない)のとき、図2の(a)に示すように、正常時のトラヒック流量が最大のリンクは(2,5)で、次に流量の大きいリンクは(4,5)であった。   First, in the case of “total traffic amount V = 1 Tbps”, when looking at (a) to (c) in FIG. 2, when the ratio ε = 0 (without considering detour traffic at all), it is shown in FIG. Thus, the link with the maximum traffic flow at normal time was (2, 5), and the link with the next largest flow rate was (4, 5).

比率εを小さな値に設定すると、これらトラヒック流量の大きな特定のリンクの障害時の迂回トラヒックのみが考慮される。比率ε=0のとき、これらリンクは大きなループの一部を担っているため、これらリンクで障害が発生すると、迂回トラヒックが多数のリンクを経由するため非効率的である。   When the ratio ε is set to a small value, only detour traffic at the time of failure of a specific link having a large traffic flow rate is considered. When the ratio ε = 0, these links are part of a large loop, and when a failure occurs in these links, the detour traffic passes through many links, which is inefficient.

そこで、例えば、比率ε=0.1のとき、図2の(b)に示すように、これらリンクの障害時の迂回トラヒックが効率的にショートカットされるリンク(3,5)が追加されることが確認できる。   Therefore, for example, when the ratio ε = 0.1, as shown in FIG. 2 (b), links (3, 5) for efficiently bypassing the detour traffic at the time of failure of these links are added. Can be confirmed.

一方、比率εが大きく「1」に近い場合には、多数のリンクに対して単一リンク障害時の迂回トラヒックを考慮する結果、図2の(c)に示すように、多数の発着ノード間の迂回トラヒックを、共通のリンクで効率よく収容できるループを組み合わせた網トポロジとなることが確認できる。   On the other hand, when the ratio ε is large and close to “1”, as a result of considering detour traffic at the time of a single link failure for a large number of links, as shown in FIG. It can be confirmed that the network topology is a combination of loops that can efficiently accommodate the detour traffic of the network with a common link.

また、リンクeijの設計リンク容量から、正常時に流れるトラヒック量を引いたものを過剰設計帯域Ex(eij)と定義すると、この過剰設計帯域Ex(eij)が下記の数25のとき、リンク(1,11)と(1,5)の過剰設計帯域Ex(eij)が突出して大きかった。 Further, if the excess design bandwidth Ex (e ij ) is defined as the excess design bandwidth Ex (e ij ), which is obtained by subtracting the amount of traffic flowing during normal operation from the design link capacity of the link e ij , The excessive design band Ex (e ij ) of the links (1, 11) and (1, 5) is prominent and large.

Figure 0004845858
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これは、全リンク数L=14で、単一障害時の迂回トラヒックを考慮するリンク数k=2となり、正常に流れるトラヒック量(前述の数6,7参照)の大きい上位二本のリンクが(5,8)と(8,11)であり、これらのリンクと同一のループを形成するためである。   This is because the total number of links is L = 14, the number of links k = 2 considering the detour traffic at the time of a single failure, and the upper two links with the large amount of normally flowing traffic (see the above-mentioned equations 6 and 7). This is because (5, 8) and (8, 11) form the same loop as these links.

「Abilene」では、東海岸に人口の大きな都市が集中しており、正常に流れるトラヒック量(前述の数6,7参照)が大きなリンクが特定の地域に集中する傾向がある。このような場合、比率εを小さく設定すると、帯域を過剰設計するリンクもそのような地域に集中する傾向が見られる。   In “Abilene”, cities with a large population are concentrated on the east coast, and links with a large amount of traffic flowing normally (see the above-mentioned equations 6 and 7) tend to concentrate in a specific area. In such a case, if the ratio ε is set to be small, there is a tendency that links over-designing the band tend to concentrate in such areas.

図3は、各リンクの正常時のリンク使用率を値の大きな順にプロットした例の説明図であり、比率ε=0の場合、全リンクの使用率が、規定上限γ(=0.7)に近い値となるが、比率ε=0.1の場合には、少数のリンクの利用率が大きく低下し、また、比率εが0.4より大きい場合は、リンク利用率のばらつきが大きく、規定上限γ(=0.7)に近いものから小さなものまで幅広く分布することが確認できる。   FIG. 3 is an explanatory diagram of an example in which the link usage rate at the normal time of each link is plotted in descending order, and when the ratio ε = 0, the usage rate of all links is the specified upper limit γ (= 0.7). However, when the ratio ε = 0.1, the utilization rate of a small number of links is greatly reduced, and when the ratio ε is greater than 0.4, the variation in link utilization rate is large. It can be confirmed that there is a wide distribution from a value close to the specified upper limit γ (= 0.7) to a small value.

一方、「総トラヒック量V=10Tbps」の場合には、V=1Tbpsのときと比較して交流トラヒック量が大きく、複数の対地間でトラヒックを集約しなくても、波長帯域と比較して十分なトラヒック量が対地間で確保できるため、図2の(d)〜(f)に示すように、多数の対地に対してダイレクトリンクが設置される。   On the other hand, in the case of “total traffic volume V = 10 Tbps”, the AC traffic volume is larger than that in the case of V = 1 Tbps, and even if the traffic is not aggregated between a plurality of grounds, it is sufficient compared with the wavelength band. Therefore, as shown in FIGS. 2D to 2F, direct links are installed for a large number of grounds.

次に、比率εの値の差異に応じて、どの程度異なった網トポロジが設計されるかを確認するため、二つのトポロジAとトポロジBの一致度η(A,B)を、「η(A,B)=n(A∩B)/n(A∪B)」で定義する。ただし「n(A∩B)」と「n(A∪B)」は、各々、トポロジAとトポロジBに含まれるリンクの積集合と和集合のリンク数である。   Next, in order to confirm how much different network topologies are designed according to the difference in the ratio ε, the degree of coincidence η (A, B) between the two topologies A and B is expressed as “η ( A, B) = n (A∩B) / n (A∪B) ”. However, “n (A∩B)” and “n (A∪B)” are the number of links of a product set and a union of links included in topology A and topology B, respectively.

図4は、二つのトポロジの一致度例を示す説明図である。図4の(a)においては、比率ε=0における設計トポロジT(ε=0)との一致度を、図4の(b)においては、比率ε=1における設計トポロジT(ε=1)との一致度をεに対して各々示す。   FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of the degree of coincidence between two topologies. In FIG. 4A, the degree of coincidence with the design topology T (ε = 0) at the ratio ε = 0, and in FIG. 4B, the design topology T (ε = 1) at the ratio ε = 1. Are shown for ε respectively.

図4の(a)においては、比率εの増加に伴い、設計トポロジT(ε=0)との一致度が減少する反面、図4の(b)においては、比率εの増加に伴い、設計トポロジT(ε=1)との一致度が増加する。   4A, the degree of coincidence with the design topology T (ε = 0) decreases as the ratio ε increases, whereas in FIG. 4B, the design increases as the ratio ε increases. The degree of coincidence with the topology T (ε = 1) increases.

図4の(b)において、設計トポロジT(ε=1)との一致度は、比率εの値に関係なく70%程度以上と高い。よって、設計されるトポロジの形に、比率εが及ぼす影響は全体としては小さいといえる。   In FIG. 4B, the degree of coincidence with the design topology T (ε = 1) is as high as about 70% or more regardless of the value of the ratio ε. Therefore, it can be said that the influence of the ratio ε on the shape of the designed topology is small as a whole.

図5は、図1におけるシステムで設計したトポロジのリンク数および設計リンク容量の平均値と単一障害時の迂回トラヒックを考慮するリンク数の全リンク数に対する比率との対応関係を示す説明図であり、設計トポロジのリンク数Lと、設計リンク容量xijの平均値を、比率εに対して示している。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing the correspondence between the number of links in the topology designed by the system in FIG. 1 and the average value of the designed link capacity and the ratio of the number of links considering the detour traffic at the time of a single failure to the total number of links. Yes, the number L of links in the design topology and the average value of the design link capacity x ij are shown with respect to the ratio ε.

図4で示したように、単一障害時の迂回トラヒックを考慮するリンク数の全リンク数に対する比率εが、設計トポロジに及ぼす影響は小さく、この比率εの変化に対して、設計トポロジのリンク数Lはあまり変化しない。   As shown in FIG. 4, the ratio ε of the number of links considering the detour traffic at the time of a single failure to the total number of links has little influence on the design topology. The number L does not change much.

一方、比率εの増加に伴い、より多数の単一リンク障害パターンの迂回トラヒックを考慮するため、平均設計リンク容量は増加する。しかし、比率εが中程度より大きな領域では、比率εを増加させても、設計リンク容量はほとんど変化しない。   On the other hand, as the ratio ε increases, the average design link capacity increases in order to consider detour traffic of a larger number of single link failure patterns. However, in the region where the ratio ε is larger than the middle level, the design link capacity hardly changes even if the ratio ε is increased.

この傾向は、図5の(c)に示すように、平均過剰設計帯域(Ex(eij)の全リンクにわたる平均値)の、比率εに対する特性からも確認できる。これは、正常時のトラヒック量(前述の数6参照)が大きな半数程度のリンクの障害時の迂回トラヒックを考慮してリンク容量を設計すれば、残るリンクの障害時に発生する迂回トラヒックの多くも吸収できることが理由である。 As shown in FIG. 5C, this tendency can also be confirmed from the characteristic of the average excess design bandwidth (average value of Ex (e ij ) over all links) with respect to the ratio ε. If the link capacity is designed in consideration of the detour traffic at the time of a link failure of about half the amount of traffic during normal operation (see Equation 6 above), much of the detour traffic that occurs when the remaining link fails. The reason is that it can be absorbed.

その結果、図5の(d)に示すように、比率εが中程度以上の領域では、比率εの増加に対して総コストはほとんど増加しなくなる。   As a result, as shown in FIG. 5D, in the region where the ratio ε is medium or higher, the total cost hardly increases as the ratio ε increases.

次に、図6を用いて、単一リンク障害時の特性について考察する。図6は、単一リンク障害時のリンク使用率のプロット例を示す説明図であり、図6の(a)においては、全ての(L個の)単一リンク障害パターンにおける各リンクの使用率の平均値を降順にプロットした例を示し、また、図6の(b)においては、L個の単一リンク障害パターン中の最大利用率を各リンクについて降順にプロットした例を示している。   Next, the characteristics at the time of a single link failure will be considered using FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a plot example of the link usage rate at the time of a single link failure. In FIG. 6A, the usage rate of each link in all (L) single link failure patterns. FIG. 6B shows an example in which the maximum utilization rate in the L single link failure patterns is plotted in descending order for each link.

ここでは、総トラヒック量V=10Tbpsの結果についてのみ示し、図6の(a)においては、比率εが「0」や「0.1」の場合、想定していないリンクの障害に伴う迂回トラヒックにより、多数のリンクの平均利用率が、規定上限γ=0.7を超えている。   Here, only the result of the total traffic volume V = 10 Tbps is shown. In FIG. 6A, when the ratio ε is “0” or “0.1”, detour traffic due to an unexpected link failure is shown. Thus, the average utilization of many links exceeds the specified upper limit γ = 0.7.

特に、図6の(b)に示すように、少数のリンクの最大リンク使用率が非常に高くなることが確認できる。特に、最大利用率が最も高いリンク(7,9)の障害時利用率が突出して高いが、このリンクの正常時のトラヒック量は、全リンク中で最小であり、比率εを「0」や「0.1」としたときの過剰設計帯域も最小となっている。   In particular, as shown in FIG. 6B, it can be confirmed that the maximum link utilization rate of a small number of links becomes very high. In particular, the failure utilization rate of the link (7, 9) having the highest maximum utilization rate is prominently high, but the normal traffic volume of this link is the smallest among all links, and the ratio ε is set to “0”. The excessive design band when “0.1” is also minimized.

このように、正常時のトラヒック量(前述の数6参照)が大きな少数のリンクのみに限定して障害時の迂回トラヒックを考慮しても不十分である。   As described above, it is not sufficient to consider the detour traffic at the time of failure by limiting to only a small number of links having a large traffic amount at normal time (see the above-described Expression 6).

図7は、単一リンク障害時の全リンクにわたるリンク使用率の平均値と最大値の比率に対するプロット例を示す説明図であり、図7の(a)においては、全ての単一リンク障害パターンの全リンクにわたるリンク使用率の平均値と最大値を、比率εに対してプロットしており、また、図7の(b)においては、単一リンク障害時にリンク使用率が規定値γ=0.7を超過したリンクを経由するトラヒック量の全トラヒック量Vに対する比率を示している。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing a plot example with respect to the ratio between the average value and the maximum value of the link utilization rate over all links at the time of a single link failure. In FIG. 7A, all single link failure patterns are shown. The average value and the maximum value of the link utilization rate over all the links are plotted against the ratio ε, and in FIG. 7B, the link utilization rate is the specified value γ = 0 when a single link failure occurs. The ratio of the traffic volume via the link exceeding .7 to the total traffic volume V is shown.

図7の(a)に示すように、比率εの増加に伴い、規定上限を超過し、輻輳状態になったリンクを経由するトラヒック量は、指数的に減少することが確認できる。   As shown in FIG. 7A, it can be confirmed that as the ratio ε increases, the traffic amount that exceeds the specified upper limit and passes through the link in a congested state decreases exponentially.

また、図7の(b)に示すように、トラヒック量Vが大きな方が、同一の比率εに対するk(トラヒック量(前述の数6参照)が大きな上位リンクの本数)の値が大きくなるため、超過比率は低くなる。   Further, as shown in FIG. 7B, the larger the traffic amount V, the larger the value of k (the number of upper links having a larger traffic amount (see the above-mentioned equation 6)) for the same ratio ε. The excess ratio will be low.

比率εが中程度より低い場合、単一リンク障害時に無視できない割合のトラヒックが輻輳リンクを経由することになるため、比率εは中程度以上に設定することが望ましい。また、全トラヒックに対して常にリンク利用率の規定上限を満たすには、比率εを「1」に近い値に設定する必要があるが、比率εが中程度以上の領域では、前述したように、比率εを増加させても総コストはほとんど増加しない。   When the ratio ε is lower than medium, a ratio of traffic that cannot be ignored at the time of a single link failure passes through the congestion link. Therefore, it is desirable to set the ratio ε to be medium or higher. In order to always satisfy the specified upper limit of the link utilization rate for all traffic, it is necessary to set the ratio ε to a value close to “1”, but in the region where the ratio ε is medium or higher, as described above. Even if the ratio ε is increased, the total cost hardly increases.

以上のことから、比率ε=1に設定すべきであると結論できる。   From the above, it can be concluded that the ratio ε = 1 should be set.

以上、図1〜図8を用いて説明したように、本例では、ノード位置と、トラヒック交流マトリクスと、ルーティングプロトコル種別(ルーティング方式)、および、正常時の任意のリンクの使用率の上限を規定する値γを少なくとも含むデータを制約条件として入力し、プログラムされたコンピュータ装置によって、正常時の各リンクの使用率を上記規定値γ以下に抑え、かつ、総ネットワークコストを最小化する網のトポロジとリンク容量を算出するために、プログラムされたコンピュータ装置の処理実行手段として、入力処理装置101と、設計処理装置102とを具備し、入力処理装置101は、制約条件に加えて、全ノード間に設置するリンク数Lと、予め定められたリンク数k(<L)とを入力して記憶装置に書き込み、設計処理装置102は、制約条件とリンク数Lおよびリンク数kとからなる情報を記憶装置から読み出し、読み出した情報を用いて、正常時の各リンクの使用率を規定値γ以下に抑え、かつ、総ネットワークコストを最小化する網トポロジとリンク容量を算出する際、トラヒック量が大きな上位k本のリンクに限定し、かつ、残るL−k本の各リンクの単一障害時にも全ノード間の接続性が維持されることを制約条件として、各リンクの単一リンク障害に伴う迂回トラヒックを考慮した網トポロジとリンク容量の算出を行う。   As described above with reference to FIGS. 1 to 8, in this example, the upper limit of the node position, the traffic AC matrix, the routing protocol type (routing method), and the usage rate of any link at normal time is set. Data that includes at least the specified value γ is input as a constraint, and the network usage that minimizes the total network cost while keeping the usage rate of each link under normal conditions below the specified value γ by a programmed computer device. In order to calculate the topology and the link capacity, the processing unit of the programmed computer device includes an input processing device 101 and a design processing device 102. The input processing device 101 includes all nodes in addition to the constraint conditions. The number of links L installed between them and the predetermined number of links k (<L) are input and written to the storage device, and the design processing device The device 102 reads out information consisting of the constraint condition, the number of links L, and the number of links k from the storage device, and uses the read information to suppress the usage rate of each link under normal conditions to a predetermined value γ or less, and When calculating the network topology and link capacity to minimize the network cost, it is limited to the top k links with a large traffic volume, and all nodes are connected even when a single failure occurs in each of the Lk links. The network topology and the link capacity are calculated in consideration of the detour traffic accompanying the single link failure of each link, under the condition that the performance is maintained.

また、設計処理装置102は、網トポロジとリンク容量の算出を、全ノード間にリンクを設置した状態からスタートし、正常時に流れるトラヒック量でリンクコストを除した値が大きなリンクから優先的に除去する処理を、総ネットワークコストの改善が見られなくなるまで反復する。   In addition, the design processing device 102 starts calculating the network topology and the link capacity from a state where links are installed between all nodes, and preferentially removes from a link having a large value obtained by dividing the link cost by the amount of traffic flowing under normal conditions. This process is repeated until there is no improvement in the total network cost.

より詳細には、設計処理装置102は、制約条件を記憶装置から読み出し、読み出した制約条件を用いて、全ノード間に設置される各リンクに対して、当該リンクのコストと当該リンクの使用率を規定値γ以下に抑える最大トラヒック量とを算出して記憶装置に書き込むと共に、算出した各リンクのコストを加算して網全体のコストである総コストを算出し記憶装置に書き込み、また、算出した各リンクのコストを当該リンクに正常時に流れるトラヒック量で除した値を当該リンクの評価値として算出しソートして記憶装置に書き込み、ソートした各リンクの評価値が一番大きなリンクを除去した残りの各リンクに対して、コストと最大トラヒック量の算出と記憶装置への書き込みを行い、さらに、ここで算出した各リンクのコストを加算してリンクを除去した後の網全体の総コストを算出し記憶装置に書き込み、この算出した総コストが先に算出した総コストより減少するか否か、および、残りの各リンクの各々の単一障害時にも全ノード間の接続性が維持されるか否かを判別し、総コストが減少することおよび全ノード間の接続性が維持されることを判別した場合は、当該リンクを除去して上記リンクの評価値の算出手順からの処理を繰り返し、総コストが減少せず、もしくは、全ノード間の接続性が維持されないと判別した場合は、当該リンクを除去しないで、評価値が次に大きなリンクを除去して、残りのリンクに対する最大トラヒックとコストの算出を繰り返し、この繰り返し処理を、予め定められたリンク数で終了する。   More specifically, the design processing apparatus 102 reads the constraint condition from the storage device, and uses the read constraint condition, and for each link installed between all nodes, the link cost and the link usage rate. Calculate the maximum traffic volume that keeps the value below the specified value γ and write it to the storage device, add the calculated cost of each link to calculate the total cost of the entire network, write it to the storage device, and calculate The value obtained by dividing the cost of each link by the amount of traffic that normally flows to the link is calculated as the evaluation value of the link, sorted, written to the storage device, and the link with the highest evaluation value of each sorted link is removed. For each remaining link, calculate the cost and maximum traffic volume, write to the storage device, and add the calculated cost for each link. Calculate the total cost of the entire network after removing the link and write it to the storage device, whether this calculated total cost is less than the previously calculated total cost, and each single failure of each remaining link Sometimes it is determined whether connectivity between all nodes is maintained, and if it is determined that the total cost is reduced and connectivity between all nodes is maintained, the link is removed and the above If the process from the link evaluation value calculation procedure is repeated and it is determined that the total cost does not decrease or connectivity between all nodes is not maintained, the link is not removed and the evaluation value is the next highest The link is removed, the calculation of the maximum traffic and cost for the remaining links is repeated, and this repetition process is terminated with a predetermined number of links.

また、設計処理装置102は、リンクを除去(削除)した際、除去(削除)したリンクを通るパスに対してのみ経路を再計算することで、計算時間を抑える。   Further, when the link is removed (deleted), the design processing apparatus 102 recalculates the route only for the path that passes through the removed (deleted) link, thereby reducing the calculation time.

また、設計処理装置102は、接続性の維持の判定を、ダイクストラ法を適用した際の経路のコストが任意の発着間ノード間に対して有限値として得られる否かで行う。   In addition, the design processing apparatus 102 determines whether to maintain connectivity based on whether or not the cost of the route when the Dijkstra method is applied can be obtained as a finite value between any nodes between arrivals and departures.

このように、本例では、ノードの位置と、ノード間の交流トラヒック行列と、経路設定法と、リンク使用率の規定上限とが与えられているときに、任意の単一リンク障害により生じる迂回トラヒックを考慮しながらリンク使用率を規定上限以下に抑えるという制約の範囲内で、最適な網トポロジとリンク容量を設計することができる。   Thus, in this example, a detour caused by an arbitrary single link failure is given when the position of the node, the AC traffic matrix between nodes, the route setting method, and the specified upper limit of the link usage rate are given. Optimal network topology and link capacity can be designed within the constraint that the link usage rate is kept below a specified upper limit while taking traffic into consideration.

尚、本発明は、図1〜図8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、光ネットワークを例に説明したが、これに限定されるものではない。   In addition, this invention is not limited to the example demonstrated using FIGS. 1-8, In the range which does not deviate from the summary, various changes are possible. For example, in this example, an optical network has been described as an example, but the present invention is not limited to this.

また、本例では、単一リンクのみを考慮したが、さらに、単一ノード障害を考慮する場合にも適用できる。この場合、各ノードに接続された全リンクに障害が発生したと見なし、各リンクの最大トラヒック量を算出する際に、各ノード障害時の迂回トラヒックを同時に考慮する。   In this example, only a single link is considered, but it can also be applied to cases where a single node failure is considered. In this case, it is assumed that a failure has occurred in all the links connected to each node, and detour traffic at the time of each node failure is considered simultaneously when calculating the maximum traffic volume of each link.

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

本発明に係る網のトポロジとリンク容量の設計を行う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 designs the topology of a network and link capacity | capacitance based on this invention. 図1におけるシステムによる網トポロジの設計例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a network topology design by the system in FIG. 各リンクの正常時のリンク使用率を値の大きな順にプロットした例の説明図である。It is explanatory drawing of the example which plotted the link usage rate at the time of the normal of each link in order with a big value. 二つのトポロジの一致度例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a coincidence degree of two topologies. 図1におけるシステムで設計したトポロジのリンク数および設計リンク容量の平均値と単一障害時の迂回トラヒックを考慮するリンク数の全リンク数に対する比率との対応関係を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a correspondence relationship between the average number of links and the design link capacity of the topology designed by the system in FIG. 1 and the ratio of the number of links considering the detour traffic at the time of a single failure to the total number of links. 単一リンク障害時のリンク使用率のプロット例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a plot of the link utilization rate at the time of a single link failure. 単一リンク障害時の全リンクにわたるリンク使用率の平均値と最大値の比率に対するプロット例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a plot with respect to the ratio of the average value of the link utilization rate over all the links at the time of a single link failure, and the maximum value. 図1におけるシステムによる本発明に係る網トポロジ・リンク容量設計処理動作例を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing an example of network topology and link capacity design processing operation according to the present invention by the system in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

101:入力処理装置(ノート情報,交流マトリクス,経路設定法,制約条件入力装置)、102:設計処理装置(網トポロジ・リンク容量設計装置)、103:出力処理装置(最適トポロジ・最適リンク容量出力装置)。   101: input processing device (note information, AC matrix, route setting method, constraint input device), 102: design processing device (network topology / link capacity design device), 103: output processing device (optimum topology / optimum link capacity output) apparatus).

Claims (9)

ノード位置と、トラヒック交流マトリクスと、ルーティングプロトコル種別、および、正常時の任意のリンクの使用率の上限を規定する値γを少なくとも含むデータを制約条件として入力し、プログラムされたコンピュータ装置によって、正常時の各リンクの使用率を上記規定値γ以下に抑え、かつ、総ネットワークコストを最小化する網のトポロジとリンク容量を算出する網トポロジ・リンク容量設計処理方法であって、
プログラムされたコンピュータ装置の処理実行手段として、入力処理手段と、設計処理手段とを具備し、
入力処理手段は、上記制約条件に加えて、全ノード間に設置するリンク数Lと、予め定められたリンク数k(<L)とを入力して記憶装置に書き込む第1の手順を実行し、
上記設計処理手段は、
上記制約条件と上記リンク数Lおよび上記リンク数kとからなる情報を記憶装置から読み出し、読み出した情報を用いて,各リンクの最大トラヒック量を算出し,正常時と上記k本のリンクの単一障害時における各リンクの使用率を上記規定値γ以下に抑え、かつ、総ネットワークコストを最小化する網トポロジとリンク容量を算出する際、トラヒック量が大きな上位k本のリンクに限定し、かつ、残るL−k本の各リンクの単一障害時にも全ノード間の接続性が維持されることを制約条件として、各リンクの単一リンク障害に伴う迂回トラヒックを考慮した上記網トポロジとリンク容量の算出を行う第2の手順を実行する
ことを特徴とする網トポロジ・リンク容量設計処理方法。

Data including at least a value γ that defines the upper limit of the usage rate of any link in the normal state, the node position, the traffic AC matrix, the routing protocol type, and the normality is input by the programmed computer device. A network topology / link capacity design processing method for calculating a network topology and a link capacity that suppresses the usage rate of each link to the specified value γ or less and minimizes the total network cost,
As a processing execution means of a programmed computer device, it comprises an input processing means and a design processing means,
The input processing means executes a first procedure for inputting the number of links L installed between all the nodes and a predetermined number of links k (<L) and writing them to the storage device in addition to the above-mentioned constraints. ,
The design processing means is
The information including the constraint condition, the number of links L, and the number k of links is read from the storage device, and the maximum traffic volume of each link is calculated using the read information. When calculating the network topology and link capacity that minimizes the total network cost and the usage rate of each link at the time of one failure is limited to the above specified value γ, it is limited to the top k links with large traffic volume, In addition, the above network topology considering the detour traffic accompanying the single link failure of each link, with the constraint that the connectivity between all nodes is maintained even in the case of a single failure of the remaining Lk links, A network topology / link capacity design processing method characterized by executing a second procedure for calculating a link capacity.

請求項1に記載の網トポロジ・リンク容量設計処理方法であって、
上記設計処理手段は、上記第2の手順において、
上記網トポロジとリンク容量の算出を、全ノード間にリンクを設置した状態からスタートし、正常時に流れるトラヒック量でリンクコストを除した値が大きなリンクから優先的に除去する処理を、総ネットワークコストの改善が見られなくなるまで反復する
ことを特徴とする網トポロジ・リンク容量設計処理方法。
A network topology / link capacity design processing method according to claim 1,
The design processing means in the second procedure,
The above network topology and link capacity calculation starts from a state where links are installed between all nodes, and the process of preferentially removing from the link with a large value obtained by dividing the link cost by the amount of traffic that flows normally is the total network cost. A network topology / link capacity design processing method, characterized by iterating until no improvement is observed.
請求項1もしくは請求項2のいずれかに記載の網トポロジ・リンク容量設計処理方法であって、
上記設計処理手段は、
単一ノード障害に対して、各ノードに接続された全リンクに障害が発生したと見なし、各リンクの最大トラヒック量を算出する際に、各ノード障害時の迂回トラヒックを同時に考慮することを特徴とする網トポロジ・リンク容量設計処理方法。
A network topology / link capacity design processing method according to claim 1 or 2,
The design processing means is
It is considered that all links connected to each node have failed for a single node failure, and detour traffic at each node failure is considered at the same time when calculating the maximum traffic volume of each link. Network topology and link capacity design processing method.
プログラムされたコンピュータ装置によって、網のトポロジとリンク容量の設計処理を行う方法であって、
プログラムされたコンピュータ装置の処理実行手段として、入力処理手段と、設計処理手段とを具備し、
入力処理手段は、ノード位置と、トラヒック交流マトリクスと、ルーティングプロトコル種別、および、正常時の任意のリンクの使用率の上限を規定する値γを少なくとも含むデータを制約条件として入力して記憶装置に書き込む第1の手順を実行し、
設計処理手段は、上記制約条件を記憶装置から読み出す第2の手順と、
読み出した制約条件を用いて、全ノード間に設置される各リンクに対して、当該リンクのコストと当該リンクの使用率を上記規定値γ以下に抑える最大トラヒック量とを算出して記憶装置に書き込む第3の手順と、
該第3の手順で算出した各リンクのコストを加算して網全体のコストである総コストを算出し記憶装置に書き込む第4の手順と、
上記第3の手順で算出した各リンクのコストを当該リンクに正常時に流れるトラヒック量で除した値を当該リンクの評価値として算出しソートして記憶装置に書き込む第5の手順と、
該第5の手順でソートした各リンクの評価値が一番大きなリンクを除去した残りの各リンクに対して、上記コストと上記最大トラヒック量の算出と記憶装置への書き込みを行う6の手順と、
該第6の手順で算出した各リンクのコストを加算してリンクを除去した後の網全体の総コストを算出し記憶装置に書き込む第7の手順と、
該第7の手順で算出した総コストが上記第4の手順で算出した総コストより減少するか否か、および、上記残りの各リンクの各々の単一障害時にも全ノード間の接続性が維持されるか否かを判別する第8の手順と、
該第8の手順で、総コストが減少することおよび全ノード間の接続性が維持されることを判別した場合は、当該リンクを除去して上記第5の手順からの処理を繰り返す第9の手順と、
上記第8の手順で、総コストが減少せず、もしくは、全ノード間の接続性が維持されないと判別した場合は、当該リンクを除去しないで上記第4の手順で算出した評価値が次に大きなリンクを除去して、上記第6の手順からの処理を繰り返す第10の手順と、
該第10の手順による上記第6の手順からの繰り返し処理を、予め定められたリンク数で終了する第11の手順と
を実行することを特徴とする網トポロジ・リンク容量設定処理方法。
A method of designing a network topology and link capacity by a programmed computer device,
As a processing execution means of a programmed computer device, it comprises an input processing means and a design processing means,
The input processing means inputs, as a constraint, data including at least a node position, a traffic AC matrix, a routing protocol type, and a value γ that defines an upper limit of the usage rate of an arbitrary link in a normal state to a storage device. Perform the first step of writing,
The design processing means includes a second procedure for reading the constraint condition from the storage device;
Using the read constraints, for each link installed between all nodes, the cost of the link and the maximum traffic amount that keeps the link usage rate below the specified value γ are calculated and stored in the storage device. A third procedure for writing;
A fourth procedure in which the cost of each link calculated in the third procedure is added to calculate the total cost, which is the cost of the entire network, and is written in the storage device;
A fifth procedure in which a value obtained by dividing the cost of each link calculated in the third procedure by the amount of traffic normally flowing in the link is calculated as an evaluation value of the link, sorted, and written to the storage device;
6 procedures for calculating the cost and the maximum traffic amount and writing to the storage device for each remaining link from which the link having the largest evaluation value of the links sorted in the fifth procedure is removed; ,
A seventh procedure for calculating the total cost of the entire network after adding the cost of each link calculated in the sixth procedure and removing the link and writing it to the storage device;
Whether or not the total cost calculated in the seventh procedure is lower than the total cost calculated in the fourth procedure, and the connectivity between all the nodes even in the single failure of each of the remaining links An eighth procedure for determining whether or not to be maintained;
If it is determined in the eighth procedure that the total cost is reduced and connectivity between all nodes is maintained, the link is removed and the processing from the fifth procedure is repeated. Procedure and
If it is determined in the eighth procedure that the total cost does not decrease or connectivity between all nodes is not maintained, the evaluation value calculated in the fourth procedure without removing the link is A tenth procedure that removes the large link and repeats the process from the sixth procedure;
A network topology / link capacity setting processing method, wherein the iterative process from the sixth procedure according to the tenth procedure is executed with an eleventh procedure for ending with a predetermined number of links.
請求項2から請求項4のいずれかに記載の網トポロジ・リンク容量設計処理方法であって、
上記設計処理手段は、
上記リンクを除去した際、削除したリンクを通るパスに対してのみ経路を再計算する手順を実行することを特徴とする網トポロジ・リンク容量設計処理方法。
A network topology and link capacity design processing method according to any one of claims 2 to 4,
The design processing means is
A network topology / link capacity design processing method characterized by executing a procedure of recalculating a route only for a path passing through a deleted link when the link is removed.
請求項1から請求項5のいずれかに記載の網トポロジ・リンク容量設計処理方法であって、
上記設計処理手段は、
上記接続性の維持の判定を、ダイクストラ法を適用した際の経路のコストが任意の発着間ノード間に対して有限値として得られる否かで行うことを特徴とする網トポロジ・リンク容量設計処理方法。
A network topology and link capacity design processing method according to any one of claims 1 to 5,
The design processing means is
The network topology / link capacity design process characterized in that the determination of the maintenance of the connectivity is made based on whether or not the cost of the route when the Dijkstra method is applied is obtained as a finite value between any nodes between arrival and departure Method.
請求項1から請求項6のいずれかに記載の網トポロジ・リンク容量設計処理方法であって、
上記網は光ネットワークからなり、
上記リンク容量が波長数であることを特徴とする網トポロジ・リンク容量設計処理方法。
A network topology / link capacity design processing method according to any one of claims 1 to 6,
The network consists of an optical network,
A network topology / link capacity design processing method, wherein the link capacity is the number of wavelengths.
ノード位置と、トラヒック交流マトリクスと、ルーティングプロトコル種別、および、正常時の任意のリンクの使用率の上限を規定する値γを少なくとも含むデータを制約条件として入力し、プログラムされたコンピュータ装置によって、正常時の各リンクの使用率を上記規定値γ以下に抑え、かつ、総ネットワークコストを最小化する網のトポロジとリンク容量を算出する網トポロジ・リンク容量設計処理システムであって、
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網トポロジ・リンク容量設計処理方法における各手順を実行する処理手段を具備したことを特徴とする網トポロジ・リンク容量設計処理システム。
Data including at least a value γ that defines the upper limit of the usage rate of any link in the normal state, the node position, the traffic AC matrix, the routing protocol type, and the normality is input by the programmed computer device. A network topology / link capacity design processing system for calculating a network topology and a link capacity that suppresses the usage rate of each link to the specified value γ or less and minimizes the total network cost,
As a means of performing programmed computer processing,
A network topology / link capacity design processing system comprising processing means for executing each procedure in the network topology / link capacity design processing method according to claim 1.
コンピュータに、請求項1から請求項7のいずれかに記載の網トポロジ・リンク容量設計処理方法における各手順を実行させるためのプログラム。   The program for making a computer perform each procedure in the network topology link capacity | capacitance design processing method in any one of Claims 1-7.
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