JP6637911B2 - Network design apparatus, network design method, and network design processing program - Google Patents

Network design apparatus, network design method, and network design processing program Download PDF

Info

Publication number
JP6637911B2
JP6637911B2 JP2017030285A JP2017030285A JP6637911B2 JP 6637911 B2 JP6637911 B2 JP 6637911B2 JP 2017030285 A JP2017030285 A JP 2017030285A JP 2017030285 A JP2017030285 A JP 2017030285A JP 6637911 B2 JP6637911 B2 JP 6637911B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
network
link
interface
route
line
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017030285A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018137585A (en
Inventor
絵莉奈 竹下
絵莉奈 竹下
秀雄 川田
秀雄 川田
義之 濱住
義之 濱住
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2017030285A priority Critical patent/JP6637911B2/en
Publication of JP2018137585A publication Critical patent/JP2018137585A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6637911B2 publication Critical patent/JP6637911B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Data Exchanges In Wide-Area Networks (AREA)

Description

本発明の実施形態は、ネットワーク設計装置、ネットワーク設計方法およびネットワーク設計処理プログラムに関する。   An embodiment of the present invention relates to a network design device, a network design method, and a network design processing program.

キャリアネットワークとして、レイヤ2スイッチや伝送装置によって構成される広域イーサネット(登録商標)が広く採用されている。
広域イーサネットでは、ノードを環状に物理的に接続したリングトポロジのネットワークに対してERP(Ethernet(登録商標) Ring Protocol)を適用することで、経路の冗長化による信頼性の向上や設備の経済化を図ることが多い(非特許文献1)。
Wide area Ethernet (registered trademark) including a layer 2 switch and a transmission device has been widely adopted as a carrier network.
In the wide-area Ethernet, by applying ERP (Ethernet (registered trademark) Ring Protocol) to a ring topology network in which nodes are physically connected in a ring, reliability is improved due to redundant paths and equipment is economical. (Non-Patent Document 1).

経路の設計の仕方によって、ネットワーク装置の配置や装置内設備の構成は変わる。ネットワーク装置や装置内設備の種類や価格は、処理しなければならないトラヒック量に応じて決まる。処理するトラヒック量が大きければ、ネットワーク装置や設備のトラヒック容量は大きくなければならず、上記の価格も上がる。従って、収容する装置や設備の容量を考慮し、設備(インターフェース)の容量を効率的に利用する経路の設計を行うことによって、総コストを軽減できると考えられる。   The arrangement of the network device and the configuration of the equipment in the device change depending on how the route is designed. The type and price of network equipment and equipment in the equipment are determined according to the amount of traffic that must be processed. If the traffic volume to be processed is large, the traffic capacity of the network device and the equipment must be large, and the above-mentioned price increases. Therefore, it is considered that the total cost can be reduced by designing a route that efficiently uses the capacity of the equipment (interface) in consideration of the capacity of the device or equipment to be accommodated.

たとえば、第1の例として、図9に示したノードv1〜v6が環状に接続するネットワークトポロジにおいて、v1からv4へ通信する回線である、トラヒック需要が10の回線「1」と、トラヒック需要が30の回線「2」と、トラヒック需要が100の回線「3」を収容するとする。
また、各ノードに配置するネットワーク装置のリンク部(リンクと称することもある)の設備である、インターフェースの容量は標準化されており、容量の種類は40と100であるとする。経路は、v1とv2とv3とv4を通る経路「1」と、v1とv6とv5とv4を通る経路「2」の2通りがある。従来のように各回線のトラヒック需要に基づいて収容すると、回線「1」と回線「2」は経路「1」に、回線「3」は経路「2」に収容される。すなわち、経路「1」上のリンク部は合計40のトラヒックを処理するため、インターフェースの容量は40である。
また、経路「2」上のリンク部は合計100のトラヒックを処理するため、インターフェースの容量は100である。ここでは、インターフェースの容量を効率的に利用できているため、総コストを最小限に抑制していると言える。
For example, as a first example, in a network topology in which nodes v1 to v6 shown in FIG. 9 are connected in a ring, a line “1” having a traffic demand of 10, which is a line communicating from v1 to v4, and a traffic demand of 10 It is assumed that 30 lines “2” and 100 lines with traffic demand “3” are accommodated.
Also, it is assumed that the capacity of an interface, which is equipment of a link unit (sometimes referred to as a link) of a network device arranged in each node, is standardized, and the types of the capacities are 40 and 100. There are two routes, a route “1” passing through v1, v2, v3, and v4, and a route “2” passing through v1, v6, v5, and v4. When accommodating based on the traffic demand of each line as in the related art, the lines "1" and "2" are accommodated in the route "1", and the line "3" is accommodated in the route "2". That is, since the link unit on the route “1” processes a total of 40 traffics, the capacity of the interface is 40.
Further, since the link unit on the route “2” processes a total of 100 traffic, the capacity of the interface is 100. Here, it can be said that the total cost is kept to a minimum because the capacity of the interface can be used efficiently.

一方、近年、5G(非特許文献2)の実現に向けては、超大容量や大量接続もしくは超低遅延など多様な要求条件が挙げられ、これらの異なる制約の回線を共通のネットワークに収容する統計多重効果による経済化が提唱されている。非特許文献2で求められるネットワークにおいては、さまざまな制約を持つ複数の回線が、トラヒック需要だけでなく遅延時間などのQoSをメトリックとして設計される経路に収容されることが予想されている。また、送受信ノード間に複数の経路が設定されており、各々の制約のポリシに従って収容する経路が選択されるような通信方式の開発も広く行われている(非特許文献3)。   On the other hand, in recent years, for realization of 5G (Non-Patent Document 2), various requirements such as a very large capacity, a large number of connections, and a very low delay have been mentioned, and statistics for accommodating these lines with different restrictions in a common network have been proposed. It has been advocated for the economy of multiple effects. In the network required by Non-Patent Document 2, it is expected that a plurality of lines having various restrictions are accommodated in a path designed using not only traffic demand but also QoS such as delay time as a metric. In addition, a plurality of routes are set between transmitting and receiving nodes, and a communication system in which a route to be accommodated is selected according to a policy of each constraint has been widely developed (Non-Patent Document 3).

ここで、さまざまな要求条件を持つ回線を収容する際は、トラヒック需要だけでなく回線の制約条件を考慮して、収容する経路を設計する必要がある。
たとえば、第2の例として、同様に図9に示すように、v1からv4へ通信する回線である、遅延制約値が3でトラヒック需要が10の回線「4」と、遅延制約値が1でトラヒック需要が100の回線「5」と、遅延制約値が1でトラヒック需要が30の回線「6」を収容するとする。また、同様に、経路「1」か経路「2」に収容するが、ここで、経路「1」の遅延時間は3で、経路「2」の遅延時間は1であるとする。従来のように各回線のトラヒック需要に基づいて収容すると、回線「4」と回線「6」は経路「1」に、回線「5」は経路「2」に収容される。
しかしながら、遅延制約値を考慮すると、回線「5」と回線「6」は、遅延制約値を満たす経路「2」に収容しなければならない。すなわち、経路「1」上のリンク部は合計10のトラヒックを処理するため、インターフェースの容量は40であり、経路「2」上のリンク部は合計130のトラヒックを処理するため、インターフェースの容量は140である。このように、第1の例と比較して、第2の例では、インターフェースの容量を効率的に利用できていない。
Here, when accommodating lines having various requirements, it is necessary to design a path to be accommodated in consideration of not only traffic demand but also line restrictions.
For example, as a second example, as shown in FIG. 9, a line “4” having a delay constraint value of 3 and a traffic demand of 10, which is a line communicating from v1 to v4, and a delay constraint value of 1 It is assumed that a line “5” having a traffic demand of 100 and a line “6” having a delay constraint value of 1 and a traffic demand of 30 are accommodated. Similarly, the route “1” or the route “2” is accommodated. Here, it is assumed that the delay time of the route “1” is 3 and the delay time of the route “2” is 1. If the lines are accommodated based on the traffic demand of each line as in the related art, the lines "4" and "6" are accommodated in the route "1", and the line "5" is accommodated in the route "2".
However, considering the delay constraint value, the line “5” and the line “6” must be accommodated in the path “2” that satisfies the delay constraint value. That is, the link unit on the route “1” processes a total of 10 traffics, so the interface capacity is 40, and the link unit on the route “2” processes a total of 130 traffics, so the interface capacity is 140. As described above, in the second example, the capacity of the interface cannot be used efficiently compared to the first example.

従って、トラヒック需要だけでなく他の要求条件を考慮することで、収容する経路が変わり、これに伴ってコストも変化するため、複数の要求条件を持つ回線を収容する経路を設計する際においては、ネットワーク装置の配置や装置内設備の構成を考慮することで、より効率的に設備を利用でき、総コストを最小限に抑えるような、最適なネットワーク構成を導くことができると考えられる。   Therefore, in consideration of not only traffic demand but also other requirements, the route to be accommodated changes and the cost changes accordingly, so when designing a route to accommodate a line having multiple requirements, Considering the arrangement of the network devices and the configuration of the equipment in the apparatus, it is considered that the optimum network configuration can be derived so that the equipment can be used more efficiently and the total cost can be minimized.

Recommendation ITU-T G.8032/Y.1344 “Ethernet Ring Protection Switching”, 08/2015 (7 Ring protection characteristics)Recommendation ITU-T G.8032 / Y.1344 “Ethernet Ring Protection Switching”, 08/2015 (7 Ring protection characteristics) ドコモ5Gホワイトペーパー 2020年以降の5G無線アクセスにおける要求条件と技術コンセプト,株式会社NTTドコモ,2014年9月DOCOMO 5G White Paper Requirements and Technology Concept for 5G Wireless Access after 2020, NTT DOCOMO, Inc., September 2014 Manayya KB, “Constraint Shortest Path First”, https://www.ietf.org/archive/id/draft-manayya-constrained-shortest-path-first-02.txt, 02/2010Manayya KB, “Constraint Shortest Path First”, https://www.ietf.org/archive/id/draft-manayya-constrained-shortest-path-first-02.txt, 02/2010 Jin Y. Yen, “Finding the K Shortest Loopless Paths in a Network”, Management Science, vol.17, No.11, pp. 712-716, 1971Jin Y. Yen, “Finding the K Shortest Loopless Paths in a Network”, Management Science, vol. 17, No. 11, pp. 712-716, 1971

これまでに述べたように、回線を収容する経路設計とネットワーク装置や装置内の設備の構成設計を互いに考慮して行うことで、より最適なネットワークの設計が実現できる。しかしながら、これまで提案された回線を収容する経路の設計手法では、あらかじめネットワーク装置や装置内の構成が決められており、決められたネットワーク上に回線の設計を行っていた。また、これまで提案されたネットワーク設備の構成設計手法では、トラヒック量や電力消費量などを特定の指標についてネットワーク装置ごとに考慮しており、各ユーザ要求による遅延時間などのネットワークから求められる条件を回線収容で考慮していない。   As described above, a more optimal network design can be realized by considering the route design for accommodating the line and the configuration design of the network device and the equipment in the device. However, in the route design method for accommodating a line proposed so far, a network device and a configuration in the device are determined in advance, and the line is designed on a determined network. In the network equipment configuration design method proposed so far, the amount of traffic and power consumption are considered for each network device for specific indices, and the conditions required from the network such as the delay time due to each user's request are considered. Not considered in line accommodation.

本発明の目的は、任意のノードやリンクの配置、収容回線、および、ネットワーク設備において、最適なネットワーク構成を設計することができるネットワーク設計装置、ネットワーク設計方法およびネットワーク設計処理プログラムを提供することである。   An object of the present invention is to provide a network design apparatus, a network design method, and a network design processing program capable of designing an optimal network configuration in an arrangement of arbitrary nodes and links, accommodation lines, and network facilities. is there.

上記目的を達成するために、この発明の実施形態におけるネットワーク設計装置の第1の態様は、複数のノードと、前記ノードに配置するネットワーク装置との間を接続する複数のリンク部で構成されるネットワークにおいて、(1)全ての回線がそれぞれ収容される経路と、(2)全てのノードにそれぞれ配置するネットワーク装置の有無と、(3)全ての前記ネットワーク装置内の全ての前記リンク部にそれぞれ設置されるインターフェースの種類と、を決定するネットワーク設計装置であって、(1)前記ノード間の接続状態に関する情報と、(2)前記ネットワークに収容される複数の回線に関する情報と、(3)前記ノードに配置されるネットワーク装置およびリンク部の設備に関する情報と、を入力する入力部と、前記入力部による入力情報に基づいて、前記回線を収容する、互いに素な経路の候補と、前記候補が利用するリンク部の集合とを算出する第1算出部、および、(1)前記リンク部を構成する、互いに素なインターフェースの組合せの候補と、(2)前記組合せに含まれるインターフェースの数と、(3)前記組合せに含まれるインターフェースの総容量と、(4)前記組合せに含まれるインターフェースの総設備コスト値の集合と、を算出する第2算出部、を有する第1処理部と、(1)前記入力情報と、(2)前記第1算出部で求めた経路および前記第2算出部で求めた前記インターフェースとの組合せの候補と、に基づいて、前記回線がネットワークから要求される制約条件を満たすような、前記経路と前記インターフェースとの組合せの候補の集合を求め、当該求めた候補の集合において、ネットワーク全体における総設備コスト値が最小となるような、最適な経路とインターフェースとの組合せの候補を導出する第2処理部とを有する装置を提供する。   In order to achieve the above object, a first aspect of a network design device according to an embodiment of the present invention includes a plurality of nodes and a plurality of link units connecting between network devices arranged in the nodes. In the network, (1) a route in which all the lines are accommodated, (2) the presence or absence of a network device to be arranged in each of the nodes, and (3) all of the link units in all of the network devices. A network design apparatus for determining a type of an interface to be installed, (1) information on a connection state between the nodes, (2) information on a plurality of lines accommodated in the network, and (3) An input unit for inputting information on equipment of a network device and a link unit arranged in the node; and A first calculating unit that calculates candidates for disjoint routes accommodating the line and a set of link units used by the candidates based on input information that is input to the link, and (1) configuring the link unit Candidate combinations of disjoint interfaces, (2) the number of interfaces included in the combination, (3) the total capacity of the interfaces included in the combination, and (4) the total equipment of the interfaces included in the combination. A first processing unit having a second calculation unit for calculating a set of cost values; (1) the input information; and (2) a route obtained by the first calculation unit and a second calculation unit obtained by the second calculation unit. Collection of candidates for the combination of the route and the interface such that the line satisfies the constraint conditions required from the network, based on the candidate for the combination with the interface. The calculated, in the set of the obtained candidate, such as the total installed cost value in the entire network is minimized, to provide a device and a second processing unit that derives a combination of candidates of the optimum path and interface.

また、上記構成のネットワーク設計装置の第2の態様は、第1の態様において、前記第2処理部で求めた候補に基づいて、(1)前記回線ごとの経路を求め、(2)前記ネットワーク装置内の全てのリンク部に前記インターフェースが1つも設置されないネットワーク装置を前記ノードに配置しない条件で、前記ネットワーク装置を配置するノードを求め、(3)前記ネットワーク装置内のリンク部に配置するインターフェースを前記リンク部ごとに求め、前記求めた結果を出力する出力部をさらに有する装置を提供する。   In a second aspect of the network design apparatus having the above configuration, in the first aspect, based on the candidates determined by the second processing unit, (1) a route for each of the lines is determined; A node for arranging the network device is determined under a condition that a network device in which none of the interfaces is installed in all link units in the device is not arranged in the node. (3) An interface to be arranged in a link unit in the network device Is provided for each of the link units, and an output unit for outputting the obtained result is further provided.

上記目的を達成するために、この発明の実施形態におけるネットワーク設計方法の第1の態様は、上記構成のネットワーク設計装置の第1の態様のネットワークにおいて、(1)全ての回線がそれぞれ収容される経路と、(2)全ての前記ノードにそれぞれ配置されるネットワーク装置の有無と、全ての前記ネットワーク装置内の全ての前記リンク部にそれぞれ設置されるインターフェースの種類と、を決定するネットワーク設計方法であって、前記入力情報に基づいて、k-shortest pathアルゴリズムを用いることで、前記回線を収容する、互いに素な経路の候補の集合を算出し、全ての前記インターフェースの組合せを列挙することで、前記リンク部を構成する、互いに素なインターフェースの組合せの候補の集合を算出し、前記入力情報、前記算出した経路の候補の集合、および、前記算出した、前記インターフェースの組合せの候補の集合に基づいて、前記回線がネットワークから要求される制約条件を満たすような、経路とインターフェースの組合せの候補集合を求め、この候補の集合において、最適化問題として解き、最適解である、最適な経路とインターフェースの組合せを求めることで、ネットワーク全体における設備コスト値が最小となるような、経路とインターフェースの組合せの候補を導出する方法を提供する。   In order to achieve the above object, a first aspect of the network design method according to the embodiment of the present invention is as follows. (1) All the lines are accommodated in the network of the first aspect of the network design apparatus having the above configuration. A network design method for determining a route, (2) presence / absence of a network device arranged in each of the nodes, and types of interfaces respectively installed in all the link units in all the network devices. There, based on the input information, by using the k-shortest path algorithm, to accommodate the line, calculate a set of disjoint routes candidate, by listing all combinations of the interface, A set of candidates for a combination of disjoint interfaces constituting the link unit is calculated, and the input information Based on the calculated set of route candidates, and the calculated set of interface combination candidates, a candidate set of route and interface combinations, such that the line satisfies the constraints required from the network, In this set of candidates, solve as an optimization problem and find the optimal combination of route and interface that is the optimal solution, so that the combination of route and interface that minimizes the equipment cost value in the entire network is obtained. A method is provided for deriving candidates.

また、上記のネットワーク設計方法の第2の態様は、第1の態様において、前記最適化問題は、0−1線形計画問題に定式化される問題である方法を提供する。   The second aspect of the network design method described above provides the method according to the first aspect, wherein the optimization problem is a problem formulated as a 0-1 linear programming problem.

上記目的を達成するために、この発明の実施形態におけるネットワーク設計処理プログラムの態様は、ネットワーク設計装置の第1の態様または第2の態様の一部分として動作するコンピュータに用いられるプログラムであって、前記コンピュータを、前記入力部、前記第1処理部および前記第2処理部として機能させるためのプログラムを提供する。   In order to achieve the above object, an aspect of a network design processing program according to an embodiment of the present invention is a program used in a computer that operates as a part of the first aspect or the second aspect of a network design device, A program for causing a computer to function as the input unit, the first processing unit, and the second processing unit is provided.

本発明によれば、任意のノードやリンクの配置、収容回線、および、ネットワーク設備において、最適なネットワーク構成を設計することが可能になる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to design an optimal network configuration in arrangement of arbitrary nodes and links, accommodation lines, and network facilities.

本発明の実施形態におけるネットワーク設計装置の一例を示した図。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a network design apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態におけるネットワーク設計装置によるネットワーク設計の流れを示した図。FIG. 4 is a diagram showing a flow of network design by the network design device according to the embodiment of the present invention. トポロジの例を示した図。The figure which showed the example of the topology. トポロジの例の図の凡例を示した図。The figure which showed the legend of the figure of the example of a topology. ネットワーク収容する設備の例の凡例を示した図。The figure which showed the legend of the example of the equipment which accommodates a network. ネットワーク構成の一例を示した図。The figure which showed an example of the network structure. あるリンクに物理ケーブルがない場合のネットワーク構成の例を示した図。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a network configuration when a link has no physical cable. 本発明の実施形態における最適なネットワーク構成を示した図。FIG. 1 is a diagram illustrating an optimal network configuration according to an embodiment of the present invention. 環状に接続するネットワークトポロジの例を示した図。The figure which showed the example of the network topology connected in a ring.

本発明は、全ての回線がそれぞれ収容される経路と、装置内の全てのリンク部にそれぞれ配置されるインターフェースの組合せを表す、ネットワーク構成パターンを決定変数とし、回線がネットワークに求められる要求を制約条件とし、総設備コストを目的関数値とし、目的関数値を最小化する組合せ最適化問題を解くことで、最適なネットワーク構成を設計する。   According to the present invention, a network configuration pattern representing a combination of a path in which all lines are accommodated and interfaces arranged in all link units in the apparatus is used as a decision variable, and a requirement for a line to be required for a network is restricted. The optimal network configuration is designed by solving the combination optimization problem that minimizes the objective function value with the total facility cost as the objective function value.

具体的には、本発明に係るネットワーク設計装置は、複数のノードと、上記ノードに配置するネットワーク装置間を接続する複数のリンク部から構成されるネットワークにおいて、入力部と、第1処理部と第2処理部とを有する。   Specifically, a network design device according to the present invention is configured such that, in a network including a plurality of nodes and a plurality of link units connecting the network devices arranged in the nodes, an input unit, a first processing unit, A second processing unit.

入力部は、(1)上記ネットワークにおけるノード間の接続状態を表す接続行列と、上記リンク部における遅延時間と、上記遅延時間をメトリックとして算出したリンクコストとを含む、ネットワークのトポロジに関する情報(ネットワークに配置するネットワーク間の接続状態に関する情報)と、(2)上記ノードのうち通信の起点および終点、すなわち、回線の端点となるノードのペアと、上記回線のトラヒック需要と、上記回線の遅延時間の上限値とを含む、複数の回線に関する情報と、(3)上記ノードに配置するネットワーク装置内のリンク部を構成するインターフェースの種類と、上記インターフェースのトラヒック容量と、上記インターフェースの価格をメトリックとして算出した設備コスト値と、上記ネットワーク装置内の収容インターフェース数の上限値を含む、ノードに配置するネットワーク装置とリンク部の設備に関する情報と、を含む入力情報を入力する。   The input unit includes: (1) network topology information (network) including a connection matrix indicating a connection state between nodes in the network, a delay time in the link unit, and a link cost calculated using the delay time as a metric. (2) information on the starting and ending points of communication among the nodes, that is, a pair of nodes serving as end points of the line, traffic demand of the line, and delay time of the line Information on a plurality of lines, including the upper limit value of (i), (3) the type of interface constituting a link unit in the network device arranged in the node, the traffic capacity of the interface, and the price of the interface as metrics. The calculated equipment cost value and the Including the upper limit of the number of volumes of interfaces, inputs the information on a network device and a link portion of the equipment placed in the node, the input information including.

第1処理部は、第1算出部と、第2算出部とを有する。
第1算出部は、上記入力情報である接続行列と、上記入力情報であるノードのペアと、上記入力情報であるリンクコストから、(1)上記回線を収容する複数のノードとリンク部から成る、リンクコストに従った最短経路を任意の本数だけ短い順に求めた、互いに素な経路の候補の集合と、(2)上記経路ごとの利用リンクの集合とを算出する。
The first processing unit has a first calculation unit and a second calculation unit.
The first calculation unit includes: (1) a plurality of nodes accommodating the line and a link unit based on the connection matrix as the input information, the pair of nodes as the input information, and the link cost as the input information. Then, a set of disjoint route candidates in which the shortest route according to the link cost is determined in ascending order by an arbitrary number, and (2) a set of used links for each route are calculated.

第2算出部は、上記入力データである設備に関する情報から、(1)上記リンク部を構成する複数のインターフェースから成るインターフェースの組合せを任意の数だけ求めた互いに素なインターフェースの組合せの候補の集合と、(2)上記インターフェースの組合せに含まれるインターフェースの数と、(3)上記インターフェースの組合せに含まれるインターフェースの総トラヒック容量と、(4)上記インターフェースの組合せに含まれるインターフェースの総設備コスト値の算出を上記組合せごとに行う。   The second calculation unit is configured to: (1) a set of candidates for disjoint interface combinations obtained by determining an arbitrary number of interface combinations including a plurality of interfaces constituting the link unit from the information on the equipment as the input data; (2) the number of interfaces included in the interface combination, (3) the total traffic capacity of the interfaces included in the interface combination, and (4) the total equipment cost value of the interfaces included in the interface combination. Is calculated for each of the above combinations.

第2処理部は、上記入力情報と第1処理部で求めた経路、および、インターフェースの組合せの候補集合から上記回線がネットワークから要求される、トラヒック量や遅延時間に関する条件やネットワークの設備に関する条件として、(1)上記リンク部において、各リンク部上を流れるトラヒックの総量は各リンク部に設置するインターフェースのトラヒック容量の総和を超えないというトラヒック容量に関する制約条件と、(2)上記回線において各回線を収容する経路の遅延時間は各回線の上記遅延時間の上限値を超えないという遅延時間に関する制約条件と、(3)上記ノードにおいて各ノードに配置するネットワーク装置内の収容インターフェース数は上記収容インターフェース数の上限値を超えないという設備に関する制約条件と、を設定する。   A second processing unit configured to request the network from the network based on the input information and the path obtained by the first processing unit and a candidate set of interface combinations; (1) In the above-mentioned link section, a constraint condition regarding traffic capacity that the total amount of traffic flowing on each link section does not exceed the sum of the traffic capacity of the interfaces installed in each link section, and (2) each The constraint condition concerning the delay time that the delay time of the route accommodating the line does not exceed the upper limit value of the delay time of each line, and (3) the number of interfaces accommodated in the network device arranged in each node in the node is the above Restriction on equipment that does not exceed the upper limit of the number of interfaces , To set the.

この第2処理部は、上記第1処理部で求めた経路とインターフェースの組合せの候補集合を、上記すべての制約条件を満たすような、経路とインターフェースの組合せの候補集合に制限し、上記制限した候補集合において、ネットワーク全体における総設備コスト値が最小となるような、経路とインターフェースの組合せの候補を導出する。   The second processing unit restricts the candidate set of the combination of the route and the interface obtained by the first processing unit to the candidate set of the combination of the route and the interface that satisfies all of the above-mentioned constraints. In the candidate set, a candidate of a combination of a route and an interface that derives the minimum total equipment cost value in the entire network is derived.

出力部は、第2処理部で求めた最適な候補から、回線ごとの経路と、ネットワーク装置内の全てのリンク部にインターフェースが1つも設置されないネットワーク装置はノードに配置しない条件で求めたネットワーク装置の配置ノードと、各ネットワーク装置内のリンク部ごとのインターフェースの組合せを出力する。   The output unit outputs, from the optimal candidates obtained by the second processing unit, a route for each line, and a network device obtained under the condition that no network device in which no interface is installed in all the link units in the network device is arranged in a node. And outputs the combination of the arrangement node and the interface for each link unit in each network device.

また、本発明に係るネットワーク設計方法は、複数のノードと、上記ノードに配置するネットワーク装置間を接続する複数のリンク部から構成されるネットワークにおいて、第1の手順、第2の手順、および第3の手順を有する。   In addition, the network design method according to the present invention provides a first procedure, a second procedure, and a second procedure in a network including a plurality of nodes and a plurality of link units connecting between network devices arranged in the nodes. There are three procedures.

第1の手順では、上記入力情報である接続行列と、上記入力情報であるノードのペアと、上記入力情報であるリンクコストから、上記回線を収容する、複数のノードとリンク部から成る、リンクコストに従った最短経路を、任意の本数だけ短い順に求めた、互いに素な経路の候補と、候補ごとの利用リンクの集合を算出する手段として、k-shortest pathを導出する。   In the first procedure, a link comprising a plurality of nodes and a link unit accommodating the line is obtained from the connection matrix as the input information, the node pair as the input information, and the link cost as the input information. The k-shortest path is derived as a means for calculating a set of disjoint path candidates and use links for each candidate, which are obtained in the order of the shortest path according to the cost in the order of the shortest number.

第2の手順では、上記入力情報である設備に関する情報から、上記リンク部を構成する、複数のインターフェースから成る、インターフェースの組合せを、任意の数だけ求めた互いに素なインターフェースの組合せの候補と、上記インターフェースの組合せごとの、含まれるインターフェースの数と、上記インターフェースの組合せごとの、含まれるインターフェースの総トラヒック容量と、上記インターフェースの組合せごとの、含まれるインターフェースの総設備コスト値の算出を行う手段として、全インターフェースの組合せを列挙する。   In the second procedure, from the information on the equipment, which is the input information, a plurality of interfaces constituting the link unit, a combination of interfaces, and any number of disjoint interface combination candidates obtained by an arbitrary number; Means for calculating the number of included interfaces for each combination of the interfaces, the total traffic capacity of the included interfaces for each combination of the interfaces, and the total equipment cost value of the included interfaces for each combination of the interfaces Enumerate all interface combinations.

第3の手順では、上記入力情報と第1および第2の手順で求めた経路、および、インターフェースの組合せの候補集合から上記回線がネットワークから要求される、トラヒック量や遅延時間に関する条件やネットワークの設備に関する条件として、(1)上記リンク部において、各リンク部上を流れるトラヒックの総量は、各リンク部に設置するインターフェースのトラヒック容量の総和を超えないというトラヒック容量に関する制約条件と、(2)上記回線において、各回線を収容する経路の遅延時間は、各回線の上記遅延時間の上限値を超えないという遅延時間に関する制約条件と、(3)上記ノードにおいて、各ノードに配置するネットワーク装置内の収容インターフェース数は、上記収容インターフェース数の上限値を超えないという設備に関する制約条件、を設定する。   In the third procedure, the network is requested from the network based on the input information, the route obtained in the first and second procedures, and the candidate set of the interface combination. As conditions relating to the equipment, (1) in the above-mentioned link unit, a constraint condition regarding traffic capacity that the total amount of traffic flowing on each link unit does not exceed the sum of the traffic capacity of the interfaces installed in each link unit, and (2) In the above-mentioned line, the delay time of the route accommodating each line does not exceed the upper limit of the above-mentioned delay time of each line. Said that the number of accommodated interfaces does not exceed the upper limit of the number of accommodated interfaces. Constraints related to equipment, to set the.

この第3の手順では、上記第1処理部で求めた経路とインターフェースの組合せの候補集合から、上記すべての制約条件を満たすような、経路とインターフェースの組合せに制限し、上記制限した候補集合においてネットワーク全体における総設備コスト値が最小となるような、経路とインターフェースの組合せの候補を導出する手段として、最適化問題として最適解である最適な経路とインターフェースの組合せを求める。   In the third procedure, from the candidate set of the combination of the route and the interface obtained by the first processing unit, the combination is limited to the combination of the route and the interface that satisfies all the above-mentioned constraints. As a means for deriving a candidate of a combination of a route and an interface that minimizes the total equipment cost value in the entire network, an optimal combination of a route and an interface that is an optimal solution is obtained as an optimization problem.

本発明に係るネットワーク設計方法における、上記の第3の手順では、第1および第2の手順で求めた経路とインターフェースの組合せの候補集合から、全ての回線において、各経路の候補が選択されているかどうかを表す変数と、全ネットワーク装置内のリンク部において、各インターフェースの組合せの候補が選択されているかどうかを表す変数を、それぞれ整数0か1の値が設定される決定変数として設定し、0−1線形計画問題として定式化することで、LP緩和と分枝限定法を適用可能とし、部分問題に分けて効率的に部分問題を解き、最適な経路とインターフェースの組合せを効率的に導出する。   In the third procedure in the network design method according to the present invention, in each of the lines, a candidate for each path is selected from a set of candidate combinations of the path and the interface obtained in the first and second procedures. A variable indicating whether or not a candidate for a combination of each interface is selected in a link portion in all network devices as a decision variable to which an integer 0 or 1 is set, By formulating as a 0-1 linear programming problem, it is possible to apply the LP relaxation and the branch and bound method, efficiently solve the subproblems by dividing them into subproblems, and efficiently derive the optimal combinations of paths and interfaces I do.

すなわち、本発明に係るネットワーク設計方法における第3の手順では、決定変数をバイナリ変数で表すことにより、LP緩和と分枝限定法を適用可能となり、大規模なネットワークにおける問題でも部分問題に分けて解き、不要な部分問題の枝刈りをすることで、効率的に解を導くことが可能である。   That is, in the third procedure of the network design method according to the present invention, the LP mitigation and the branch-and-bound method can be applied by expressing the decision variables as binary variables, and even a problem in a large-scale network is divided into partial problems. By solving and pruning unnecessary partial problems, a solution can be efficiently derived.

また、本発明に係るネットワーク設計方法における上記の第3の手順では、上記経路候補に関する変数と、第2の手順で求めた、経路ごとの利用リンクの集合とに基づいて、選択された経路が利用するリンク部の集合を求め、上記リンク部の集合と、上記入力情報である各回線のトラヒック需要に基づいて、該当リンク部のトラヒック量を求め、任意のリンク部上を流れるトラヒック総量が全ての回線におけるトラヒック量の総和として表される。またこの第3の手順では、上記インターフェースの組合せの候補に関する変数と、第2の手順で求めた組合せに含まれるインターフェースの総トラヒック容量とから、任意のリンク部のトラヒック容量が、選択された組合せに含まれるインターフェースの総トラヒック容量として求められることで、上記トラヒック量に関する制約条件を線形的に表すことが可能である。   In the third procedure in the network design method according to the present invention, the route selected based on the variables related to the route candidates and the set of use links for each route obtained in the second procedure is determined. A set of link parts to be used is obtained, and based on the set of link parts and the traffic demand of each line as the input information, a traffic amount of the corresponding link part is obtained, and a total amount of traffic flowing on an arbitrary link part is calculated. Is expressed as the sum of the traffic volume on the line. Further, in the third procedure, the traffic capacity of an arbitrary link part is determined from the variables related to the candidates for the interface combination and the total traffic capacity of the interfaces included in the combination obtained in the second procedure. , It is possible to linearly express the above-mentioned constraint condition regarding the traffic volume.

また、本発明に係るネットワーク設計方法における第3の手順では、上記経路候補に関する変数と、第2の手順で求めた、経路ごとの利用リンクの集合とに基づいて、選択された経路が利用するリンク部の集合を求め、上記リンク部の集合と、上記入力情報である各リンク部の遅延時間とに基づいて、該当回線の各リンク部の遅延時間を求め、任意の回線を収容する経路の遅延時間が上記該当回線内の全リンク部における遅延時間の総和として表されることで、上記遅延時間に関する制約条件を線形的に表すことが可能である。   In the third procedure of the network design method according to the present invention, the selected route is used based on the variables relating to the route candidates and the set of used links for each route obtained in the second procedure. A set of link parts is obtained, and a delay time of each link part of the corresponding line is obtained based on the set of link parts and the delay time of each link part as the input information, and a path for accommodating an arbitrary line is determined. Since the delay time is expressed as the sum of the delay times in all the link units in the line, it is possible to linearly express the constraint condition regarding the delay time.

また、本発明に係るネットワーク設計方法における第3の手順では、上記インターフェースの組合せに関する変数と、第2の手順で求めた組合せに含まれるインターフェース数とに基づいて、選択された組合せのインターフェース数を求め、上記インターフェース数と、上記入力情報である接続行列の各ノードの行とに基づいて、該当ノードに接続する各リンク部のインターフェース数を求め、任意のノードに配置するネットワーク装置内の収容インターフェース数が、該当ノードに接続する全リンク部における収容インターフェース数の総和として表されることで、上記設備に関する条件を線形的に表すことが可能である。   Further, in the third procedure in the network design method according to the present invention, the number of interfaces of the selected combination is determined based on the variables related to the interface combination and the number of interfaces included in the combination obtained in the second procedure. Based on the number of interfaces and the row of each node of the connection matrix as the input information, the number of interfaces of each link unit connected to the corresponding node is determined, and the accommodation interface in the network device to be arranged at an arbitrary node Since the number is represented as the sum of the number of accommodated interfaces in all the link units connected to the corresponding node, it is possible to linearly represent the condition regarding the above facilities.

また、本発明に係るネットワーク設計方法における第3の手順では、上記インターフェースの組合せに関する変数で示された、各リンク部に含まれるインターフェースの組合せと、第2の手順で求めた組合せに含まれるインターフェースの総コスト値から、選択された組合せの総コスト値を求め、上記総コスト値と、上記入力情報である接続行列の各ノードの行から、各ノードに接続するリンク部それぞれの総コスト値を求め、上記リンク部の総コスト値の、各ノードに接続する全リンク部における総和を求め、総設備コスト値が、上記全リンク部における総和の、全ノードにおける総和として表されることで、線形計画問題の目的関数値を線形的に表すことが可能である。   Further, in the third procedure in the network design method according to the present invention, the interface combination included in each link unit and the interface included in the combination obtained in the second procedure are indicated by variables related to the interface combination. From the total cost value of the above, the total cost value of the selected combination is obtained. From the total cost value and the row of each node of the connection matrix that is the input information, the total cost value of each link portion connected to each node is calculated. The sum of the total cost value of the link unit and the sum of all the link units connected to each node is obtained, and the total equipment cost value is expressed as the sum of the sum of all the link units and the sum of all the nodes. It is possible to linearly express the objective function value of the programming problem.

すなわち、本発明に係るネットワーク設計方法では、制約条件や目的関数を表す全ての式が線形的に表されることにより、内点法を用いて厳密解に導くことが可能である。   That is, in the network design method according to the present invention, since all equations representing the constraint conditions and the objective function are linearly represented, it is possible to derive an exact solution using the interior point method.

従って、本発明は、異なるネットワーク要求条件を持つ複数の回線収容を最小設備コストで実現する、最適な経路とネットワーク装置の配置と、ネットワーク装置内のインターフェースの組合せを導くネットワーク設計方法を提供することができる。
つまり、本発明によれば、任意のノードやリンク部の配置、収容回線、および、ネットワーク設備において、最適なネットワーク構成の設計が可能になる。
Therefore, the present invention provides a network design method for realizing a combination of an optimum route, an arrangement of network devices, and an interface in a network device, which realizes accommodation of a plurality of lines having different network requirements at a minimum equipment cost. Can be.
That is, according to the present invention, it is possible to design an optimal network configuration in the arrangement of arbitrary nodes and link units, accommodation lines, and network facilities.

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
以下に説明する実施形態は本発明の実施の一例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。
これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書および図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The embodiment described below is an example of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment.
These embodiments are merely examples, and the present invention can be implemented in various modified and improved forms based on the knowledge of those skilled in the art. In the specification and the drawings, components having the same reference numerals indicate the same components.

次に、本発明を実現するためのネットワーク設計装置を示す。図1は、本発明の実施形態に係るネットワーク設計装置の一例を示す図である。
図1に示すように、ネットワーク設計装置10は、入力部11と、第1処理部12と、第2処理部13と、出力部14とを備える。
ネットワーク設計装置10の利用者は、(1)ノード装置間の接続状態に関する情報と、(2)ネットワークに収容する回線に関する情報と、(3)ネットワーク装置とリンク部の設備(インターフェース)に関する情報とを、ネットワーク設計装置10の入力部11に入力する。
ネットワーク設計装置10は、入力部11から第1処理部12に入力情報を与える。第1処理部12は、回線ごとに、回線を収容する互いに素な経路の候補集合を算出する第1算出部12aと、リンク部ごとに、リンク部に配置する互いに素なインターフェースの組合せの候補集合を算出する第2算出部12bとを有する。
第1算出部12aは、入力情報に基づいて、回線ごとに経路の候補集合とその候補が利用するリンク情報を算出する。
第2算出部12bは、入力情報に基づいて、(1)リンク部ごとにインターフェースの組合せ候補集合と、(2)その候補に含まれるインターフェース数と、(3)その候補に含まれるインターフェースの総容量と、(4)その候補に含まれるインターフェースの総設備コスト値を算出する。
ネットワーク設計装置10は、第1処理部12から第2処理部13に、候補集合と候補に関する情報とを与える。
Next, a network design apparatus for realizing the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a network design apparatus according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the network design device 10 includes an input unit 11, a first processing unit 12, a second processing unit 13, and an output unit 14.
The user of the network design apparatus 10 has (1) information on a connection state between node apparatuses, (2) information on a line accommodated in a network, (3) information on equipment (interface) of a network apparatus and a link unit. Is input to the input unit 11 of the network design device 10.
The network design device 10 provides input information from the input unit 11 to the first processing unit 12. The first processing unit 12 calculates, for each line, a first calculation unit 12a that calculates a candidate set of disjoint routes accommodating the line, and for each link unit, a candidate for a combination of disjoint interfaces arranged in the link unit. A second calculating unit 12b for calculating a set.
The first calculation unit 12a calculates a set of route candidates for each line and link information used by the candidates based on the input information.
Based on the input information, the second calculator 12b calculates (1) an interface combination candidate set for each link unit, (2) the number of interfaces included in the candidate, and (3) the total number of interfaces included in the candidate. The capacity and (4) the total equipment cost value of the interface included in the candidate are calculated.
The network design device 10 gives a candidate set and information on candidates from the first processing unit 12 to the second processing unit 13.

第2処理部13は、最適な経路と、最適なネットワーク装置内のリンク部のインターフェースとの組合せを算出する算出部13aを有する。算出部13aは、第1処理部12から与えられた情報に基づいて、回線ごとに最適な経路とリンク部ごとに最適なインターフェースの組合せを算出する。ネットワーク設計装置10は、第2処理部13から出力部14に最適な候補の情報を与える。   The second processing unit 13 includes a calculation unit 13a that calculates a combination of an optimum route and an interface of a link unit in the optimum network device. The calculating unit 13a calculates an optimal combination of an optimal route for each line and an optimal interface for each link unit based on the information provided from the first processing unit 12. The network design device 10 gives the information of the optimum candidate from the second processing unit 13 to the output unit 14.

出力部14は、第2処理部13から得られた情報に基づいて、(1)回線ごとの経路情報と、(2)ネットワーク装置を配置するノード情報と、(3)各ネットワーク装置のリンク部に含まれるインターフェース情報とを出力する。ネットワーク設計装置10は、出力部14から利用者に出力情報を与える。   The output unit 14 is based on the information obtained from the second processing unit 13, (1) route information for each line, (2) node information for arranging network devices, and (3) link unit of each network device. And output the interface information included in. The network design device 10 provides output information to the user from the output unit 14.

本開示を実現するための、上記ネットワーク設計装置を用いたネットワーク設計方法のフロー例を示す。
図2に、ネットワーク設計方法のフロー例を示す。
ネットワーク設計方法は、ステップS1、S2、S3を備える。ステップS1は、入力情報に基づいて、k-shortest pathアルゴリズムを用いることで、回線ごとに、利用するリンク部とノードに対して互いに素な、経路の候補を列挙することを特徴とし、第1処理部12の第1算出部12aに実装される。
ステップS2は、入力情報に基づいて、ネットワーク装置のリンク部ごとに、トラヒック容量に対して互いに素な、インターフェースの組合せの候補を列挙することを特徴とし、第1処理部12の第2算出部12bに実装される。
ステップS3は、入力情報と、ステップS1、S2で求めた候補集合と、各候補に関する情報とに基づいて、各候補を決定変数とし、回線の要求を制約条件とし、総設備コスト値を目的関数値として、最小化する最適化問題を解くことを特徴とし、第2処理部13に実装される。
4 shows an example of a flow of a network design method using the network design device for realizing the present disclosure.
FIG. 2 shows a flow example of the network design method.
The network design method includes steps S1, S2, and S3. Step S1 uses the k-shortest path algorithm based on the input information to list, for each line, candidate routes that are disjoint with respect to the link unit and the node to be used. It is implemented in the first calculation unit 12a of the processing unit 12.
In step S2, based on the input information, for each link unit of the network device, a list of interface combination candidates that are relatively prime to the traffic capacity is listed, and the second calculation unit of the first processing unit 12 12b.
In step S3, based on the input information, the candidate set obtained in steps S1 and S2, and information on each candidate, each candidate is determined as a decision variable, a line request is used as a constraint, and the total equipment cost value is used as an objective function. The method is characterized in that an optimization problem to be minimized is solved as a value, and is implemented in the second processing unit 13.

本開示を実現するための実施例を、ネットワーク設計装置10の処理部ごとに示す。
まず、入力部11における実施例について説明する。本実施例におけるネットワーク設計装置10の利用者が入力部に与える情報例として、(1)ノードに配置するネットワーク装置間の接続状態に関する情報例と、(2)ネットワークに収容する回線に関する情報例と、(3)ノードに配置するネットワーク装置とリンク部の設備に関する情報例と、を示す。
An example for realizing the present disclosure will be described for each processing unit of the network design device 10.
First, an embodiment of the input unit 11 will be described. Examples of information provided by the user of the network design device 10 to the input unit in the present embodiment include (1) an example of information on a connection state between network devices arranged in a node, and (2) an example of information on lines accommodated in a network. , (3) shows an example of information on network devices and link unit equipment arranged in a node.

ノードに配置するネットワーク装置間の接続状態に関する情報例を図3、図4に示すこの情報は、(1)ネットワークにおけるノード間の接続状態を表す接続行列と、(2)リンクにおける遅延時間と、(3)遅延時間をメトリックとして算出したリンクコストとを含む。   FIGS. 3 and 4 show examples of information relating to the connection state between network devices arranged in the nodes. The information includes (1) a connection matrix representing the connection state between nodes in the network, (2) a delay time in the link, (3) Includes link cost calculated using delay time as a metric.

図4に、トポロジ例(図3)に用いる凡例を示す。図4内のノード「1」は、ノード番号が1であるノードであることを示す。図4内のリンク「1」は、リンク番号が1であるリンクであることを示し、ノード「1」に接続している。   FIG. 4 shows a legend used for the example topology (FIG. 3). The node “1” in FIG. 4 indicates that the node whose node number is “1”. The link “1” in FIG. 4 indicates that the link has the link number 1 and is connected to the node “1”.

上記凡例を用いて、本開示を実現するためのトポロジである図3は、ノード「1」〜ノード「4」のノードが、リンク「1」〜リンク「5」を介して接続されていることを表す。   FIG. 3, which is a topology for realizing the present disclosure using the above legend, shows that nodes “1” to “4” are connected via links “1” to “5”. Represents

図3に示したトポロジの接続行列Mを以下の式(A)に示す。   The connection matrix M of the topology shown in FIG. 3 is shown in the following equation (A).

接続行列Mでは、各行がノードに対応し、各列がリンクに対応し、リンクがノードに接続している部分に「1」を格納し、そうでない部分に「0」を格納した行列を示す。各リンクにおける遅延時間の一例を以下の表1に示す。   In the connection matrix M, each row corresponds to a node, each column corresponds to a link, and “1” is stored in a portion where the link is connected to the node, and “0” is stored in a portion where the link is not connected. . Table 1 below shows an example of the delay time in each link.

次に、ネットワークに収容する回線に関する情報の一例を以下の表2に示す。   Next, an example of information on lines accommodated in the network is shown in Table 2 below.

表2では、ネットワークに収容する回線に関する情報として、回線ごとに、(1)回線の端点となるノードのペアと、(2)回線のトラヒック需要と、(3)回線の遅延時間の上限値とを設定する。例えば、回線番号「1」である回線「1」は、ノード「1」〜ノード「2」間でトラヒック量「1」の通信を行い、ノード「1」〜ノード「2」間の遅延時間は「3」以下でなければならないことを示す。   In Table 2, as information on the lines accommodated in the network, for each line, (1) a pair of nodes serving as end points of the line, (2) traffic demand of the line, and (3) an upper limit value of the delay time of the line. Set. For example, the line “1” having the line number “1” performs communication of the traffic amount “1” between the node “1” and the node “2”, and the delay time between the node “1” and the node “2” is Indicates that it must be less than or equal to "3".

次に、ノードに配置するネットワーク装置とリンク部の設備に関する情報の一例を図5と、以下の表3に示す。   Next, FIG. 5 and Table 3 below show an example of information relating to the network device and the equipment of the link unit arranged in the node.

図5では、ネットワーク装置の凡例を示す。任意のノードに1つのネットワーク装置を配置する。図5のネットワーク装置は、スイッチ筐体部「1」と、スロット「1−1」と、スロット「1−2」と、スロット「1−3」から成る。スイッチ筐体部「1」は、図5のネットワーク装置が受信したデータに示された宛先ノードに基づいて、データを出力するスロット(リンクに相当する)を決定する機能を持つ。スロットは、ノードとリンクの接続部に相当する。上記スロットには、ネットワーク装置内のリンク部を構成するインターフェースが収容される。   FIG. 5 shows a legend of the network device. One network device is arranged at an arbitrary node. The network device in FIG. 5 includes a switch housing unit “1”, a slot “1-1”, a slot “1-2”, and a slot “1-3”. The switch housing unit “1” has a function of determining a slot (corresponding to a link) for outputting data based on the destination node indicated in the data received by the network device in FIG. A slot corresponds to a connection between a node and a link. The slot accommodates an interface constituting a link unit in the network device.

ネットワーク装置間の接続方法を示すために、ネットワーク装置を、図3に示したネットワークに配置した例を図6に示す。この例では、ノード「1」〜ノード「4」にネットワーク装置を設置し、各ノードにおいて、各スイッチのスロット間を、リンクを介してケーブルで接続する。   FIG. 6 shows an example in which network devices are arranged in the network shown in FIG. 3 in order to show a connection method between network devices. In this example, network devices are installed in nodes "1" to "4", and in each node, the slots of the switches are connected by cables via links.

また、ノード「1」とノード「3」間を直結するケーブルが存在しないような場合は、図7に示すように、実際のケーブルは、リンク「1」とノード「2」とリンク「2」を通るが、このケーブルは、このノード「2」に設置されたスイッチを通過しないとする。   When there is no cable directly connecting the node “1” and the node “3”, as shown in FIG. 7, the actual cable is the link “1”, the node “2”, and the link “2”. , But this cable does not pass through the switch installed at this node “2”.

ノードに配置するネットワーク装置とリンク部の設備例の凡例を、ネットワークに収容する設備の一例として上記の表3に示す。
ここでは、各種のインターフェース「1」〜「3」について、(1)インターフェースのトラヒック容量と、(2)インターフェースの価格をメトリックとして算出した設備コスト値と、(3)ネットワーク装置内の収容インターフェース数の上限値とを設定する。また、スイッチ筐体部についても、(1)スイッチ筐体部のトラヒック容量と、(2)スイッチ筐体部の価格をメトリックとして算出した設備コスト値と、(3)スイッチ筐体部の収容インターフェース数の上限値を設定する。
Table 3 above shows legends of examples of facilities of network devices and link units arranged in the nodes as examples of facilities accommodated in the network.
Here, for the various interfaces “1” to “3”, (1) the traffic capacity of the interface, (2) the equipment cost value calculated by using the price of the interface as a metric, and (3) the number of interfaces accommodated in the network device Set the upper limit of. As for the switch housing, (1) the traffic capacity of the switch housing, (2) the equipment cost value obtained by calculating the price of the switch housing as a metric, and (3) the housing interface of the switch housing. Set the upper limit of the number.

ここでは、スイッチ筐体部は、インターフェースの1スロットあたりの容量が100Gbit/sで、スイッチ筐体部あたり3つのスロットを収容可能である。この場合、スイッチ筐体部の全体で処理可能なトラヒック量は、100Gbit/s*3=300Gbit/s(表3参照)で、また、スイッチ筐体部のコスト値が「5」(表3参照)であるとする。   Here, the switch housing has a capacity of 100 Gbit / s per slot of the interface, and can accommodate three slots per switch housing. In this case, the traffic volume that can be processed by the entire switch casing is 100 Gbit / s * 3 = 300 Gbit / s (see Table 3), and the cost value of the switch casing is “5” (see Table 3). ).

また、表3に示すように、例えば、インターフェース番号が「1」であるインターフェース「1」は、処理可能なトラヒック量が10Gbit/sで、1つのスロットに1つのインターフェースを設置可能で、コスト値が3.62とする。   Further, as shown in Table 3, for example, the interface “1” whose interface number is “1” can process 10 Gbit / s of traffic, can install one interface in one slot, and has a cost value of Is 3.62.

次に、第1処理部12における実施例について説明する。
本実施例における第1処理部12の第1算出部12aに実装されるステップS1では、接続状態に関する情報と、回線に関する情報とに基づいて、回線ごとに経路の候補(経路の候補の集合)と、この候補の利用リンクの集合とを算出する。
Next, an example of the first processing unit 12 will be described.
In step S1 implemented in the first calculation unit 12a of the first processing unit 12 in the present embodiment, a route candidate (a set of route candidates) for each line based on the information regarding the connection state and the information regarding the line. And a set of use links of this candidate.

ここでは、第1処理部12が、表2のノードペアと、表1の遅延時間と、式Aの接続行列とから、k-shortest pathアルゴリズム(非特許文献4)を用いて、k=3として3本目まで経路の候補を求めることについて説明する。以下の表4に、各回線の経路候補ごとの利用リンクの一例を、ネットワークに収容する回線の経路高補集合の例として示す。   Here, the first processing unit 12 uses the k-shortest path algorithm (Non-Patent Document 4) to set k = 3 from the node pairs in Table 2, the delay times in Table 1, and the connection matrix of Expression A. A description will be given of obtaining route candidates up to the third route. Table 4 below shows an example of a link used for each route candidate of each line as an example of a route complement set of lines accommodated in the network.

k-shortest pathアルゴリズムとは、重み付きグラフG、始点s、終点tが与えられたとき、sからtまでのループを含まないパスをコストの小さい順にk本の経路を探索するアルゴリズムである。表2に示すように、回線「1」は、ノード「1」とノード「2」間で通信を行う回線である。   The k-shortest path algorithm is an algorithm that, when given a weighted graph G, a start point s, and an end point t, searches for k paths in a path that does not include a loop from s to t in ascending order of cost. As shown in Table 2, the line “1” is a line for performing communication between the node “1” and the node “2”.

第1処理部12は、ノード「1」とノード「2」との間の経路として、表1で示した各リンクの遅延時間をもとに、3番目までの最短経路の候補「1−1」、「1−2」、「1−3」を探索する。この探索の結果、経路候補「1−1」は、ノード「1」とリンク「1」とノード「2」とを通る経路である。また、経路候補「1−2」は、ノード「1」とリンク「4」とノード「4」とリンク「3」とノード「3」とリンク「2」とノード「2」とを通る経路である。また、経路候補「1−3」は、ノード「1」とリンク「5」とノード「3」とリンク「2」とノード「2」とを通る経路である。
したがって、経路候補「1−1」が利用するリンクの集合は、リンク「1」である。また、経路候補「1−2」が利用するリンクの集合は、リンク「4」とリンク「3」とリンク「2」である。また、経路候補「1−3」が利用するリンクの集合は、リンク「5」とリンク「2」である。
Based on the delay time of each link shown in Table 1, the first processing unit 12 determines the shortest path candidate “1-1” as the path between the node “1” and the node “2”. , "1-2" and "1-3". As a result of this search, the route candidate “1-1” is a route that passes through the node “1”, the link “1”, and the node “2”. The route candidate “1-2” is a route passing through the node “1”, the link “4”, the node “4”, the link “3”, the node “3”, the link “2”, and the node “2”. is there. The route candidate “1-3” is a route that passes through the node “1”, the link “5”, the node “3”, the link “2”, and the node “2”.
Therefore, a set of links used by the route candidate “1-1” is the link “1”. A set of links used by the route candidate “1-2” is the link “4”, the link “3”, and the link “2”. A set of links used by the route candidate “1-3” is the link “5” and the link “2”.

表1に示した各リンクの遅延時間から、経路候補「1−1」の遅延時間は「1」となり、経路候補「1−2」の遅延時間は「5」(=2+1+2)となり、経路候補「1−3」の遅延時間は「5」(=3+2)となり、遅延時間が短い順に若い番号の経路候補として設定される。他回線の経路候補も同様に計算される。   From the delay time of each link shown in Table 1, the delay time of the route candidate “1-1” is “1”, the delay time of the route candidate “1-2” is “5” (= 2 + 1 + 2), and the route candidate is The delay time of “1-3” is “5” (= 3 + 2), and is set as a path candidate with a smaller number in ascending order of delay time. The route candidates for other lines are calculated in the same manner.

次に、本実施例における第1処理部12の第2算出部12bに実装されるステップS2では、上記の入力した、設備に関する情報に基づいて、リンク部に配置する互いに素なインターフェースの組合せの候補の集合をリンク部ごとに算出する。   Next, in step S2 implemented in the second calculation unit 12b of the first processing unit 12 in the present embodiment, based on the input information about the facilities, the combination of disjoint interfaces arranged in the link unit is determined. A set of candidates is calculated for each link.

ネットワーク装置に関する情報である、表3のインターフェースの種類と、トラヒック容量と、設備コスト値とから求めた、(1)インターフェースの組み合わせ候補番号ごとのインターフェースの組合せと、(2)組み合わせに含まれるインターフェース数と、(3)総トラヒック容量(組み合わせに含まれるインターフェースの総容量)と、(4)総コスト値(総設備コスト値(組み合わせに含まれるインターフェースの設備コストの総計))の一例を、収容する部品の構成候補集合の例として、以下の表5に示す。   (1) Interface combinations for each interface combination candidate number, and (2) interfaces included in the combinations, obtained from the interface types, traffic capacities, and equipment cost values in Table 3, which are information on network devices. And an example of (3) total traffic capacity (total capacity of interfaces included in the combination) and (4) total cost value (total equipment cost value (total of equipment costs of interfaces included in the combination)) Table 5 below shows an example of a configuration candidate set of parts to be performed.

表3から、スイッチ筐体部のスロット数は「3」であり、各スロットにはインターフェース「1」か、インターフェース「2」か、インターフェース「3」のいずれかが収容される。また、表5に示すように、インターフェースの組合せの候補「1」は、1つ目のスロットを示すスロット「1」がインターフェース「1」を収容し、2つ目のスロットを示すスロット「2」がいずれのインターフェースも収容せず(「空き」)、3つ目のスロットを示すスロット「3」がいずれのインターフェースも収容しない(「空き」)。
表5に示す、他のインターフェースの組合せの候補も同様に、各スロットにいずれのインターフェースが収容されるかを表す。本インターフェースの組合せの候補の例では、実施例の簡略化のために、最大容量のインターフェース以外は同一のインターフェースを同じスイッチに収容しない、かつ、1つのスロットに複数のインターフェースを収容しない例を用いているが、本発明は、任意のインターフェースの組合せの候補において実現可能である。
From Table 3, the number of slots in the switch housing is “3”, and each slot accommodates one of the interface “1”, the interface “2”, and the interface “3”. Further, as shown in Table 5, in the interface combination candidate “1”, the slot “1” indicating the first slot accommodates the interface “1”, and the slot “2” indicating the second slot. Does not accommodate any interface (“empty”), and slot “3” indicating the third slot does not accommodate any interface (“empty”).
Similarly, other interface combination candidates shown in Table 5 also indicate which interface is accommodated in each slot. In this example of the interface combination candidates, for the sake of simplicity of the embodiment, an example in which the same interface is not accommodated in the same switch except for the interface of the maximum capacity, and a plurality of interfaces are not accommodated in one slot is used. However, the present invention can be implemented in any combination of interface candidates.

次に、第2処理部13における実施例について説明する。
第2処理部13は、本実施例の第1処理部12で求めた候補の集合を、全ての制約条件を満たす複数の候補に制限し、制限した複数の候補から設備コスト値が最小となる最適な候補を導出する。
Next, an example in the second processing unit 13 will be described.
The second processing unit 13 restricts the set of candidates obtained by the first processing unit 12 of the present embodiment to a plurality of candidates satisfying all the constraint conditions, and the equipment cost value is minimized from the plurality of restricted candidates. Derive the best candidate.

第2処理部13に実装されるステップS3において、問題を0−1整数線形計画問題として定式化して、効率的に厳密解を導出するために、以下のように、決定変数や、制約条件や、目的関数値を定める。   In step S3 implemented in the second processing unit 13, in order to formulate the problem as a 0-1 integer linear programming problem and efficiently derive an exact solution, a decision variable, a constraint condition, , An objective function value is determined.

本実施例における、ステップS3において設定する決定変数について説明する。以下の表6に、全ての回線において、各経路の候補が選択されているかどうかを表す変数xを示す。   The determination variables set in step S3 in this embodiment will be described. Table 6 below shows a variable x indicating whether or not each route candidate is selected for all the lines.

各変数は、0か1かいずれかの値になる。変数x1,1が1のとき回線「1」において経路候補「1」が経路として選択され、回線「1」の経路がノード「1」とリンク「1」とノード「2」を通ることを表す。変数x1,1が0のとき回線「1」において経路候補「1」が経路として選択されていないことを表す。他の回線や経路候補も同様に設定する。
各リンクのインターフェースの組合せの候補ごとに設定する変数を以下の表7に示す。
Each variable has a value of either 0 or 1. When the variable x 1,1 is 1, the route candidate “1” is selected as the route on the line “1”, and the route of the line “1” passes through the node “1”, the link “1”, and the node “2”. Represent. When the variable x 1,1 is 0, it indicates that the route candidate “1” is not selected as a route on the line “1”. Other lines and route candidates are set similarly.
Table 7 below shows variables that are set for each of the candidates for the interface combination of each link.

各変数は、0か1かいずれかの値になる。変数y1,1が1のときは、リンク「1」においてインターフェースの組合せの候補「1」が選択され、リンク「1」に接続するノード「1」とノード「2」のスロットにインターフェース「1」が収容されることを表す。変数y1,1が0のときは、リンク「1」においてインターフェースの組合せの候補「1」が選択されていないことを表す。他のリンクやインターフェースの組合せの候補も同様に設定する。 Each variable has a value of either 0 or 1. When the variable y 1,1 is 1, the interface combination candidate “1” is selected at the link “1”, and the interface “1” is inserted into the slots of the nodes “1” and “2” connected to the link “1”. "Means that it is accommodated. When the variable y 1,1 is 0, it indicates that the interface combination candidate “1” has not been selected for the link “1”. Other link and interface combination candidates are similarly set.

次に、本実施例における、ステップS3において設定する、決定変数に関する制約条件と、トラヒック容量に関する制約条件と、遅延時間に関する制約条件と、設備に関する制約条件とについて説明する。   Next, a description will be given of the constraint condition regarding the decision variable, the constraint condition regarding the traffic capacity, the constraint condition regarding the delay time, and the constraint condition regarding the facilities, which are set in step S3 in the present embodiment.

まず、決定変数に関する制約条件について説明する。変数xに関する制約条件について、各回線において、経路候補「1」か経路候補「2」か、もしくは経路候補「3」のいずれか1つの経路候補が必ず選択されることを示す、以下の条件式(1),(2)を設ける。   First, the constraints on the decision variables will be described. The following conditional expression indicating that one of the route candidates “1”, “2”, or “3” is always selected for each line regarding the constraint condition regarding the variable x. (1) and (2) are provided.

ここで、iは回線番号を、jは経路候補番号を示す。   Here, i indicates a line number, and j indicates a route candidate number.

式(1)は、各回線における変数xの値の和が1となることを示す。式(2)は、各回線における変数xの値が1か0のいずれかとなることを示す。例えば、iが1のとき、x1,1+x1,2+x1,3が1になり、x1,1、x1,2およびx1,3は0か1となるため、x1,1、x1,2もしくはx1,3のいずれか1つのみの値が1になり、他の値は0になる。すなわち、各回線においていずれか1つの経路候補が選択されることを表す。
変数xと同様に、変数yについて以下の条件式(3),(4)を設け、これらは、各リンクにおいていずれか1つのインターフェースの組合せの候補が選択されることを表す。
Equation (1) indicates that the sum of the values of the variable x in each line is 1. Equation (2) indicates that the value of the variable x in each line is either 1 or 0. For example, when i is 1, become x 1,1 + x 1,2 + x 1,3 is 1, x 1, 1, x 1, 2 and x 1, 3 since is 0 or 1, x 1, The value of only one of 1 , x 1,2 or x 1,3 becomes 1, and the other values become 0. That is, it indicates that one of the route candidates is selected for each line.
Similarly to the variable x, the following conditional expressions (3) and (4) are provided for the variable y, and these indicate that a candidate for any one interface combination is selected for each link.

ここで、hはリンク番号を示し、lはインターフェースの組合せの候補番号を示す。   Here, h indicates a link number, and l indicates a candidate number of an interface combination.

次に、以下の条件式(5)に、トラヒック量に関する制約条件の式を示す。この式では任意のリンクの総トラヒック量がトラヒック容量を超えないことを示す。   Next, the following conditional expression (5) shows an expression of a constraint condition regarding the traffic volume. This equation indicates that the total traffic volume of any link does not exceed the traffic capacity.

ここで、iは回線番号を、jは経路候補番号を、hはリンク番号を、lはインターフェースの組合せ番号を示す。   Here, i represents a line number, j represents a route candidate number, h represents a link number, and l represents a combination number of an interface.

パラメータcapacitylは、表5の総トラヒック容量の行に示す、第1処理部12で求めたインターフェースの組合せlの総トラヒック容量を表す。パラメータdemandiは、表2のトラヒック需要の行に示す、入力データである回線iのトラヒック需要を表す。パラメータroutei,j,hは、表4の使用リンクの行に示す、第1処理部12で求めた利用リンクの集合の1変数で、回線jの経路候補jがリンクhを利用するかどうかを表す。 The parameter capacity l indicates the total traffic capacity of the interface combination 1 obtained by the first processing unit 12 shown in the row of the total traffic capacity in Table 5. The parameter demand i represents the traffic demand of the line i, which is input data, shown in the traffic demand row of Table 2. The parameter route i, j, h is one variable of the set of used links obtained by the first processing unit 12 shown in the row of used link in Table 4, and indicates whether the route candidate j of the line j uses the link h. Represents

ここで、説明のために、回線「1」において経路候補「1」が選択され、回線「2」において経路候補「1」が選択され、回線「3」において経路候補「1」が選択され、回線「4」において経路候補「2」が選択され、回線「5」において経路候補「2」が選択され、回線「6」において経路候補「2」が選択されているとする。さらに、全リンクにおいてインターフェースの組合せ候補「1」が選択されているとする。なお、以下の制約条件や目的関数値の説明においてもこの選択パターンを用いる。ここでは、変数xは以下の表8のように設定されるとする。   Here, for the sake of explanation, the route candidate “1” is selected on the line “1”, the route candidate “1” is selected on the line “2”, the route candidate “1” is selected on the line “3”, It is assumed that the route candidate “2” is selected on the line “4”, the route candidate “2” is selected on the line “5”, and the route candidate “2” is selected on the line “6”. Further, it is assumed that the interface combination candidate “1” is selected for all the links. This selection pattern is also used in the following description of the constraint conditions and the objective function value. Here, it is assumed that the variable x is set as shown in Table 8 below.

また、変数yは以下の表9、表10のように設定されるとする。   It is assumed that the variable y is set as shown in Tables 9 and 10 below.

まず、任意のリンクの総トラヒック量の求め方を示す。例として、リンク「1」の総トラヒック量を求めるための式を以下に示す。   First, a method for obtaining the total traffic volume of an arbitrary link will be described. As an example, an equation for calculating the total traffic volume of link "1" is shown below.

この式に対しては、変数x(表8)と、パラメータdemand(上記のように表2参照)と、パラメータroute(上記のように表4参照)の値を代入する。例えば、route1,1,1は、回線「1」の経路候補「1」がリンク「1」を利用するかどうかを表すパラメータである。表4から、リンク「1」を利用するため、route1,1,1=1となる。
このように、変数xの値を設定することで、リンクあたりの総トラヒック量を求めることができる。
In this equation, the values of a variable x (Table 8), a parameter demand (see Table 2 as described above), and a parameter route (see Table 4 as described above) are substituted. For example, route 1,1,1 is a parameter indicating whether the route candidate “1” of the line “1” uses the link “1”. From Table 4, since the link “1” is used, route 1,1,1 = 1.
As described above, by setting the value of the variable x, the total traffic amount per link can be obtained.

次に、トラヒック容量の求め方を示す。例として、リンク「1」のトラヒック容量を求めるための式を以下に示す。   Next, a method for obtaining the traffic capacity will be described. As an example, an equation for determining the traffic capacity of link "1" is shown below.

この式において、変数y(表9、表10参照)と、パラメータcapacityの値(上記のように表5参照)を代入する。このように、変数yの値を設定することで、リンクあたりのトラヒック容量を求めることができる。   In this equation, the variable y (see Tables 9 and 10) and the value of the parameter capacity (see Table 5 as described above) are substituted. In this way, by setting the value of the variable y, the traffic capacity per link can be obtained.

次に、以下の条件式(6)に、遅延時間に関する制約条件の式を示す。任意の回線において、遅延時間が上限値を超えないことを示す。   Next, the following conditional expression (6) shows an expression of a constraint condition regarding the delay time. Indicates that the delay time does not exceed the upper limit value for an arbitrary line.

ここで、iは回線番号を、jは経路候補番号を、hはリンク番号を、lはインターフェースの組合せ番号を示す。パラメータlatencyhは、表1の遅延時間の行に示す、入力データであるリンクhの遅延時間を表す。パラメータlimitiは、表2の上限値の行に示す、入力データである回線iの遅延時間の上限値を表す。ここで、変数xは表8に示した値を用い、変数yは表9、表10に示した値を用いる。 Here, i represents a line number, j represents a route candidate number, h represents a link number, and l represents a combination number of an interface. The parameter "latency h" represents the delay time of the link h, which is input data, shown in the delay time row of Table 1. The parameter limit i represents the upper limit of the delay time of the line i, which is input data, shown in the upper limit row of Table 2. Here, the variable x uses the values shown in Table 8, and the variable y uses the values shown in Tables 9 and 10.

任意の回線の遅延時間の求め方を示す。例として、回線「1」の遅延時間を求めるための式を以下に示す。   This section shows how to calculate the delay time of an arbitrary line. As an example, an equation for calculating the delay time of the line “1” is shown below.

この式において、変数x(上記のように表8参照)と、パラメータrouteの値(表4参照)と、パラメータlatencyの値(上記のように表1参照)とを代入する。   In this equation, the variable x (see Table 8 as described above), the value of the parameter route (see Table 4), and the value of the parameter latency (see Table 1 as described above) are substituted.

次に、以下の条件式(7)に、設備に関する制約条件の式を示す。
この式は、任意のノードにおいて、ネットワーク装置内のインターフェース数が収容インターフェース数の上限値を超えないことを示す。本実施例では、収容インターフェース数の上限値を3と設定した。すなわち、ネットワーク装置あたり3スロットを備えている。
Next, the following conditional expression (7) shows the expression of the constraint condition regarding the equipment.
This expression indicates that, in an arbitrary node, the number of interfaces in the network device does not exceed the upper limit of the number of accommodated interfaces. In this embodiment, the upper limit of the number of accommodated interfaces is set to 3. That is, three slots are provided per network device.

ここで、iは回線番号を、jは経路候補番号を、hはリンク番号を、lはインターフェースの組合せ番号を、mはノード番号を示す。パラメータpartlは、表5のインターフェース数の行に示す、第1処理部12で求めたインターフェースの組合せlにおける収容インターフェース数を表す。パラメータh,mは、式(A)の接続行列Mの転置行列の(h,m)成分である。ここで、変数xは表8を用い、変数yは、表9、表10を用いる。 Here, i is a line number, j is a route candidate number, h is a link number, l is a combination number of an interface, and m is a node number. The parameter part l indicates the number of accommodated interfaces in the interface combination l obtained by the first processing unit 12 shown in the row of the number of interfaces in Table 5. The parameter t M h, m is the (h, m) component of the transpose of the connection matrix M in equation (A). Here, the variable x uses Table 8, and the variable y uses Tables 9 and 10.

任意のノードのネットワーク装置内の収容インターフェース数の求め方を示す。例として、ノード「1」の収容インターフェース数を求めるための式を以下に示す。   A method for obtaining the number of interfaces accommodated in a network device of an arbitrary node will be described. As an example, an expression for obtaining the number of accommodated interfaces of the node “1” is shown below.

この式に対しては、および式(A)の接続行列Mから、変数y(表9、表10参照)と、パラメータM(つまりh,m)と、パラメータpartの値(上記のように表5参照)とを代入する。 For this equation, and from the connection matrix M of equation (A), the variable y (see Tables 9 and 10), the parameter M (that is, t M h, m ), and the value of the parameter part (as described above) Into Table 5).

次に、以下の式(8)に、総設備コスト値を求める式を示す。   Next, the following equation (8) shows an equation for calculating the total equipment cost value.

ここで、hはリンク番号を、lはインターフェースの組合せ番号を、mはノード番号を示す。パラメータcostlは、表5の総コスト値の行に示す、第1処理部12で求めたインターフェースの組合せに含まれる全インターフェースにおける設備コストの合計値を表す。 Here, h indicates a link number, 1 indicates a combination number of an interface, and m indicates a node number. Parameters cost l is shown in the line of the total cost values of Table 5, representing the total value of the equipment cost in all interfaces included in the combination of the interface obtained in the first processing unit 12.

ここで、上記のように変数xは表8を用い、変数yは表9、表10を用いる。
ネットワーク全体における総設備コスト値を求めるための式を以下に示す。
Here, as described above, the variable x uses Table 8, and the variable y uses Table 9 and Table 10.
The formula for calculating the total equipment cost value in the entire network is shown below.

この式に対しては、表9、表10、表5、および式(A)の接続行列Mから、変数y(表9、表10参照)と、パラメータM(つまりh,m)と、パラメータcostの値(表5参照)とを代入する。 For this equation, a variable y (see Tables 9 and 10), a parameter M (that is, t Mh, m ) and a connection matrix M of Tables 9, 10, and 5 and Equation (A) are used. , And the value of the parameter cost (see Table 5).

以上、上記決定変数と、制約条件と、目的関数とを用いて、0−1整数線形計画問題を解く。ここでは、既知のアルゴリズムであって0−1整数計画問題に有効である、LP緩和法と分枝限定法を適用し、厳密解を求める。   As described above, the 0-1 integer linear programming problem is solved using the above decision variables, constraints, and objective functions. Here, an exact solution is obtained by applying the LP relaxation method and the branch and bound method, which are known algorithms and are effective for the 0-1 integer programming problem.

最後に、出力部14における実施例について説明する。ここでは、上記変数と上記パラメータとで表した0−1整数計画問題を解いて求めた厳密解(最適なネットワーク構成)を示す。   Finally, an example of the output unit 14 will be described. Here, an exact solution (optimum network configuration) obtained by solving the 0-1 integer programming problem represented by the above variables and the above parameters is shown.

以下の表11に、変数xの最適解を示す。   Table 11 below shows the optimal solution of the variable x.

また、以下の表12、表13に、変数yの最適解を示す。   Tables 12 and 13 below show optimal solutions of the variable y.

図8に、この最適解のように回線を経路に収容し、インターフェースを収容した場合のネットワークの一例を示す。
この例では、表11から、回線「1」と回線「2」と回線「4」と回線「5」がリンク「1」を利用する。また、回線「2」と回線「3」と回線「5」と回線「6」がリンク「2」を利用する。
FIG. 8 shows an example of a network in which a line is accommodated in a path and an interface is accommodated as in this optimal solution.
In this example, from Table 11, line “1”, line “2”, line “4”, and line “5” use link “1”. Further, the line “2”, the line “3”, the line “5”, and the line “6” use the link “2”.

また、表12、13から、リンク「1」がインターフェース「1」を利用する。また、リンク「2」がインターフェース「1」を利用する。ノード「1」とリンク「1」の接続部にインターフェース「1」が、ノード「2」とリンク「1」の接続部にインターフェース「1」が、ノード「2」とリンク「2」の接続部にインターフェース「1」が、ノード「3」とリンク「2」の接続部にインターフェース「1」がそれぞれ収容される。すなわち、表3から、インターフェース「1」が合計4つであるため、総設備コスト値は3.62×4=14.48となる。   Further, from Tables 12 and 13, the link “1” uses the interface “1”. The link “2” uses the interface “1”. Interface “1” at the connection between node “1” and link “1”, interface “1” at the connection between node “2” and link “1”, and connection between node “2” and link “2” The interface “1” is accommodated in the connection part of the node “3” and the link “2”, respectively. That is, from Table 3, since there are four interfaces “1” in total, the total equipment cost value is 3.62 × 4 = 14.48.

次に、各種の制約条件を満たすか確認する。
まず、トラヒック容量の制約条件について説明する。表2から、回線「1」と回線「2」と回線「4」および回線「5」のトラヒック需要はそれぞれ「1」であるため、リンク「1」の総トラヒック量は「4」である。また、リンク「1」のトラヒック容量は「10」である。同様に、回線「2」と回線「5」のトラヒック需要は「1」であり、回線「3」と回線「6」のトラヒック需要は「2」であるため、リンク「2」の総トラヒック量は「6」である。リンク「2」のトラヒック容量は「10」である。従って、全リンクにおいて、総トラヒック量がトラヒック容量以下であり、トラヒック容量の制約条件を満たす。
Next, it is confirmed whether various constraints are satisfied.
First, the constraints on the traffic capacity will be described. From Table 2, since the traffic demands of the line “1”, the line “2”, the line “4”, and the line “5” are each “1”, the total traffic volume of the link “1” is “4”. The traffic capacity of the link “1” is “10”. Similarly, since the traffic demand of the line “2” and the line “5” is “1” and the traffic demand of the line “3” and the line “6” is “2”, the total traffic volume of the link “2” Is "6". The traffic capacity of the link “2” is “10”. Therefore, in all the links, the total traffic volume is equal to or less than the traffic capacity, and satisfies the traffic capacity constraint.

次に、遅延時間に関する制約条件について説明する。表2から、回線「1」〜回線「3」の上限値は「3」であり、回線「4」〜回線「6」の上限値は「5」である。表1から、リンク「1」の遅延時間は「1」であり、リンク「2」の遅延時間は「2」である。リンク「1」の遅延時間とリンク「2」の遅延時間との和は「3」である。従って、全ての回線において、遅延時間は3以下であり、遅延時間に関する制約条件を満たす。   Next, a constraint condition regarding the delay time will be described. From Table 2, the upper limit of the line “1” to the line “3” is “3”, and the upper limit of the line “4” to the line “6” is “5”. From Table 1, the delay time of the link “1” is “1”, and the delay time of the link “2” is “2”. The sum of the delay time of link “1” and the delay time of link “2” is “3”. Therefore, the delay time is 3 or less in all the lines, and satisfies the constraint on the delay time.

最後に、設備に関する制約条件について説明する。ノード「1」はインターフェース「1」が1つであるためスロット「1−1」を利用し、ノード「2」はインターフェース「1」が2つであるため、スロット「2−1」とスロット「2−2」を利用し、ノード「3」はインターフェース「1」が1つであるためスロット「3−1」を利用する。従って、全ノードにおいて、利用スロット数は3以下であり、設備に関する制約条件を満たす。   Lastly, a description will be given of constraints on equipment. Node “1” uses slot “1-1” because it has one interface “1”, and node “2” uses slot “2-1” and slot “1” because it has two interfaces “1”. 2-2 ", and the node" 3 "uses the slot" 3-1 "since there is one interface" 1 ". Therefore, in all nodes, the number of used slots is 3 or less, which satisfies the constraint on equipment.

以上から、出力部14が出力する出力情報について説明する。この出力情報は、(1)回線ごとの経路を求めた結果、(2)ネットワーク装置内の全てのリンク部にインターフェースが1つも設置されないネットワーク装置をノードに配置しない条件で、ネットワーク装置を配置するノードを求めた結果、(3)ネットワーク装置内のリンク部に配置するインターフェースをリンク部ごとに求めた結果である。   The output information output from the output unit 14 will be described above. This output information is obtained by (1) obtaining a route for each line, and (2) arranging a network device under the condition that a network device having no interface installed in all link units in the network device is not arranged in a node. As a result of obtaining the node, (3) the result of obtaining the interface to be arranged in the link unit in the network device for each link unit.

上記の、回線ごとの経路を求めた結果は、回線「1」と回線「4」の利用リンクがリンク「1」であり、回線「2」と回線「5」の利用リンクがリンク「1」とリンク「2」であり、回線「3」と回線「6」の利用リンクがリンク「2」である、ということを示す。   As a result of obtaining the route for each line, the link used for the line “1” and the line “4” is the link “1”, and the link used for the line “2” and the line “5” is the link “1” And the link "2", and the link used by the line "3" and the line "6" is the link "2".

また、上記のネットワーク装置を配置するノードを求めた結果は、ノード「1」とノード「2」とノード「3」にネットワーク装置を配置することを示す。   In addition, the result of obtaining the node in which the network device is arranged indicates that the network device is arranged in the node “1”, the node “2”, and the node “3”.

また、ネットワーク装置内のリンク部に配置するインターフェースをリンク部ごとに求めた結果(各ネットワーク装置のリンク部に含まれるインターフェース情報)は、ノード「1」のネットワーク装置が1つのリンク部にインターフェース「1」を1つ配置し、ノード「2」のネットワーク装置が2つのリンク部にインターフェース「1」をそれぞれ1つずつ配置し、ノード「3」のネットワーク装置が1つのリンク部にインターフェース「1」を1つ配置することを示す。   In addition, the result of obtaining the interface to be arranged in the link unit in the network device for each link unit (the interface information included in the link unit of each network device) indicates that the network device of the node “1” has the interface “ 1 is arranged, the network device of the node "2" is arranged with one interface "1" at each of two link units, and the network device of the node "3" is arranged with the interface "1" at one link unit. Is arranged.

以上のように、本発明では、任意のノードやリンクの配置、収容回線、および、ネットワーク設備において、最適なネットワーク構成を設計することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to design an optimal network configuration in the arrangement of arbitrary nodes and links, accommodation lines, and network facilities.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified in an implementation stage without departing from the gist of the invention. In addition, the embodiments may be appropriately combined and implemented, and in that case, the combined effects can be obtained. Further, the above-described embodiment includes various inventions, and various inventions can be extracted by combinations selected from a plurality of disclosed constituent features. For example, even if some components are deleted from all the components shown in the embodiment, if the problem can be solved and an effect can be obtained, a configuration from which the components are deleted can be extracted as an invention.

また、各実施形態に記載した手法は、計算機(コンピュータ)に実行させることができるプログラム(ソフトウエア手段)として、例えば磁気ディスク(フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク等)、光ディスク(CD−ROM、DVD、MO等)、半導体メモリ(ROM、RAM、フラッシュメモリ等)等の記録媒体に格納し、また通信媒体により伝送して頒布することもできる。なお、媒体側に格納されるプログラムには、計算機に実行させるソフトウエア手段(実行プログラムのみならずテーブルやデータ構造も含む)を計算機内に構成させる設定プログラムをも含む。本装置を実現する計算機は、記録媒体に記録されたプログラムを読み込み、また場合により設定プログラムによりソフトウエア手段を構築し、このソフトウエア手段によって動作が制御されることにより上述した処理を実行する。なお、本明細書でいう記録媒体は、頒布用に限らず、計算機内部あるいはネットワークを介して接続される機器に設けられた磁気ディスクや半導体メモリ等の記憶媒体を含むものである。   In addition, the method described in each embodiment can be executed by a computer (computer) as a program (software means) such as a magnetic disk (floppy (registered trademark) disk, hard disk, or the like), an optical disk (CD-ROM, It can be stored in a recording medium such as a DVD, MO, or a semiconductor memory (ROM, RAM, flash memory, etc.), and can also be transmitted and distributed via a communication medium. The programs stored in the medium include a setting program for causing the computer to execute software means (including not only the execution program but also tables and data structures) to be executed by the computer. A computer that implements the present apparatus reads a program recorded on a recording medium, and in some cases, constructs software means using a setting program, and executes the above-described processing by controlling the operation of the software means. The recording medium referred to in this specification is not limited to a medium for distribution, but includes a storage medium such as a magnetic disk or a semiconductor memory provided in a computer or a device connected via a network.

本発明は情報通信産業に適用することができる。   The present invention can be applied to the information and communication industry.

10…ネットワーク設計装置、11…入力部、12…第1処理部、12a…第1算出部、12b…第2算出部、13…第2処理部、13a…算出部、14…出力部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Network design apparatus, 11 ... Input part, 12 ... First processing part, 12a ... First calculation part, 12b ... Second calculation part, 13 ... Second processing part, 13a ... Calculation part, 14 ... Output part.

Claims (5)

複数のノードと、前記ノードに配置するネットワーク装置との間を接続する複数のリンク部で構成されるネットワークにおいて、(1)全ての回線がそれぞれ収容される経路と、(2)全てのノードにそれぞれ配置するネットワーク装置の有無と、(3)全ての前記ネットワーク装置内の全ての前記リンク部にそれぞれ設置されるインターフェースの種類と、を決定するネットワーク設計装置であって、
(1)前記ノード間の接続状態に関する情報と、(2)前記ネットワークに収容される複数の回線に関する情報と、(3)前記ノードに配置されるネットワーク装置およびリンク部の設備に関する情報と、を入力する入力部と、
前記入力部による入力情報に基づいて、前記回線を収容する、互いに素な経路の候補と、前記候補が利用するリンク部の集合とを算出する第1算出部、および、(1)前記リンク部を構成する、互いに素なインターフェースの組合せの候補と、(2)前記組合せに含まれるインターフェースの数と、(3)前記組合せに含まれるインターフェースの総容量と、(4)前記組合せに含まれるインターフェースの総設備コスト値の集合と、を算出する第2算出部、を有する第1処理部と、
(1)前記入力情報と、(2)前記第1算出部で求めた経路および前記第2算出部で求めた前記インターフェースとの組合せの候補と、に基づいて、前記回線がネットワークから要求される制約条件を満たすような、前記経路と前記インターフェースとの組合せの候補の集合を求め、当該求めた候補の集合において、ネットワーク全体における総設備コスト値が最小となるような、最適な経路とインターフェースとの組合せの候補を導出する第2処理部と
を備えるネットワーク設計装置。
In a network composed of a plurality of nodes and a plurality of link units connecting between network devices disposed in the nodes, (1) a path in which all lines are accommodated, and (2) a path in which all nodes are accommodated. A network design device for determining the presence / absence of network devices to be arranged, and (3) types of interfaces respectively installed in all the link units in all the network devices,
(1) information about a connection state between the nodes, (2) information about a plurality of lines accommodated in the network, and (3) information about network devices and link unit facilities arranged in the nodes. An input unit for inputting,
A first calculation unit that calculates candidates for disjoint routes accommodating the line and a set of link units used by the candidates based on input information from the input unit; and (1) the link unit And (2) the number of interfaces included in the combination, (3) the total capacity of the interfaces included in the combination, and (4) the interfaces included in the combination. A first processing unit having a second calculating unit that calculates a set of total equipment cost values of
The line is requested from the network based on (1) the input information and (2) a combination candidate of the route obtained by the first calculation unit and the interface obtained by the second calculation unit. A set of candidates for the combination of the route and the interface that satisfies the constraint conditions is obtained, and in the obtained set of candidates, the optimal route and interface are set such that the total equipment cost value in the entire network is minimized. And a second processing unit that derives a combination candidate.
前記第2処理部で求めた候補に基づいて、(1)前記回線ごとの経路を求め、(2)前記ネットワーク装置内の全てのリンク部に前記インターフェースが1つも設置されないネットワーク装置を前記ノードに配置しない条件で、前記ネットワーク装置を配置するノードを求め、(3)前記ネットワーク装置内のリンク部に配置するインターフェースを前記リンク部ごとに求め、前記求めた結果を出力する出力部をさらに備える
請求項1に記載のネットワーク設計装置。
On the basis of the candidates obtained by the second processing unit, (1) a route for each line is obtained, and (2) a network device in which none of the interfaces is installed in all link units in the network device is assigned to the node. A node for arranging the network device under the condition that the network device is not arranged; and (3) an output unit for obtaining an interface to be arranged in a link unit in the network device for each of the link units, and outputting the obtained result. Item 2. The network design apparatus according to item 1.
請求項1に記載のネットワークにおいて、(1)全ての回線がそれぞれ収容される経路と、(2)全ての前記ノードにそれぞれ配置されるネットワーク装置の有無と、全ての前記ネットワーク装置内の全ての前記リンク部にそれぞれ設置されるインターフェースの種類と、を決定するネットワーク設計方法であって、
前記入力情報に基づいて、k-shortest pathアルゴリズムを用いることで、前記回線を収容する、互いに素な経路の候補の集合を算出し、
全ての前記インターフェースの組合せを列挙することで、前記リンク部を構成する、互いに素なインターフェースの組合せの候補の集合を算出し、
前記入力情報、前記算出した経路の候補の集合、および、前記算出した、前記インターフェースの組合せの候補の集合に基づいて、前記回線がネットワークから要求される制約条件を満たすような、経路とインターフェースの組合せの候補集合を求め、この候補の集合において、最適化問題として解き、最適解である、最適な経路とインターフェースの組合せを求めることで、ネットワーク全体における設備コスト値が最小となるような、経路とインターフェースの組合せの候補を導出する
ネットワーク設計方法。
2. The network according to claim 1, wherein (1) a route in which all lines are accommodated, (2) presence / absence of a network device arranged in each of the nodes, and all routes in all of the network devices. 3. A network design method for determining a type of an interface installed in each of the link units,
Based on the input information, by using the k-shortest path algorithm, to accommodate the line, to calculate a set of disjoint path candidates,
By enumerating the combinations of all the interfaces, a set of candidates for combinations of disjoint interfaces constituting the link portion is calculated,
Based on the input information, the calculated set of route candidates, and the calculated set of interface combination candidates, such that the line satisfies the constraints required by the network, A candidate set of combinations is determined, and the set of candidates is solved as an optimization problem, and an optimal solution, that is, a combination of an optimal path and an interface is determined, so that the equipment cost value in the entire network is minimized. A network design method for deriving candidates for combinations of interfaces and interfaces.
前記最適化問題は、0−1線形計画問題に定式化される問題である
請求項3に記載のネットワーク設計方法。
The network design method according to claim 3, wherein the optimization problem is a problem formulated as a 0-1 linear programming problem.
請求項1または請求項2に記載のネットワーク設計装置の一部分として動作するコンピュータに用いられるプログラムであって、
前記コンピュータを、
前記入力部、前記第1処理部および前記第2処理部
として機能させるためのネットワーク設計処理プログラム。
A program used in a computer that operates as a part of the network design device according to claim 1 or 2,
Said computer,
A network design processing program for functioning as the input unit, the first processing unit, and the second processing unit.
JP2017030285A 2017-02-21 2017-02-21 Network design apparatus, network design method, and network design processing program Active JP6637911B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017030285A JP6637911B2 (en) 2017-02-21 2017-02-21 Network design apparatus, network design method, and network design processing program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017030285A JP6637911B2 (en) 2017-02-21 2017-02-21 Network design apparatus, network design method, and network design processing program

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018137585A JP2018137585A (en) 2018-08-30
JP6637911B2 true JP6637911B2 (en) 2020-01-29

Family

ID=63365822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017030285A Active JP6637911B2 (en) 2017-02-21 2017-02-21 Network design apparatus, network design method, and network design processing program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6637911B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102521540B1 (en) * 2020-08-13 2023-04-12 주식회사 케이티 System and method for automatically calculating the investment cost of transport network
CN114580125B (en) * 2022-03-09 2024-05-28 重庆邮电大学 Dynamic real-time topology implementation method for power distribution network based on marginal electricity price

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4398263B2 (en) * 2004-01-13 2010-01-13 富士通株式会社 Route design method
JP4806466B2 (en) * 2007-08-22 2011-11-02 日本電信電話株式会社 Path management control method, path management control program, path management control apparatus, and path management control system
JP4966918B2 (en) * 2008-06-04 2012-07-04 日本電信電話株式会社 Network design apparatus, network design method, and network design system
JP5811805B2 (en) * 2011-11-24 2015-11-11 富士通株式会社 Network design equipment

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018137585A (en) 2018-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9172614B2 (en) Network capacity management system and method
EP2483850A2 (en) Apparatus and method for determining optimum paths in a multi-layer network using a routing engine
US9722912B2 (en) Network stochastic cross-layer optimization for meeting traffic flow availability target at minimum cost
JP6637911B2 (en) Network design apparatus, network design method, and network design processing program
JP5271817B2 (en) Route search method, apparatus and program
Schütz A k-cover model for reliability-aware controller placement in software-defined networks
JP2007336021A (en) Network topology design method and network topology design apparatus
JP4279291B2 (en) Network topology design device
JP2005260729A (en) Band guaranteed optical vpn path design system, method and program
CN108390780B (en) Method and apparatus for processing information
JP6854252B2 (en) Network design equipment, network design method and network design processing program
JP5595342B2 (en) Multiple path search method and apparatus
JP6854251B2 (en) Network design equipment, network design method and network design processing program
JP6846373B2 (en) Network design equipment, network design method and network design processing program
JP6854253B2 (en) Network design equipment, network design method and network design processing program
JP6854254B2 (en) Network design equipment, network design method and network design processing program
JP4700662B2 (en) Rerouting method, rerouting program and routing device
JP6745249B2 (en) Network design device, network design method, and network design processing program
Varvarigos et al. Algorithmic aspects of optical network design
Olinick et al. Incremental demand rerouting: optimization models and algorithms
JP5419740B2 (en) Pass accommodation design method
JP2013098647A (en) Routing method in multicast communication
JP2004312443A (en) Optical path design method, implementing device thereof, processing program therefor, and recording medium
JP2018022957A (en) Path arrangement device, path arrangement method and program
JP2004364103A (en) Protection system-mixed network designing device, method, program, and recording medium

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190219

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191115

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191217

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191223

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6637911

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150