JP7400833B2 - トポロジー設計装置、トポロジー設計方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
本発明は、光伝送ネットワークにおけるトポロジー設計に関連するものである。
光伝送ネットワークの重要性が高まり、効率的に通信需要（以下、需要）を収容するためのトポロジー設計が求められている。そこで、階層型コーダルリングネットワークというトポロジー設計法が提案されている（非特許文献１）。
非特許文献１に記載された従来技術では、帰属するノードの数が最大となるエリアの数を５として、分割したときに出来上がるエリアに帰属するノードの数が同程度になるように、リングネットワークを分割していく。なお、非特許文献１ではエリアをクラスタと呼んでいる。
そして、分割を続けていき、ノード数が９以下になるエリアが発生した際に、それを最小のエリアとして、分割を終了する。最小エリアにおいて所定ルールによりエッジが追加される。このような設計法でトポロジーを設計することで、ホップ数を抑制し、必要波長数を低減している。
木谷, 船曳, 東野, "WDMネットワークにおける階層型コーダルリングネットワークトポロジ構成法," 情報処理学会論文誌, vol.46, No.9, sep.2005.
光伝送ネットワークを運用していく中で需要の収容ができない状況が発生した場合、光伝送ネットワークの設備（ノードやエッジ）を増設することになるが、対になる隣接ノード等も増設するケースが多く、ノード単体の増設はほとんどない。そのため、実際の光伝送ネットワークでは、需要が満遍なく（偏りなく）収容されるようにトポロジーを設計することが重要である。
しかしながら、非特許文献１に開示された従来技術では、対地がエリア内で完結する需要が多いこと（スモールワールドと呼ばれる性質）を前提としている。そのため、非特許文献１に開示された従来技術におけるトポロジーでは、エリア間の需要が多い場合、ノード数の多い上位エリアのエッジに需要が集中し、需要の収容に偏りが生じてしまう。
従って、実際の光伝送ネットワークの構築で考慮すべき制約条件を踏まえて、需要の収容を平準化するためのトポロジー設計が望まれている。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、需要を分散して収容することができる光伝送ネットワークのトポロジーを設計するための技術を提供することを目的とする。
開示の技術によれば、光伝送ネットワークにおけるトポロジーを設計するトポロジー設計装置であって、
前記光伝送ネットワークにおけるノードの情報、エッジの情報、及び、ノード及びエッジで囲まれる領域を示すエリアの情報とを格納するトポロジー管理データベースと、前記光伝送ネットワークにおける始点のノードから終点のノードへのトラヒックである需要を格納する需要管理データベースとを参照することにより、エリアを構成するエッジを経由する需要の合計値であるエリア需要に基づいて、前記光伝送ネットワークにおいてバイパスルートを追加する対象となるエリアであるバイパス対象エリアを決定するバイパス対象エリア決定部と、
前記トポロジー管理データベースと前記需要管理データベースとを参照することにより、ノードが需要の始点又は終点となる需要の合計値であるノード需要に基づいて、前記バイパス対象エリアを構成する複数ノードからノードを除外し、当該ノードを除外した複数ノードからバイパスルートを決定するバイパス決定部と
を備えるトポロジー設計装置が提供される。
前記光伝送ネットワークにおけるノードの情報、エッジの情報、及び、ノード及びエッジで囲まれる領域を示すエリアの情報とを格納するトポロジー管理データベースと、前記光伝送ネットワークにおける始点のノードから終点のノードへのトラヒックである需要を格納する需要管理データベースとを参照することにより、エリアを構成するエッジを経由する需要の合計値であるエリア需要に基づいて、前記光伝送ネットワークにおいてバイパスルートを追加する対象となるエリアであるバイパス対象エリアを決定するバイパス対象エリア決定部と、
前記トポロジー管理データベースと前記需要管理データベースとを参照することにより、ノードが需要の始点又は終点となる需要の合計値であるノード需要に基づいて、前記バイパス対象エリアを構成する複数ノードからノードを除外し、当該ノードを除外した複数ノードからバイパスルートを決定するバイパス決定部と
を備えるトポロジー設計装置が提供される。
開示の技術によれば、需要を分散して収容することができる光伝送ネットワークのトポロジーを設計することが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。
本実施の形態では、光伝送ネットワークにおける需要の発生傾向に基づき、既存のトポロジーに対して、需要が分散して収容されるようにバイパスルートを追加することによって、需要の収容効率の向上を実現するための技術について説明する。
なお、バイパスルートを追加するとは、例えば、「ノード１－＞ノード２－＞ノード３－＞ノード４」というルートがある場合において、「ノード１－＞ノード３」のルートを追加するようなことである。この例では、「ノード１－＞ノード３」のバイパスルートにより、「ノード１－＞ノード２－＞ノード３」を経由していたトラヒックの一部又は全部を「ノード１－＞ノード３」のルートにバイパスすることができる。
なお、以下では、バイパスルートを追加することを、"バイパス"と表現する場合もある。また、バイパスルートを"バイパス"と表現する場合もある。
（システム全体構成）
図１は、本実施の形態におけるシステムの全体構成図である。図１に示すように、本システムは、トポロジー設計装置１００と光伝送ネットワーク２００を有する。
図１は、本実施の形態におけるシステムの全体構成図である。図１に示すように、本システムは、トポロジー設計装置１００と光伝送ネットワーク２００を有する。
光伝送ネットワーク２００は、光信号による通信を実現するためのＩＰ通信ネットワーク等の基幹ネットワークである。光伝送ネットワーク２００は、複数のノード（光伝送装置等）と、ノード間を接続するエッジ（光信号を伝送する伝送路等）からなる。本実施の形態において、ノードとエッジからなる構成を「トポロジー」と呼ぶ。
また、本実施の形態では、光伝送ネットワーク２００全体が小規模なエリアの組み合わせで構成されているものとして、光伝送ネットワーク２００を構成する複数のエリアを定義することとしている。
トポロジー設計装置１００は、光伝送ネットワーク２００のトポロジーを設計する装置である。トポロジー設計装置１００の詳細は後述する。
（装置構成）
図２は、トポロジー設計装置１００の機能構成図である。図２に示すように、トポロジー設計装置１００は、バイパス機能部１１０、記憶部１２０、入出力機能部１３０を有する。
図２は、トポロジー設計装置１００の機能構成図である。図２に示すように、トポロジー設計装置１００は、バイパス機能部１１０、記憶部１２０、入出力機能部１３０を有する。
なお、図２に示す構成は一例である。本実施の形態で説明するトポロジー設計を行うことができるのであれば、どのような機能構成であってもよい。また、トポロジー設計装置１００は、１つの装置であってもよいし、複数の装置から構成されるものであってもよい。また、トポロジー設計装置１００は、図１に示すように光伝送ネットワーク２００に接続されていてもよいし、光伝送ネットワーク２００に接続されていなくてもよい。以下、トポロジー設計装置１００の各部について説明する。
図２に示すように、バイパス機能部１１０は、ノード需要算出部１１１、エリア需要算出部１１２、バイパス対象エリア抽出部１１３、バイパス候補ノード除外部１１４、需要収容シミュレーション部１１５、バイパス部１１６を有する。
ノード需要算出部１１１は、後述の需要管理ＤＢ１２１の情報に基づき、光伝送ネットワークを構成するノードが需要の始点、もしくは、終点となる需要の合計値を算出する。当該需要をノード需要と呼ぶ。
エリア需要算出部１１２は、後述のトポロジー管理ＤＢ１２２と需要管理ＤＢ１２１の情報に基づき、該当エリアのエッジを一つ以上経由する需要の合計値を算出する。当該需要をエリア需要とよぶ。
バイパス対象エリア抽出部１１３は、エリア需要算出部１１２の出力結果に基づいて、どのエリアをバイパス対象とするかを決定する。バイパス対象エリア抽出部１１３をバイパス対象エリア決定部と呼んでもよい。
バイパス候補ノード除外部１１４は、後述の需要管理ＤＢ１２１の情報に基づき、バイパス対象エリア抽出部１１３によって抽出されたエリアにおいて、バイパス候補から除外するノードを決定する。
需要収容シミュレーション部１１５は、バイパス候補ノード除外部１１４によって除外されたノード以外のノードを対象として、全てのバイパス候補を抽出し、後述の需要管理ＤＢ１２１の情報に基づいて、それぞれのバイパス候補における需要収容をシミュレーションする。バイパス部１１６は、需要収容シミュレーション部１１５の出力結果に基づいて、バイパス箇所を決定し、トポロジーに対してバイパスルートを追加する。
なお、図２に示すように、バイパス候補ノード除外部１１４と需要収容シミュレーション部１１５とバイパス部１１６を有する構成をバイパス決定部と呼んでもよい。
図２に示すように、記憶部１２０は、需要管理ＤＢ１２１とトポロジー管理ＤＢ１２２を有する。需要管理ＤＢ１２１は、光伝送ネットワーク２００の需要に関する情報を記憶する。トポロジー管理ＤＢ１２２は、光伝送ネットワーク２００のトポロジーに関する情報を記憶する。「需要」は、始点のノードから終点のノードへのトラヒックである。
なお、需要管理ＤＢ１２１とトポロジー管理ＤＢ１２２のいずれか又は両方は、トポロジー設計装置１００の外部に備えられていてもよい。これらＤＢが外部に備えられる場合、トポロジー設計装置１００におけるこれらＤＢを参照する機能部は、ネットワークを介してこれらＤＢにアクセスする。
入出力機能部１３０は、入力部１３１と出力部１３２を有する。入力部１３１は、エリアの定義を入力したり、バイパスルートの追加可否を入力する。出力部１３２は、上述した各種機能部の実行結果等を出力する。
（ハードウェア構成例）
トポロジー設計装置１００は、本実施の形態で説明する処理内容を記述したプログラムを実行させることにより実現することができる。なお、この「コンピュータ」は、物理マシンであってもよいし、仮想マシンであってもよい。仮想マシンを使用する場合、ここで説明する「ハードウェア」は仮想的なハードウェアである。
トポロジー設計装置１００は、本実施の形態で説明する処理内容を記述したプログラムを実行させることにより実現することができる。なお、この「コンピュータ」は、物理マシンであってもよいし、仮想マシンであってもよい。仮想マシンを使用する場合、ここで説明する「ハードウェア」は仮想的なハードウェアである。
トポロジー設計装置１００は、コンピュータに内蔵されるＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源を用いて、トポロジー設計装置１００で実施される処理に対応するプログラムを実行することによって実現することが可能である。上記プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（可搬メモリ等）に記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記プログラムをインターネットや電子メール等、ネットワークを通して提供することも可能である。
図３は、上記コンピュータのハードウェア構成例を示す図である。図３のコンピュータは、それぞれバスＢで相互に接続されているドライブ装置１０００、補助記憶装置１００２、メモリ装置１００３、ＣＰＵ１００４、インタフェース装置１００５、表示装置１００６、及び入力装置１００７等を有する。
当該コンピュータでの処理を実現するプログラムは、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ又はメモリカード等の記録媒体１００１によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体１００１がドライブ装置１０００にセットされると、プログラムが記録媒体１００１からドライブ装置１０００を介して補助記憶装置１００２にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体１００１より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。補助記憶装置１００２は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。
メモリ装置１００３は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置１００２からプログラムを読み出して格納する。ＣＰＵ１００４は、メモリ装置１００３に格納されたプログラムに従って、トポロジー設計装置１００に係る機能を実現する。インタフェース装置１００５は、ネットワークに接続するためのインタフェースとして用いられる。表示装置１００６はプログラムによるＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等を表示する。入力装置１００７はキーボード及びマウス、ボタン、又はタッチパネル等で構成され、様々な操作指示を入力させるために用いられる。
（トポロジー設計装置１００の動作）
次に、トポロジー設計装置１００の動作についてフローチャートを参照して説明する。なお、ここでは概要を説明し、トポロジーとエリアの具体例を用いた詳細動作例については後述する実施例で説明する。
次に、トポロジー設計装置１００の動作についてフローチャートを参照して説明する。なお、ここでは概要を説明し、トポロジーとエリアの具体例を用いた詳細動作例については後述する実施例で説明する。
＜全体動作＞
図４のフローチャートを参照して、トポロジー設計装置１００の全体動作を説明する。
図４のフローチャートを参照して、トポロジー設計装置１００の全体動作を説明する。
Ｓ１０１において、入力部１３１によりバイパス数がトポロジー設計装置１００に入力される。なお、このバイパス数は、処理の終了条件として用いられるものである。バイパス候補が決められなくなるまでバイパスを繰り返す等、予めバイパス数を入力せずに実施するフローとしてもよい。
Ｓ１０２において、ノード需要算出部１１１がノード需要を算出する。Ｓ１０３において、エリア需要算出部１１２がエリア需要を算出する。Ｓ１０４において、バイパス対象エリア抽出部１１３がバイパス対象エリアの抽出を行う。
Ｓ１０５において、バイパス候補ノード除外部１１４がバイパス候補ノードの除外を行う。Ｓ１０６において、需要収容シミュレーション機能部１１５が需要収容シミュレーションを行う。Ｓ１０７において、バイパス部１１６が、指定したバイパス数のバイパスが完了する等の終了条件を満たすまで、バイパスを繰り返す。
＜バイパス対象エリアの抽出処理＞
Ｓ１０４におけるバイパス対象エリアの抽出処理の内容について、図５を参照して説明する。Ｓ１０４１において、バイパス対象エリア抽出部１１３は、エリア需要の大きいエリアを抽出するための閾値（以下、エリア抽出閾値）を算出する。Ｓ１０４２において、バイパス対象エリア抽出部１１３は、光伝送ネットワーク２００に存在する複数のエリアの中から、エリア抽出閾値を超えるエリア需要のエリアを抽出する。
Ｓ１０４におけるバイパス対象エリアの抽出処理の内容について、図５を参照して説明する。Ｓ１０４１において、バイパス対象エリア抽出部１１３は、エリア需要の大きいエリアを抽出するための閾値（以下、エリア抽出閾値）を算出する。Ｓ１０４２において、バイパス対象エリア抽出部１１３は、光伝送ネットワーク２００に存在する複数のエリアの中から、エリア抽出閾値を超えるエリア需要のエリアを抽出する。
Ｓ１０４３において、エリアの抽出数が１つであるか否かが判定され、複数であればＳ１０４４に進み、１つであればそのエリアがバイパス対象エリアとして決定される。
Ｓ１０４４において、バイパス対象エリア抽出部１１３は、全抽出エリアのそれぞれに対して、エリアを構成するノード数を算出する。Ｓ１０４５において、バイパス対象エリア抽出部１１３は、ノード数が最大値のエリアをバイパス対象エリアとして決定する。なお、ノード数が最大値のエリアが複数存在する場合は、エリア需要が最大のエリアをバイパス対象エリアとする。
＜バイパス候補ノードの除外処理＞
Ｓ１０５におけるバイパス候補ノードの除外処理の内容について、図６を参照して説明する。Ｓ１０５１において、バイパス候補ノード除外部１１４は、ノード需要の大きいノードを除外するための閾値（以下、ノード除外閾値）を算出する。Ｓ１０５２において、バイパス候補ノード除外部１１４は、ノード除外閾値を超えるノードをバイパス候補エリアから除外する。
Ｓ１０５におけるバイパス候補ノードの除外処理の内容について、図６を参照して説明する。Ｓ１０５１において、バイパス候補ノード除外部１１４は、ノード需要の大きいノードを除外するための閾値（以下、ノード除外閾値）を算出する。Ｓ１０５２において、バイパス候補ノード除外部１１４は、ノード除外閾値を超えるノードをバイパス候補エリアから除外する。
＜需要収容シミュレーション処理＞
Ｓ１０６における需要収容シミュレーション処理の内容について、図７のフローチャートを参照して説明する。
Ｓ１０６における需要収容シミュレーション処理の内容について、図７のフローチャートを参照して説明する。
Ｓ１０６１において、需要収容シミュレーション部１１５は、バイパス候補エリアにおいて、前述のＳ１０５で除外されたノード以外のノードを対象として、全てのバイパス候補（バイパスルートの候補）を抽出する。
Ｓ１０６２において、バイパス候補であるバイパスルートが１つであるかどうかが判断され、１つであれば当該バイパスルートを追加する（Ｓ１０７）。バイパスルートが複数であればＳ１０６３に進む。
Ｓ１０６３において、需要収容シミュレーション部１１５は、それぞれのバイパス候補（バイパスルートを追加した光伝送ネットワーク２００のトポロジー）について需要収容をシミュレーションし、シミュレーション結果に基づいて、バイパスルートを決定する。
シミュレーションの方法は特定の方法に限定されないが、例えば、需要管理ＤＢ１２１に記憶されている各需要について、指定したルールでルート探索（経由ノードを決定）し、波長割当を実施し、需要を収容することでシミュレーションを実施する。シミュレーション結果を比較する評価指標は、最大使用波長番号や、ネットワークを構成するノードの方路数の合計値や平均値等、収容効率が評価できるものであれば何でも良い。
例えば、バイパスルート１とバイパスルート２が対象である場合において、バイパスルート１でのシミュレーション結果の収容効率のほうが、バイパスルート２でのシミュレーション結果の収容効率よりも良ければ、バイパスルート１が選択される。
（実施例）
以下、トポロジー設計装置１００の動作の実施例を説明する。図８に、本実施例における光伝送ネットワーク２００の全体構成イメージを示す。本実施例では、図８に示す光伝送ネットワーク２００が既存のトポロジーとして設計されている状態を対象として、バイパスルートを追加する。
以下、トポロジー設計装置１００の動作の実施例を説明する。図８に、本実施例における光伝送ネットワーク２００の全体構成イメージを示す。本実施例では、図８に示す光伝送ネットワーク２００が既存のトポロジーとして設計されている状態を対象として、バイパスルートを追加する。
本実施例では、ノード及びエッジに囲まれる領域を「エリア」と呼ぶ。当該ノード及びエッジは「エリア」を構成する要素である。
図８に示すとおり、本実施例では、「Ｎ１、Ｎ２、Ｎ４、Ｎ５」及びこれらのノードを接続するエッジに囲まれるエリア、「Ｎ２、Ｎ３、Ｎ５、Ｎ６」及びこれらのノードを接続するエッジに囲まれるエリア、「Ｎ４、Ｎ５、Ｎ７、Ｎ８」及びこれらのノードを接続するエッジに囲まれるエリア、「Ｎ５、Ｎ６、Ｎ８」及びこれらのノードを接続するエッジに囲まれるエリアの４箇所のエリアが存在する。説明の便宜上、これらのエリアをそれぞれ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとする。
本実施例のトポロジー管理ＤＢ１２２には、図８に示すトポロジー（ノードの情報とエッジの情報）とエリアを表す情報が記憶されている。
本実施例の需要管理ＤＢ１２１には図９に示す需要の情報が記憶されているものとする。図９の例では、各需要の経路（経由するノード）も示されている。
例えば、項番１の需要は、始点Ｎ８から終点Ｎ４へ、Ｎ８－＞Ｎ７－Ｎ４の経路で流れるトラヒックを表している。なお、記憶できる項目は、始点、終点、経路に限定するものではない。需要管理ＤＢ１２１に記憶されている情報は、過去の履歴情報でも良いし、過去の履歴情報に基づいて予測した需要情報でも良い。また、本実施例では、便宜上、各項番の需要の大きさ（トラヒック量）は１であるとする。
＜実施例におけるトポロジー設計装置１００の動作＞
以下、図４～図７に示したフローチャートの手順に沿って、本実施例におけるトポロジー設計装置１００の動作を説明する。
以下、図４～図７に示したフローチャートの手順に沿って、本実施例におけるトポロジー設計装置１００の動作を説明する。
＜図４のＳ１０１：バイパス数入力＞
入力部１３１によりバイパス数がトポロジー設計装置１００に入力される。入力されたバイパス数は、処理の終了条件として使用される。前述したとおり、バイパス数を指定することは必須ではない。バイパス数を指定せずに、バイパス候補が決められなくなるまでバイパスを繰り返す等の処理を行ってもよい。
入力部１３１によりバイパス数がトポロジー設計装置１００に入力される。入力されたバイパス数は、処理の終了条件として使用される。前述したとおり、バイパス数を指定することは必須ではない。バイパス数を指定せずに、バイパス候補が決められなくなるまでバイパスを繰り返す等の処理を行ってもよい。
＜Ｓ１０２：ノード需要算出＞
ノード需要算出部１１１が、需要管理ＤＢ１２１（図９）の情報に基づいて、各ノードのノード需要を算出する。あるノードについてのノード需要とは、そのノードが需要の始点、もしくは、終点となる需要の合計値である。本実施例の需要管理ＤＢ１２１（図９）に示される需要の場合、各ノードのノード需要は、Ｎ１＝４、Ｎ２＝２、Ｎ３＝０、Ｎ４＝１、Ｎ５＝２、Ｎ６＝４、Ｎ７＝３、Ｎ８＝４となる。
ノード需要算出部１１１が、需要管理ＤＢ１２１（図９）の情報に基づいて、各ノードのノード需要を算出する。あるノードについてのノード需要とは、そのノードが需要の始点、もしくは、終点となる需要の合計値である。本実施例の需要管理ＤＢ１２１（図９）に示される需要の場合、各ノードのノード需要は、Ｎ１＝４、Ｎ２＝２、Ｎ３＝０、Ｎ４＝１、Ｎ５＝２、Ｎ６＝４、Ｎ７＝３、Ｎ８＝４となる。
例えば、ノードＮ１に関して、需要管理ＤＢ１２１（図９）の項番４、５、６、７のそれぞれ１の需要があるので、合計で需要は４となる。他のノードも同様にしてノード需要を算出できる。
＜Ｓ１０３：エリア需要算出＞
エリア需要算出部１１２が、トポロジー管理ＤＢ１２２の情報（図８）と需要管理ＤＢエリア需要の情報（図９）とに基づいて、エリア毎のエリア需要を算出する。あるエリアについてのエリア需要とは、そのエリアを構成するエッジを通る需要の合計値である。本実施例の場合、Ａ＝５、Ｂ＝５、Ｃ＝６、Ｄ＝６となる。
エリア需要算出部１１２が、トポロジー管理ＤＢ１２２の情報（図８）と需要管理ＤＢエリア需要の情報（図９）とに基づいて、エリア毎のエリア需要を算出する。あるエリアについてのエリア需要とは、そのエリアを構成するエッジを通る需要の合計値である。本実施例の場合、Ａ＝５、Ｂ＝５、Ｃ＝６、Ｄ＝６となる。
例えば、エリアＡに関して、需要管理ＤＢ１２１（図９）の項番４、５、６、７、９のそれぞれの需要は、エリアＡを構成する少なくとも１つのエッジを経由するので、合計で需要は５となる。他のエリアも同様にしてエリア需要を算出できる。
＜図５のＳ１０４１：エリア抽出閾値算出＞
バイパス対象エリア抽出部１１３は、バイバス対象エリアとなり得るエリアを抽出するために使用されるエリア抽出閾値を算出する。算出方法は後述する。本実施例では、後述の算出方法における方法ａ（エリア需要の平均値）を使用する。従って、本実施例のエリア抽出閾値は（５＋５＋６＋６）／４＝５．５となる。以下、エリア抽出閾値の算出方法の例を説明する。
バイパス対象エリア抽出部１１３は、バイバス対象エリアとなり得るエリアを抽出するために使用されるエリア抽出閾値を算出する。算出方法は後述する。本実施例では、後述の算出方法における方法ａ（エリア需要の平均値）を使用する。従って、本実施例のエリア抽出閾値は（５＋５＋６＋６）／４＝５．５となる。以下、エリア抽出閾値の算出方法の例を説明する。
（方法ａ）
方法ａでは、バイパス対象エリア抽出部１１３は、下記の式により、ｎ個のエリア需要ＤＡｎの平均値をエリア抽出閾値ＤＡｔｈとして計算する。
方法ａでは、バイパス対象エリア抽出部１１３は、下記の式により、ｎ個のエリア需要ＤＡｎの平均値をエリア抽出閾値ＤＡｔｈとして計算する。
方法ｂでは、バイパス対象エリア抽出部１１３は、下記の式に示されるｎ個のエリア需要ＤＡｎの経験分布関数Ｆ（ＤＡ）に基づき、エリア抽出閾値ＤＡｔｈについて数値計算を行う、又は、経験分布関数Ｆ（ｔ）に対して近似関数を求め、エリア抽出閾値ＤＡｔｈを経験分布関数Ｆ（ｔ）の逆関数として算出する。
（方法ｃ）
方法ｃでは、バイパス対象エリア抽出部１１３は、ｎ個のエリア需要ＤＡｎが、ある確率分布に従うものと仮定し、その累積分布関数Ｆ（ｔ）に基づき、エリア抽出閾値ＤＡｔｈを数値計算する。例として、正規分布に従う場合の確率分布関数Ｆ（ｔ）を以下に示す。
方法ｃでは、バイパス対象エリア抽出部１１３は、ｎ個のエリア需要ＤＡｎが、ある確率分布に従うものと仮定し、その累積分布関数Ｆ（ｔ）に基づき、エリア抽出閾値ＤＡｔｈを数値計算する。例として、正規分布に従う場合の確率分布関数Ｆ（ｔ）を以下に示す。
上記の式において、μは、エリア抽出閾値ＤＡｔｈの推定に使用するエリア需要ＤＡｎの平均値である。σは、エリア抽出閾値ＤＡｔｈの推定に使用するエリア需要ＤＡｎの標準偏差である。
＜Ｓ１０４２：エリア抽出＞
バイパス対象エリア抽出部１１３は、エリア抽出閾値を超えるエリア需要のエリアを抽出する。本実施例では、エリア抽出閾値５．５を超えるエリアとして、エリアＣ、Ｄが抽出される。なお、エリアの抽出方法は、これに限定せず、本機能を使用したり運用したりするユーザの任意で行っても良い。
バイパス対象エリア抽出部１１３は、エリア抽出閾値を超えるエリア需要のエリアを抽出する。本実施例では、エリア抽出閾値５．５を超えるエリアとして、エリアＣ、Ｄが抽出される。なお、エリアの抽出方法は、これに限定せず、本機能を使用したり運用したりするユーザの任意で行っても良い。
＜Ｓ１０４３、Ｓ１０４４：ノード数算出＞
本実施例では、バイパス対象となる候補エリアが複数抽出されたため、図５のフローでＳ１０４４に進み、バイパス対象エリア抽出部１１３は、エリア毎にエリアを構成するノード数を算出する。本実施例では、図８に示すとおり、エリアＣのノード数は４、エリアＤのノード数は３である。
本実施例では、バイパス対象となる候補エリアが複数抽出されたため、図５のフローでＳ１０４４に進み、バイパス対象エリア抽出部１１３は、エリア毎にエリアを構成するノード数を算出する。本実施例では、図８に示すとおり、エリアＣのノード数は４、エリアＤのノード数は３である。
＜Ｓ１０４５＞
バイパス対象エリア抽出部１１３は、エリアＣ、Ｄのうち、ノード数の多い方をバイパス対象エリアとして決定する。本実施例では、エリアＣがバイパス対象エリアとして決定される。
バイパス対象エリア抽出部１１３は、エリアＣ、Ｄのうち、ノード数の多い方をバイパス対象エリアとして決定する。本実施例では、エリアＣがバイパス対象エリアとして決定される。
＜図６のＳ１０５１、Ｓ１０５２＞
バイパス候補ノード除外部１１４は、バイパス対象エリアＣを構成する複数ノードのうち、バイパス候補（バイパスルートの端点となるノードの候補）から除外するノードを決定するためのノード除外閾値を算出する。ノード除外閾値の算出方法は後述する。
バイパス候補ノード除外部１１４は、バイパス対象エリアＣを構成する複数ノードのうち、バイパス候補（バイパスルートの端点となるノードの候補）から除外するノードを決定するためのノード除外閾値を算出する。ノード除外閾値の算出方法は後述する。
バイパス候補ノード除外部１１４は、バイパス対象エリアＣを構成するノード（Ｎ４、Ｎ５、Ｎ８、Ｎ７）から、ノード除外閾値を超える需要のノードをバイパス候補から除外する。ただし、これに限定するものではなく、本機能を使用したり運用したりするユーザの任意でノードを指定したり、本機能を使用したり運用したりするユーザの任意でノード除外閾値を決定したり、需要が最大のノードのみを除外したりしても良い。
本実施例では、ノード需要が最大のノード（＝Ｎ８）のみを除外する。以下、ノード除外閾値の算出方法の例を説明する。
（方法ａ）
方法ａでは、バイパス候補ノード除外部１１４は、下記の式により、ｎ個のノード需要ＤＮｎの平均値をノード除外閾値ＤＮｔｈとする。
方法ａでは、バイパス候補ノード除外部１１４は、下記の式により、ｎ個のノード需要ＤＮｎの平均値をノード除外閾値ＤＮｔｈとする。
方法ｂでは、バイパス候補ノード除外部１１４は、下記の式に示されるｎ個のノード需要ＤＮｎの経験分布関数Ｆ（ＤＮ）に基づき、ノード除外閾値ＤＮｔｈについて数値計算を行う、又は、経験分布関数Ｆ（ｔ）に対して近似関数を求め、ノード除外閾値ＤＮｔｈを経験分布関数Ｆ（ｔ）の逆関数として算出する。
（方法ｃ）
方法ｃでは、バイパス候補ノード除外部１１４は、ｎ個のノード需要ＤＮｎが、ある確率分布に従うものと仮定し、その累積分布関数Ｆ（ｔ）に基づき、ノード除外閾値ＤＮｔｈを数値計算する。例として、正規分布に従う場合の確率分布関数Ｆ（ｔ）を以下に示す。
方法ｃでは、バイパス候補ノード除外部１１４は、ｎ個のノード需要ＤＮｎが、ある確率分布に従うものと仮定し、その累積分布関数Ｆ（ｔ）に基づき、ノード除外閾値ＤＮｔｈを数値計算する。例として、正規分布に従う場合の確率分布関数Ｆ（ｔ）を以下に示す。
上記の式において、μは、ノード除外閾値ＤＮｔｈの推定に使用するノード需要ＤＮｎの平均値である。σは、ノード除外閾値ＤＮｔｈの推定に使用するノード需要ＤＮｎの標準偏差である。
＜図７のＳ１０６１：バイパス候補抽出、Ｓ１０６３：シミュレーション＞
需要収容シミュレーション部１１５は、Ｓ１０５２で除外されたノード以外のノードを対象として、バイパス対象エリアにおける全てのバイパス候補を抽出する。本実施例では、バイパス対象エリアであるエリアＣからＮ８が除外されているため、Ｎ５とＮ７を接続するバイパス候補が一つ抽出される。
需要収容シミュレーション部１１５は、Ｓ１０５２で除外されたノード以外のノードを対象として、バイパス対象エリアにおける全てのバイパス候補を抽出する。本実施例では、バイパス対象エリアであるエリアＣからＮ８が除外されているため、Ｎ５とＮ７を接続するバイパス候補が一つ抽出される。
本実施例では、バイパス候補が一つであるため、Ｓ１０７において、バイパス部１１６は、Ｎ５とＮ７を接続するエッジ（バイパス）を追加し、バイパスを追加した後の構成（光伝送ネットワーク全体のトポロジーとエリア情報）をトポロジー管理ＤＢ１２２に記憶する。本実施例では、図８に示す光伝送ネットワーク（トポロジーとエリア情報）に対して、Ｎ５とＮ７を接続するエッジが追加され、「Ｎ４、Ｎ５、Ｎ７」のエリアと「Ｎ５、Ｎ７、Ｎ８」のエリアができたことを示す情報がトポロジー管理ＤＢ１２２に記憶される。
バイパス候補が複数存在する場合は、需要管理ＤＢ１２１の情報に基づいて、それぞれのバイパス候補における需要収容をシミュレーションし、シミュレーション結果に基づいてバイパス箇所を決定する。バイパス候補が一つである場合においても、需要収容をシミュレーションすることとしてもよい。
また、ここでの需要収容シミュレーションとは、需要管理ＤＢ１２１に記憶されている需要を、指定したルールでルート探索（経由ノードを決定）し、波長割当を実施して、需要を収容していくことである。シミュレーション結果を比較する評価指標は、最大使用波長番号やネットワークを構成するノードの方路数の合計値や平均値等、収容効率が評価できるものであれば何でも良い。
＜繰り返し処理＞
トポロジー設計装置１００は、指定した終了条件を満たすまで、図４のフローでのＳ１０２～Ｓ１０７を繰り返す。本実施例では、バイパス数を指定しているため、「指定した数のバイパスを実施」又は「バイパスできなくなる」ことが終了条件となる。
トポロジー設計装置１００は、指定した終了条件を満たすまで、図４のフローでのＳ１０２～Ｓ１０７を繰り返す。本実施例では、バイパス数を指定しているため、「指定した数のバイパスを実施」又は「バイパスできなくなる」ことが終了条件となる。
（実施の形態の効果）
以上説明したように、本実施の形態では、光伝送ネットワーク全体が小規模なエリアの組み合わせで構成されているものとして小規模な複数のエリアを定義し、エリア需要とノード需要に基づいてバイパス候補の絞り込みを行うこととしている。このような絞り込みにより、光伝送ネットワークを構成するノード数の増加によって計算量が爆発的に増大することを抑制することができる。
以上説明したように、本実施の形態では、光伝送ネットワーク全体が小規模なエリアの組み合わせで構成されているものとして小規模な複数のエリアを定義し、エリア需要とノード需要に基づいてバイパス候補の絞り込みを行うこととしている。このような絞り込みにより、光伝送ネットワークを構成するノード数の増加によって計算量が爆発的に増大することを抑制することができる。
また、エリア需要の大きなエリアをバイパス対象エリアとするので、需要を分散でき、特定のエリアのエッジに需要が集中することを回避できる。また、バイパス対象エリアの中で、ノード需要の大きなノードをバイパス候補から除外するので、当該ノードをバイパスしてトラヒックを流すことができる。すなわち、需要を分散して収容できるようになる。その結果、光伝送ネットワークの収容効率が向上し、構築コストを抑制することができる。
（実施の形態のまとめ）
本明細書には、少なくとも下記の各項に記載したトポロジー設計装置、トポロジー設計方法、及びプログラムが記載されている。
（第１項）
光伝送ネットワークにおけるトポロジーを設計するトポロジー設計装置であって、
前記光伝送ネットワークにおけるノードの情報、エッジの情報、及び、ノード及びエッジで囲まれる領域を示すエリアの情報とを格納するトポロジー管理データベースと、前記光伝送ネットワークにおける需要を格納する需要管理データベースとを参照することにより、エッジを経由する需要の合計値であるエリア需要に基づいて、前記光伝送ネットワークにおいてバイパスルートを追加する対象となるエリアであるバイパス対象エリアを決定するバイパス対象エリア決定部と、
前記トポロジー管理データベースと前記需要管理データベースとを参照することにより、ノードが需要の始点又は終点となる需要の合計値であるノード需要に基づいて、前記バイパス対象エリアを構成する複数ノードからノードを除外し、当該ノードを除外した複数ノードからバイパスルートを決定するバイパス決定部と
を備えるトポロジー設計装置。
（第２項）
前記バイパス対象エリア決定部は、エリア抽出閾値を超えるエリア需要を有するエリアを前記バイパス対象エリアとして決定する
第１項に記載のトポロジー設計装置。
（第３項）
エリア抽出閾値を超えるエリア需要を有する複数のエリアが存在する場合において、前記バイパス対象エリア決定部は、当該複数のエリアのうち、ノード数が最大のエリアを前記バイパス対象エリアとして決定する
第２項に記載のトポロジー設計装置。
（第４項）
前記バイパス決定部は、ノード除外閾値を超えるノード需要を有するノードを前記バイパス対象エリアを構成する複数ノードから除外する
第１項ないし第３項のうちいずれか１項に記載のトポロジー設計装置。
（第５項）
前記バイパス決定部は、前記ノードを除外した複数ノードから形成可能な各バイパスルートについて、需要収容シミュレーションを実施することによりバイパスルートを決定する
第１項ないし第４項のうちいずれか１項に記載のトポロジー設計装置。
（第６項）
光伝送ネットワークにおけるトポロジーを設計するトポロジー設計装置が実行するトポロジー設計方法であって、
前記光伝送ネットワークにおけるノードの情報、エッジの情報、及び、ノード及びエッジで囲まれる領域を示すエリアの情報とを格納するトポロジー管理データベースと、前記光伝送ネットワークにおける需要を格納する需要管理データベースとを参照することにより、エッジを経由する需要の合計値であるエリア需要に基づいて、前記光伝送ネットワークにおいてバイパスルートを追加する対象となるエリアであるバイパス対象エリアを決定するバイパス対象エリア決定ステップと、
前記トポロジー管理データベースと前記需要管理データベースとを参照することにより、ノードが需要の始点又は終点となる需要の合計値であるノード需要に基づいて、前記バイパス対象エリアを構成する複数ノードからノードを除外し、当該ノードを除外した複数ノードからバイパスルートを決定するバイパス決定ステップと
を備えるトポロジー設計方法。
（第７項）
コンピュータを、第１項ないし第５項のうちいずれか１項に記載のトポロジー設計装置における各部として機能させるためのプログラム。
本明細書には、少なくとも下記の各項に記載したトポロジー設計装置、トポロジー設計方法、及びプログラムが記載されている。
（第１項）
光伝送ネットワークにおけるトポロジーを設計するトポロジー設計装置であって、
前記光伝送ネットワークにおけるノードの情報、エッジの情報、及び、ノード及びエッジで囲まれる領域を示すエリアの情報とを格納するトポロジー管理データベースと、前記光伝送ネットワークにおける需要を格納する需要管理データベースとを参照することにより、エッジを経由する需要の合計値であるエリア需要に基づいて、前記光伝送ネットワークにおいてバイパスルートを追加する対象となるエリアであるバイパス対象エリアを決定するバイパス対象エリア決定部と、
前記トポロジー管理データベースと前記需要管理データベースとを参照することにより、ノードが需要の始点又は終点となる需要の合計値であるノード需要に基づいて、前記バイパス対象エリアを構成する複数ノードからノードを除外し、当該ノードを除外した複数ノードからバイパスルートを決定するバイパス決定部と
を備えるトポロジー設計装置。
（第２項）
前記バイパス対象エリア決定部は、エリア抽出閾値を超えるエリア需要を有するエリアを前記バイパス対象エリアとして決定する
第１項に記載のトポロジー設計装置。
（第３項）
エリア抽出閾値を超えるエリア需要を有する複数のエリアが存在する場合において、前記バイパス対象エリア決定部は、当該複数のエリアのうち、ノード数が最大のエリアを前記バイパス対象エリアとして決定する
第２項に記載のトポロジー設計装置。
（第４項）
前記バイパス決定部は、ノード除外閾値を超えるノード需要を有するノードを前記バイパス対象エリアを構成する複数ノードから除外する
第１項ないし第３項のうちいずれか１項に記載のトポロジー設計装置。
（第５項）
前記バイパス決定部は、前記ノードを除外した複数ノードから形成可能な各バイパスルートについて、需要収容シミュレーションを実施することによりバイパスルートを決定する
第１項ないし第４項のうちいずれか１項に記載のトポロジー設計装置。
（第６項）
光伝送ネットワークにおけるトポロジーを設計するトポロジー設計装置が実行するトポロジー設計方法であって、
前記光伝送ネットワークにおけるノードの情報、エッジの情報、及び、ノード及びエッジで囲まれる領域を示すエリアの情報とを格納するトポロジー管理データベースと、前記光伝送ネットワークにおける需要を格納する需要管理データベースとを参照することにより、エッジを経由する需要の合計値であるエリア需要に基づいて、前記光伝送ネットワークにおいてバイパスルートを追加する対象となるエリアであるバイパス対象エリアを決定するバイパス対象エリア決定ステップと、
前記トポロジー管理データベースと前記需要管理データベースとを参照することにより、ノードが需要の始点又は終点となる需要の合計値であるノード需要に基づいて、前記バイパス対象エリアを構成する複数ノードからノードを除外し、当該ノードを除外した複数ノードからバイパスルートを決定するバイパス決定ステップと
を備えるトポロジー設計方法。
（第７項）
コンピュータを、第１項ないし第５項のうちいずれか１項に記載のトポロジー設計装置における各部として機能させるためのプログラム。
以上、本実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１００ トポロジー設計装置
１１０ バイパス機能部
１１１ ノード需要算出部
１１２ エリア需要算出部
１１３ バイパス対象エリア抽出部
１１４ バイパス候補ノード除外部
１１５ 需要収容シミュレーション部
１１６ バイパス部
１２０ 記憶部
１２１ 需要管理ＤＢ
１２２ トポロジー管理ＤＢ
１３０ 入出力機能部
１３１ 入力部
１３２ 出力部
２００ 光伝送ネットワーク
１０００ ドライブ装置
１００１ 記録媒体
１００２ 補助記憶装置
１００３ メモリ装置
１００４ ＣＰＵ
１００５ インターフェース装置
１００６ 表示装置
１００７ 入力装置
１１０ バイパス機能部
１１１ ノード需要算出部
１１２ エリア需要算出部
１１３ バイパス対象エリア抽出部
１１４ バイパス候補ノード除外部
１１５ 需要収容シミュレーション部
１１６ バイパス部
１２０ 記憶部
１２１ 需要管理ＤＢ
１２２ トポロジー管理ＤＢ
１３０ 入出力機能部
１３１ 入力部
１３２ 出力部
２００ 光伝送ネットワーク
１０００ ドライブ装置
１００１ 記録媒体
１００２ 補助記憶装置
１００３ メモリ装置
１００４ ＣＰＵ
１００５ インターフェース装置
１００６ 表示装置
１００７ 入力装置
Claims (7)
- 光伝送ネットワークにおけるトポロジーを設計するトポロジー設計装置であって、
前記光伝送ネットワークにおけるノードの情報、エッジの情報、及び、ノード及びエッジで囲まれる領域を示すエリアの情報とを格納するトポロジー管理データベースと、前記光伝送ネットワークにおける始点のノードから終点のノードへのトラヒックである需要を格納する需要管理データベースとを参照することにより、エリアを構成するエッジを経由する需要の合計値であるエリア需要に基づいて、前記光伝送ネットワークにおいてバイパスルートを追加する対象となるエリアであるバイパス対象エリアを決定するバイパス対象エリア決定部と、
前記トポロジー管理データベースと前記需要管理データベースとを参照することにより、ノードが需要の始点又は終点となる需要の合計値であるノード需要に基づいて、前記バイパス対象エリアを構成する複数ノードからノードを除外し、当該ノードを除外した複数ノードからバイパスルートを決定するバイパス決定部と
を備えるトポロジー設計装置。 - 前記バイパス対象エリア決定部は、エリア抽出閾値を超えるエリア需要を有するエリアを前記バイパス対象エリアとして決定する
請求項１に記載のトポロジー設計装置。 - エリア抽出閾値を超えるエリア需要を有する複数のエリアが存在する場合において、前記バイパス対象エリア決定部は、当該複数のエリアのうち、ノード数が最大のエリアを前記バイパス対象エリアとして決定する
請求項２に記載のトポロジー設計装置。 - 前記バイパス決定部は、ノード除外閾値を超えるノード需要を有するノードを前記バイパス対象エリアを構成する複数ノードから除外する
請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載のトポロジー設計装置。 - 前記バイパス決定部は、前記ノードを除外した複数ノードから形成可能な各バイパスルートについて、需要収容シミュレーションを実施することによりバイパスルートを決定する
請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載のトポロジー設計装置。 - 光伝送ネットワークにおけるトポロジーを設計するトポロジー設計装置が実行するトポロジー設計方法であって、
前記光伝送ネットワークにおけるノードの情報、エッジの情報、及び、ノード及びエッジで囲まれる領域を示すエリアの情報とを格納するトポロジー管理データベースと、前記光伝送ネットワークにおける始点のノードから終点のノードへのトラヒックである需要を格納する需要管理データベースとを参照することにより、エリアを構成するエッジを経由する需要の合計値であるエリア需要に基づいて、前記光伝送ネットワークにおいてバイパスルートを追加する対象となるエリアであるバイパス対象エリアを決定するバイパス対象エリア決定ステップと、
前記トポロジー管理データベースと前記需要管理データベースとを参照することにより、ノードが需要の始点又は終点となる需要の合計値であるノード需要に基づいて、前記バイパス対象エリアを構成する複数ノードからノードを除外し、当該ノードを除外した複数ノードからバイパスルートを決定するバイパス決定ステップと
を備えるトポロジー設計方法。 - コンピュータを、請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載のトポロジー設計装置における各部として機能させるためのプログラム。
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| WO2014046875A1 (en) * | 2012-09-20 | 2014-03-27 | Ntt Docomo, Inc. | A method and apparatus for topology and path verification in networks |
-
2019
- 2019-12-20 WO PCT/JP2019/050195 patent/WO2021124574A1/ja active Application Filing
- 2019-12-20 US US17/757,614 patent/US11838186B2/en active Active
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|---|---|---|---|---|
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