JP5814850B2 - ネットワーク設備量計算装置、および、ネットワーク設備量計算方法 - Google Patents
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Description
光IPネットワーク100は、光レイヤ60と、IPレイヤ70とを備えている。光IPネットワーク100は、IPトラヒックを波長パス63a,63b上に流すネットワークである。
ルータ71−1は、光クロスコネクト61−1に接続されている。同様に、ルータ71−2は、光クロスコネクト61−2に接続され、ルータ71−3は、光クロスコネクト61−3に接続されている。ルータ71−1〜71−3は更に、図示しない外部装置や外部ネットワークに接続されている。ルータ71−1〜71−3は、外部装置(不図示)や外部ネットワーク(不図示)からのIPトラヒックを、光レイヤ60を介して相互に通信するものである。以下、ルータ71−1〜71−3を特に区別しないときには、単にルータ71と記載している場合がある。
光クロスコネクト61−2は、ルータ71−2に接続され、光クロスコネクト61−1に光ファイバ62bを介して接続され、光クロスコネクト61−3に光ファイバ62cを介して接続されている。
光クロスコネクト61−3は、ルータ71−3に接続され、光クロスコネクト61−1に光ファイバ62aを介して接続され、光クロスコネクト61−2に光ファイバ62cを介して接続されている。
光クロスコネクト61−1〜61−3は、各ルータ71−1〜71−3からのIPトラヒックを他のルータ71−1〜71−3に中継するものである。光ファイバ62a〜62cを特に区別しないときには、単に光ファイバ62と記載している場合がある。
その後、当該交流トラヒックは、ルータ71−1から光クロスコネクト61−1を介して光ファイバ62aを通る波長パスλ1,3 1,3上を流れ、光クロスコネクト61−3を介してルータ71−3に到達する。なお、交流トラヒックrと、波長パスλの詳細については後記する。
以下の(式1)は、ルータsを始点とし、ルータdを終点とする交流トラヒックに於いて、ルータi,jを端点とする論理リンクの少なくとも1つを通る交流トラヒック量の割合rs,d i,jは、0から1のいずれかの値をとることを示している。
以下の(式5)の左辺によって、ルータi,jを端点とする論理リンクを通る交流トラヒック量が算出される。ここで(式5)は、ルータsを始点とし、ルータdを終点とする交流トラヒック量をts,dで示している。
(式5)の右辺は、光クロスコネクトi,jを端点とする物理リンクを通る交流トラヒック帯域制約量を示している。ここでは、論理リンクの最大帯域をBとし、ルータiの論理リンクの最大入力/出力ポート数Riが与えられているときに、ルータiを始点とし、ルータjを終点とする論理リンクの数をλi,jとする。この論理リンクの数λi,jは、光クロスコネクトiを始点とし、光クロスコネクトjを終点とする波長パスの数と同一である。
以下の(式10)は、始点の光クロスコネクトiに於ける波長パスの本数(左辺)は、ルータiを始点とし、ルータjを終点とする論理リンクの数λi,j(右辺)と等しいことを示している。(式10)は、前記した(式2)に対応している。
しかしながら、この最適化問題を数理計画法で解こうとすると、計算時間が長時間かかってしまい実用的でない.これは、変数λi,j m,nと、変数rs,d i,jの数はノード数のおよそ4乗となり、10ノードからなる小規模なネットワークでも変数の数は、およそ20,000となってしまうためである。
そこで、本発明は、大規模なネットワークの最適設備量を短時間のうちに求めることを課題とする。
本実施形態のネットワーク設備量計算方法は、数理計画法で各変数を求めるよりも前に、各ノード間の波長パスの最短経路が閾値以上である変数を対象から除外するというものである。IPトラヒックは、複数の波長パスを経由することが可能である。したがって、ノード間の最短経路が閾値以上のとき、IPトラヒックは、複数の波長パスを経由して通信が行われる。したがって、所定閾値よりも長い波長パスが無くても、IPトラヒックによる通信を行うことができる。
ネットワーク設備量計算システム101は、ネットワーク設備量計算装置10と、光IPネットワーク100とを備えている。ネットワーク設備量計算装置10は、光IPネットワーク100の光レイヤ60に接続されている。
光IPネットワーク100は、光レイヤ60と、IPレイヤ70とを備えている。光IPネットワーク100は、IPレイヤ70上のIPトラヒックを、光レイヤ60を介して通信するネットワークである。
ネットワーク設備量計算装置10は、波長パス/IPトラヒック経路計算部20と、設備量計算部30と、記憶部40と、通信部50とを備えている。ネットワーク設備量計算装置10は、当該光IPネットワーク100に必要な設備量を計算する装置である。
波長パス/IPトラヒック経路計算部20は、物理ノード判断部21と、ホップ数算出部22と、網情報取得部23とを備えている。この波長パス/IPトラヒック経路計算部20は、波長パス63の各経路とIPトラヒックの各経路とを計算し、所定条件を満たす波長パス63の経路を、数理計画法の対象変数から除外するものである。
ホップ数算出部22は、物理ノード間に於ける当該波長パスの最短ホップ数を算出するものである。ここでホップ数とは、IPトラヒックが通過するルータの台数をいう。最短ホップ数とは、物理ノード間の波長パス経路に係るホップ数のうち、最小の値である。
網情報取得部23は、光IPネットワーク100の情報を取得して記憶部40に格納するものである。網情報取得部23は、前記物理ノード間を接続する物理リンクのトポロジ情報、および、波長パスの最短ホップ閾値の入力を受け付ける。
記憶部40は、論理リンク数41と、波長パス数42と、交流トラヒック量割合43とを格納している。
論理リンク数41は、始点ルータiと終点ルータjとの組み合わせによる論理リンクの数λi,jを格納している。
波長パス数42は、論理リンクのうち、光クロスコネクトm,nを端点とする光ファイバ62(物理リンク)を通る波長パスの数λi,j m,nを格納している。
交流トラヒック量割合43は、ルータsを始点とし、ルータdを終点とする交流トラヒックに於いて、ルータi,jを端点とする論理リンクの少なくとも1つを通る各交流トラヒック量の割合rs,d i,jを格納している。
処理を開始すると、ステップS10に於いて、ネットワーク設備量計算装置10の網情報取得部23は、ルータiを始点、ルータjを終点とする論理リンク72の入力を受け付ける。ステップS10の処理により、論理リンク72の接続情報(トポロジ)が、記憶部40に格納される。
ステップS11に於いて、網情報取得部23は、前記した論理リンク72のうち、光クロスコネクト(OXC)m,nを端点とする光ファイバ62を通る波長パス63の入力を受け付ける。ステップS11の処理により、波長パス63の接続情報(トポロジ)が、記憶部40に格納される。
ステップS12に於いて、ネットワーク設備量計算装置10の波長パス/IPトラヒック経路計算部20は、後記する波長パス/IPトラヒック経路計算処理(図3)を行う。この波長パス/IPトラヒック経路計算処理によって、所定経路に於ける波長パス63の本数は既知(0)となり、数理計画法の演算対象から除外される。
ステップS13に於いて、ネットワーク設備量計算装置10の設備量計算部30は、数理計画法実行部31によって、記憶部40に格納された各変数と前記した(式1)〜(式15)とに基づき、当該光IPネットワーク100に必要な設備量を計算する。
ステップS14に於いて、ネットワーク設備量計算装置10の設備量計算部30は、出力部(不図示)を介して、最適な波長パス63の経路と、最適なIPトラヒックの経路と、その際の光IPネットワーク100の設備量とを出力する。ネットワーク設備量計算装置10は、ステップS14の処理が終了すると、図2の処理を終了する。
処理を開始すると、ステップS20に於いて、波長パス/IPトラヒック経路計算部20の網情報取得部23は、物理リンクである光クロスコネクト61のトポロジ情報の入力を受け付ける。
ステップS21に於いて、波長パス/IPトラヒック経路計算部20の網情報取得部23は、波長パス63の最短ホップ閾値の入力を受け付ける。本実施形態に於いて、波長パス63の最短ホップ閾値は、例えば2以上である。
ステップS23に於いて、波長パス/IPトラヒック経路計算部20のホップ数算出部22は、2つの光クロスコネクト(OXC)61間の最短ホップ数を算出する。
ステップS24に於いて、波長パス/IPトラヒック経路計算部20の物理ノード判断部21は、当該最短ホップ数が最短ホップ閾値以上であるか否かを判断する。物理ノード判断部21は、当該判断条件が成立しなかったとき(No)、ステップS26の処理を行い、当該判断条件が成立したとき(Yes)、ステップS25の処理を行う。
ステップS25に於いて、波長パス/IPトラヒック経路計算部20の物理ノード判断部21は、当該光クロスコネクト(OXC)61間の波長パスの数λi,j m,nに、全て0を設定する。すなわち、物理ノード判断部21は、記憶部40の波長パス数42の変数のうち、所定の条件を満たしたものに0を設定して、既知の変数とする。これにより、物理ノード判断部21は、所定条件の変数を実験計画法で求める対象から除外し、当該実験計画法を短時間で終了させることができる。
ステップS26に於いて、波長パス/IPトラヒック経路計算部20は、全ての光クロスコネクト(OXC)61の組み合わせについて、処理を繰り返したか否かを判断する。波長パス/IPトラヒック経路計算部20は、当該判断条件が成立しなかったとき、ステップS22の処理に戻り、当該判断条件が成立したとき、図3の処理を終了する。
以上説明した第1の実施形態では、次の(A)のような効果がある。
第2の実施形態のネットワーク設備量計算方法は、第1の実施形態のネットワーク設備量計算方法に対して、更に交流トラヒック量が閾値未満であるノード間に対応した波長パスを、予め求める対象から除外するというものである。交流トラヒック量が閾値未満であるとき、当該交流トラヒックを無視してネットワーク設備量を計算しても、大きな誤差は発生しないことによる。
第2の実施形態のネットワーク設備量計算装置10は、第1の実施形態のネットワーク設備量計算装置10(図1)と同様に構成されている。
処理を開始したのち、ステップS20,S21の処理は、第1の実施形態のステップS20,S21の処理(図3)と同様である。
ステップS21Aに於いて、波長パス/IPトラヒック経路計算部20の網情報取得部23は、全ノードの交流トラヒック量の入力を受け付ける。
ステップS22〜S24の処理は、第1の実施形態のステップS22〜S24の処理(図3)と同様である。
ステップS24Aに於いて、波長パス/IPトラヒック経路計算部20の物理ノード判断部21は、当該光クロスコネクト(OXC)61間に対応するノード間の交流トラヒック量がトラヒック閾値よりも小さいか否かを判断する。物理ノード判断部21は、当該判断条件が成立しなかったとき(No)、ステップS26の処理を行い、当該判断条件が成立したとき(Yes)、ステップS25の処理を行う。すなわち、物理ノード判断部21は、交流トラヒック量が閾値未満であるノード間の波長パスの数に0を設定して、既知の変数とする。これにより、物理ノード判断部21は、これらの波長パスの数を実験計画法で求める対象から除外し、当該実験計画法を短時間で終了させることができる。
ステップS25,S26の処理は、第1の実施形態のステップS25,S26の処理(図3)と同様である。
以上説明した第2の実施形態では、第1の実施形態の効果に加えて更に、次の(B)のような効果がある。
第3の実施形態のネットワーク設備量計算方法は、第1の実施形態のネットワーク設備量計算方法に対して、更に交流トラヒック量と重み付けパラメータ(ホップ数の逆数)との積が、当該トラヒック閾値未満であるノード間に対応した波長パスの数を、予め求める対象から除外するというものである。交流トラヒック量と重み付けパラメータ(ホップ数の逆数)との積が閾値未満であるとき、当該交流トラヒック量が小さいか、または、ホップ数が大きいことを意味する。ノード間の交流トラヒック量が小さいとき、それを無視してネットワーク設備量を計算しても、大きな誤差は発生しない。また、ノード間のホップ数が大きいとき、間接的に2以上の波長パスで接続されるため、直接に波長パスで接続しなくても問題は発生しない。
第3の実施形態のネットワーク設備量計算装置10は、第1の実施形態のネットワーク設備量計算装置10(図1)と同様に構成されている。
処理を開始したのち、ステップS20〜S24の処理は、第2の実施形態のステップS20〜S24の処理(図4)と同様である。
ステップS24Bに於いて、波長パス/IPトラヒック経路計算部20の物理ノード判断部21は、当該光クロスコネクト(OXC)61間の最短ホップ数の逆数を計算し、当該光クロスコネクト(OXC)61間に於ける重み付けパラメータとする。最短ホップ数が大きいほど、重み付けパラメータは小さな値となる。
ステップS24Cに於いて、波長パス/IPトラヒック経路計算部20の物理ノード判断部21は、当該光クロスコネクト(OXC)61間に対応するノード間の交流トラヒック量と当該重み付けパラメータとの積が、トラヒック閾値よりも小さいか否かを判断する。物理ノード判断部21は、当該判断条件が成立しなかったとき(No)、ステップS26の処理を行い、当該判断条件が成立したとき(Yes)、ステップS25の処理を行う。すなわち、物理ノード判断部21は、最短ホップ数が大きく、かつ、交流トラヒック量が少ないノード間の波長パスの数を、実験計画法で求める対象から除外し、当該実験計画法を短時間で終了させることができる。
ステップS25,S26の処理は、第1の実施形態のステップS25,S26の処理(図4)と同様である。
以上説明した第3の実施形態では、次の(C)のような効果がある。
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能であり、例えば、次の(a)〜(c)のようなものがある。
20 波長パス/IPトラヒック経路計算部
21 物理ノード判断部
22 ホップ数算出部
23 網情報取得部
30 設備量計算部
31 数理計画法実行部
40 記憶部
41 論理リンク数
42 波長パス数
43 交流トラヒック量割合
50 通信部
60 光レイヤ
61 光クロスコネクト(物理ノード)
62 光ファイバ(物理リンク)
63 波長パス
70 IPレイヤ
71 ルータ
72 論理リンク
100 光IPネットワーク
101 ネットワーク設備量計算システム
Claims (5)
- 物理ノード間が物理リンクで接続されている光ネットワークと、前記物理ノードに接続されたルータが前記物理ノードおよび前記物理リンクを介して接続されているIPネットワークとを備えるネットワークの設備量計算装置であって、
前記物理リンクのトポロジ情報、および、前記物理ノード間の波長パスに係る最短ホップ閾値の入力と、各前記物理ノード間の交流トラヒック量および交流トラヒック閾値の入力とを受け付ける網情報取得部と、
各前記波長パスに係る最短ホップ数を算出するホップ数算出部と、
当該最短ホップ数が、前記波長パスの当該最短ホップ閾値以上であり、かつ、前記交流トラヒック量が前記交流トラヒック閾値未満である前記物理ノード間の各当該波長パスの数を0とする物理ノード判断部と、
を備えることを特徴とするネットワークの設備量計算装置。 - 前記網情報取得部は更に、前記波長パスの当該最短ホップ数に係る重み付けパラメータの入力を受け付け、
前記物理ノード判断部は更に、当該最短ホップ数が、前記波長パスの当該最短ホップ閾値以上であり、かつ、前記波長パスの当該最短ホップ数に係る当該重み付けパラメータと当該交流トラヒック量との積が前記交流トラヒック閾値以下である前記物理ノード間の各当該波長パスの数を0とする、
ことを特徴とする請求項1に記載のネットワークの設備量計算装置。 - 前記重み付けパラメータは、当該最短ホップ数の逆数である、
ことを特徴とする請求項2に記載のネットワークの設備量計算装置。 - 前記最短ホップ閾値は、2以上であることを特徴とする、
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のネットワークの設備量計算装置。 - 物理ノード間が物理リンクで接続されている光ネットワークと、前記物理ノードに接続されたルータが前記物理ノードおよび前記物理リンクを介して接続されているIPネットワークとを備えるネットワークの設備量計算方法であって、
前記物理リンクのトポロジ情報、および、前記物理ノード間の波長パスに係る最短ホップ閾値の入力と、各前記物理ノード間の交流トラヒック量および交流トラヒック閾値の入力とを受け付ける網情報取得ステップと、
各前記波長パスに係る最短ホップ数を算出するホップ数算出ステップと、
当該最短ホップ数が、前記波長パスの当該最短ホップ閾値以上であり、かつ、前記交流トラヒック量が前記交流トラヒック閾値未満である前記物理ノード間の各当該波長パスの数を0とする物理ノード判断ステップと、
を実行することを特徴とするネットワークの設備量計算方法。
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