JP5898112B2 - Network design apparatus and network design program - Google Patents

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JP5898112B2 JP2013046195A JP2013046195A JP5898112B2 JP 5898112 B2 JP5898112 B2 JP 5898112B2 JP 2013046195 A JP2013046195 A JP 2013046195A JP 2013046195 A JP2013046195 A JP 2013046195A JP 5898112 B2 JP5898112 B2 JP 5898112B2
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Description

本発明は、波長パスが物理トポロジ上に設定され、ＩＰ（Internet Protocol）トラヒックが波長パスにより構成された論理トポロジ上に設定された光ＩＰネットワークを設計する、ネットワーク設計装置およびネットワーク設計プログラムに関する。   The present invention relates to a network design apparatus and a network design program for designing an optical IP network in which a wavelength path is set on a physical topology and an IP (Internet Protocol) traffic is set on a logical topology in which the wavelength path is configured.

光ＩＰネットワークは、波長パスが物理トポロジ（物理網）上に設定され、ＩＰトラヒックが波長パスで構成された論理トポロジ（論理網）上に設定される。
図１に示すように、光ＩＰネットワーク１００では、物理レイヤ上の波長レイヤに、波長パスが設定されたＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）ネットワークを構成する。物理網は、転送ノード、伝送ノードおよびそれらを結ぶ物理リンクから構成される。ここで、転送ノードは、例えばＩＰルータ等である。伝送ノード（波長ノード）は、例えば、ＯＸＣ（Optical Cross Connect：光クロスコネクト）等である。また、物理リンクは、例えば、光ファイバ等である。そして、波長ノード（ＯＸＣ等）を始終点とした波長パスが物理網上に設定され、その波長パスがＩＰレイヤでは転送ノード（ＩＰルータ）間における論理的なリンク（論理リンク）を構成する。なお、以下において、ＩＰルータを単に「ルータ」と称することがある。 In the optical IP network, the wavelength path is set on a physical topology (physical network), and the IP traffic is set on a logical topology (logical network) configured by wavelength paths.
As shown in FIG. 1, in the optical IP network 100, a WDM (Wavelength Division Multiplexing) network in which a wavelength path is set in a wavelength layer on a physical layer is configured. The physical network includes a forwarding node, a transmission node, and a physical link that connects them. Here, the forwarding node is, for example, an IP router. The transmission node (wavelength node) is, for example, an OXC (Optical Cross Connect). The physical link is, for example, an optical fiber. Then, a wavelength path having a wavelength node (such as OXC) as a start / end point is set on the physical network, and the wavelength path forms a logical link (logical link) between transfer nodes (IP routers) in the IP layer. In the following, the IP router may be simply referred to as “router”.

この光ＩＰネットワーク１００では、波長パス経路およびＩＰトラヒック経路を最適化することにより、ネットワーク全体の資源を有効活用し、転送品質を維持し、ネットワークコストを低減することが求められる。
そして、この波長パス経路およびＩＰトラヒック経路等を最適化するためには、波長パス経路とＩＰトラヒック経路とをそれぞれ独立に設定するのではなく、両者を同時に考慮して最適化することが重要となる。 In the optical IP network 100, it is required to optimize the wavelength path route and the IP traffic route to effectively use the resources of the entire network, maintain the transfer quality, and reduce the network cost.
In order to optimize the wavelength path route and the IP traffic route, it is important not to set the wavelength path route and the IP traffic route independently, but to optimize the wavelength path route and the IP traffic route simultaneously. Become.

具体的には、物理トポロジ上の波長パスの経路を表す変数とＩＰトラヒックの経路を表す各変数に対して、設備量をこれらの変数を用いた式で表した目的関数を設定し、各変数に関する制約式のもとで設備量を最小化させるようにして目的関数を解く数理計画法を適用する。そして、この数理計画法に基づき、物理トポロジ上の波長パスの経路を表す変数と、ＩＰトラヒックの経路を表す変数とを同時に解くことで最適解を得る手法が開示されている（非特許文献１参照）。この数理計画法における目的関数は、以下の（式１５）で表される。また、各変数の制約式は、以下の（式１）〜（式１４）で表される。   Specifically, for each variable that represents the path of the wavelength path on the physical topology and each variable that represents the path of the IP traffic, an objective function that expresses the amount of equipment as an expression using these variables is set. Mathematical programming is applied to solve the objective function in such a way that the amount of equipment is minimized under the constraint equation. Based on this mathematical programming method, a method for obtaining an optimal solution by simultaneously solving a variable representing a wavelength path route on a physical topology and a variable representing an IP traffic route is disclosed (Non-patent Document 1). reference). The objective function in this mathematical programming method is expressed by the following (Formula 15). The constraint equations for each variable are expressed by the following (Expression 1) to (Expression 14).

（数理計画法の制約式）
以下、まず、非特許文献１に記載の手法による、数理計画法の制約式（式１）〜（式１４）について説明する。 (Restriction formula for mathematical programming)
Hereinafter, first, constraint equations (Expression 1) to (Expression 14) of mathematical programming based on the method described in Non-Patent Document 1 will be described.

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おいて、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が、０から１のいずれかの値をとることを示している。なお、このｒs,d i,jは、ＩＰトラヒック経路を表すこととなる。

Figure 0005898112
The following (Equation 1) is the ratio r s, d i of the amount of AC traffic that passes through at least one of the logical links starting from the router i, j in the AC traffic starting from the router s and ending at the router d. , j takes any value from 0 to 1. Note that r s, d i, j represents an IP traffic route.
Figure 0005898112

以下の（式２）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おいて、ルータｓを端点とする全ての論理リンクを通る交流トラヒック量の割合の合計が、１となることを示している。

Figure 0005898112
The following (Expression 2) indicates that in the AC traffic starting from the router s and ending at the router d, the sum of the ratios of AC traffic passing through all logical links starting from the router s is 1. Show.
Figure 0005898112

以下の（式３）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おいて、ルータｄを端点とする全ての論理リンクを通る交流トラヒック量の割合の合計が、１となることを示している。

Figure 0005898112
In the following (Equation 3), in the AC traffic starting from the router s and ending at the router d, the sum of the ratios of AC traffic passing through all the logical links starting from the router d is 1. Show.
Figure 0005898112

以下の（式４）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おいて、ルータｋを一方の端点とする全ての論理リンクを通る交流トラヒック量の割合の合計と、ルータｋを他方の端点とする全ての論理リンクを通る交流トラヒック量の割合の合計とが同一となることを示している。すなわち、（式４）は、中間ルータｋにおいて、入力される交流トラヒック量と、出力される交流トラヒック量とが同一になることを示している。

Figure 0005898112
In the following (Equation 4), in the AC traffic having the router s as the starting point and the router d as the ending point, the total of the ratio of the AC traffic amount passing through all the logical links having the router k as one end point, and the router k It shows that the sum of the ratios of the AC traffic volume passing through all the logical links as the other end point is the same. That is, (Equation 4) indicates that the amount of AC traffic input and the amount of AC traffic output are the same in the intermediate router k.
Figure 0005898112

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、ｔs,dは、ルータｓを始点とし、ルータｄを終点とするトラヒックデマンド（交流トラヒック量）を示している。
（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。なお、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（本数）と等しいものである。
よって、（式５）は、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（トラヒックデマンド）が、ルータｉを始点とし、ルータｊを終点とする論理リンクを通る交流トラヒック帯域制約量以下となることを示している。

Figure 0005898112
The amount of AC traffic passing through the logical link with the routers i and j as endpoints is calculated from the left side of the following (Formula 5). Here, t s, d represents traffic demand (amount of AC traffic) starting from the router s and ending at the router d.
The right side of (Formula 5) indicates the AC traffic band restriction amount passing through the physical link having the optical cross-connect i, j as an end point. Here, the maximum bandwidth of the logical link is B, and when the maximum number of input / output ports R i of the logical link of the router i is given, the number of logical links starting from the router i and ending at the router j Is λ i, j . The number of logical links λ i, j is equal to the number (number) of wavelength paths starting from the optical cross-connect i and ending at the optical cross-connect j.
Therefore, (Equation 5) indicates that the AC traffic amount (traffic demand) passing through the logical link having the routers i and j as the end point is the AC traffic bandwidth restriction amount passing through the logical link having the router i as the start point and the router j as the end point. It shows that
Figure 0005898112

以下の（式６）は、左辺に示すルータｊを流れる交流トラヒック量の総和が、右辺に示すルータｊのルーチング容量Ｇｊ以下になることを示している。

Figure 0005898112
The following (Equation 6) indicates that the total amount of AC traffic flowing through the router j shown on the left side is less than or equal to the routing capacity G j of the router j shown on the right side.
Figure 0005898112

以下の（式７）は、左辺に示すルータｉを始点とする論理リンクの数の総和が、右辺に示すルータｉの論理リンクの最大入力／出力ポート数Ｒｉ以下であることを示している。

Figure 0005898112
The following (Expression 7) indicates that the total number of logical links starting from the router i indicated on the left side is equal to or less than the maximum number of input / output ports R i of the logical link of the router i indicated on the right side. .
Figure 0005898112

以下の（式８）は、左辺に示すルータｊを終点とする論理リンクの数の総和が、右辺に示すルータｊの論理リンクの最大入力／出力ポート数Ｒｊ以下であることを示している。

Figure 0005898112
The following (Equation 8) indicates that the total number of logical links whose end point is the router j shown on the left side is less than or equal to the maximum number of input / output ports R j of the logical link of the router j shown on the right side. .
Figure 0005898112

以下の（式９）の第１式は、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が０以上であることを示している。また、（式９）の第２式は、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中で、光クロスコネクトｍ，ｎを端点とする物理リンクを通る波長パスの数λi,j m,nが０以上であることを示している。

Figure 0005898112
The following first equation (Equation 9) indicates that the number of logical links λ i, j starting from the router i and ending at the router j is 0 or more. The second expression of (Expression 9) is a wavelength path that passes through a physical link having the optical cross-connect m and n as end points, among the wavelength paths having the optical cross-connect i as the start point and the optical cross-connect j as the end point. The number λ i, j m, n is 0 or more.
Figure 0005898112

以下の（式１０）は、左辺に示す光クロスコネクトｉを始点とする波長パスの数（本数）の総和が、右辺に示すルータ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に等しいことを示している。

Figure 0005898112
In the following (Equation 10), the total number of wavelength paths starting from the optical cross-connect i shown on the left side is the number of logical links λ i starting from the router i shown on the right side and having the router j as the end point. , j is equal to j .
Figure 0005898112

以下の（式１１）は、左辺に示す光クロスコネクトｊを終点とする波長パスの数の総和が、右辺に示すルータ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に等しいことを示している。

Figure 0005898112
In the following (Equation 11), the sum of the number of wavelength paths whose end point is the optical cross-connect j shown on the left side is the number of logical links λ i, j starting from the router i shown on the right side and having the router j as the end point. It shows that they are equal.
Figure 0005898112

以下の（式１２）は、左辺に示す光クロスコネクト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中で、中間の光クロスコネクトｌに入力される波長パスの数の総和が、右辺に示す当該光クロスコネクトｌから出力される波長パスの数の総和に等しいことを示している。

Figure 0005898112
The following (Formula 12) is the sum of the number of wavelength paths input to the intermediate optical cross-connect l among the wavelength paths starting from the optical cross-connect i shown on the left side and ending with the optical cross-connect j. This is equal to the sum of the number of wavelength paths output from the optical cross-connect l shown on the right side.
Figure 0005898112

以下の（式１３）は、光クロスコネクトｍ，ｎを端点とする物理リンクを通る波長パスの数についての、光クロスコネクトｉ，ｊを始点・終点とする全ての波長パスにおける総和（左辺）が、光クロスコネクトｍ，ｎを端点とする物理リンクの最大波長多重数Ｐｍ，ｎ以下であることを示している。なお、このλi,j m,nは、波長パス経路を表すこととなる。

Figure 0005898112
The following (Formula 13) is the sum (left side) of all the wavelength paths having the optical cross-connects i and j as the start and end points with respect to the number of wavelength paths passing through the physical links having the optical cross-connects m and n as the end points. Indicates that the maximum number of multiplexed wavelengths P m, n of the physical link whose end point is the optical cross-connect m, n is equal to or less. Note that λ i, j m, n represents a wavelength path route.
Figure 0005898112

以下の（式１４）は、光クロスコネクトｎを端点とする物理リンクを通る波長パスの数についての、光クロスコネクトｉ，ｊを始点・終点とする全ての波長パスにおける総和（左辺）が、光クロスコネクトｎの最大波長スイッチ数Ｏｎ以下であることを示している。

Figure 0005898112
The following (Formula 14) is the sum (left side) of all the wavelength paths having the optical cross-connects i and j as the start and end points with respect to the number of wavelength paths passing through the physical link having the optical cross-connect n as an end point. indicates that equal to or less than the maximum wavelength number of switches O n of the optical cross-connect n.
Figure 0005898112

（数理計画法の目的関数）
以下の（式１５）は、必要設備量を算出する目的関数を示している。ここで、（式１５）の第１項は、ルータｉ，ｊを始点・終点とする論理リンクの数の総和、つまり、ＩＰインタフェースの設備の総和を示している。（式１５）の第２項は、光クロスコネクトｍ，ｎを端点とする物理リンクを通る波長パスの数の総和、つまり、波長パスのインタフェース（ポート）の設備の総和を示している。ここで、αは、ルータのインタフェース（ポート）と光クロスコネクトのインタフェース（ポート）との価格比を示している。

Figure 0005898112
(Objective function of mathematical programming)
The following (Formula 15) shows an objective function for calculating the required amount of equipment. Here, the first term of (Equation 15) indicates the total number of logical links having the routers i and j as the start and end points, that is, the total sum of the IP interface equipment. The second term of (Expression 15) indicates the total number of wavelength paths passing through the physical links having the optical cross-connects m and n as endpoints, that is, the total number of facilities of the wavelength path interfaces (ports). Here, α indicates a price ratio between the interface (port) of the router and the interface (port) of the optical cross-connect.
Figure 0005898112

非特許文献１に記載の手法では、（式１）〜（式１４）の制約式を満たす変数λi,j，λi,j m,n，ｒs,d i,jに対して、目的関数Σi,jλi,j + αΣi,j,m,nλi,j m,n（式１５）を最小化させる変数を数理計画法によって求めることにより、最適なＩＰトラヒック経路、波長パス経路および波長パスの本数、並びに、必要設備量が求まる。 In the method described in Non-Patent Document 1, the objective is applied to variables λ i, j , λ i, j m, n , r s, d i, j that satisfy the constraints of (Expression 1) to (Expression 14). Function Σ i, j λ i, j + αΣ i, j, m, n λ i, j m, n Equation (15) is used to obtain a variable that minimizes (Equation 15) by mathematical programming, so that the optimal IP traffic route, the number of wavelength path routes and the number of wavelength paths, and The required amount of equipment can be found.

この非特許文献１の手法により、計算されたＩＰトラヒック経路、波長パス経路および波長パスの本数の一例を図２に示す。
図２の物理網上において、波長ノードであるＯＸＣ「１」「２」間に波長パスが１本（λ1,2 1,2）設定され、また、ＯＸＣ「１」「３」間に、波長パスが１本（λ3,1 3,1）と、ＯＸＣ「２」経由でさらに１本（λ1,3 1,2，λ1,3 2,3）の計２本が設定され、合計で物理網上に３本の波長パスが設定されている。これに対応し、論理網において、ＩＰルータ「１」「２」間に、論理リンクが１本（λ1,2＝１）設定され、ＩＰルータ「１」「３」間に論理リンクが２本（λ3,1＝２）設定され、合計で論理網上に３本の論理リンクが設定されている。そして、この論理リンクを通るトラヒックデマンドとして、ＩＰルータ「１」「２」間にＩＰトラヒック経路（ｒ1,2 1,2）が設定され、ＩＰルータ「３」「１」間に、ＩＰトラヒック経路（ｒ3,1 3,1）が設定され、ＩＰルータ「３」「２」間に、ＩＰトラヒック経路（ｒ3,2 3,1，ｒ3,2 1,2）が設定されていることを示している。 FIG. 2 shows an example of the number of IP traffic routes, wavelength path routes, and wavelength paths calculated by the method of Non-Patent Document 1.
On the physical network of FIG. 2, one wavelength path (λ 1,2 1,2 ) is set between the wavelength nodes OXC “1” and “2”, and between OXC “1” and “3”, One wavelength path (λ 3,1 3,1 ) and one more (λ 1,3 1,2 , λ 1,3 2,3 ) are set via OXC “2”, In total, three wavelength paths are set on the physical network. Correspondingly, in the logical network, one logical link (λ 1,2 = 1) is set between the IP routers “1” and “2”, and two logical links are set between the IP routers “1” and “3”. This (λ 3,1 = 2) is set, and a total of three logical links are set on the logical network. As a traffic demand passing through the logical link, an IP traffic route (r 1,2 1,2 ) is set between the IP routers “1” and “2”, and the IP traffic between the IP routers “3” and “1”. The route (r 3,1 3,1 ) is set, and the IP traffic route (r 3,2 3,1 , r 3,2 1,2 ) is set between the IP routers “3” and “2”. It is shown that.

上記説明した非特許文献１に記載の手法を用いて、この最適化問題を数理計画法により解く処理を実行しようとすると、変数λi,j m,n，ｒs,d i,jの数は、ノード数のおよそ４乗となり、大規模網では変数の数が莫大となって計算時間が長時間かかってしまう。そのため、非特許文献１に記載の手法において、数理計画法における変数を削減することにより計算時間を短縮する技術として、SpaceReducton法とDecomposition法とが提案されている（非特許文献２参照）。 Using the method described in Non-Patent Document 1 described above, if an attempt is made to solve this optimization problem by mathematical programming, the number of variables λ i, j m, n , r s, d i, j Is about the fourth power of the number of nodes, and in a large-scale network, the number of variables becomes enormous, and it takes a long time to calculate. Therefore, in the method described in Non-Patent Document 1, SpaceReducton method and Decomposition method have been proposed as techniques for reducing calculation time by reducing variables in mathematical programming (see Non-Patent Document 2).

SpaceReducton法は、各２点間の波長パス経路について、複数の経路候補の中から、最短経路に比べて長すぎる経路の候補を事前に削除して変数であるλi,j m,nの一部を定数化し、変数の数を削減するものである。 The SpaceReducton method is a method of deleting one of λ i, j m, n , which is a variable, by deleting in advance a candidate of a path that is too long compared to the shortest path from among a plurality of path candidates for each wavelength path path between two points. The part is made constant and the number of variables is reduced.

具体的には、SpaceReducton法では、変数λi,j m,nについて、各対地間（ｉ，ｊ）毎に波長パスのホップ数の上限となる閾値Ｌmax(i,j)を設け、上限を超える波長パス経路に対して、その経路上の各物理リンク（ｍ，ｎ）の波長の本数としてλi,j m,n＝０とする。
図３を参照して説明すると、光クロスコネクト（ｉ，ｊ）間の波長パス経路として、例えば、波長パス「１」や波長パス「２」等が波長パス経路の候補となるが、最短の波長パス経路である波長パス「１」（最短ホップ数＝４）に比べ、長すぎる経路、つまり、ホップ数の上限となる閾値Ｌmax(i,j)（例えば、Ｌmax(i,j)＝６）を超える波長パス「２」（ホップ数＝７）については、波長パス経路の候補としないように削除する。
このように、SpaceReducton法では、波長パス経路の変数の数を削減した上で、数理計画法を実行することにより、計算速度を高速化することができる。 Specifically, in the SpaceReducton method, for the variable λ i, j m, n , a threshold Lmax (i, j) is set as the upper limit of the number of hops of the wavelength path for each ground (i, j). For a wavelength path route that exceeds, λ i, j m, n = 0 as the number of wavelengths of each physical link (m, n) on the route.
Referring to FIG. 3, as the wavelength path route between the optical cross-connects (i, j), for example, the wavelength path “1”, the wavelength path “2”, etc. are candidates for the wavelength path route. A path that is too long compared to the wavelength path “1” (the number of shortest hops = 4) that is the wavelength path path, that is, a threshold Lmax (i, j) (for example, Lmax (i, j) = 6) that is the upper limit of the number of hops ) Exceeding the wavelength path “2” (the number of hops = 7) is deleted so as not to be a wavelength path route candidate.
Thus, in the SpaceReducton method, the calculation speed can be increased by executing the mathematical programming method after reducing the number of variables of the wavelength path route.

Decomposition法は、最適化問題（線形計画問題）を小さな部分問題に分割し、部分問題を繰り返し解くことにより、計算の高速化を図るものである。   In the decomposition method, the optimization problem (linear programming problem) is divided into small subproblems, and the subproblems are solved repeatedly to speed up the calculation.

具体的には、図４に示すように、Decomposition法では、部分に分割する方法として、ＩＰトラヒックをトラヒック量の多い順にソートし（ステップＳ１）、上位Ｘ個のＩＰトラヒックを選択し、その選択したＩＰトラヒックの経路を最適化するように部分問題を解く（ステップＳ２）。その際、選択したＩＰトラヒック以外のＩＰトラヒックの経路を変数から除外、つまり一時的に、そのＩＰトラヒックの経路の変数を０に設定する。続いて、次にトラヒック量の多いＸ個のＩＰトラヒックを選択し、その選択したＩＰトラヒックの経路を最適化するように部分問題を解く（ステップＳ３）。そして、全てのＩＰトラヒックに対する経路が最適化されるまでこの処理を繰り返す（ステップＳ４）。   Specifically, as shown in FIG. 4, in the decomposition method, as a method of dividing into parts, IP traffic is sorted in descending order of traffic volume (step S1), and the top X IP traffics are selected and selected. The partial problem is solved so as to optimize the route of the IP traffic (step S2). At that time, the route of the IP traffic other than the selected IP traffic is excluded from the variables, that is, the variable of the route of the IP traffic is temporarily set to 0. Subsequently, X IP traffic having the next largest traffic volume is selected, and the partial problem is solved so as to optimize the route of the selected IP traffic (step S3). Then, this process is repeated until the routes for all IP traffic are optimized (step S4).

F. Ricciato, S. Salsano, Angelo Belmonte, and M. Listanti, “Off-line Configuration of a MPLS over WDM Network under Time-Varying Offered Traffic”, INFOCOM2002，IEEEF. Ricciato, S. Salsano, Angelo Belmonte, and M. Listanti, “Off-line Configuration of a MPLS over WDM Network under Time-Varying Offered Traffic”, INFOCOM2002, IEEE Taiju MIKOSHI, Toyofumi TAKENAKA, Ryuta SUGIYAMA, Akeo MASUDA, Kohei SHIOMOTO, ”Multi-layer network topology design for large-scale network,” Proceedings of the 2011 23rd International Teletraffic Congress(ITC), pp. 306-307, Sept. 2011.Taiju MIKOSHI, Toyofumi TAKENAKA, Ryuta SUGIYAMA, Akeo MASUDA, Kohei SHIOMOTO, ”Multi-layer network topology design for large-scale network,” Proceedings of the 2011 23rd International Teletraffic Congress (ITC), pp. 306-307, Sept. 2011 .

このSpaceReducton法は、物理トポロジが確定して、各対地間ノードのホップ数が分かっていることが前提であるため、物理トポロジが確定している波長レイヤにおける波長パス経路候補を削減することが可能である。しかしながら、波長パスに対応する論理リンクによって構成される論理トポロジ上のＩＰトラヒックは、各対地間の波長パスの有無が確定されていないため、論理リンクが確定されない、そのため、SpaceReducton法により、ＩＰトラヒック経路候補を削減することはできない。
また、Decomposition法は、ＩＰレイヤにも適用可能であり、計算時間を高速化することができるが、トラヒック特性によって、例えば、トラヒック量の差が小さい場合等では、精度が大幅に低下してしまうという問題がある。 This SpaceReducton method is based on the premise that the physical topology is fixed and the number of hops of each ground node is known, so it is possible to reduce wavelength path route candidates in the wavelength layer where the physical topology is fixed It is. However, the IP traffic on the logical topology constituted by the logical links corresponding to the wavelength paths is not determined because the existence of the wavelength path between each ground is not determined. Therefore, the IP traffic is determined by the Space Reducton method. Route candidates cannot be reduced.
In addition, the decomposition method can be applied to the IP layer, and can increase the calculation time. However, the accuracy greatly decreases when the difference in traffic amount is small due to traffic characteristics, for example. There is a problem.

このような背景を鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、精度を低下させることなく、計算時間を低減させてネットワーク設計を実行する、ネットワーク設計装置およびネットワーク設計プログラムを提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such a background, and the present invention provides a network design apparatus and a network design program for executing network design while reducing calculation time without reducing accuracy. Let it be an issue.

前記した課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、波長ノード間の波長パスが物理リンクにより構成される物理網上に設定され、前記設定された波長パスが論理網においてＩＰルータ間の論理リンクを構成し、前記論理網にＩＰトラヒック経路が設定されるＩＰネットワークのネットワーク設計を行うネットワーク設計装置であって、前記物理リンクのトポロジ情報を含む前記ネットワーク設計のための初期情報を記憶すると共に、前記ＩＰルータ間に設定されるＩＰトラヒック経路候補の最短経路のホップ数に比べホップ数が大きすぎるＩＰトラヒック経路を削除する閾値を設定するための上積みホップ数、および、前記波長ノード間の波長パス候補の最短経路のホップ数についての、当該波長パス候補を削除するための閾値である最大ホップ数を示す最短ホップ数の最大値、が記憶される記憶部と、前記初期情報、前記上積みホップ数および前記最短ホップ数の最大値を取得し、前記記憶部に記憶する初期情報取得部と、前記物理リンクのトポロジ情報を参照し、全ての波長ノード間のパスを前記波長パス候補として抽出する波長パス候補抽出部と、前記波長ノード間の前記波長パス候補の最短経路を算出して当該最短経路のホップ数を示す最短ホップ数を算出し、前記算出した最短ホップ数が前記最短ホップ数の最大値を超える波長パス候補を、前記波長パス候補抽出部が抽出した全ての波長パス候補の中から削除する波長パス候補削減部と、前記全ての波長パス候補の中から前記波長パス候補削減部が削除した波長パス候補を除いた波長パス候補に対応する論理リンクによって構成される論理トポロジを用いて、前記ＩＰルータ間に設定される前記ＩＰトラヒック経路候補の最短経路を算出し、当該最短経路のホップ数に前記上積みホップ数を加えた値を超えるホップ数の前記ＩＰトラヒック経路候補を削除するＩＰトラヒック経路候補削減処理部と、前記ＩＰトラヒック経路候補削減処理部により当該削除されたＩＰトラヒック経路候補および前記波長パス候補削減部により削除された波長パス候補を通る波長パス経路候補を変数から除外した上で、前記初期情報を参照し、数理計画法を用いて、前記数理計画法の目的関数において、前記ＩＰネットワークの設備量を最小化させるようにして、前記ＩＰトラヒック経路、前記波長パスの経路および前記波長パスの本数、並びに、前記ＩＰネットワークにおいて必要となる必要設備量の最適解を計算する経路設備量計算部と、を備えることを特徴とするネットワーク設計装置とした。 In order to solve the above-described problem, according to the first aspect of the present invention, a wavelength path between wavelength nodes is set on a physical network configured by physical links, and the set wavelength path is between IP routers in a logical network. Is a network design apparatus for designing an IP network in which an IP traffic route is set in the logical network, and stores initial information for network design including topology information of the physical link to together, the IP router on the product look hops for setting the threshold to remove the IP traffic path hops is too large compared to the number of hops of the shortest path of IP traffic path candidates set between, and said wavelength This is the threshold for deleting the wavelength path candidate for the number of hops of the shortest path of wavelength path candidates between nodes. Initial information the maximum value of the shortest number of hops indicating the number of large hops, obtains a storage unit to be stored, the initial information, the SOP viewed hop count and the maximum value of the shortest number of hops, and stores in the storage unit calculating an acquisition unit, referring to the topology information of the physical link, the wavelength path candidate extraction unit for extracting the path between all wavelengths node as the wavelength path candidate, the shortest path of the wavelength path candidates between said wavelength node Calculating the shortest hop number indicating the number of hops of the shortest path, and all the wavelengths extracted by the wavelength path candidate extraction unit are wavelength path candidates whose calculated shortest hop number exceeds the maximum value of the shortest hop number. and wavelength path candidate reduction section to be deleted from the path candidate, the logic phosphorus corresponding to the wavelength path candidates wavelength path candidate reduction section except the wavelength path candidates deleted from among the every wavelength path candidate Using the logical topology configured by the IP router is set between calculates the shortest path of the IP traffic path candidates, more than the upper volume value obtained by adding the number of viewing hop number of hops of the shortest path hops An IP traffic route candidate reduction processing unit that deletes the number of IP traffic route candidates, the IP traffic route candidate deleted by the IP traffic route candidate reduction processing unit, and the wavelength path candidate deleted by the wavelength path candidate reduction unit The wavelength path route candidate that passes through is excluded from the variables, and the initial information is referred to, and the mathematical programming is used to minimize the amount of equipment of the IP network in the objective function of the mathematical programming. , The IP traffic route, the wavelength path route and the number of wavelength paths, and the IP network. The network design device is characterized by comprising a route facility amount calculation unit that calculates an optimum solution of necessary facility amount.

また、請求項２に記載の発明は、波長ノード間の波長パスが物理リンクにより構成される物理網上に設定され、前記設定された波長パスが論理網においてＩＰルータ間の論理リンクを構成し、前記論理網にＩＰトラヒック経路が設定されるＩＰネットワークのネットワーク設計を行うためのコンピュータを、前記物理リンクのトポロジ情報を含む前記ネットワーク設計のための初期情報を記憶すると共に、前記ＩＰルータ間に設定されるＩＰトラヒック経路候補の最短経路のホップ数に比べホップ数が大きすぎるＩＰトラヒック経路を削除する閾値を設定するための上積みホップ数、および、前記波長ノード間の波長パス候補の最短経路のホップ数についての、当該波長パス候補を削除するための閾値である最大ホップ数を示す最短ホップ数の最大値、が記憶される記憶手段、前記初期情報、前記上積みホップ数および前記最短ホップ数の最大値を取得し、前記記憶手段に記憶する初期情報取得手段、前記物理リンクのトポロジ情報を参照し、全ての波長ノード間のパスを前記波長パス候補として抽出する波長パス候補抽出手段、前記波長ノード間の前記波長パス候補の最短経路を算出して当該最短経路のホップ数を示す最短ホップ数を算出し、前記算出した最短ホップ数が前記最短ホップ数の最大値を超える波長パス候補を、前記波長パス候補抽出手段が抽出した全ての波長パス候補の中から削除する波長パス候補削減手段、前記全ての波長パス候補の中から前記波長パス候補削減手段が削除した波長パス候補を除いた波長パス候補に対応する論理リンクによって構成される論理トポロジを用いて、前記ＩＰルータ間に設定される前記ＩＰトラヒック経路候補の最短経路を算出し、当該最短経路のホップ数に前記上積みホップ数を加えた値を超えるホップ数の前記ＩＰトラヒック経路候補を削除するＩＰトラヒック経路候補削減処理手段、前記ＩＰトラヒック経路候補削減処理手段により当該削除されたＩＰトラヒック経路候補および前記波長パス候補削減手段により削除された波長パス候補を通る波長パス経路候補を変数から除外した上で、前記初期情報を参照し、数理計画法を用いて、前記数理計画法の目的関数において、前記ＩＰネットワークの設備量を最小化させるようにして、前記ＩＰトラヒック経路、前記波長パスの経路および前記波長パスの本数、並びに、前記ＩＰネットワークにおいて必要となる必要設備量の最適解を計算する経路設備量計算手段、として機能させるためのネットワーク設計プログラムとした。 According to the second aspect of the present invention, a wavelength path between wavelength nodes is set on a physical network constituted by physical links, and the set wavelength path constitutes a logical link between IP routers in the logical network. A computer for designing an IP network in which an IP traffic route is set in the logical network, storing initial information for the network design including topology information of the physical link, and between the IP routers set on the product look hops for hops than the number of hops of the shortest path of IP traffic route candidate sets a threshold value to delete the IP traffic route too being, and, the shortest wavelength path candidates between said wavelength node The shortest hop number indicating the maximum number of hops that is a threshold for deleting the wavelength path candidate with respect to the hop number of the route Maximum value, the storage means is stored, the initial information, acquires the upper product seen hop count and the maximum value of the shortest number of hops, the initial information acquisition means for storing in the storage means, the topology information of the physical link reference, all wavelengths pass candidate extracting means for extracting a path between the wavelength node as the wavelength path candidate shortest hop indicating the number of hops of the wavelength path the shortest route by calculating the shortest path candidates between said wavelength node A wavelength path candidate reducing unit that calculates a number and deletes a wavelength path candidate in which the calculated shortest hop number exceeds the maximum value of the shortest hop number from all wavelength path candidates extracted by the wavelength path candidate extracting unit logic configured by a logical link corresponding to the wavelength path candidates said wavelength path candidate reduction means excluding the wavelength path candidates deleted from among the every wavelength path candidate Using topology, the IP router is set between calculates the shortest path of the IP traffic path candidates, the IP traffic of hop count exceeds the upper product look hop count value obtained by adding the number of hops of the shortest path IP traffic route candidate reduction processing means for deleting a route candidate, wavelength path route candidate passing through the IP traffic route candidate deleted by the IP traffic route candidate reduction processing means and the wavelength path candidate deleted by the wavelength path candidate reduction means And the initial information is referred to, and the mathematical function is used to minimize the amount of the IP network installed in the objective function of the mathematical programming, The path of the wavelength path, the number of the wavelength paths, and the necessary settings required in the IP network A network design program was made to function as a route facility quantity calculation means for calculating the optimum solution of the quantity of equipment.

このように、ネットワーク設計装置（ネットワーク設計プログラム）は、波長パス候補を抽出し、その波長パス候補に対応する論理リンクによって構成される論理トポロジを用いて、ＩＰルータ間のＩＰトラヒック経路候補を算出し、そのＩＰトラヒック経路候補の最短経路のホップ数に所定値（上積みホップ数）を加えた値を超える（長すぎる）ホップ数のＩＰトラヒック経路候補を削減することができる。
よって、数理計画法を用いた計算処理において、最適解として計算される可能性が低いＩＰトラヒック経路候補を変数から除外することができるため、精度を低下させることなく、計算時間を低減させて、ＩＰトラヒック経路、波長パスの経路および波長パスの本数、並びに、必要設備量を計算することができる。
また、ネットワーク設計装置は、抽出された波長パス候補のうち、波長ノード間の最短経路のホップ数が所定値（最短ホップ数の最大値）を超える波長パスを波長パス候補から削除することができる。
よって、数理計画法を用いた計算処理において、削除された波長パス候補を通る波長パス経路候補を変数から除外することができるため、さらに計算時間を低減させて、ＩＰトラヒック経路、波長パスの経路および波長パスの本数、並びに、必要設備量を計算することができる。 In this way, the network design apparatus (network design program) extracts the wavelength path candidate, and calculates the IP traffic route candidate between the IP routers using the logical topology constituted by the logical links corresponding to the wavelength path candidate. and, it is possible to reduce the IP traffic predetermined value to the number of hops of the shortest path route candidates exceeds a value obtained by adding the (number of observed above product hops) (too long) the number of hops IP traffic path candidates.
Therefore, in the calculation process using mathematical programming, since it is possible to exclude IP traffic route candidates that are unlikely to be calculated as the optimal solution from the variables, the calculation time is reduced without reducing the accuracy, It is possible to calculate the IP traffic route, the number of wavelength paths and the number of wavelength paths, and the required amount of equipment.
Further, the network design device can delete, from the wavelength path candidates, wavelength paths in which the number of hops of the shortest path between wavelength nodes exceeds a predetermined value (maximum value of the shortest hop number) among the extracted wavelength path candidates. .
Therefore, in the calculation process using the mathematical programming method, the wavelength path route candidate that passes through the deleted wavelength path candidate can be excluded from the variable. Therefore, the calculation time is further reduced, and the IP traffic route and the wavelength path route are reduced. And the number of wavelength paths and the required amount of equipment can be calculated.

本発明によれば、精度を低下させることなく、計算時間を低減させてネットワーク設計を実行する、ネットワーク設計装置およびネットワーク設計プログラムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the network design apparatus and network design program which perform network design by reducing calculation time, without reducing a precision can be provided.

光ＩＰネットワークの構成例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structural example of an optical IP network. 従来技術により計算されたネットワーク設計の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the network design calculated by the prior art. 従来技術のSpaceReducton法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the SpaceReducton method of a prior art. 従来技術のDecomposition法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the decomposition method of a prior art. 本実施形態に係るネットワーク設計装置の構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of the network design apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るネットワーク設計装置の波長パス候補削減部による、波長パス候補削減処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the wavelength path candidate reduction process by the wavelength path candidate reduction part of the network design apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るネットワーク設計装置が実行するネットワーク設計処理の全体の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the whole flow of the network design process which the network design apparatus concerning this embodiment performs. 実験に用いた評価対象の物理トポロジと定数情報を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the physical topology and constant information of the evaluation object used for experiment. 実験結果を示す図である。図９（ａ）は、計算時間の評価結果を示し、図９（ｂ）は、目的関数の値の評価結果を示す。It is a figure which shows an experimental result. FIG. 9A shows the evaluation result of the calculation time, and FIG. 9B shows the evaluation result of the value of the objective function.

次に、発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。   Next, modes for carrying out the invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.

＜概要＞
本実施形態に係るネットワーク設計装置１等の概要について説明する。
なお、以下に記載する波長ノードとは、図１に示した波長レイヤにおける具体例として、光クロスコネクト（ＯＸＣ）を意味するものである。
本実施形態に係るネットワーク設計装置１は、精度を低下させることなく、計算時間を低減させてネットワーク設計を実行するため、前記した数理計画法を用いた非特許文献１に記載の手法を改良し、波長パス経路に加えて、ＩＰトラヒック経路においても変数の数を削減できるものとした。 <Overview>
An overview of the network design device 1 and the like according to the present embodiment will be described.
The wavelength node described below means an optical cross-connect (OXC) as a specific example in the wavelength layer shown in FIG.
The network design device 1 according to the present embodiment improves the method described in Non-Patent Document 1 using the mathematical programming method in order to reduce the calculation time and execute the network design without reducing accuracy. In addition to the wavelength path route, the number of variables can also be reduced in the IP traffic route.

具体的には、ネットワーク設計装置１は、一時的に波長パス候補を抽出し、その波長パス候補に基づき論理リンクを仮決めすることにより、ＩＰトポロジ（論理トポロジ）を固定できるようにする。
ネットワーク設計装置１は、まず、全ての波長ノードｉ，ｊ間のパスを波長パス候補として抽出し、抽出した波長パスに基づき、波長ノードｉ，ｊ間の波長パスの最短経路を算出する。そして、ネットワーク設計装置１は、波長ノードｉ，ｊ間の波長パスの最短経路のホップ数（以下、「最短ホップ数ＬP sp(i,j)」という。）の最大値（以下、「最短ホップ数の最大値ＭＬSP(i,j)」という。）に基づき、その最短ホップ数の最大値ＭＬSP(i,j)以内のホップ数の波長パスを波長パス候補として出力する。つまり、ネットワーク設計装置１は、最短ホップ数の最大値ＭＬSP(i,j)を超えるホップ数の波長パスを削除して、波長パス候補を仮決めする。
また、ネットワーク設計装置１は、仮決めされた波長パス候補に対応する論理リンクよって構成される論理トポロジを用いて、ルータｉ，ｊ間のＩＰトラヒックの最短経路を算出し、その最短経路のホップ数（以下、「最短ホップ数ＬR SP(i,j)」という。）に所定数（後記する、「上積みホップ数ｋ(i,j)」）を加えたホップ数を閾値としてその閾値を超えるＩＰトラヒック経路を削除する。 Specifically, the network design apparatus 1 temporarily extracts a wavelength path candidate and temporarily determines a logical link based on the wavelength path candidate so that the IP topology (logical topology) can be fixed.
First, the network design device 1 extracts all paths between the wavelength nodes i and j as wavelength path candidates, and calculates the shortest path of the wavelength paths between the wavelength nodes i and j based on the extracted wavelength paths. The network design device 1 then determines the maximum number of hops of the shortest path of the wavelength path between the wavelength nodes i and j (hereinafter referred to as “shortest hop number L P sp (i, j)”) Based on the maximum number of hops ML SP (i, j) ”), a wavelength path having the number of hops within the maximum value ML SP (i, j) of the shortest hop number is output as a wavelength path candidate. That is, the network design apparatus 1 temporarily determines wavelength path candidates by deleting wavelength paths having a hop count exceeding the maximum value ML SP (i, j) of the shortest hop count.
Further, the network design device 1 calculates the shortest route of IP traffic between the routers i and j using a logical topology constituted by logical links corresponding to the temporarily determined wavelength path candidates, and the hop of the shortest route the number (hereinafter, "the number of shortest hop L R SP (i, j)" hereinafter.) as in (described below, "top product seen hops k (i, j)") a predetermined number the number of hops plus a threshold Delete IP traffic routes that exceed the threshold.

このようにすることで、本実施形態に係るネットワーク設計装置１は、波長パス候補を削減して波長パス候補を仮決めし、さらに、その仮決めされた波長パス候補に対応する論理リンクにより構成される論理トポロジに基づいて設定されるＩＰトラヒック経路候補をさらに削減して、数理計画法を実行することができる。つまり、波長パス候補およびＩＰトラヒック経路候補に関する変数を削減して数理計画法を実行することができる。これにより、ネットワーク設計装置１は、精度を低下させることなく、計算時間を低減させてネットワーク設計を実行することが可能となる。   By doing so, the network design device 1 according to the present embodiment temporarily determines wavelength path candidates by reducing the wavelength path candidates, and further includes a logical link corresponding to the temporarily determined wavelength path candidates. Mathematical programming can be executed by further reducing the IP traffic path candidates set based on the logical topology. That is, the mathematical programming can be executed by reducing the variables related to the wavelength path candidate and the IP traffic route candidate. As a result, the network design apparatus 1 can execute the network design while reducing the calculation time without reducing the accuracy.

＜ネットワーク設計装置＞
まず、本実施形態に係るネットワーク設計装置１について説明する。
ネットワーク設計装置１は、図１に示す光ＩＰネットワーク１００におけるネットワーク設計を実行する。このネットワーク設計装置１は、ネットワーク設計に必要な初期情報（物理リンクのトポロジ情報４１１や、対地間のトラヒックデマンド情報４１２等）を、各ノードや、光ＩＰネットワーク１００を管理するネットワーク管理装置（不図示）等から取得する。そして、ネットワーク設計装置１は、数理計画法を用いて、ＩＰトラヒック経路、波長パス経路および波長パスの本数、並びに、必要設備量を計算する。なお、本実施形態において、数理計画法を用いて、ＩＰトラヒック経路、波長パス経路および波長パスの本数、並びに、必要設備量を計算する処理を、「ネットワーク設計」、または、より詳細な処理内容を示す「経路設備量計算処理」と称して説明する。
その際、ネットワーク設計装置１は、全ての波長パス候補を抽出してその中から、最短ホップ数ＬP sp(i,j)が最短ホップ数の最大値ＭＬSP(i,j)を超える波長パスを波長パス候補から削除して、波長パス候補を決定し、その決定した波長パス候補に基づき論理トポロジを仮決めする。さらに、ネットワーク設計装置１は、その仮決めされた論理トポロジに基づいて設定されるＩＰトラヒック経路候補について、最短ホップ数ＬR SP(i,j)に所定数（上積みホップ数ｋ(i,j)）を加えたホップ数を超えるＩＰトラヒック経路を削除した上、ネットワーク設計を実行する。 <Network design device>
First, the network design device 1 according to the present embodiment will be described.
The network design apparatus 1 executes network design in the optical IP network 100 shown in FIG. This network design device 1 is a network management device (not a network management device) that manages initial information (physical link topology information 411, traffic demand information 412 between grounds, etc.) necessary for network design, each node, and the optical IP network 100. Etc.). Then, the network design device 1 calculates the IP traffic route, the number of wavelength path routes and the number of wavelength paths, and the necessary amount of equipment using mathematical programming. In the present embodiment, the process of calculating the IP traffic route, the number of wavelength path routes and the number of wavelength paths, and the required amount of equipment using mathematical programming is referred to as “network design” or more detailed processing contents. Will be described as “route facility amount calculation processing”.
At that time, the network design device 1 extracts all wavelength path candidates, and the wavelength from which the shortest hop count L P sp (i, j) exceeds the maximum value ML SP (i, j) of the shortest hop count. A path is deleted from wavelength path candidates, wavelength path candidates are determined, and a logical topology is provisionally determined based on the determined wavelength path candidates. Furthermore, the network design apparatus 1, for IP traffic path candidates are set based on the temporarily determined logical topology, shortest number of hops L R SP (i, j) on a predetermined number (above product seen hops k (i , j)) is added and the IP traffic route exceeding the number of hops is deleted, and the network design is executed.

図５は、本実施形態に係るネットワーク設計装置１の構成例を示す機能ブロック図である。図５に示すように、ネットワーク設計装置１は、制御部１０、入出力部２０、メモリ部３０および記憶部４０を備える。   FIG. 5 is a functional block diagram illustrating a configuration example of the network design device 1 according to the present embodiment. As illustrated in FIG. 5, the network design device 1 includes a control unit 10, an input / output unit 20, a memory unit 30, and a storage unit 40.

入出力部２０（入出力手段）は、通信回線を介して情報の送受信を行う通信インタフェースと、不図示のキーボード等の入力手段やモニタ等の出力手段等との間で情報の入出力を行う入出力インタフェースとから構成される。   The input / output unit 20 (input / output unit) inputs / outputs information between a communication interface that transmits and receives information via a communication line and an input unit such as a keyboard (not shown), an output unit such as a monitor, and the like. It consists of an input / output interface.

制御部１０は、ネットワーク設計装置１全体の制御を司り、入出力情報処理部１１と、初期情報取得部１２と、ＩＰトラヒック経路候補削減部１３と、経路設備量計算部１４とを含んで構成される。   The control unit 10 controls the network design apparatus 1 as a whole, and includes an input / output information processing unit 11, an initial information acquisition unit 12, an IP traffic route candidate reduction unit 13, and a route facility amount calculation unit 14. Is done.

入出力情報処理部１１は、入出力部２０を介して、物理リンクのトポロジ情報４１１や対地間のトラヒックデマンド情報４１２等を含む初期情報を取得し、初期情報取得部１２に引き渡す。この初期情報は、経路設備量計算部１４が、数理計画法を用いてネットワーク設計を実行するために必要となる、物理リンクのトポロジ情報４１１や、対地間のトラヒックデマンド情報４１２、ネットワーク内の装置やリンクに関する各初期値の情報であり、詳細は後記する。
また、入出力情報処理部１１は、ＩＰトラヒック経路候補削減部１３が参照する、最短ホップ数の最大値ＭＬSP(i,j)および上積みホップ数ｋ(i,j)を取得し、初期情報取得部１２に引き渡す。この最短ホップ数の最大値ＭＬSP(i,j)および上積みホップ数ｋ(i,j)の詳細については後記する。
この入出力情報処理部１１は、経路設備量計算部１４が計算した結果である、ＩＰトラヒック経路、波長パス経路および波長パスの本数、並びに、必要設備量を、入出力部２０を介して外部へ出力する。 The input / output information processing unit 11 acquires initial information including the topology information 411 of the physical link and the traffic demand information 412 between the ground via the input / output unit 20, and delivers the initial information to the initial information acquisition unit 12. This initial information includes physical link topology information 411, ground-to-ground traffic demand information 412, and devices in the network, which are necessary for the path facility quantity calculation unit 14 to perform network design using mathematical programming. And information on each initial value related to links, details will be described later.
Furthermore, the input-output processing unit 11 refers to the IP traffic route candidate reduction section 13, the maximum value ML SP (i, j) of the shortest number of hops and the upper product seen hop number k (i, j) to get the, Delivered to the initial information acquisition unit 12. Maximum ML SP (i, j) of the shortest number of hops and the upper product seen hop number k (i, j) details of the described later is.
The input / output information processing unit 11 outputs the IP traffic route, the number of wavelength path routes and the number of wavelength paths, and the necessary amount of equipment, which are calculated by the route facility amount calculation unit 14, via the input / output unit 20. Output to.

初期情報取得部１２（初期情報取得手段）は、入出力情報処理部１１を介して、初期情報を取得し、記憶部４０内の初期情報ＤＢ（DataBase）４１に記憶する。また、初期情報取得部１２は、入出力情報処理部１１を介して、最短ホップ数の最大値ＭＬSP(i,j)および上積みホップ数ｋ(i,j)を取得し、記憶部４０に記憶する。 The initial information acquisition unit 12 (initial information acquisition unit) acquires initial information via the input / output information processing unit 11 and stores it in an initial information DB (DataBase) 41 in the storage unit 40. The initial information acquisition unit 12 via the input-output processing unit 11 obtains the maximum value ML SP (i, j) of the shortest number of hops and the upper product seen hops k (i, j), the storage unit 40.

ＩＰトラヒック経路候補削減部１３は、経路設備量計算部１４が数理計画法を用いて、ネットワーク設計を実行する際の、波長パス候補やＩＰトラヒック経路候補を削減することにより、ネットワーク設計を実行する際の変数の数を削減する。このＩＰトラヒック経路候補削減部１３は、波長パス候補抽出部１３１と、波長パス候補削減部１３２と、ＩＰトラヒック経路候補削減処理部１３３とを備える。   The IP traffic route candidate reduction unit 13 executes network design by reducing wavelength path candidates and IP traffic route candidates when the route facility amount calculation unit 14 uses the mathematical programming method to execute network design. Reduce the number of variables. The IP traffic route candidate reduction unit 13 includes a wavelength path candidate extraction unit 131, a wavelength path candidate reduction unit 132, and an IP traffic route candidate reduction processing unit 133.

波長パス候補抽出部１３１（波長パス候補抽出手段）は、記憶部４０内の物理リンクのトポロジ情報４１１を参照し、波長パス候補を抽出する。ここでは、波長パス候補抽出部１３１は、全ての波長ノードｉ，ｊ間のパスを波長パス候補として抽出するものとする。   The wavelength path candidate extraction unit 131 (wavelength path candidate extraction means) refers to the physical link topology information 411 in the storage unit 40 and extracts wavelength path candidates. Here, it is assumed that the wavelength path candidate extraction unit 131 extracts paths between all wavelength nodes i and j as wavelength path candidates.

波長パス候補削減部１３２（波長パス候補削減手段）は、波長パス候補抽出部１３１が抽出した全ての波長パス候補の中から、最短ホップ数ＬP sp(i,j)が最短ホップ数の最大値ＭＬsp(i,j)を超える波長パスを波長パス候補から削除して、波長パス候補を決定する。なお、波長パス候補削減部１３２は、削除した波長パス候補の情報を、経路設備量計算部１４に出力する。
具体的は、波長パス候補削減部１３２は、波長ノードｉ，ｊ間の波長パスの最短経路を算出し、その最短経路のホップ数である最短ホップ数ＬP sp(i,j)を算出する。そして、波長パス候補削減部１３２は、記憶部４０に記憶された最短ホップ数の最大値ＭＬsp(i,j)を参照し、以下の（式１６）を満たす、つまり、波長ノードｉ，ｊ間の最短ホップ数ＬP sp(i,j)が、最短ホップ数の最大値ＭＬSP(i,j)以下の波長パスを波長パス候補として決定する。
ＬP sp(i,j)≦ＭＬsp(i,j) … （式１６） The wavelength path candidate reduction unit 132 (wavelength path candidate reduction means) has the shortest hop number L P sp (i, j) of the maximum number of shortest hops among all the wavelength path candidates extracted by the wavelength path candidate extraction unit 131. Wavelength paths exceeding the value ML sp (i, j) are deleted from the wavelength path candidates to determine the wavelength path candidates. The wavelength path candidate reduction unit 132 outputs the deleted wavelength path candidate information to the path facility amount calculation unit 14.
Specifically, the wavelength path candidate reduction unit 132 calculates the shortest path of the wavelength path between the wavelength nodes i and j, and calculates the shortest hop number L p sp (i, j) that is the hop number of the shortest path. . Then, the wavelength path candidate reduction unit 132 refers to the maximum value ML sp (i, j) of the shortest hop count stored in the storage unit 40 and satisfies the following (Equation 16), that is, the wavelength nodes i, j A wavelength path having a shortest hop number L P sp (i, j) between the maximum number of shortest hops ML SP (i, j) or less is determined as a wavelength path candidate.
L p sp (i, j) ≦ ML sp (i, j) (Formula 16)

なお、最短ホップ数の最大値ＭＬSP(i,j)は、波長ノードｉ，ｊ間の波長パス候補の最短経路のホップ数（最短ホップ数ＬP sp(i,j)）についての、当該波長パス候補を削除するための閾値である最大のホップ数を意味する。また、この波長パス候補削減部１３２による処理を、以下において、「波長パス候補削減処理」と称して説明する。この波長パス候補削減処理の具体例を、図６を参照して説明する。 Note that the maximum value ML SP (i, j) of the shortest hop count is the value of the shortest path hop count (shortest hop count L p sp (i, j)) between the wavelength nodes i and j. It means the maximum number of hops that is a threshold for deleting a wavelength path candidate. The processing by the wavelength path candidate reduction unit 132 will be described below as “wavelength path candidate reduction processing”. A specific example of the wavelength path candidate reduction process will be described with reference to FIG.

図６は、波長パス候補削減部１３２による、波長パス候補削減処理を説明するための図である。
図６に示すように、波長ノードｉ，ｊ間に、最短ホップ数ＬP sp(i,j)が「４」の波長パス（波長パス候補）「３」が、波長パス候補削減部１３２により算出されたものとする。このとき、最短ホップ数の最大値ＭＬSP(i,j)＝３と設定されていた場合、波長パス候補削減部１３２は、波長ノードｉ，ｊ間の最短ホップ数ＬP sp(i,j)が、最短ホップ数の最大値ＭＬSP(i,j)以下とならず(式１６)を満たさないため、その波長パス（波長パス候補）「３」を削除する。なお、波長ノードｉ，ｊ間を通るＩＰトラヒックは、例えば、波長パス「４」と波長パス「５」といった、最短ホップ数ＬP sp(i,j)が最短ホップ数の最大値ＭＬSP(i,j)以下であり（式１６）の条件を満たす複数の波長パスを繋げることで、通信が可能となるため、ＩＰトラヒック経路の設定においては、特に支障とならず、ネットワーク設計の精度に影響を与えるものではない。 FIG. 6 is a diagram for explaining wavelength path candidate reduction processing by the wavelength path candidate reduction unit 132.
As shown in FIG. 6, a wavelength path (wavelength path candidate) “3” having the shortest hop count L P sp (i, j) “4” between the wavelength nodes i and j is generated by the wavelength path candidate reduction unit 132. It is assumed that it has been calculated. At this time, if the maximum value ML SP (i, j) = 3 is set as the shortest hop count, the wavelength path candidate reduction unit 132 sets the shortest hop count L p sp (i, j) between the wavelength nodes i and j. ) Is not less than the maximum value ML SP (i, j) of the shortest number of hops, and does not satisfy (Equation 16), the wavelength path (wavelength path candidate) “3” is deleted. The IP traffic passing between the wavelength nodes i and j is, for example, the shortest hop count L P sp (i, j) such as the wavelength path “4” and the wavelength path “5”, which is the maximum value ML SP ( i, j) or less, and by connecting a plurality of wavelength paths satisfying the condition of (Equation 16), communication becomes possible. Therefore, there is no particular problem in setting an IP traffic route, and network design accuracy is improved. It has no effect.

図５に戻り、ＩＰトラヒック経路候補削減処理部１３３（ＩＰトラヒック経路候補削減処理手段）は、波長パス候補削減部１３２により決定された波長パス候補に対応する論理リンクによって構成される論理トポロジを用いて、ルータｉ，ｊ間のＩＰトラヒック経路の最短経路を算出し、その最短経路のホップ数である最短ホップ数ＬR SP(i,j)を算出する。そして、ＩＰトラヒック経路候補削減処理部１３３は、記憶部４０に記憶された上積みホップ数ｋ(i,j)を参照し、ＬR SP(i,j)＋ｋ(i,j)を算出し、その算出した値よりホップ数が大きいルータｉ，ｊ間のＩＰトラヒック経路候補を削除する。つまり、ＩＰトラヒック経路候補削減処理部１３３は、最短ホップ数ＬR SP(i,j)のＩＰトラヒック経路候補に比べ、長すぎる（迂回する）経路（上積みホップ数ｋ(i,j)を加えた値よりもさらにホップ数が大きい経路）のＩＰトラヒック経路候補を削除する。ここで、上積みホップ数ｋ(i,j)は、ルータｉ，ｊ間に設定されるＩＰトラヒック経路候補の最短経路のホップ数（最短ホップ数ＬR SP(i,j)）に比べホップ数が大きすぎるＩＰトラヒック経路を削除する閾値を設定するための値である。なお、ＩＰトラヒック経路候補削減処理部１３３は、削除したＩＰトラヒック経路候補の情報を、経路設備量計算部１４に出力する。また、このＩＰトラヒック経路候補削減処理部１３３による処理を、以下において、「ＩＰトラヒック経路候補削減処理」と称して説明する。 Returning to FIG. 5, the IP traffic route candidate reduction processing unit 133 (IP traffic route candidate reduction processing means) uses a logical topology composed of logical links corresponding to the wavelength path candidates determined by the wavelength path candidate reduction unit 132. Thus, the shortest route of the IP traffic route between the routers i and j is calculated, and the shortest hop number L R SP (i, j) which is the hop number of the shortest route is calculated. Then, IP traffic path candidate reduction processing unit 133 calculates the number of product seen hops on stored in the storage unit 40 k (i, j) with reference to, L R SP (i, j ) + k (i, j) the Then, the IP traffic route candidate between the routers i and j having a larger number of hops than the calculated value is deleted. That, IP traffic path candidate reduction processing unit 133, compared to IP traffic path candidate number shortest hop L R SP (i, j), (bypass) is too long path (upper product seen hops k (i, j) IP traffic route candidates for routes having a larger number of hops than the value obtained by adding Here, the number of observed above product hop k (i, j) is compared with the router i, the number of hops of the shortest path of IP traffic path candidates set between j (the number of shortest hop L R SP (i, j) ) This is a value for setting a threshold for deleting an IP traffic route having an excessive number of hops. Note that the IP traffic route candidate reduction processing unit 133 outputs the deleted IP traffic route candidate information to the route facility amount calculation unit 14. The processing by the IP traffic route candidate reduction processing unit 133 will be described below as “IP traffic route candidate reduction processing”.

なお、このＩＰトラヒック経路候補削減処理により、最短ホップ数ＬR SP(i,j)に比べホップ数の大きい（長すぎる）ＩＰトラヒック経路候補を削除した場合でも、経路設備量計算部１４の数理計画法を用いたネットワーク設計により、その長すぎるＩＰトラヒック経路が最適解として計算される可能性は低いため、ネットワーク設計の精度に影響を与えるものではない。 Even if the IP traffic route candidate having a larger number of hops than the shortest hop number L R SP (i, j) is deleted by this IP traffic route candidate reduction process, Since the network design using the programming method is unlikely to calculate an excessively long IP traffic route as an optimal solution, it does not affect the accuracy of the network design.

経路設備量計算部１４（経路設備量計算手段）は、ＩＰトラヒック経路候補削減部１３により、波長パス候補およびＩＰトラヒック経路候補が削減されたことにより、その波長パス候補を通る波長パス経路候補およびＩＰトラヒック経路候補を変数から除外してネットワーク設計を実行する。
具体的には、経路設備量計算部１４は、ＩＰトラヒック経路候補削減部１３が削除した波長パス候補を通る波長パス経路候補については、λi,j m,n＝０とし、削除したＩＰトラヒック経路候補については、ｒs,d i,j＝０とした上で、数理計画法を用いて、ＩＰトラヒック経路、波長パス経路および波長パスの本数、並びに、必要設備量を計算し最適解を得る。この数理計画法は、前記した非特許文献１に記載の数理計画法を適用することができる。具体的には、経路設備量計算部１４は、前記した（式１）〜（式１４）の制約式を満たす変数λi,j，λi,j m,n，ｒs,d i,jに対して、目的関数Σi,jλi,j + αΣi,j,m,nλi,j m,n（式１５）を最小化させる変数を数理計画法によって求めることにより、最適なＩＰトラヒック経路、波長パス経路および波長パスの本数、並びに、必要設備量を求める。なお、この経路設備量計算部１４による処理を、以下において、「経路設備量計算処理」と称する場合がある。 The route facility amount calculation unit 14 (route facility amount calculation means) is configured to reduce the wavelength path candidate and the IP traffic route candidate by the IP traffic route candidate reduction unit 13, so that the wavelength path route candidate passing through the wavelength path candidate and The network design is executed by excluding the IP traffic route candidate from the variable.
Specifically, the path facility amount calculation unit 14 sets λ i, j m, n = 0 for the wavelength path route candidate that passes through the wavelength path candidate deleted by the IP traffic route candidate reduction unit 13, and deletes the deleted IP traffic. For route candidates, set r s, d i, j = 0, and use mathematical programming to calculate the IP traffic route, the number of wavelength path routes and the number of wavelength paths, and the required amount of equipment, and find the optimal solution. obtain. As this mathematical programming method, the mathematical programming method described in Non-Patent Document 1 can be applied. Specifically, the route facility amount calculation unit 14 includes the variables λ i, j , λ i, j m, n , r s, d i, j that satisfy the constraint equations (Equation 1) to (Equation 14) described above. The objective function Σ i, j λ i, j + αΣ i, j, m, n λ i, j m, n Equation (15) is used to obtain a variable that minimizes (Equation 15) by mathematical programming, so that the optimal IP traffic route, the number of wavelength path routes and the number of wavelength paths, and Find the required amount of equipment. In addition, the process by this route installation amount calculation part 14 may be called a "route installation amount calculation process" below.

ここで、数理計画法で用いる目的関数（式１５）および制約式（式１）〜（式１４）において用いる、符号の定義等をまとめて説明する。   Here, the definition of the sign used in the objective function (Expression 15) and the constraint expressions (Expression 1) to (Expression 14) used in mathematical programming will be described together.

（定数情報）
・ｔs,d（対地間のトラヒックデマンド情報４１２）：ルータｓ,ｄ間の交流トラヒックにおけるトラヒック量（トラヒックデマンド）
・Ｂ：論理リンクの最大帯域
・Ｇｊ：ルータｊのルーチング容量
・Ｒｉ：ルータiの論理リンクの最大入力／出力ポート数
・Ｐm,n：光クロスコネクト（波長ノード）ｍ,ｎを端点とする物理リンクの最大波長多重数
・Ｏn：光クロスコネクト（波長ノード）ｎの最大波長スイッチ数
・α：ルータのインタフェース（ポート）と光クロスコネクト（波長ノード）のインタフェース（ポート）との価格比 (Constant information)
T s, d (Traffic demand information 412 between grounds): Traffic amount (traffic demand) in AC traffic between routers s and d
· B: maximum bandwidth · G j logical link: router j of routing capacity · R i: router i maximum input / output port number · P m of logical link, n: the optical cross-connect (wavelength node) m, the n Maximum wavelength multiplexing number of physical links as end points • O n : Maximum number of wavelength switches of optical cross-connect (wavelength node) n • α: Interface (port) of router and interface (port) of optical cross-connect (wavelength node) Price ratio

（変数情報）
・ｒs,d i,j：ルータｓ,ｄを始点・終点とする交流トラヒックにおいて、ルータｉ,ｊ間の論理リンクを通る交流トラヒック量の割合（＝ＩＰトラヒック経路）
・λi,j：ルータｉ,ｊ間の論理リンクの数（＝光クロスコネクト（波長ノード）ｉ,ｊ間の物理リンクを通る波長パスの数）
・λi,j m,n：光クロスコネクト（波長ノード）ｉ,ｊを始点・終点とする波長パスの中で、光クロスコネクト（波長ノード）ｍ,ｎ間の物理リンクを通る波長パスの数（＝波長パス経路） (Variable information)
R s, d i, j : Ratio of the amount of AC traffic passing through the logical link between routers i and j in the AC traffic starting from router s, d (= IP traffic route)
Λ i, j : Number of logical links between routers i and j (= number of wavelength paths passing through physical links between optical cross-connects (wavelength nodes) i and j)
Λ i, j m, n : Among the wavelength paths starting from the optical cross-connect (wavelength node) i, j and ending, the wavelength path passing through the physical link between the optical cross-connect (wavelength node) m, n Number (= wavelength path route)

この数理計画法によるネットワーク設計を実行する際に、経路設備量計算部１４は、変数である波長パス経路（λi,j m,n）のうち、ＩＰトラヒック経路候補削減部１３が削減した波長パス候補を通る波長パス経路ついては、λi,j m,n＝０とし、変数であるＩＰトラヒック経路候補（ｒs,d i,j）のうち、ＩＰトラヒック経路候補削減部１３が削減したＩＰトラヒック経路については、ｒs,d i,j＝０として計算する。
このように、ネットワーク設計装置１は、波長パス経路（λi,j m,n）およびＩＰトラヒック経路（ｒs,d i,j）の変数の数を削減することにより計算時間を低減させて、ＩＰトラヒック経路、波長パス経路および波長パスの本数、並びに、必要設備量を計算することができる。 When executing the network design by this mathematical programming method, the path facility quantity calculation unit 14 uses the wavelength path path (λ i, j m, n ) which is a variable, the wavelength reduced by the IP traffic path candidate reduction unit 13. The wavelength path route passing through the path candidate is set to λ i, j m, n = 0, and the IP traffic route candidate reducing unit 13 reduces the IP traffic route candidate (rs , d i, j ) as a variable. The traffic route is calculated as r s, d i, j = 0.
As described above, the network design apparatus 1 reduces the calculation time by reducing the number of variables of the wavelength path route (λ i, j m, n ) and the IP traffic route (r s, d i, j ). , The number of IP traffic routes, the number of wavelength path routes and wavelength paths, and the required amount of equipment can be calculated.

図５に戻り、メモリ部（記憶手段）３０は、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一次記憶手段からなり、制御部１０によるデータ処理に必要な情報を一時的に記憶する。   Returning to FIG. 5, the memory unit (storage unit) 30 includes primary storage unit such as RAM (Random Access Memory), and temporarily stores information necessary for data processing by the control unit 10.

記憶部（記憶手段）４０は、ハードディスクやフラッシュメモリ等の記憶手段からなり、物理リンクのトポロジ情報４１１や、対地間のトラヒックデマンド情報４１２、経路設備量計算部１４が実行する数理計画法を用いた処理において初期情報として必要となる各種の定数情報（Ｂ，Ｇｊ，Ｒｉ，Ｐm,n，Ｏn，α）等が初期情報ＤＢ４１に記憶される。
また、この記憶部（記憶手段）４０には、最短ホップ数の最大値ＭＬSP(i,j)および上積みホップ数ｋ(i,j)が記憶される。 The storage unit (storage unit) 40 includes a storage unit such as a hard disk or a flash memory. The storage unit (storage unit) 40 uses physical link topology information 411, traffic demand information 412 between grounds, and mathematical programming executed by the route facility amount calculation unit 14. various constants information necessary as initial information in the process had (B, G j, R i , P m, n, O n, α) and the like are stored in the initial information DB 41.
Further, this storage unit (storage means) 40, a maximum value ML SP (i, j) of the shortest number of hops and the upper product seen hops k (i, j) is stored.

なお、この制御部１０は、例えば、記憶部４０に格納されたプログラム（ネットワーク設計プログラム）をＣＰＵ（Central Processing Unit）がメモリ部３０であるＲＡＭに展開し実行することで実現される。   In addition, this control part 10 is implement | achieved when CPU (Central Processing Unit) expand | deploys and executes the program (network design program) stored in the memory | storage part 40 in RAM which is the memory part 30, for example.

（処理の流れ）
次に、ネットワーク設計装置１が実行するネットワーク設計処理の全体の流れを説明する。図７は、本実施形態に係るネットワーク設計装置１が実行するネットワーク設計処理の全体の流れを示すフローチャートである。 (Process flow)
Next, an overall flow of network design processing executed by the network design apparatus 1 will be described. FIG. 7 is a flowchart showing an overall flow of the network design process executed by the network design device 1 according to the present embodiment.

まず、ネットワーク設計装置１の初期情報取得部１２が、入出力情報処理部１１および入出力部２０を介して、物理リンクのトポロジ情報４１１や、対地間のトラヒックデマンド情報４１２、初期情報として必要となる各種の定数情報（Ｂ，Ｇｊ，Ｒｉ，Ｐm,n，Ｏn，α等）を取得する（ステップＳ１０）。 First, the initial information acquisition unit 12 of the network design device 1 is required as the topology information 411 of the physical link, the traffic demand information 412 between the ground, and the initial information via the input / output information processing unit 11 and the input / output unit 20. It made various constant information (B, G j, R i , P m, n, O n, α , etc.) is acquired (step S10).

次に、ネットワーク設計装置１の初期情報取得部１２は、ネットワーク設計の変数削減のために必要となる情報である、最短ホップ数の最大値ＭＬsp(i,j)および上積みホップ数ｋ(i,j)を、入出力情報処理部１１および入出力部２０を介して取得する（ステップＳ１１）。
この最短ホップ数の最大値ＭＬsp(i,j)および上積みホップ数ｋ(i,j)の情報や、ステップＳ１０で取得する初期情報を初期情報取得部１２は、光ＩＰネットワーク１００（図１参照）の全体を管理するネットワーク管理装置（不図示）から通信回線を介して取得したり、入力手段により入出力部２０を介して入力された情報として取得することができる。 Next, the initial information acquisition unit 12 of the network design apparatus 1 is information necessary for the variable reduction of network design, the maximum value ML sp (i, j) of the shortest number of hops and the upper product seen hops k (i, j) is acquired via the input / output information processing unit 11 and the input / output unit 20 (step S11).
The maximum value ML sp (i, j) of the shortest hop count and the upper product seen hops k (i, j) and information, the initial information acquisition unit 12 the initial information obtained in step S10, the optical IP network 100 ( It can be acquired via a communication line from a network management apparatus (not shown) that manages the entire system (see FIG. 1) or as information input via the input / output unit 20 by an input means.

続いて、波長パス候補抽出部１３１は、記憶部４０内の物理リンクのトポロジ情報４１１を参照し、全ての波長ノードｉ，ｊ間のパスを波長パス候補として抽出する（波長パス候補抽出処理：ステップＳ１２）。   Subsequently, the wavelength path candidate extraction unit 131 refers to the physical link topology information 411 in the storage unit 40 and extracts paths between all wavelength nodes i and j as wavelength path candidates (wavelength path candidate extraction processing: Step S12).

そして、波長パス候補削減部１３２は、波長パス候補を削減するための波長パス候補削減処理を実行する（ステップＳ１３）。
具体的には、波長パス候補削減部１３２は、波長パス候補抽出部１３１が抽出した全ての波長パス候補について、その波長ノードｉ，ｊ間の波長パスの最短経路を算出し、その最短経路のホップ数である最短ホップ数ＬP sp(i,j)を算出する。そして、波長パス候補削減部１３２は、記憶部４０に記憶された最短ホップ数の最大値ＭＬsp(i,j)を参照し、波長ノードｉ，ｊ間の最短ホップ数ＬP sp(i,j)が、最短ホップ数の最大値ＭＬsp(i,j)以下の波長パスを波長パス候補として決定する。つまり、波長パス候補削減部１３２は、波長ノードｉ，ｊ間の最短ホップ数ＬP sp(i,j)が、最短ホップ数の最大値ＭＬsp(i,j)を超える波長パスを波長パス候補から削除するものと決定する。ここで、波長パス候補削減部１３２は、削除した波長パス候補の情報を、経路設備量計算部１４に出力する。 Then, the wavelength path candidate reduction unit 132 executes wavelength path candidate reduction processing for reducing the wavelength path candidates (step S13).
Specifically, the wavelength path candidate reduction unit 132 calculates the shortest path of the wavelength path between the wavelength nodes i and j for all the wavelength path candidates extracted by the wavelength path candidate extraction unit 131, and determines the shortest path. The shortest hop number L P sp (i, j) which is the number of hops is calculated. Then, the wavelength path candidate reduction unit 132 refers to the maximum value ML sp (i, j) of the shortest hop count stored in the storage unit 40 and refers to the shortest hop count L p sp (i, j) between the wavelength nodes i and j. j) determines a wavelength path having the shortest hop count maximum value ML sp (i, j) or less as a wavelength path candidate. That is, the wavelength path candidate reduction unit 132 determines the wavelength path where the shortest hop number L P sp (i, j) between the wavelength nodes i and j exceeds the maximum value ML sp (i, j) of the shortest hop number. It is determined to be deleted from the candidates. Here, the wavelength path candidate reduction unit 132 outputs the information of the deleted wavelength path candidate to the route facility amount calculation unit 14.

次に、ＩＰトラヒック経路候補削減処理部１３３は、ＩＰトラヒック経路候補を削減するためのＩＰトラヒック経路候補削減処理を実行する（ステップＳ１４）。
具体的には、ＩＰトラヒック経路候補削減処理部１３３は、波長パス候補削減部１３２により決定された波長パス候補に対応する論理リンクによって構成される論理トポロジを用いて、ルータｉ，ｊ間のＩＰトラヒック経路の最短経路を算出し、その最短経路のホップ数である最短ホップ数ＬR SP(i,j)を算出する。そして、ＩＰトラヒック経路候補削減処理部１３３は、記憶部４０に記憶された上積みホップ数ｋ(i,j)を参照し、ＬR SP(i,j)＋ｋ(i,j)を算出し、その算出した値よりホップ数が大きいルータｉ，ｊ間のＩＰトラヒック経路候補を削除する。ここで、ＩＰトラヒック経路候補削減処理部１３３は、削除したＩＰトラヒック経路候補の情報を、経路設備量計算部１４に出力する。 Next, the IP traffic route candidate reduction processing unit 133 executes IP traffic route candidate reduction processing for reducing IP traffic route candidates (step S14).
Specifically, the IP traffic route candidate reduction processing unit 133 uses the logical topology configured by the logical links corresponding to the wavelength path candidates determined by the wavelength path candidate reduction unit 132, and the IP between the routers i and j. The shortest route of the traffic route is calculated, and the shortest hop number L R SP (i, j) which is the hop number of the shortest route is calculated. Then, IP traffic path candidate reduction processing unit 133 calculates the number of product seen hops on stored in the storage unit 40 k (i, j) with reference to, L R SP (i, j ) + k (i, j) the Then, the IP traffic route candidate between the routers i and j having a larger number of hops than the calculated value is deleted. Here, the IP traffic route candidate reduction processing unit 133 outputs information on the deleted IP traffic route candidate to the route facility amount calculation unit 14.

続いて、経路設備量計算部１４は、波長パス経路（λi,j m,n）およびＩＰトラヒック経路（ｒs,d i,j）に関する変数を削減した上で、ＩＰトラヒック経路、波長パス経路および波長パスの本数、並びに、必要設備量を計算する経路設備量計算処理を実行する（ステップＳ１５）。
具体的には、経路設備量計算部１４は、波長パス候補削減部１３２が削減した波長パス候補を通る波長パス経路についてはλi,j m,n＝０とし、ＩＰトラヒック経路候補削減処理部１３３が削減したＩＰトラヒック経路候補については、ｒs,d i,j＝０として変数の数を削減した上で、数理計画法を用いて、ＩＰトラヒック経路、波長パス経路および波長パスの本数、並びに、必要設備量を計算し最適解を得る。より詳細には、前記した（式１）〜（式１４）の制約式を満たす変数λi,j，λi,j m,n，ｒs,d i,jに対して、目的関数Σi,jλi,j + αΣi,j,m,nλi,j m,n（式１５）を最小化させる変数を数理計画法によって求めることにより、最適なＩＰトラヒック経路、波長パス経路および波長パスの本数、並びに、必要設備量を求める。
このように、ネットワーク設計装置１は、λi,j m,n，ｒs,d i,jの変数の数を削減した上で、数理計画法を用いたネットワーク設計を実行することができる。 Subsequently, the route facility amount calculation unit 14 reduces the variables related to the wavelength path route (λ i, j m, n ) and the IP traffic route (r s, d i, j ), and then the IP traffic route, the wavelength path. A route facility quantity calculation process for calculating the number of paths and the number of wavelength paths and the required facility amount is executed (step S15).
Specifically, the path facility amount calculation unit 14 sets λ i, j m, n = 0 for the wavelength path route passing through the wavelength path candidate reduced by the wavelength path candidate reduction unit 132, and sets the IP traffic route candidate reduction processing unit. For the IP traffic route candidates reduced by 133, after reducing the number of variables by setting r s, d i, j = 0, using mathematical programming, the number of IP traffic routes, wavelength path routes, and wavelength paths, In addition, the required amount of equipment is calculated to obtain an optimal solution. More specifically, with respect to the variables λ i, j , λ i, j m, n , r s, d i, j that satisfy the constraints of (Expression 1) to (Expression 14), the objective function Σ i , j λ i, j + αΣ i, j, m, n λ i, j m, n Equation (15) is used to obtain a variable that minimizes (Equation 15) by mathematical programming, so that the optimal IP traffic route, the number of wavelength path routes and the number of wavelength paths, and Find the required amount of equipment.
As described above, the network design apparatus 1 can execute network design using mathematical programming after reducing the number of variables of λ i, j m, n , r s, d i, j .

（実験結果）
次に、本実施形態に係るネットワーク設計装置１による、ネットワーク設計の実験結果を、従来技術と比較して説明する。 (Experimental result)
Next, an experiment result of network design by the network design apparatus 1 according to the present embodiment will be described in comparison with the prior art.

実験では、従来技術として、非特許文献２に記載の、SpaceReduction法を用いた場合、Decomposition法を用いた場合、この両者を用いずに非特許文献１に記載の数理計画法を用いた場合（図９において「高速化手法なし」と記載）について実行し、本実施形態に係るネットワーク設計装置１による処理結果と比較検討した。   In the experiment, when the SpaceReduction method described in Non-Patent Document 2 is used as a conventional technique, the Decomposition method is used, and the mathematical programming method described in Non-Patent Document 1 is used without using both ( 9 and described as “no speeding up method”), and compared with the processing result by the network design apparatus 1 according to the present embodiment.

実験の概要は、評価対象の物理トポロジとして、ノード数「１３」〜「１６」を設定し（図８には、ノード数「１６」の場合について例示）、定数情報として図８に示す情報（Ｂ，Ｇｊ，Ｒｉ，Ｐm,n，Ｏn，α，ｔs,d（トラヒックデマンド））を初期情報とて設定した。
また、SpaceReduction法においては、ホップ数の上限となる閾値Ｌmax(i,j)＝３とし、Decomposition法においては、部分に分割する数Ｘ＝４０とした。本実施形態に係るネットワーク設計装置１においては、最短ホップ数の最大値ＭＬsp(i,j)＝３、上積みホップ数ｋ(i,j)＝３とした。 In the outline of the experiment, the number of nodes “13” to “16” is set as the physical topology to be evaluated (FIG. 8 illustrates the case of the number of nodes “16”), and information shown in FIG. B, G j, R i, P m, n, O n, α, t s, set d (the traffic demand)) with the initial information.
In the Space Reduction method, the threshold Lmax (i, j) = 3, which is the upper limit of the number of hops, is set, and in the Decomposition method, the number X to be divided is set to 40. In the network design apparatus 1 according to this embodiment, the maximum value ML sp (i, j) of the shortest number of hops = 3, and the number of saw above product hop k (i, j) = 3 and.

実験結果を図９に示す。図９（ａ）は、計算時間の評価結果を示し、図９（ｂ）は、目的関数の値の評価結果を示す。   The experimental results are shown in FIG. FIG. 9A shows the evaluation result of the calculation time, and FIG. 9B shows the evaluation result of the value of the objective function.

図９（ａ）に示すように、計算時間の実験結果は、ノード数が「１３」〜「１５」において、本実施形態に係るネットワーク設計装置１が最も短時間に処理を終えることができた。なお、ノード数「１６」では、「高速化手法なし」およびSpaceReduction法を用いた場合において、処理開始から５時間を経過しても計算を完了することができなかった。   As shown in FIG. 9A, the experimental result of the calculation time is that the network design device 1 according to the present embodiment can finish the processing in the shortest time when the number of nodes is “13” to “15”. . When the number of nodes is “16” and “no speeding up method” and the Space Reduction method are used, the calculation cannot be completed even after 5 hours have elapsed from the start of processing.

また、図９（ｂ）に示すように、目的関数の値の評価結果は、ノード数「１３」〜「１５」の場合において、「高速化手法なし」、SpaceReduction法および本実施形態に係るネットワーク設計装置１では、精度の高い値を算出した。これに対し、Decomposition法では、目的関数の値に関する精度が、ノード数「１３」〜「１５」のいずれの場合においても他の方法に比べ低くなることが示された。
以上の実験結果から、本実施形態に係るネットワーク設計装置１によるネットワーク設計は、従来技術に比べ計算時間を低減でき、かつ、計算精度も高いことが示された。 Further, as shown in FIG. 9B, the evaluation result of the value of the objective function is “no speeding up method”, the SpaceReduction method, and the network according to the present embodiment when the number of nodes is “13” to “15”. In the design apparatus 1, a highly accurate value was calculated. On the other hand, in the decomposition method, it has been shown that the accuracy regarding the value of the objective function is lower than the other methods in any case of the number of nodes “13” to “15”.
From the above experimental results, it was shown that the network design by the network design apparatus 1 according to the present embodiment can reduce the calculation time and the calculation accuracy is higher than that of the conventional technique.

以上説明したように、本実施形態に係るネットワーク設計装置１によれば、数理計画法に用いる、波長パス経路およびＩＰトラヒック経路に関する変数を削減した上で、精度を低下させることなく、計算時間を低減させてネットワーク設計を実行することができる。   As described above, according to the network design apparatus 1 according to the present embodiment, the calculation time can be reduced without reducing accuracy while reducing the variables related to the wavelength path route and the IP traffic route used in the mathematical programming method. Network design can be carried out with a reduction.

（変形例）
なお、本実施形態においては、図５に示したネットワーク設計装置１のＩＰトラヒック経路候補削減部１３において、波長パス候補削減部１３２およびＩＰトラヒック経路候補削減処理部１３３の両方により、数理計画法に用いる変数（λi,j m,n，ｒs,d i,j）の数を削減するものとした。しかしながら、本実施形態はこれに限定されず、例えば、ネットワーク設計装置１のＩＰトラヒック経路候補削減部１３に、波長パス候補削減部１３２を備えない構成としてもよい。この場合、ＩＰトラヒック経路候補削減処理部１３３は、波長パス候補抽出部１３１が抽出した、全ての波長ノードｉ，ｊ間のパスを波長パス候補とした上で、その波長パス候補を用いて、ルータｉ，ｊ間のＩＰトラヒック経路の最短ホップ数ＬR SP(i,j)を算出する。そして、ＩＰトラヒック経路候補削減処理部１３３は、記憶部４０に記憶された上積みホップ数ｋ(i,j)を参照し、ＬR SP(i,j)＋ｋ(i,j)よりホップ数が大きいルータｉ，ｊ間のＩＰトラヒック経路候補を削除するようにする。その際、図７に示した全体の処理の流れにおいては、初期情報取得部１２が、ステップＳ１１において、最短ホップ数の最大値ＭＬsp(i,j)の情報を取得せず、ステップＳ１３の波長パス候補削減処理がなくなるものとなる。 (Modification)
In the present embodiment, the IP traffic route candidate reduction unit 13 of the network design device 1 shown in FIG. 5 uses the wavelength path candidate reduction unit 132 and the IP traffic route candidate reduction processing unit 133 to perform mathematical programming. The number of variables (λ i, j m, n , r s, d i, j ) used is reduced. However, the present embodiment is not limited to this. For example, the IP traffic route candidate reduction unit 13 of the network design device 1 may not include the wavelength path candidate reduction unit 132. In this case, the IP traffic route candidate reduction processing unit 133 sets the paths between all the wavelength nodes i and j extracted by the wavelength path candidate extraction unit 131 as wavelength path candidates, and uses the wavelength path candidates. The shortest hop count L R SP (i, j) of the IP traffic route between the routers i and j is calculated. Then, IP traffic path candidate reduction processing unit 133, the number of product seen hops on stored in the storage unit 40 k (i, j) with reference to, L R SP (i, j ) + k (i, j) from the hop IP traffic route candidates between routers i and j having a large number are deleted. At that time, in the entire processing flow shown in FIG. 7, the initial information acquisition unit 12 does not acquire the information of the maximum value ML sp (i, j) of the shortest hop number in step S11, and in step S13. The wavelength path candidate reduction process is eliminated.

このような、本実施形態の変形例に係るネットワーク設計装置１においても、数理計画法に用いるＩＰトラヒック経路（ｒs,d i,j）の変数を削減し、精度を低下させることなく、計算時間を低減させてネットワーク設計を実行することができる。 In the network design apparatus 1 according to the modification of the present embodiment as described above, the IP traffic route (r s, d i, j ) used in the mathematical programming method is reduced, and the calculation is performed without reducing the accuracy. Network design can be performed with reduced time.

１ ネットワーク設計装置
１０ 制御部
１１ 入出力情報処理部
１２ 初期情報取得部（初期情報取得手段）
１３ ＩＰトラヒック経路候補削減部
１４ 経路設備量計算部（経路設備量計算手段）
２０ 入出力部（入出力手段）
３０ メモリ部（記憶手段）
４０ 記憶部（記憶手段）
４１ 初期情報ＤＢ
１００ 光ＩＰネットワーク
１３１ 波長パス候補抽出部（波長パス候補抽出手段）
１３２ 波長パス候補削減部（波長パス候補削減手段）
１３３ ＩＰトラヒック経路候補削減処理部（ＩＰトラヒック経路候補削減処理手段）
４１１ 物理リンクのトポロジ情報
４１２ 対地間のトラヒックデマンド情報 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Network design apparatus 10 Control part 11 Input / output information processing part 12 Initial information acquisition part (initial information acquisition means)
13 IP traffic route candidate reduction unit 14 Route facility amount calculation unit (route facility amount calculation means)
20 Input / output section (input / output means)
30 Memory unit (storage means)
40 storage unit (storage means)
41 Initial information DB
100 optical IP network 131 wavelength path candidate extraction unit (wavelength path candidate extraction means)
132 Wavelength path candidate reduction unit (wavelength path candidate reduction means)
133 IP traffic route candidate reduction processing unit (IP traffic route candidate reduction processing means)
411 Topology information of physical link 412 Traffic demand information between ground

Claims (2)

波長ノード間の波長パスが物理リンクにより構成される物理網上に設定され、前記設定された波長パスが論理網においてＩＰルータ間の論理リンクを構成し、前記論理網にＩＰトラヒック経路が設定されるＩＰネットワークのネットワーク設計を行うネットワーク設計装置であって、
前記物理リンクのトポロジ情報を含む前記ネットワーク設計のための初期情報を記憶すると共に、前記ＩＰルータ間に設定されるＩＰトラヒック経路候補の最短経路のホップ数に比べホップ数が大きすぎるＩＰトラヒック経路を削除する閾値を設定するための上積みホップ数、および、前記波長ノード間の波長パス候補の最短経路のホップ数についての、当該波長パス候補を削除するための閾値である最大ホップ数を示す最短ホップ数の最大値、が記憶される記憶部と、
前記初期情報、前記上積みホップ数および前記最短ホップ数の最大値を取得し、前記記憶部に記憶する初期情報取得部と、
前記物理リンクのトポロジ情報を参照し、全ての波長ノード間のパスを前記波長パス候補として抽出する波長パス候補抽出部と、
前記波長ノード間の前記波長パス候補の最短経路を算出して当該最短経路のホップ数を示す最短ホップ数を算出し、前記算出した最短ホップ数が前記最短ホップ数の最大値を超える波長パス候補を、前記波長パス候補抽出部が抽出した全ての波長パス候補の中から削除する波長パス候補削減部と、
前記全ての波長パス候補の中から前記波長パス候補削減部が削除した波長パス候補を除いた波長パス候補に対応する論理リンクによって構成される論理トポロジを用いて、前記ＩＰルータ間に設定される前記ＩＰトラヒック経路候補の最短経路を算出し、当該最短経路のホップ数に前記上積みホップ数を加えた値を超えるホップ数の前記ＩＰトラヒック経路候補を削除するＩＰトラヒック経路候補削減処理部と、
前記ＩＰトラヒック経路候補削減処理部により当該削除されたＩＰトラヒック経路候補および前記波長パス候補削減部により削除された波長パス候補を通る波長パス経路候補を変数から除外した上で、前記初期情報を参照し、数理計画法を用いて、前記数理計画法の目的関数において、前記ＩＰネットワークの設備量を最小化させるようにして、前記ＩＰトラヒック経路、前記波長パスの経路および前記波長パスの本数、並びに、前記ＩＰネットワークにおいて必要となる必要設備量の最適解を計算する経路設備量計算部と、
を備えることを特徴とするネットワーク設計装置。 A wavelength path between wavelength nodes is set on a physical network configured by physical links, the set wavelength path forms a logical link between IP routers in a logical network, and an IP traffic path is set in the logical network. A network design device for designing a network of an IP network,
The initial information for the network design including topology information of the physical link is stored, and an IP traffic route having a hop count that is too large compared to the hop count of the shortest route of IP traffic route candidates set between the IP routers. shown on the product look hops for setting a deletion threshold value, and, for the number of hops of the shortest path of a wavelength path candidate among the wavelengths nodes, the maximum number of hops is a threshold value to delete the wavelength path candidate A storage unit for storing a maximum value of the shortest hop count ;
Said initial information, the SOP viewed hop count and obtains the maximum value of the shortest number of hops, the initial information acquisition unit to be stored in the storage unit,
Referring to topology information of the physical link, the wavelength path candidate extraction unit for extracting the path between all wavelengths node as the wavelength path candidates,
The shortest path of the wavelength path candidate between the wavelength nodes is calculated to calculate the shortest hop number indicating the number of hops of the shortest path, and the calculated shortest hop number exceeds the maximum value of the shortest hop number. A wavelength path candidate reduction unit that deletes all the wavelength path candidates extracted by the wavelength path candidate extraction unit,
Set between the IP routers using a logical topology configured by logical links corresponding to wavelength path candidates excluding the wavelength path candidates deleted by the wavelength path candidate reduction unit from among all the wavelength path candidates. It calculates the shortest path of the IP traffic path candidates, and IP traffic path candidate reduction processing unit for deleting the IP traffic path candidate number of hops in excess of the upper product look hop count value obtained by adding the number of hops of the shortest path ,
Refer to the initial information after excluding from the variables wavelength path route candidates that pass through the IP traffic route candidate deleted by the IP traffic route candidate reduction processing unit and the wavelength path candidate deleted by the wavelength path candidate reduction unit . In the objective function of the mathematical programming method, the IP traffic route, the wavelength path route, the number of the wavelength paths, and the number of the wavelength paths in the objective function of the mathematical programming method are minimized. A route facility amount calculation unit for calculating an optimum solution of the necessary facility amount required in the IP network;
A network design apparatus comprising: 波長ノード間の波長パスが物理リンクにより構成される物理網上に設定され、前記設定された波長パスが論理網においてＩＰルータ間の論理リンクを構成し、前記論理網にＩＰトラヒック経路が設定されるＩＰネットワークのネットワーク設計を行うためのコンピュータを、
前記物理リンクのトポロジ情報を含む前記ネットワーク設計のための初期情報を記憶すると共に、前記ＩＰルータ間に設定されるＩＰトラヒック経路候補の最短経路のホップ数に比べホップ数が大きすぎるＩＰトラヒック経路を削除する閾値を設定するための上積みホップ数、および、前記波長ノード間の波長パス候補の最短経路のホップ数についての、当該波長パス候補を削除するための閾値である最大ホップ数を示す最短ホップ数の最大値、が記憶される記憶手段、
前記初期情報、前記上積みホップ数および前記最短ホップ数の最大値を取得し、前記記憶手段に記憶する初期情報取得手段、
前記物理リンクのトポロジ情報を参照し、全ての波長ノード間のパスを前記波長パス候補として抽出する波長パス候補抽出手段、
前記波長ノード間の前記波長パス候補の最短経路を算出して当該最短経路のホップ数を示す最短ホップ数を算出し、前記算出した最短ホップ数が前記最短ホップ数の最大値を超える波長パス候補を、前記波長パス候補抽出手段が抽出した全ての波長パス候補の中から削除する波長パス候補削減手段、
前記全ての波長パス候補の中から前記波長パス候補削減手段が削除した波長パス候補を除いた波長パス候補に対応する論理リンクによって構成される論理トポロジを用いて、前記ＩＰルータ間に設定される前記ＩＰトラヒック経路候補の最短経路を算出し、当該最短経路のホップ数に前記上積みホップ数を加えた値を超えるホップ数の前記ＩＰトラヒック経路候補を削除するＩＰトラヒック経路候補削減処理手段、
前記ＩＰトラヒック経路候補削減処理手段により当該削除されたＩＰトラヒック経路候補および前記波長パス候補削減手段により削除された波長パス候補を通る波長パス経路候補を変数から除外した上で、前記初期情報を参照し、数理計画法を用いて、前記数理計画法の目的関数において、前記ＩＰネットワークの設備量を最小化させるようにして、前記ＩＰトラヒック経路、前記波長パスの経路および前記波長パスの本数、並びに、前記ＩＰネットワークにおいて必要となる必要設備量の最適解を計算する経路設備量計算手段、
として機能させるためのネットワーク設計プログラム。 A wavelength path between wavelength nodes is set on a physical network configured by physical links, the set wavelength path forms a logical link between IP routers in a logical network, and an IP traffic path is set in the logical network. A computer for designing an IP network
The initial information for the network design including topology information of the physical link is stored, and an IP traffic route having a hop count that is too large compared to the hop count of the shortest route of IP traffic route candidates set between the IP routers. shown on the product look hops for setting a deletion threshold value, and, for the number of hops of the shortest path of a wavelength path candidate among the wavelengths nodes, the maximum number of hops is a threshold value to delete the wavelength path candidate Storage means for storing the maximum value of the shortest hop count ,
The initial information, acquires the upper product seen hop count and the maximum value of the shortest number of hops, the initial information acquisition means for storing in said memory means,
The reference to the topology information of the physical link, the wavelength path candidate extracting means for extracting a path between all wavelengths node as the wavelength path candidates,
The shortest path of the wavelength path candidate between the wavelength nodes is calculated to calculate the shortest hop number indicating the number of hops of the shortest path, and the calculated shortest hop number exceeds the maximum value of the shortest hop number. A wavelength path candidate reduction means for deleting from all wavelength path candidates extracted by the wavelength path candidate extraction means,
It is set between the IP routers using a logical topology configured by logical links corresponding to wavelength path candidates excluding the wavelength path candidates deleted by the wavelength path candidate reduction means from among all the wavelength path candidates. the IP traffic routes to calculate the shortest path candidates, IP traffic path candidate reduction processing means for deleting the IP traffic path candidate number of hops that exceeds the upper value obtained by adding the product observed number of hops on the number of hops of the shortest path,
Refer to the initial information after excluding wavelength path route candidates that pass through the IP traffic route candidate deleted by the IP traffic route candidate reduction processing unit and the wavelength path candidate deleted by the wavelength path candidate reduction unit . In the objective function of the mathematical programming method, the IP traffic route, the wavelength path route, the number of the wavelength paths, and the number of the wavelength paths in the objective function of the mathematical programming method are minimized. , Route facility amount calculation means for calculating an optimum solution of necessary facility amount required in the IP network,
Network design program to function as
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