JP6745249B2 - 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 - Google Patents

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。

（業界の動向）
ネットワークサービスの多様化に伴って、サービス数の増加や、サービスがネットワークに求める要求条件（例えば遅延時間の制約値）の多様化が進んでいる。
ネットワークに収容できるサービス数の増加要求に応えるために、通信キャリアは、ネットワークの経済性向上に取り組んだり、ネットワークサービスを即時に提供することに取り組んだりしている。

また、要求条件の多様化に応えるために、通信キャリアは、共通のネットワークインフラ上に、要求条件の種類ごとにネットワークスライス（仮想ネットワーク）を構築して個別に管理することに取り組んでいる。

（業界の動向に応える技術）
現在、多様な要求条件への対応とネットワークの経済性の向上を実現するためのネットワーク設計方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
非特許文献１に開示された方法では、異なる遅延時間制約値をそれぞれ持つ複数の回線を収容する経路の設計と、それらの経路のトラヒックを処理する設備配置や容量を設計する設備設計と、を同時に行っている。

上記の方法では、各回線を、遅延時間の制約値以下の経路にそれぞれ収容できるように、回線ごとに遅延時間制約値以下の（要求条件を満たす）経路候補を複数算出し、各回線をいずれかの経路候補に収容する。
上記の技術により、異なる遅延制約値の回線をそれぞれ最適に収容し、かつ、総設備コストを削減できるネットワークを設計することが可能となる。

2017年 電子情報通信学会総合大会B-6-2

サービス数の拡大に対応するために、ネットワークサービスを即時に提供できることが必要である。しかし、収容する回線数が増えると、収容パターンや設備構成が爆発的に増えるため、最適解を求める計算時間が爆発的に増加してしまう。そのため、ネットワーク設計に時間がかかってしまい、サービスの即時提供ができなくなる。

本発明の目的は、収容する回線数の増加に対応して短時間でネットワーク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。

上記目的を達成するために、この発明の一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、ネットワーク装置を有する複数のノードを接続して構成されるネットワークに対し、複数の物理回線をまとめた仮想回線ごとの経路と、前記ネットワーク装置内の設備構成と、をそれぞれ設計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トポロジ情報、（２）前記ネットワークに収容される複数の物理回線に関する回線情報、（３）前記ノードに配置されるネットワーク装置に関する装置情報、および、（４）前記設計において用いるパラメータに関する設計パラメータ情報と、を入力する入力部と、前記トポロジ情報および前記設計パラメータ情報に基づいて、前記物理回線をまとめた仮想回線の要求条件の閾値を算出する第１算出部、前記回線情報および前記第１算出部による算出結果に基づいて、前記仮想回線のトラヒック需要を算出する第２算出部、および、前記トポロジ情報、前記設計パラメータ情報、および前記第１算出部による算出結果に基づいて前記仮想回線の経路候補の集合を算出する第３算出部、を有する第１処理部と、前記装置情報に基づいて、前記ネットワーク装置内の設備構成候補の総トラヒック容量と、ネットワーク全体における総設備コスト値とをそれぞれ算出する算出部を有する第２処理部と、（１）前記第１処理部の前記第２および第３算出部による算出結果、および、（２）前記第２処理部による算出結果、に基づいて、（１）前記総設備コスト値が最小となるような、各仮想回線の最適な経路と、（２）前記総設備コスト値が最小となるような、前記ネットワーク装置の設備構成の候補とをそれぞれ算出する算出部を有する第３処理部と、前記第３処理部で算出された前記経路および前記設備構成の候補に基づいて、前記仮想回線ごとの経路、および、各ネットワーク装置内の設備構成をそれぞれ示す情報を出力する出力部と、を有する装置を提供する。

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、前記トポロジ情報は、各ノード間の接続状態、および各ノード間の遅延時間を含み、前記第１算出部は、前記トポロジ情報に含まれる各ノード間の接続状態、および、各ノード間の遅延時間に基づいて、前記ノードの組み合わせであるノードペアの間の最小遅延時間を算出し、前記最小遅延時間に基づいて前記閾値を算出する装置を提供する。

上記構成のネットワーク設計装置の第３の態様は、第１の態様において、前記第１算出部は、前記トポロジ情報および前記設計パラメータ情報に基づいて、前記仮想回線の遅延時間上限値および遅延時間下限値を前記閾値としてそれぞれ算出し前記第３算出部は、前記算出した遅延時間上限値および遅延時間下限値を満たすように、前記仮想回線の経路候補の集合を算出する装置を提供する。

本発明の一実施形態におけるネットワーク設計方法の態様は、ネットワーク装置を有する複数のノードを接続して構成されるネットワークに対し、複数の物理回線をまとめた仮想回線ごとの経路と、前記ネットワーク装置内の設備構成と、をそれぞれ設計するネットワーク設計装置が行うネットワーク設計方法であって、（１）前記ノード間の接続状態に関するトポロジ情報、（２）前記ネットワークに収容される複数の物理回線に関する回線情報、（３）前記ノードに配置されるネットワーク装置に関する装置情報、および、（４）前記設計において用いるパラメータに関する設計パラメータ情報と、を取得し、前記トポロジ情報および前記設計パラメータ情報に基づいて、前記物理回線をまとめた仮想回線の要求条件の閾値を算出し、前記回線情報および前記閾値に基づいて前記仮想回線のトラヒック需要を算出し、前記トポロジ情報、前記設計パラメータ情報、および前記閾値に基づいて前記仮想回線の経路候補の集合を算出し、前記装置情報に基づいて、前記ネットワーク装置内の設備構成候補の総トラヒック容量と、ネットワーク全体における総設備コスト値とをそれぞれ算出し、（１）前記トラヒック需要、前記仮想回線の経路候補の集合、および、（２）前記総トラヒック容量および前記総設備コスト値、に基づいて、（１）前記総設備コスト値が最小となるような、各仮想回線の最適な経路と、（２）前記総設備コスト値が最小となるような、前記ネットワーク装置の設備構成の候補とをそれぞれ算出し、前記算出された前記経路および前記設備構成の候補に基づいて、前記仮想回線ごとの経路、および、各ネットワーク装置内の設備構成をそれぞれ示す情報を出力する方法を提供する。

本発明の一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、第１乃至第３の態様のいずれか１つにおけるネットワーク設計装置の前記各部としてプロセッサを機能させるプログラムを提供する。

本発明によれば、収容する回線数の増加に対応して短時間でネットワークを設計することが可能になる。

本発明の第１の実施形態におけるネットワーク設計装置の例を示す図。 本発明の第１の実施形態におけるネットワーク設計装置の動作手順の一例を示すフローチャート。 本発明の第１の実施形態におけるネットワーク設計装置による遅延上限値の設定の手順の一例を示すフローチャート。 本発明の第１の実施形態におけるネットワーク設計装置によるトラヒック需要の算出の手順の一例を示すフローチャート。 本発明の第１の実施形態におけるネットワーク設計装置による仮想回線の経路候補集合の算出の手順の一例を示すフローチャート。 トポロジ例に用いる凡例を示す図。 トポロジの例を示す図。 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示す図。 ネットワーク構成の一例を示した図。 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。 本発明の第２の実施形態におけるネットワーク設計装置の例を示す図。 本発明の第２の実施形態におけるネットワーク設計装置の動作手順の一例を示すフローチャート。 本発明の第２の実施形態におけるネットワーク設計装置による遅延上限値の設定の手順の一例を示すフローチャート。 本発明の第３の実施形態におけるネットワーク設計装置の例を示す図。 本発明の第３の実施形態におけるネットワーク設計装置の動作手順の一例を示すフローチャート。 本発明の第３の実施形態におけるネットワーク設計装置による遅延上限値、速度下限値の設定の手順の一例を示すフローチャート。 本発明の第３の実施形態におけるネットワーク設計装置による仮想回線の経路候補集合の算出の手順の一例を示すフローチャート。

以下、図面を参照しながら、この発明に係わる一実施形態を説明する。
各実施形態における、ネットワークに求める要求条件の例として遅延時間を用いる。また、遅延時間以外にも、帯域保証や冗長構成など、経路制御において考慮すべき要求条件であれば任意の要求条件を考慮可能である。

各実施形態におけるネットワーク装置の例としてL2スイッチを用いる。
このL2スイッチ以外にも、ルータなど、転送装置であって、インターフェース（ネットワーク装置内の設備）を設置できる装置であれば、任意のネットワーク装置を利用可能である。

（第１の実施形態）
（装置）
第１の実施形態のネットワーク設計装置の例を示す。
図１は、本発明の第１の実施形態におけるネットワーク設計装置の例を示す図である。このネットワーク設計装置１０は、入力情報に基づいて最適な収容情報と、設備情報を出力する。
ネットワーク設計装置１０は、入力部１１、第１処理部１２、第２処理部１３、第３処理部１４、出力部１５を備える。

第１処理部１２は、第１算出部１２ａ、第２算出部１２ｂ、第３算出部１２ｃを有する。第２処理部１３は、算出部１３ａを有する。第３処理部１４は、算出部１４ａを有する。

入力部１１は、ネットワーク設計者によって入力された、回線情報（ネットワークに収容される複数の物理回線（以下、単に回線と称することがある）の情報）と、装置情報と（ノードに配置されるネットワーク装置に関する情報）、トポロジ情報（ノード間の接続状態に関する情報）と、設計パラメータ情報（ネットワークの設計において用いるパラメータに関する情報）と、を含む入力情報を、第１処理部１２と第２処理部１３に出力する機能を有する。

第１算出部１２ａは、入力部１１から入力される、回線情報と、トポロジ情報と、設計パラメータ情報とを含む入力情報に基づいて、回線をまとめた仮想回線ごとの要求条件の閾値である遅延上限値（各回線の遅延時間の上限値）を設定する。

第２算出部１２ｂは、第１算出部１２ａで求めた仮想回線ごとの遅延上限値と、入力情報とから、仮想回線ごとのトラヒック需要を算出する。
第３算出部１２ｃは、第１算出部１２ａで求めた仮想回線ごとの遅延上限値と、入力情報とから、仮想回線ごとの経路候補集合を算出する。
第１処理部１２は、仮想回線ごとのトラヒック需要と、経路候補集合を含む仮想回線情報とを第３処理部１４に出力する。

第２処理部１３は、入力情報である装置情報から、ノードに配置するネットワーク装置に設置するインターフェース構成の候補集合と、インターフェース構成候補の総トラヒック容量と、インターフェース構成候補の総設備コスト値と、をそれぞれ算出し、第３処理部１４にインターフェース構成情報として出力する。

第３処理部１４は、入力情報と、第１処理部１２で求めた仮想回線情報と、第２処理部１３で求めたインターフェース構成情報とから、各仮想回線を収容する経路と、各ノードに配置されるスイッチのインターフェース構成とを、出力部１５にそれぞれ出力する。

出力部１５は、第３処理部１４で求めた仮想回線の収容経路と、スイッチのインターフェース構成とから、各仮想回線の収容経路と、スイッチ間の接続形態と、スイッチのスペックと、をネットワーク設計者が操作する端末装置に出力する。

（全体の流れと各処理の概要）
図２は、本発明の第１の実施形態におけるネットワーク設計装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。
Ｓ１では、第１処理部１２の第１算出部１２ａは、仮想回線の遅延上限値を設定する。Ｓ１の後で、Ｓ２では、第１処理部１２の第２算出部１２ｂは、仮想回線ごとにトラヒック需要を算出する。

Ｓ１の後で、Ｓ３では、第１処理部１２の第３算出部１２ｃは、仮想回線ごとに、遅延上限値を満たす仮想回線の経路候補の集合を算出する。
Ｓ４では、第２処理部１３は、総容量が互いに素なインターフェース構成の候補の集合を算出する。

Ｓ５では、第３処理部１４は、各候補の選択を決定変数とし、総設備コストを目的関数とし、最小化する最適化問題を解く。そして、出力情報として、仮想回線の収容情報、設備情報が出力される。

（入力情報）
第１の実施形態における入力情報の例を示す。
入力情報は、ネットワーク設計者が入力部１１に入力する情報である。
ネットワーク設計者は、
（１）トポロジ情報と、
（２）回線情報と、
（３）装置情報と、
（４）設計パラメータ情報と、
をネットワーク設計装置１０の入力部１１に入力する。

（１）トポロジ情報は、
（１−１）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、
（１−２）各リンクにおける遅延時間と、
を含む。

（２）回線情報は、
（２−１）各回線における、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、
（２−２）各回線におけるトラヒック需要と、
（２−３）各回線における遅延時間の遅延上限値と、
を含む。

（３）装置情報は、
（３−１）ノードに配置するスイッチのリンク部を構成するインターフェースのトラヒック容量と、
（３−２）インターフェースの価格に基づいて算出した設備コスト値と、
を含む。

（４）設計パラメータ情報は、
（４−１）回線あたりの経路候補の数と、
（４−２）ネットワークにおける装置構成候補数と、
（４−３）ノードペアあたりの仮想回線の数と、
（４−４）各仮想回線の上限値の設定パラメータと、
を含む。

（各処理の詳細）
次にＳ１〜Ｓ５の詳細を説明する。
・Ｓ１
遅延上限値の設定（Ｓ１）では、第１処理部１２の第１算出部１２ａは、トポロジ情報（接続行列）と、設計パラメータ情報（上限値設定数、上限値設定パラメータ）と、に基づいて、各仮想回線の遅延上限値を設定する。図３は、本発明の第１の実施形態におけるネットワーク設計装置による遅延上限値の設定の手順の一例を示すフローチャートである。

まず、Ｓ１−１において、第１処理部１２の第１算出部１２ａは、トポロジ情報である、各ノード間の接続行列から、ノード数Nを明らかにし、互いに異なる2個のノードの組合せであるノードペアをN×（N-1）/2個算出する。

次に、第１算出部１２ａは、以下のＳ１−２からＳ１−５までを繰り返し、全ノードペアが完了するまで、各ノードペアにおいて、以下のＳ１−３からＳ１−５の処理を実行する。
第１算出部１２ａは、以下のＳ１−３からＳ１−５までを繰り返し、各ノードペアの全仮想回線が完了するまで、Ｓ１−５の処理で各仮想回線の遅延上限値を算出する。

Ｓ１−２において、第１算出部１２ａは、全仮想回線において遅延上限値の設定が完了したノードペア数が全ノードペア数であれば（Ｓ１−２のＹｅｓ）、各仮想回線のノードペアと遅延上限値を出力し、Ｓ１を終了する。
全仮想回線において遅延上限値の設定が完了したノードペア数が全ノードペア数でなければ（Ｓ１−２のＮｏ）、第１算出部１２ａは、設定が完了していない任意のノードペアについて以下のＳ１−３からＳ１−５の処理を実行する。

Ｓ１−３において、第１算出部１２ａは、仮想回線の、上記の任意のノードペアを設定する。
Ｓ１−４において、第１算出部１２ａは、遅延上限値の設定が完了した仮想回線数がノードペアあたりの仮想回線数であれば（Ｓ１−４のＹｅｓ）、Ｓ１−２に移行する。遅延上限値の設定が完了した仮想回線数がノードペアあたりの仮想回線数でなければ（Ｓ１−４のＮｏ）、第１算出部１２ａは、Ｓ１−５に移行する。

Ｓ１−５において、第１算出部１２ａは、ノードペアにおいて何番目に上限値を設定する仮想回線であることを示す情報と、上限値設定パラメータとに基づいて、仮想回線の遅延上限値を算出する。

たとえば、第１算出部１２ａは、i番目の仮想回線であって上限値パラメータaであるとき、a×iという算出式で遅延上限値を設定する。
上限値設定パラメータと、算出式の設定とは一例であり、実施形態によって任意の式や値を設定できる。

したがって、1つのノードペアに複数の仮想回線が設定され、各仮想回線にそれぞれ異なる遅延上限値を設定できる。これにより、回線を要求条件のレベルに応じた経路制御ができる。
Ｓ１で出力された、各仮想回線のノードペアと遅延上限値は、トラヒック需要算出（Ｓ２）と、経路候補算出（Ｓ３）の入力として用いることができる。

・Ｓ２
トラヒック需要の算出（Ｓ２）では、第１処理部１２の第２算出部１２ｂは、（１）Ｓ１で求めた各仮想回線のノードペア、遅延上限値と、（１）回線情報（ノードペア、遅延上限値、トラヒック需要）と、に基づいて、仮想回線のトラヒック需要を算出する。図４は、本発明の第１の実施形態におけるネットワーク設計装置によるトラヒック需要の算出の手順の一例を示すフローチャートである。

第１処理部１２の第２算出部１２ｂは、以下のＳ２−２からＳ２−４までを繰り返し、全回線が完了するまで、各回線において、以下のＳ２−３からＳ２−４の処理を実行する。

第２算出部１２ｂは、以下のＳ２−３からＳ２−４までを繰り返し、全回線が完了するまで、Ｓ２−５の処理で回線のトラヒック需要を算出する。
Ｓ２−３において、第１処理部１２の第２算出部１２ｂは、任意の回線において、この回線のノードペアの複数の仮想回線の遅延上限値を入力し、この入力情報から、回線の遅延上限値以下であり一番近い値xを選択し、その値ｘが遅延上限値である仮想回線を、回線の所属する仮想回線として決定する。

Ｓ２−４において、第２算出部１２ｂは、この仮想回線のトラヒック需要（初期値０）に、回線のトラヒック需要を加算する。
つまり、第２算出部１２ｂにより、全回線においてトラヒック需要の加算を繰り返すことで、各仮想回線のトラヒック需要には、遅延に対して同じ要求レベルをもつ回線のトラヒック需要がまとめられる。これにより、複数の回線を１つの回線として経路設計ができる。
Ｓ２で出力された、各仮想回線のトラヒック需要は、最適化計算（Ｓ５）の入力として用いられる。

・Ｓ３
経路候補の算出（Ｓ３）では、第１処理部１２の第３算出部１２ｃは、（１）トポロジ情報（接続行列、各リンクの遅延時間）と、（２）Ｓ１で求めた各仮想回線のノードペア、遅延上限値と、（３）設計パラメータ情報（経路候補数）と、に基づいて、仮想回線の経路候補集合を算出する。図５は、本発明の第１の実施形態におけるネットワーク設計装置による仮想回線の経路候補集合の算出の手順の一例を示すフローチャートである。
第１処理部１２の第３算出部１２ｃは、各仮想回線において、その仮想回線の収容先である経路の候補集合を算出する。

詳細には、Ｓ３−１において、第３算出部１２ｃは、全仮想回線の経路候補集合を算出していれば（Ｓ３−１のＹｅｓ）、Ｓ３を終了し、全仮想回線の経路候補集合を算出していなければ（Ｓ３−１のＮｏ）、Ｓ３−２に移行する。

Ｓ３−２において、第３算出部１２ｃは、接続行列と各リンクの遅延時間と、仮想回線のノードペアと、に基づいて、k-shortest pathアルゴリズム（参考文献「Jin Y. Yen, “Finding the K Shortest Loopless Paths in a Network”, Management Science, vol.17, No.11, pp. 712-716, 1971」参照）を用いて、新しい経路を算出する。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。
詳しくは、Ｓ３−２では、第３算出部１２ｃは、k-shortest pathアルゴリズムを繰り返すごとに、遅延時間が短い順に新しい経路を算出する。

Ｓ３−３において、第３算出部１２ｃは、Ｓ３−２で求めた新しい経路の遅延時間が上限値以下であれば（Ｓ３−３のＹｅｓ）、Ｓ３−４に移行し、Ｓ３−２で求めた新しい経路の遅延時間が上限値（遅延上限値）以下でなければ（Ｓ３−３のＮｏ）、もう上限値以下の経路はないので、次の仮想回線の経路候補算出を行うためにＳ３−１に移行する。

Ｓ３−４において、第３算出部１２ｃは、Ｓ３−２で求めた新しい経路を経路候補集合（初期状態では経路無し）に追加する。
Ｓ３−５において、第３算出部１２ｃは、仮想回線のノードペアで求めた経路の数が、設計パラメータ情報である経路候補数に一致していれば（Ｓ３−５のＹｅｓ）、次の仮想回線の経路候補算出を行うためにＳ３−１に移行し、仮想回線のノードペアで求めた経路の数が、設計パラメータ情報である経路候補数に一致していなければ（Ｓ３−５のＮｏ）、この仮想回線の新しい経路を算出するためにＳ３−２に移行する。
Ｓ３で出力された、各仮想回線の経路候補集合は、最適化計算（Ｓ５）の入力として用いられる。

・Ｓ４
総容量が互いに素なインターフェース構成の候補の集合の算出（Ｓ４）では、第２処理部１３は、入力情報である装置情報から、ノードに配置するネットワーク装置に設置するインターフェース構成の候補集合と、インターフェース構成候補の総トラヒック容量と、インターフェース構成候補の総設備コスト値と、をそれぞれ算出し、第３処理部１４にインターフェース構成情報として出力する。

・Ｓ５
各候補の選択を決定変数とし、総設備コストを目的関数とし、最小化する最適化問題を解く処理（Ｓ５）では、第３処理部１４は、入力情報と、第１処理部１２で求めた仮想回線情報と、第２処理部１３で求めたインターフェース構成情報とから、総設備コスト値が最小となるような経路である、各仮想回線を収容する経路と、総設備コスト値が最小となるような構成である、各ノードに配置されるスイッチのインターフェース構成（ネットっワーク装置内の設備構成）とを、出力部１５にそれぞれ出力する。

ここで、回線を仮想回線に集約する方法において、仮想回線のトラヒック需要と経路候補とをそれぞれ算出する意義を述べる。
第３処理部１４による最適化計算では、仮想回線を収容する経路とトラヒック需要に応じて、この経路上のスイッチが処理するトラヒック量が決まり、スイッチの処理するトラヒック量に応じてスイッチのトラヒック容量が決まる。

つまり、複数の回線のトラヒック需要をまとめ、同じ収容先（経路候補）を設けることは、最適化計算において回線を集約していると言える。
そこで、Ｓ２の出力である各仮想回線のトラヒック需要と、Ｓ３の出力である各仮想回線の経路候補集合と、を含む情報を仮想回線情報とする。

（第１の実施形態の動作）
第１の実施形態の動作例を、入力情報例と、各処理の動作例に区分して説明する。
トポロジ情報と装置情報は、各動作例において同じ例を用いる。

（入力情報例）
・トポロジ情報
図６は、トポロジ例に用いる凡例を示す図である。
図６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６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。

図７は、トポロジの例を示す図である。
図７は、ノード間の接続状態を示し、詳しくは、ノード「１」〜ノード「４」に対応するノードが、リンク「１」〜リンク「５」を介して接続されていることを表す。
図７に示したトポロジの接続行列Ｍを以下の式（Ａ）に示す。

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（各リンクの遅延時間（ノード間の遅延時間））に示す。

・回線情報
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。

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。

・装置情報
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８と、以下の表３に示す。

図８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８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８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。

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７に示したネットワークに配置した例を図９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。

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１０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。

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（スイッチ）に示す。
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であるとする。

（設計パラメータ情報）
経路候補数、装置構成候補数、仮想回線数、上限値設定パラメータを含む設計パラメータ情報の一例を以下の表４に示す。

（各処理の動作例）
・Ｓ１とＳ２
Ｓ１とＳ２において、第１処理部１２は、以下の表５のように、各仮想回線のノードペアとトラヒック需要と遅延上限値をそれぞれ算出する。

Ｓ１において、第１処理部１２は、表５（仮想回線）のうち、ノードペアが「１、２（ノード「１」とノード「２」）」である、仮想回線番号「１」と仮想回線番号「３」の仮想回線の遅延上限値は、表４（設計パラメータ情報）の上限値設定パラメータ「３」に基づいて決定する。
第１処理部１２は、設計パラメータ情報である仮想回線数「２」に基づいて、ノードペアあたり２本の仮想回線を設ける。
仮想回線番号「１」の仮想回線の遅延上限値は、３×１＝３となり、仮想回線番号「３」の仮想回線の遅延上限値は、３×２＝６となる。

Ｓ２において、第１処理部１２は、Ｓ１において設定した仮想回線の遅延上限値から、表２（収容回線）で示した回線が所属する仮想回線を求める。
表２（収容回線）のうち、ノードペアがノード「１」、ノード「２」、遅延上限値「３」である、回線番号「１」と回線番号「２」の回線は、表５（仮想回線）の仮想回線番号「１」に所属する。

仮想回線番号「１」のトラヒック需要は、表５（仮想回線）に示すように、回線番号「１」のトラヒック需要「0.5」と回線番号「２」のトラヒック需要「0.5」とが加算された値「１」となる。
他の仮想回線のトラヒック需要も同様に計算される。

・Ｓ３
Ｓ３において、第１処理部１２の第３算出部１２ｃは、以下の表６（経路候補）のように、仮想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それぞれ算出する。この表６（経路候補）では、各仮想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仮想回線の経路候補集合の例として示す。

次に、第３算出部１２ｃによる、（１）表５（仮想回線）のノードペア、遅延上限値と、（２）表１の遅延時間と、（２）式Ａの接続行列とから、k-shortest pathアルゴリズムを用いて、設計パラメータ情報である経路候補数「３」に基づいて３本目まで経路の候補を求めることについて説明する。

表２（収容回線）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。

第３算出部１２ｃは、ノード「１」とノード「２」との間の経路として、表１（各リンクの遅延時間）で示した各リンクの遅延時間をもとに、最短経路の順に経路候補を列挙し、そのうちの遅延上限値「３」以下になる経路「１−１」のみを経路候補とする。
第３算出部１２ｃは、経路候補が３本求められない場合は、同じ経路を経路候補とする。

Ｓ５の最適化計算では、候補の中からいずれかの経路が選択されるため、同じ経路を候補としている場合、常に同じ経路が選択される。
また、経路候補は、すべてが遅延に対する要求条件を満たす経路であるので、候補の中のいずれの経路が選択されても、遅延に対する要求条件は満たされる。
この探索の結果、経路候補「１−１」、「１−２」、「１−３」は、ノード「１」とリンク「１」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。表１（｛各リンクの遅延時間）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」となる。
他仮想回線の経路候補も同様に計算される。

次に、第１の実施形態における効果を説明する。
ここでは、収容回線数と仮想回線数とを比較し、第３処理部１４による最適化計算において考慮する回線数を減らすことができることを示す。
表２に示した例では、回線数が８ある。
仮想回線に集約した結果、表５に示すように、回線数は４に低減している。
これによって、最適化計算において、考慮する回線数は、８から４に減少している。

回線ごとに経路候補を３つ設ける場合、仮想回線が収容される経路のパターン数は、集約しない場合が２^８×３であり、集約した場合が２^４×３である。
ここで、最適化計算においては、仮想回線がどの経路に収容されるかが、経路候補ごとに0-1のバイナリ変数で表されるため、パターン数は２の累乗となる。
従って、考慮する回線数を減らすことで、計算時間の低減を実現できる。つまり、最適化計算において、要求条件を満たさない経路候補をあらかじめ除外することで、最適な経路候補を効率的に算出できる。

（第２の実施形態）
（装置）
図１１は、本発明の第２の実施形態におけるネットワーク設計装置の例を示す図である。
第２の実施形態におけるネットワーク設計装置１０の構成は、第１処理部１２の第１算出部１２ａに、Ｓ１の機能に代えてＳ１’（トポロジ情報に従って仮想回線の遅延時間の上限値を設定する機能）が実装されていること以外は、第１の実施形態と同じである。

（全体の流れ）
図１２は、本発明の第２の実施形態におけるネットワーク設計装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。
Ｓ１’では、第１処理部１２の第１算出部１２ａは、トポロジ情報に従って仮想回線の遅延時間上限値を設定する。
以下は、第１の実施形態で説明したＳ２〜Ｓ５と同じである。

（入力情報）
第２の実施形態における入力情報である、トポロジ情報、装置情報、設計パラメータ情報の各項目は、第１の実施形態と同じである。

（各処理の詳細）
次に、Ｓ１’の詳細を説明する。
・Ｓ１’
第２の実施形態における遅延上限値の設定（Ｓ１’）では、第１処理部１２の第１算出部１２ａは、トポロジ情報（接続行列、各リンクにおける遅延時間）と、設計パラメータ情報（ノードペアあたりの仮想回線数、上限値設定パラメータ）と、に基づいて、各仮想回線の遅延上限値を設定する。Ｓ１’では、用いるトロポジ情報が遅延時間を含む点がＳ１と異なる。図１３は、本発明の第２の実施形態におけるネットワーク設計装置による遅延上限値の設定の手順の一例を示すフローチャートである。

まず、Ｓ１’−１（Ｓ１−１に対応）において、第１処理部１２の第１算出部１２ａは、トポロジ情報（各ノード間の接続行列）から、ノード数Nを明らかにし、互いに異なる2個のノードの組合せであるノードペアをN×（N-1）/2個算出する。

次に、第１算出部１２ａは、以下のＳ１’−２からＳ１’−６までを繰り返し、全ノードペアが完了するまで、各ノードペアにおいて以下のＳ１’−３からＳ１’−６の処理を実行する。
第１算出部１２ａは、以下のＳ１’−３からＳ１’−６までを繰り返し、各ノードペアの全仮想回線が完了するまで、Ｓ１’−６の処理で各仮想回線の遅延上限値を算出する。

Ｓ１’−２（Ｓ１−２に対応）において、第１算出部１２ａは、全仮想回線において遅延上限値の設定が完了したノードペア数が全ノードペア数であれば（Ｓ１’−２のＹｅｓ）、各仮想回線のノードペアと遅延上限値を出力し、Ｓ１’を終了する。

全仮想回線において遅延上限値の設定が完了したノードペア数が全ノードペア数でなければ（Ｓ１’−２のＮｏ）、第１算出部１２ａは、設定が完了していない任意のノードペアについて以下のＳ１’−３からＳ１’−６の処理を実行する。
Ｓ１’−３（Ｓ１−３に対応）において、第１算出部１２ａは、仮想回線の、上記の任意のノードペアを設定する。

Ｓ１’−４において、第１算出部１２ａは、トポロジ情報（接続行列、各リンクにおける遅延時間）に基づいて、ダイクストラ法などの経路計算方法を用いることで、そのノードペアの間の最小遅延時間を算出する。

Ｓ１’−５（Ｓ１−４に対応）において、第１算出部１２ａは、遅延上限値の設定が完了した仮想回線数がノードペアあたりの仮想回線数であれば（Ｓ１’−５のＹｅｓ）、Ｓ１’−２に移行する。遅延上限値の設定が完了した仮想回線数がノードペアあたりの仮想回線数でなければ（Ｓ１’−５のＮｏ）、第１算出部１２ａは、Ｓ１’−６に移行する。

Ｓ１’−６において、第１算出部１２ａは、ノードペアにおいて何番目に上限値を設定する仮想回線であることを示す情報と、Ｓ１’−４で求めた最小遅延時間と、上限値設定パラメータとに基づいて、仮想回線の遅延上限値を算出する。
たとえば、第１算出部１２ａは、i番目の仮想回線であって、最小遅延時間がlで上限値パラメータがaであるとき、l＋a×iという算出式で遅延上限値を設定する。
上限値設定パラメータと算出式の設定は例であり、実施形態によって任意の式や値を設定できる。
したがって、1つのノードペアに複数の仮想回線が設定され、各仮想回線にそれぞれ異なる遅延上限値を設定できる。
Ｓ１’で出力された、各仮想回線のノードペアと遅延上限値は、トラヒック需要算出（Ｓ２）と経路候補算出（Ｓ３）の入力として用いることができる。
・他の処理
他のＳ２〜Ｓ５の処理は、第１の実施形態と同じである。

（入力情報の例）
入力情報のうち、トポロジ情報、装置情報、設計パラメータ情報は、第１の実施形態と同じである。

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７に示す。

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「１」以下でなければならないことを示す。

（各処理の動作例）
・Ｓ１’＆Ｓ２
Ｓ１’において、各ノードペアの仮想回線ごとの遅延上限値を以下の表８に示すように定める。

表８に示すように、設計パラメータ情報である仮想回線数「２」に基づいて、ノードペアあたり仮想回線を２つ設ける。
また、表１に示すように、ノード「１」、ノード「２」のノードペアの最小遅延時間の経路は、ノード「１」と、リンク「１」と、ノード「２」から成る経路であり、その最小遅延時間は「１」である。
従って、ノードペア「１、２」の仮想回線番号「１」の遅延上限値は、最小遅延時間である「１」となり、仮想回線番号「３」の仮想回線の遅延上限値は、上限値設定パラメータ「３」に基づいて、１＋３×１＝「４」となる。

ステップＳ２において、第１算出部１２ａは、Ｓ１’−１において設定した仮想回線の遅延上限値から、表２（収容回線）で示した回線が所属する仮想回線を求め、仮想回線のトラヒック需要を求める。

表２（収容回線）のうち、ノードペアがノード「１」、ノード「２」、遅延上限値「１」である、回線番号「１」の回線は、表８（仮想回線）の仮想回線番号「１」に所属する。
仮想回線番号「１」のトラヒック需要は、表８に示すように、回線番号「１」のトラヒック需要「０．５」が加算された値「０．５」となる。

表２（収容回線）のうち、ノードペアがノード「１」、ノード「２」、遅延上限値「３」である回線番号「２」の回線と、遅延上限値「５」である回線番号「５」の回線と、遅延上限値「５」である回線番号「６」の回線は、表８（仮想回線）の仮想回線番号「３」に所属する。

仮想回線番号「３」のトラヒック需要は、表８に示すように、回線番号「２」のトラヒック需要「０．５」と回線番号「５」のトラヒック需要「０．５」と回線番号「６」のトラヒック需要「０．５」とが加算された値「１．５」となる。

つまり、遅延に対する要求条件の高い回線（回線番号「１」）が最小遅延時間を遅延上限値とする仮想回線に所属することで、回線番号「１」の回線は、最小遅延時間の経路に収容される。

また、ノードペアと、ノード間の遅延時間とに基づいて最小遅延時間を導くことで、各ノードペアにおいて遅延に対する要求条件の高い回線を最小遅延時間の経路に収容し、その要求に応えることができる。
他の仮想回線のトラヒック需要も同様に計算される。

次に、第２の実施形態の効果を説明する。
第２の実施形態では、トポロジ情報に応じた遅延上限値を設定することができる。
また、第２の実施形態では、トポロジ情報に応じた遅延上限値の設定によって、仮想回線間で異なるように遅延上限値を設けることができる。

第１の実施形態で説明した表５（仮想回線）では、仮想回線のノードペアが異なっていても、同じ遅延上限値を設定している。
これに対し、第２の実施形態におけるＳ１’では、ノードペアの最小遅延時間に基づいて遅延上限値を設定するため、表８（仮想回線）では、ノードペアに応じた遅延上限値を設定できる。

（第３の実施形態）
（装置）
図１４は、本発明の第３の実施形態におけるネットワーク設計装置の例を示す図である。
第３の実施形態におけるネットワーク設計装置１０の構成は、第１処理部１２の第１算出部１２ａにＳ１に代えてＳ１’’（トポロジ情報に従う仮想回線の遅延時間上限/下限値を設定する機能）が実装され、第３算出部１２ｃにＳ３に代えてＳ３’（遅延上限/下限値を満たす仮想回線の経路候補の集合を算出する機能）が実装されること以外は、第１の実施形態と同じである。

（全体の流れ）
図１５は、本発明の第３の実施形態におけるネットワーク設計装置の動作手順の一例を示すフローチャートである。
Ｓ１’’では、第１処理部１２の第１算出部１２ａは、トポロジ情報に従って、仮想回線の遅延時間上限/下限値を設定する。
Ｓ３’では、第１処理部１２の第３算出部１２ｃは、遅延上限/下限値を満たす仮想回線の経路候補の集合を算出する。
その他のＳ２、Ｓ４、Ｓ５は、第１の実施形態と同じである。

（入力情報）
第３の実施形態における入力情報のうち、トポロジ情報、回線情報、装置情報の項目は、第１の実施形態と同じである。

また、第３の実施形態では、設計パラメータ情報は、
（１）回線あたりの経路候補数と、
（２）ノードペアあたりの仮想回線数と、
（３）各仮想回線の上限値の設定パラメータと、
（４）各仮想回線の下限値の設定パラメータと、を含む。第３の実施形態では、設計パラメータ情報が各仮想回線の下限値の設定パラメータを含む点が第１、２の実施形態と異なる。

（各処理の説明）
次に、Ｓ１’’、Ｓ３’の詳細を説明する。
・Ｓ１’’
遅延上限値/下限値の設定（Ｓ１’’）では、第１処理部１２の第１算出部１２ａは、トポロジ情報（接続行列、各リンクにおける遅延時間）と、設計パラメータ情報（ノードペアあたりの仮想回線数、上限値設定パラメータ、下限値設定パラメータ）と、に基づいて、各仮想回線の遅延上限値と遅延下限値を設定する。Ｓ１’’では、用いる設計パラメータ情報が下限値設定パラメータを含む点がＳ１’と異なる。図１６は、本発明の第３の実施形態におけるネットワーク設計装置による遅延上限値、速度下限値の設定の手順の一例を示すフローチャートである。

まず、Ｓ１’’−１（Ｓ１−１に対応）において、第１処理部１２の第１算出部１２ａは、トポロジ情報（接続行列）から、ノード数Nを明らかにし、互いに異なる2個のノードの組合せであるノードペアをN×（N-1）/2個算出する。

次に、第１算出部１２ａは、以下のＳ１’’−２からＳ１’’−７までを繰り返し、全ノードペアが完了するまで、各ノードペアにおいて以下のＳ１’’−３からＳ１’’−７の処理をする。

第１算出部１２ａは、以下のＳ１’’−３からＳ１’’−７までを繰り返し、各ノードペアの全仮想回線が完了するまで、Ｓ１’’−６の処理で各仮想回線の遅延上限値を算出し、Ｓ１’’−７の処理で各仮想回線の遅延下限値を算出する。

Ｓ１’’−２（Ｓ１−２に対応）において、第１算出部１２ａは、全仮想回線において遅延上限値と速度下限値の設定が完了したノードペア数が全ノードペア数であれば（Ｓ１’’−２のＹｅｓ）、各仮想回線のノードペアと遅延上限値と速度下限値を出力する。全仮想回線において遅延上限値の設定が完了したノードペア数が全ノードペア数でなければ（Ｓ１’’−２のＮｏ）、第１算出部１２ａは、設定が完了していない任意のノードペアについて以下のＳ１’’−３からＳ１’’−７の処理を実行する。
Ｓ１’’−３（Ｓ１−３に対応）において、第１算出部１２ａは、仮想回線の、上記の任意のノードペアを設定する。

Ｓ１’’−４（Ｓ１’−４に対応）において、第１算出部１２ａは、トポロジ情報（接続行列、リンクの遅延時間）に基づいて、ダイクストラ法などの経路計算方法を用いることで、そのノードペアの最小遅延時間を算出する。

Ｓ１’’−５（Ｓ１’−５に対応）において、第１算出部１２ａは、遅延上限値、速度下限値の設定が完了した仮想回線数がノードペアあたりの仮想回線数であれば（Ｓ１’’−５のＹｅｓ）、Ｓ１’’−２に移行する。遅延上限値、速度下限値の設定が完了した仮想回線数がノードペアあたりの仮想回線数でなければ（Ｓ１’’−５のＮｏ）、第１算出部１２ａは、Ｓ１’’−６に移行する。

Ｓ１’’−６において、第１算出部１２ａは、ノードペアにおいて何番目に上限値を設定する仮想回線であることを示す情報と、Ｓ１’’−４で求めた最小遅延時間と、上限値設定パラメータとに基づいて、仮想回線の遅延上限値を算出する。

たとえば、第１算出部１２ａは、i番目の仮想回線であって、最小遅延時間はlで上限値パラメータがaであるとき、l＋a×iという算出式で遅延上限値を設定する。
上限値設定パラメータと算出式の設定は例であり、実施形態によって任意の式や値を設定できる。

Ｓ１’’−７において、第１算出部１２ａは、Ｓ１’’−６で求めた遅延上限値と、下限値設定パラメータとに基づいて、仮想回線の遅延下限値を算出する。
たとえば、上限値がｕで下限値設定パラメータがｂであるとき、u/bという算出式で遅延下限値を設定する。
下限値設定パラメータと算出式の設定は例であり、実施形態によって任意の式や値を設定できる。
したがって、1つのノードペアに複数の仮想回線が設定され、各仮想回線にそれぞれ異なる遅延上限値と遅延下限値を設定できる。
Ｓ１’’で出力された、各仮想回線のノードペアと遅延上限値と遅延下限値は、トラヒック需要の算出（Ｓ２）と経路候補の算出（Ｓ３’）の入力として用いることができる。

なお、このＳ１’’において、第１の実施形態のようにＳ１’’−４による最小遅延時間の算出を省略することもできる。

・Ｓ３’
経路候補の算出（Ｓ３’）では、第１処理部１２の第３算出部１２ｃは、トポロジ情報である接続行列と各リンクの遅延時間と、Ｓ１’’で求めた各仮想回線のノードペアと遅延上限値と遅延下限値と、回線情報であるノードペアと遅延上限値と、設計パラメータ情報である経路候補数と、に基づいて、仮想回線の経路候補集合を算出する。図１７は、本発明の第３の実施形態におけるネットワーク設計装置による仮想回線の経路候補集合の算出の手順の一例を示すフローチャートである。

第１処理部１２の第３算出部１２ｃは、各仮想回線において、その仮想回線の収容先である経路の候補集合を算出する。
詳細には、Ｓ３’−１（Ｓ３−１に対応）において、第３算出部１２ｃは、全仮想回線の経路候補集合を算出していれば（Ｓ３’−１のＹｅｓ）、Ｓ３’を終了し、全仮想回線の経路候補集合を算出していなければ（Ｓ３’−１のＮｏ）、Ｓ３’−２に移行する。

Ｓ３’−２（Ｓ３−２に対応）において、第３算出部１２ｃは、接続行列と各リンクの遅延時間と、仮想回線のノードペアと、に基づいて、k-shortest pathアルゴリズムを用いて、新しい経路を算出する。
詳しくは、Ｓ３’−２では第３算出部１２ｃは、k-shortest pathアルゴリズムを繰り返すごとに、遅延時間が短い順に新しい経路を算出する。

Ｓ３’−３において、第３算出部１２ｃは、Ｓ３’−２で求めた新しい経路の遅延時間が下限値（遅延下限値）以上であれば（Ｓ３’−３のＹｅｓ）、Ｓ３’−４に移行し、下限値以上でなければ（Ｓ３’−３のＮｏ）、今より遅延時間が長い経路を求めるためにＳ３’−２に移行する。

Ｓ３’−４（Ｓ３−３に対応）において、第３算出部１２ｃは、Ｓ３’−２で求めた新しい経路の遅延時間が上限値（遅延上限値）以下であれば（Ｓ３’−４のＹｅｓ）、Ｓ３’−５に移行し、上限値以下でなければ（Ｓ３’−４のＮｏ）、もう上限値以下の経路はないので次の仮想回線の経路候補算出を行うためにＳ３’−１に移行する。

Ｓ３’−５（Ｓ３−４に対応）において、第３算出部１２ｃは、Ｓ３’−２で求めた新しい経路を経路候補集合（初期状態では経路無し）に追加する。
Ｓ３’−６（Ｓ３−５に対応）において、第３算出部１２ｃは、仮想回線のノードペアで求めた経路の数が、設計パラメータ情報である経路候補数に一致していれば（Ｓ３’−６のＹｅｓ）、次の仮想回線の経路候補算出を行うためにＳ３’−１に移行し、一致していなければ（Ｓ３’−６のＮｏ）、この仮想回線の新しい経路を算出するためにＳ３’−２に移行する。
Ｓ３’で出力された、各仮想回線の経路候補集合は、最適化計算（Ｓ５）の入力として用いられる。

ここで、経路候補算出において下限値を用いる意義を述べる。
下限値を設けていなければ、第３算出部１２ｃは、遅延時間が短い順に経路を算出するため、上限値が異なる仮想回線の経路候補として同じ経路が算出されることになる。
そこで、下限値を設けることで、異なる仮想回線は異なる経路候補集合を持てる。

第３処理部１４による最適化計算では、各仮想回線を収容する経路を経路候補集合から1つ選択する。
各仮想回線の経路候補集合内の経路が同じであれば、各仮想回線は同じ経路に収容され、経路候補集合内の経路が違えば、各仮想回線は異なる経路に収容される。
経路の種類が多ければ多いほど、全仮想回線を収容したときの収容パターンは多い。
収容パターンが多いと、最適化計算における解の取りうる範囲も広いため、よりよい解が見つけられる可能性が高い。

本発明の実施形態では、より設備コストを低減するネットワーク構成を効率的に見つけるために、変数の数を増やさずに収容パターンを増やせる経路候補集合算出方法Ｓ３’は有用である。
そこで、第３の実施形態では、Ｓ２の出力である各仮想回線のトラヒック需要と、Ｓ３’の出力である各仮想回線の経路候補集合と、を含む情報を仮想回線情報とする。

・他の処理
Ｓ２、Ｓ４、Ｓ５の処理は、第１、第２の実施形態と同じである。

（入力情報の例）
入力情報のうち、トポロジ情報、回線情報、装置情報は、第１の実施形態と同じである。

・設計パラメータ情報
経路候補数、装置構成候補数、仮想回線数、上限値設定パラメータ、下限値設定パラメータを含む設計パラメータ情報の一例を以下の表９に示す。

（各処理の動作例）
・Ｓ１’’
Ｓ１’’において、第１処理部１２の第１算出部１２ａは、各ノードペアの仮想回線ごとの遅延上限値を以下の表１０に示すように定める。

表９に示すように、設計パラメータ情報である仮想回線数「２」に基づいて、ノードペアあたり仮想回線を２つ設ける。
また、表１に示すように、ノード「１」、ノード「２」のノードペアの最小遅延時間の経路は、ノード「１」と、リンク「１」と、ノード「２」から成る経路であり、その最小遅延時間は「１」である。

従って、ノードペア「１、２」の仮想回線番号「１」の遅延上限値は、最小遅延時間である「１」となり、仮想回線番号「３」の仮想回線の遅延上限値は、上限値設定パラメータ「３」に基づいて、１＋３×１＝「４」となる。

また、ノードペア「１、２」の仮想回線番号「１」の遅延下限値は、遅延上限値「１」と下限値設定パラメータ「２」に基づいて、1/2＝「0.5」となり、仮想回線番号「３」の仮想回線の遅延下限値は、上限値「４」と下限値設定パラメータ「２」に基づいて、4/2＝「２」となる。

ステップＳ２において、第１算出部１２ａは、Ｓ１’’において設定した仮想回線の遅延上限値から、表２（収容回線）で示した回線が所属する仮想回線を求め、仮想回線のトラヒック需要を求める。

表２（収容回線）のうち、ノードペアがノード「１」、ノード「２」、遅延上限値「１」である、回線番号「１」の回線は、表１０（仮想回線）の仮想回線番号「１」に所属する。

仮想回線番号「１」のトラヒック需要は、表１０に示すように、回線番号「１」のトラヒック需要「0.5」が加算された値「0.5」となる。

表２（収容回線）のうち、ノードペアがノード「１」、ノード「２」、遅延上限値「３」である回線番号「２」の回線と、遅延上限値「５」である回線番号「５」の回線と、遅延上限値「５」である回線番号「６」の回線は、表１０（仮想回線）の仮想回線番号「３」に所属する。

仮想回線番号「３」のトラヒック需要は、表１０（仮想回線）に示すように、回線番号「２」のトラヒック需要「0.5」と回線番号「５」のトラヒック需要「0.5」と回線番号「６」のトラヒック需要「0.5」とが加算された値「1.5」となる。

つまり、遅延に対する要求条件の高い回線（回線番号「１」）が最小遅延時間を遅延上限値とする仮想回線に所属することで、回線番号「１」の回線は、最小遅延時間の経路に収容される。

また、ノードペアと、ノード間の遅延時間に基づいて最小遅延時間を導くことで、各ノードペアにおいて遅延に対する要求条件の高い回線を最小遅延時間の経路に収容し、その要求に応えることができる。
他の仮想回線のトラヒック需要も同様に計算される。

・Ｓ３’
Ｓ３’において、第３算出部１２ｃは、接続状態に関する情報と、表６のように、仮想回線に関する情報とに基づいて、仮想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。

ここでは、第３算出部１２ｃによる、（１）表１０（仮想回線）のノードペアと、（２）表１の遅延時間と、（３）式Ａの接続行列と、経路候補数「３」と、に基づいて、上述のk-shortest pathアルゴリズム（上記の参考文献参照）を用いて、ｋ（経路候補数）＝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。
表２（収容回線）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。

第３算出部１２ｃは、ノード「１」とノード「２」との間の経路として、表１（各リンクの遅延時間）で示した各リンクの遅延時間をもとに、最短経路の順に経路候補を列挙し、そのうちの遅延上限値「３」以下になる経路「１−１」のみを経路候補とする。
第３算出部１２ｃは、経路候補がk本まで求められない場合は、同じ経路を経路候補とする。

Ｓ５の最適化計算では、候補の中からいずれかの経路が選択されるため、同じ経路を候補としている場合、常に同じ経路が選択される。

また、経路候補は、すべてが遅延に対する要求条件を満たす経路であるので、候補の中のいずれの経路が選択されても、遅延に対する要求条件は満たされる。
この探索の結果、経路候補「１−１」、「１−２」、「１−３」は、ノード「１」とリンク「１」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。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」となる。
他仮想回線の経路候補も同様に計算される。

次に、第３の実施形態における効果を説明する。
ここでは、トポロジ情報に応じた要求条件の閾値の設定において、仮想回線間で異なるように閾値の範囲を設けることができることを示す。

第１の実施形態で説明した表５（仮想回線）では、仮想回線のノードペアが異なっていても、同じ遅延上限値を設定している。
第３の実施形態では、Ｓ１’では、第１算出部１２ａは、ノードペアの最小遅延時間に基づいて遅延上限値を設定するため、表１０では、ノードペアに応じた遅延上限値を設定できる。
Ｓ３’では、第３算出部１２ｃは、下限値を用いて経路候補を算出することで、異なる仮想回線は異なる経路候補集合を持てる。

以上のように、本発明の各実施形態では、回線収容において、物理回線ごとに経路の候補を設計せず、要求条件の内容に応じて各回線をまとめた仮想回線ごとに要求条件を満たす経路候補を設計し、各仮想回線をその経路候補のいずれかに収容する。

これにより、全回線を各仮想回線に分類してまとめ、仮想回線ごとに収容設計を行うことで、収容設計において考慮する回線数を全回線数から全仮想回線数に減らすことができ、各回線が要求条件を満たすように収容されて設備コストが最小である最適なネットワーク構成の算出において、計算時間の短縮が可となる。
このように、本発明では、回線の収容設計方法の工夫によって、回線数の増加に対応した計算時間の増大抑制を実現することができる。

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。

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。

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，１４ａ…算出部、１４…第３処理部、１５…出力部。

Claims (5)

1. ネットワーク装置を有する複数のノードを接続して構成されるネットワークに対し、複数の物理回線をまとめた仮想回線ごとの経路と、前記ネットワーク装置内の設備構成と、をそれぞれ設計するネットワーク設計装置であって、
   前記ノード間の接続状態に関するトポロジ情報、前記複数の物理回線に関する回線情報、前記ノードに配置されるネットワーク装置に関する装置情報、および、前記設計において用いるパラメータに関する設計パラメータ情報の入力を受け付ける入力部と、
   前記トポロジ情報および前記設計パラメータ情報に基づいて、前記物理回線をまとめた仮想回線の要求条件の閾値を算出する第１算出部、
   前記回線情報および前記第１算出部による算出結果に基づいて、前記仮想回線のトラヒック需要を算出する第２算出部、および、
   前記トポロジ情報、前記設計パラメータ情報、および前記第１算出部による算出結果に基づいて前記仮想回線の経路候補の集合を算出する第３算出部、
   を有する第１処理部と、
   前記装置情報に基づいて、前記ネットワーク装置内の設備構成候補の総トラヒック容量と、ネットワーク全体における総設備コスト値とをそれぞれ算出する算出部を有する第２処理部と、
   （１）前記第１処理部の前記第２および第３算出部による算出結果、および、（２）前記第２処理部による算出結果、に基づいて、（１）前記総設備コスト値が最小となるような、各仮想回線の最適な経路と、（２）前記総設備コスト値が最小となるような、前記ネットワーク装置の設備構成の候補とをそれぞれ算出する算出部を有する第３処理部と、
   前記第３処理部で算出された前記経路および前記設備構成の候補に基づいて、前記仮想回線ごとの経路、および、各ネットワーク装置内の設備構成をそれぞれ示す情報を出力する出力部と、
   を備えるネットワーク設計装置。
2. 前記トポロジ情報は、各ノード間の接続状態、および各ノード間の遅延時間を含み、
   前記第１算出部は、
   前記トポロジ情報に含まれる各ノード間の接続状態、および、各ノード間の遅延時間に基づいて、前記ノードの組み合わせであるノードペアの間の最小遅延時間を算出し、前記最小遅延時間に基づいて前記閾値を算出する
   請求項１に記載のネットワーク設計装置。
3. 前記第１算出部は、
   前記トポロジ情報および前記設計パラメータ情報に基づいて、前記仮想回線の遅延時間上限値および遅延時間下限値を前記閾値としてそれぞれ算出し
   前記第３算出部は、
   前記算出した遅延時間上限値および遅延時間下限値を満たすように、前記仮想回線の経路候補の集合を算出する
   請求項１に記載のネットワーク設計装置。
4. ネットワーク装置を有する複数のノードを接続して構成されるネットワークに対し、複数の物理回線をまとめた仮想回線ごとの経路と、前記ネットワーク装置内の設備構成と、をそれぞれ設計するネットワーク設計装置が行うネットワーク設計方法であって、
   （１）前記ノード間の接続状態に関するトポロジ情報、（２）前記ネットワークに収容される複数の物理回線に関する回線情報、（３）前記ノードに配置されるネットワーク装置に関する装置情報、および、（４）前記設計において用いるパラメータに関する設計パラメータ情報と、を取得し、
   前記トポロジ情報および前記設計パラメータ情報に基づいて、前記物理回線をまとめた仮想回線の要求条件の閾値を算出し、
   前記回線情報および前記閾値に基づいて前記仮想回線のトラヒック需要を算出し、
   前記トポロジ情報、前記設計パラメータ情報、および前記閾値に基づいて前記仮想回線の経路候補の集合を算出し、
   前記装置情報に基づいて、前記ネットワーク装置内の設備構成候補の総トラヒック容量と、ネットワーク全体における総設備コスト値とをそれぞれ算出し、
   （１）前記トラヒック需要、前記仮想回線の経路候補の集合、および、（２）前記総トラヒック容量および前記総設備コスト値、に基づいて、（１）前記総設備コスト値が最小となるような、各仮想回線の最適な経路と、（２）前記総設備コスト値が最小となるような、前記ネットワーク装置の設備構成の候補とをそれぞれ算出し、
   前記算出された前記経路および前記設備構成の候補に基づいて、前記仮想回線ごとの経路、および、各ネットワーク装置内の設備構成をそれぞれ示す情報を出力する
   ネットワーク設計方法。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のネットワーク設計装置の前記各部としてプロセッサを機能させるネットワーク設計処理プログラム。