JP6721921B2 - 設備設計装置、設備設計方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
ネットワーク構成情報、設備費用情報、及びトラヒック需要を入力する入力手段と、
前記ネットワーク構成情報、前記設備費用情報、及び前記トラヒック需要に基づいて、制約条件の下で、ネットワークの設備費用を最小にする最適化問題を解くことにより、前記設備資源の設定変更を行う設定変更時間として、予め定めた個数の設定変更時間を算出する計算手段と、を備え、
前記計算手段は、追加することで設備費用を削減する効果が最も高い設定変更時間を、1つずつ決定し、追加する
ことを特徴とする設備設計装置が提供される。
既に説明したように、時間に渡る要求資源量の変化を基に割当を変更して物理装置の数量(あるいは設備費用)を少なくする場合においても、運用の複雑さを招くという理由やシステム動作を不安定にするという理由で頻繁な変更は望ましくない。そのため、本実施の形態では、システム全体で共通的に割当を変更する時間を決定し、それに基づき運用を行う。
<全体構成>
図3に本実施の形態におけるシステム構成図を示す。図3に示すように、本実施の形態に係るシステムは、設備設計装置100、経路設定スケジューラ40、制御設定装置50、転送装置(ノード)10、トラヒック収集装置20、トラヒック分析装置30を含む。
図5に、設備設計装置100の機能構成図を示す。図5に示すように、設備設計装置100は、入力部110、設備設計計算部120、データ記憶部130、出力部140を有する。入力部110から入力データが入力され、入力データはデータ記憶部130に格納される。設備設計計算部120は、データ記憶部130からデータを読み出し、後述する最適化問題の解の計算を含む計算を行って、計算結果をデータ記憶部130に格納する。出力部140は、データ記憶部130に格納されている計算結果を出力データとして出力する。
次に、設備設計装置100が実行する処理の内容を説明する。前述したように、本実施の形態の設備設計装置100は、順次1つずつ変更時間を決定し追加していくという方法で、設備費用削減効果が最も高い時間を順次決定する。この方法は、設定変更時間の全組み合わせパターンにおける最適解を求める方法ではなく、貪欲法としてのアプローチに基づく近似計算である。なお、物理装置として、Physical MachineとPhysical Networkの両方を割当の対象としてもよいし、そのどちらかのみを割当の対象としてもよい。
問題定義における表記は以下のとおりである。
・E:リンク集合, N:ノード集合, K:デマンド集合, Nn:nの隣接ノード集合
・O(k),D(k):それぞれデマンドkの起点・終点ノード
パラメータは以下のとおりである。
・dk t:デマンドkの時間tでのトラヒック量
・T:時間の数。t∈[1,T]
・M:設定変更回数(所与)
変数は以下のとおりである。
・xe k,m:[zm,zm+1−1]に属する時間(時間順でm番目の設定変更後の設定を適用する時間)において、デマンドkに対してリンクeを流れるフローの割合
・zm:時間順に並べてm番目の設定変更を行う時間。z0=1≦z1<…<zm−1<zm<…<zM<zM+1=T+1
なお、最適化問題の解として、変数の値が求められる。
本実施の形態における最適化問題は、図7に示すように定式化される。図7に示すように、式1を目的関数とし、式2、式3、式4を制約条件とする。
本実施の形態では、サブ問題(P(h,Zh−1,Z*))の解を求めることで、上述した問題の解を求めている。P(h,Zh−1,Z*)は、h番目の設定変更時間を決定する問題である。より具体的には、(h−1)箇所の設定変更時間が既に決定されているとして、次に、設定変更による設備費用削減の効果が最も高い時間を選択する問題である。
・Zh−1={^z1,...,^zh−1}:既に決定されている設定変更を行う時間の集合
・Z*⊂[2,T]:新たに追加する設定変更時間の選択可能な候補を示す集合
新たに定義する変数は以下のとおりである。
・z:新たに追加する設定変更を行う時間
P(h,Zh−1,Z*))は図8に示すように定式化される。図8に示すように、式5を目的関数とし、式6〜式10を制約条件とする。
図9は、上記の問題定義に基づき、設備設計装置100(具体的には設備設計計算部120)が実行する処理フローを示す。ステップS201において、設備設計装置100は、h:=1,Zh−1:=φ,Z*=[1,T]とすることでパラメータを初期化する。ステップS202において、設備設計装置100は、P(h,Zh−1,Z*)を解き、解として得られるzの値を^zとする。
次に、変形例を説明する。変形例におけるシステム構成、装置構成、処理手順は基本的にこれまでに説明した例と同じである。以下、これまでに説明した例とは異なる点を説明する。これまでに説明した例は、追加することで設備費用を削減する効果が最も高い変更時間を、順次1つずつ決定し追加していくという方法である。
本実施の形態で説明した技術は、最適な設定変更時間の組み合せを見出すものではないが、この技術により、有望な設定変更時間の組み合せを、比較的短時間の計算時間で導出することができる。図11に評価結果を示す。
・10ノード、20リンクのネットワーク(ワッツ・ストロガッツモデルに基づくネットワーク)
−評価トラヒック(需要は特記しない限り、全ノード間で発生)
・毎時24時間を想定した24個のトラヒックデータ
・1.「時系列トラヒック」(隣接時間にて相関性有)(図11(a))
・2.乱数による24時間変動の「疑似トラヒック」(時系列性未考慮)(図11(b))
−経路の特性
・splittable−flow
−問題設定
・毎時24時間を想定した24個のサンプルトラヒックデータを与える
比較手法は以下のとおりである。
−等分法[比較法]:時間帯を4等分(1−6,7−12,13−18,19−24)
−参考
・非適応型:時間帯での設定変更はしない
・全体最適:設定変更時間の全体最適値(全組合せに対する割当て結果を比較して求解)
評価尺度は以下のとおりである。
−計算時間
(実施の形態のまとめ)
以上、説明したとおり、本実施の形態により、トラヒック需要に対してネットワークの設備資源を割り当てる設備設計装置であって、
ネットワーク構成情報、設備費用情報、及びトラヒック需要を入力する入力手段と、
前記ネットワーク構成情報、前記設備費用情報、及び前記トラヒック需要に基づいて、制約条件の下で、ネットワークの設備費用を最小にする最適化問題を解くことにより、前記設備資源の設定変更を行う設定変更時間として、予め定めた個数の設定変更時間を算出する計算手段と、を備え、
前記計算手段は、追加することで設備費用を削減する効果が最も高い設定変更時間を、1つずつ決定し、追加する
ことを特徴とする設備設計装置が提供される。
ネットワーク構成情報、設備費用情報、及びトラヒック需要を入力する入力手段と、
前記ネットワーク構成情報、前記設備費用情報、及び前記トラヒック需要に基づいて、制約条件の下で、ネットワークの設備費用を最小にする最適化問題を解くことにより、前記設備資源の設定変更を実施しない非設定変更時間として、予め定めた個数の非設定変更時間を算出する計算手段と、を備え、
前記計算手段は、予め定めた各時間において設定変更を実施するという状態から始めて、設定変更を実施しないことによる設備費用の増加が最小となる非設定変更時間を、1つずつ決定し、追加することを特徴とする設備設計装置が提供される。
20 トラヒック収集装置
30 トラヒック分析装置
40 経路設定スケジューラ
50 制御設定装置
100 設備設計装置
110 入力部
120 設備設計計算部
130 データ記憶部
140 出力部
300 ドライブ装置
301 記録媒体
302 補助記憶装置
303 メモリ装置
304 CPU
305 インタフェース装置
306 表示装置
307 出力装置
Claims (8)
- トラヒック需要に対してネットワークの設備資源を割り当てる設備設計装置であって、
ネットワーク構成情報、設備費用情報、及びトラヒック需要を入力する入力手段と、
前記ネットワーク構成情報、前記設備費用情報、及び前記トラヒック需要に基づいて、制約条件の下で、ネットワークの設備費用を最小にする最適化問題を解くことにより、前記設備資源の設定変更を行う設定変更時間として、予め定めた個数の設定変更時間を算出する計算手段と、を備え、
前記計算手段は、追加することで設備費用を削減する効果が最も高い設定変更時間を、1つずつ決定し、追加する
ことを特徴とする設備設計装置。 - 前記計算手段は、順次追加していく設定変更時間の計算の過程において、既に決定している設定変更時間の前後予め定めた時間を除いた範囲で設備費用を削減する効果が最も高い設定変更時間を決定する
ことを特徴とする請求項1に記載の設備設計装置。 - 前記計算手段は、設定変更時間を新たに追加する時点において、各設定変更時間候補の設備費用の削減効果を評価し、この効果が予め指定した値以下であった場合に、該当する設定変更時間候補を設定変更時間候補の集合から取り除く
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の設備設計装置。 - トラヒック需要に対してネットワークの設備資源を割り当てる設備設計装置であって、
ネットワーク構成情報、設備費用情報、及びトラヒック需要を入力する入力手段と、
前記ネットワーク構成情報、前記設備費用情報、及び前記トラヒック需要に基づいて、制約条件の下で、ネットワークの設備費用を最小にする最適化問題を解くことにより、前記設備資源の設定変更を実施しない非設定変更時間として、予め定めた個数の非設定変更時間を算出する計算手段と、を備え、
前記計算手段は、予め定めた各時間において設定変更を実施するという状態から始めて、設定変更を実施しないことによる設備費用の増加が最小となる非設定変更時間を、1つずつ決定し、追加する
ことを特徴とする設備設計装置。 - 前記計算手段は、非設定変更時間を新たに追加する時点において、各非設定変更時間候補の設備費用の増加の効果を評価し、この効果が予め指定した値以下であった場合に、当該非設定変更時間候補も非設定変更時間として追加する
ことを特徴とする請求項4に記載の設備設計装置。 - トラヒック需要に対してネットワークの設備資源を割り当てる設備設計装置が実行する設備設計方法であって、
ネットワーク構成情報、設備費用情報、及びトラヒック需要を入力する入力ステップと、
前記ネットワーク構成情報、前記設備費用情報、及び前記トラヒック需要に基づいて、制約条件の下で、ネットワークの設備費用を最小にする最適化問題を解くことにより、前記設備資源の設定変更を行う設定変更時間として、予め定めた個数の設定変更時間を算出する計算ステップと、を備え、
前記計算ステップにおいて、前記設備設計装置は、追加することで設備費用を削減する効果が最も高い設定変更時間を、1つずつ決定し、追加する
ことを特徴とする設備設計方法。 - トラヒック需要に対してネットワークの設備資源を割り当てる設備設計装置が実行する設備設計方法であって、
ネットワーク構成情報、設備費用情報、及びトラヒック需要を入力する入力ステップと、
前記ネットワーク構成情報、前記設備費用情報、及び前記トラヒック需要に基づいて、制約条件の下で、ネットワークの設備費用を最小にする最適化問題を解くことにより、前記設備資源の設定変更を実施しない非設定変更時間として、予め定めた個数の非設定変更時間を算出する計算ステップと、を備え、
前記計算ステップにおいて、前記設備設計装置は、予め定めた各時間において設定変更を実施するという状態から始めて、設定変更を実施しないことによる設備費用の増加が最小となる非設定変更時間を、1つずつ決定し、追加する
ことを特徴とする設備設計方法。 - コンピュータを、請求項1ないし5のうちいずれか1項に記載の設備設計装置における各手段として機能させるためのプログラム。
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