KR100408473B1 - 광파장 분할 다중화 링 통신망에서의 수요집적 및 광파장경로설정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 WDM 통신망에서 가능한 한 최소의 광파장으로 수요를 전송하기 위하여 각 전송수요를 집적화하고, 선정된 광경로의 최적경로를 설정하는 방법에 관한 것으로, 통신망을 구성하는 노드들간에 주어지는 각각의 광전송수요를 처리하기 위한 광파장을 할당하되, 최소 이용률을 나타내는 광파장에 대한 광전송수요량을 다른 광파장에 할당함으로서 링을 구성하는 노드들 사이에 설치되는 광파장의 수가 최소가 되도록 수요를 집적하는 수요집적과정과;

상기 수요집적과정에서 결정된 노드간의 커머더티 각각에 대하여 광경로 수요 모두가 동일 방향의 경로를 가지도록 배치한후 해당 커머더티의 출발노드를 중심으로 시계방향 링크에 할당된 최대 광파장 수와 반시계방향 링크에 할당된 최대 광파장 수를 비교하여 부하 균형이 이루어지도록 수요량을 재배치함으로서 링 상에서 소요되는 총 광파장의 수를 최소화하는 광파장 경로설정과정;으로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

광파장 분할 다중화 링 통신망에서의 수요집적 및 광파장 경로설정방법{TRAFFIC GROOMING AND WAVELENGTH ROUTING METHOD FOR ALL OPTICAL WDM RING NETWORK}

본 발명은 전광 광파장 분할 다중화(WAVELENGTH DIVISION MULTIPLEXING:WDM) 링 통신망에 관한 것으로, 특히 WDM 통신망에서 가능한 한 최소의 광파장으로 수요를 전송하기 위하여 각 전송수요를 집적화하고, 선정된 광경로의 최적경로 설정을 결정하는 방법에 관한 것이다.

정보통신 기술의 발전과 광대역을 필요로 하는 각종 정보통신 서비스의 등장은 통신망의 초고속화를 가속시키고 있다. 통신망의 초고속화는 광전송기술의 발전으로 가능할 수 있는데, 각종 초고속 광전송 기술 가운데 최근에 두각을 보이는 것이 광파장 분할 다중화(Wavelength Division Multiplexing:WDM) 기술을 이용한 광전송 방식이다. 즉, 동일한 광케이블에 다수의 광파장을 다중화하여 전송속도를 획기적으로 증대시켜 광대역 서비스를 효과적으로 제공하는 것으로, 많은 통신사업자들은 WDM 방식의 광전송망 구축을 위한 투자를 시도하고 있다.

WDM 광전송망의 구축은 기존의 SDH/SONET 기반의 광전송망 구축에 비하여 노드에서 필요한 부분만 광/전 변환(Optic/Eletronic Transformation) 또는 전/광 변환(Electronic/Optic Transformation)을 함으로써, 전체적으로 광/전 변환에 따르는 손실을 최소화할 수 있다.

WDM 광전송망에서는 하나의 광파장에 정보를 실어 목적지 노드까지 전달하게 되는데, 다수의 광파장을 다중화하여 하나의 광케이블로 전송할 수 있기 때문에 기존의 광전송망에 비하여 더 많은 전송 용량을 확보할 수 있다. 이 경우에 동일한 광케이블상에 같은 파장의 광파장을 할당할 수 없기 때문에 서로 다른 광파장을 다중화하여 전송하는 광파장 할당문제가 제기된다. 광파장의 할당을 위해서는 광전송 노드에서의 파장변환방식에 따라 WP(Wavelength Path)와 VWP(Virtual Wavelength Path)방식이 적용된다.

WP방식은 동일한 광파장을 이용하여 두 노드간의 연결을 설정하는 방식으로, 중계노드에서의 파장변환을 허용하지 않는 전송방식이다. 이에 반하여 VWP방식은 두 노드간의 연결을 위하여 중계노드에서의 파장변환을 허용하여 여러 개의 광파장을 사용하여 경로를 설정하는 방식이다.

기존의 연구에서는 광전송망의 전송지연의 최소화 또는 소요파장의 최소화 등 주어진 목적에 따라 여러 가지 유형의 연구가 진행되었다. 토폴로지(Topological) 관점에서의 연구에서는 광파장 설치에 대한 수요가 주어진 경우, WP방식 또는 VWP방식으로의 경로설정시에 최소한의 파장이 사용될 수 있도록 광파장의 경로설정과 파장할당 문제들이 다루어져 왔다. 또 다른 연구방향으로서 광파장이 주어진 WDM망에서 패킷 전송지연을 최소화하기 위한 패킷 경로설정 문제를 다루는 논리적 망 설계문제를 다루는 것이다.

Zhang and Acampora는 광전송 수요가 주어진 경우의 광파장 재사용을 고려한 VWP 및 WP의 선정 문제를 다루었다. 특히, 광파장의 재사용을 고려하여 동일한 광파장으로 연결되는 광전송 수요를 최대화하도록 하였고, 발견적 해법을 적용하였다. Rawaswami와 Sivarajan은 WDM망에서 논리적 망설계문제를 고려하여 각 링크에 할당되는 최대부하를 최소화할 수 있도록 광전송 수요의 경로설정 문제를 포함하는 설계문제를 다루었고, Mukherjee등은 주어진 전송수요에 대하여 일반적인 망구조하에서 평균지연을 최소화하는 광파장 경로설정 및 파장할당 문제를 비선형계획법으로 정식화하였다. 특히, Mukherjee등의 연구에서는 효과적으로 발견적 실행 가능해를 찾기 위하여 전체 문제를 4개의 부문제로 분할하고, 발견적 해법을 통하여 해결하는 방법을 적용하였다. 박구현과 우제현의 연구에서는 광파장수가 주어진 경우에 노드쌍간의 연결공정성을 보장하면서 망효율을 최대화하기 위한 광파장 경로설정 및 파장할당 문제를 다루었다.

상술한 연구들은 대부분 광파장이 설치될 노드쌍이 주어진 경우 광전송을 위한 광파장의 경로선정문제와 그에 따르는 파장할당 문제들을 다룬 것이다. 따라서 두 교환노드간의 전송수요가 광파장의 전송용량에 못 미치는 경우에도 두 교환노드 사이에는 하나의 광파장이 설치되어야 하기 때문에, 전송망에 과도한 투자를 하게 되는 문제점이 있으며, 망에서 사용해야 하는 광파장수가 불필요하게 많아짐으로서 광파장 운영 효율성이 저하되는 문제점이 있다.

따라서 WDM망에서도 수요가 광파장의 전송용량 이하로 주어지는 경우 광파장의 전송용량까지 수요를 집적화하고, 설치될 광파장의 경로를 최적으로 설정하는 것이 필요하다.

이에 본 발명의 목적은 WDM 링 통신망에 있어서 가능한 한 최소의 광파장으로 수요를 전송하기 위하여 각 전송수요를 집적화하고, 집적화된 전송수요를 처리하기 위해 선정된 광파장의 경로를 최적으로 설정할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 WDM 링 통신망에서 주어진 전송수요를 처리하기 위해 필요한 최소한의 광파장 수와 그 경로를 빠른 계산시간내에 산출할 수 있는 수요집적 및 광파장 경로설정방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수요집적을 고려하지 않은 경우의 WDM 링 통신망의 구성과 교환 노드간 광파장 경로설정 예시도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수요집적을 고려한 경우의 WDM 링 통신망의 구성과 교환 노드간 광파장 경로설정 예시도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수요집적과정을 설명하기 위한 흐름도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광파장 경로설정과정을 설명하기 위한 흐름도.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 광파장 경로설정과정을 설명하기 위한 광경로 변화 예시도.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전광 WDM 통신망에 있어서,

통신망을 구성하는 노드들간에 주어지는 각각의 광전송수요를 처리하기 위한 광파장을 할당하되, 최소 이용률을 나타내는 광파장에 대한 광전송수요량을 다른 광파장에 할당함으로서 링을 구성하는 노드들 사이에 설치되는 광파장의 수가 최소가 되도록 수요를 집적하는 수요집적과정과; 상기 수요집적과정에서 결정된 노드간의 커머더티 각각에 대하여 광경로 수요 모두가 동일 방향의 경로를 가지도록 배치한후 해당 커머더티의 출발노드를 중심으로 시계방향 링크에 할당된 최대 광파장 수와 반시계방향 링크에 할당된 최대 광파장 수를 비교하여 부하 균형이 이루어지도록 수요량을 재배치함으로서 링 상에서 소요되는 총 광파장의 수를 최소화하는 광파장 경로설정과정;으로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

우선 본 발명의 실시예에서는 교환 노드간의 전송수요가 OC(Optical Carrier)-1 레벨 단위로 주어진 경우, WDM 통신망에서 가능한 한 최소의 광파장으로 수요를 전송하기 위하여 각 전송수요를 집적화하고, 집적화된 수요를 처리하기 위해 선정된 광파장 경로를 최적으로 결정하는 문제를 다루기로 한다.

WDM 통신망 구조는 링을 가정하고, 전송수요는 두 개 이상의 경로를 이용할수 있도록 수요분할을 허용하는 것으로 가정한다. 목적함수는 모든 전송 수요를 처리하기 위해 필요한 광파장 수를 최소화하는 것이다. 광파장의 경로가 설정되면, WP 또는 VWP 방식에 따라 여러 가지 광파장 할당방법이 고려될 수 있으나 이러한 문제는 본 발명의 실시예에서 다루지 않기로 한다. 본 발명의 실시예에서 다루는 문제를 보다 명확히 하기 위하여 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 4개의 노드로 구성되는 WDM 링 통신망을 가정해 보기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수요집적을 고려하지 않은 경우의 WDM 링 통신망의 구성과 교환 노드간 광파장 경로설정 예시도를 도시한 것이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수요집적을 고려한 경우의 WDM 링 통신망의 구성과 교환 노드간 광파장 경로설정 예시도를 도시한 것이다. 그리고 하기 표 1은 노드간 전송수요를 나타낸 것으로, 하기 표 1에서 k는 두 노드간의 전송수요를 나타내기 위한 커머더티(commodity)를 나타내고 있으며, o(k)와 d(k) 각각은 커머더티 k의 출발지와 목적지를 나타내고 있다. 그리고는 o(k)와 d(k)간에 전송될 전송수요이고,은 각 광파장의 전송용량을 나타내는데 모두 OC-48 레벨인 것으로 가정한다.

k	o(k)	d(k)
1	A	B	15 OC-1
2	A	C	10 OC-1
3	A	D	20 OC-1
4	B	C	5 OC-1
5	B	D	20 OC-1
6	C	D	30 OC-1
광파장 전송용량 = OC-48

도 1을 참조하면, 우선 (a)는 각 노드(A,B,C,D)간에 주어진 광전송 수요를나타내고 있으며, 이러한 각 노드들간에는 상기 표 1과 같은 수요량이 주어져 있다고 가정한다. 도 1의 (b)는 상기 표 1에 나타낸 모든 광전송 수요(6개)에 각각 광파장을 할당하는 경우로서 최대 3개(,,)의 광파장이 필요하게 된다. 이러한 경우의 광파장 경로설정의 예가 (c)에 도시되어 있는데 6개의 광파장 설치 구간이 요구된다.

한편 도 2의 (a)에서는 최대 2개(,)의 광파장을 사용하여 모든 수요를 처리하도록 하고 있다. 또한 4개의 광파장 설치구간이 요구된다. 즉, 노드 A와 노드 B의 수요는의 파장(WP)을 이용하여 노드 C까지 전송하고, 노드 C에서 노드 B로 가는 다른 전송 수요와 다중화 시켜의 파장을 이용하여 노드 B까지 전달한다. 노드 A와 노드 D간의 수요도 동일한 방법으로 A-C간의 광파장과 C-D간의 광파장을 경유하여 연결되게 한다. 이러한 과정에 있어서 빈번한 광전 변환에 따른 전송지연이 고려될 수 있으나, 광전 변환횟수를 제한하여 전송지연을 일정한 수준 이하로 유지할 수 있다. 이때 A-C간의 광파장 경로에 동일한 파장을 할당(WP)할 것인지, B노드에서의 파장변환을 허용할 것인지(VWP)의 문제는 파장할당 문제로서 본 발명의 실시예에서는 다루지 않기로 한다.

상술한 바와 같이 도 1의 (b)와 도 2의 (a)를 대비하여 볼 때 상기 표 1에 나타난 모든 노드간의 전송수요를 처리하기 위해 필요한 광파장의 수가 상대적으로 도 2의 (a)에서 적음을 알 수 있고, 또한 광파장 설치 구간 역시 도 2의 (b)가 도 1의 (c)에 비해 적음을 알 수 있다.

이러한 결과는 본 발명의 실시예에 따른 수요집적과정과 광파장 경로설정 과정에 의해 구현될 수 있기 때문에, 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 구성하는 수요집적과정과 광파장 경로설정 과정에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수요집적과정을 설명하기 위한 흐름도를 도시한 것이다. 도 3은 모든 커머더티에 대하여 하나의 광파장으로 전송할 수 있는 광전송용량 범위내로 수요를 집적시키는 과정을 설명하기 위한 것이다.

수요집적과정은 도 3에 도시한 바와 같이 노드간에 주어진 전송수요에 각각 서로 다른 광파장을 할당(100단계)하는 것으로 시작한다. 이때 두 노드간의 광전송수요가 광파장 전송용량을 초과하는 경우에는 광전송 수요를 수용할 수 있는 만큼의 광파장이 두 노드 사이에 설치되도록 한다. 이를 위하여 노드간에 할당되는 각각의 광파장을 아크로 하는 망을 고려한다. 이 망을 G=(N,E)로 표시하기로 한다. N은 WDM 통신망을 구성하는 노드의 집합, E는 광파장을 나타내는 아크의 집합으로 정의한다. 두 노드간에 다수의 광파장이 할당되어야 하는 경우에는 두 노드간에 다중 아크를 고려하여 해결할 수 있고 E에 포함되도록 한다.

본 발명의 실시예에서는 초기에 각 수요를 도 1의 (b)와 같이 각기 다른 광파장에 할당한다. 따라서 커머더티의 수 만큼 광파장이 필요하므로, 이 광파장의 집합 L을 커머더티의 집합 K로 대체할 수 있다. 또한 각 광파장을 아크로 표현하는 G에서는 아크집합 E를 L로 대체할 수 있다. 이를 도 3에서 변수 초기화 단계(110단계)로 정의하였다.

한편은 커머더티 k의 수요가 광파장 l에 할당되는 양을 나타내는데, G상의 아크 l에 할당되는 수요량으로 표현할 수 있다. 따라서 K(l)을 아크 l을 이용하는 커머더티의 집합,을 아크 l의 이용률로 정의하여 하기 수학식 1과 같이 계산할 수 있다.

따라서 아크의 집합 L에 대하여 이용률이 최소인 아크를 선택(120단계)하고, 선택된 아크를 이용하는 커머더티의 집합 K()의 수요량을 다른 아크들로 대체할 수 있는지를 검사(130단계)하여 대체 경로를 선정한다.

대체경로 선정은 다음 절차를 따른다. 즉, K()에 속한 각 커머더티 k에 대하여 G에서과까지이외의 아크를 이용하는 경로를 선택하는데, 아크의 이용률이 1 보다 작은 아크만을 고려하여 대체경로로 우선 선택한다. 그리고 선택된 경로의 아크(파장)의 집합을 P(k)라 하고, 이 경로상의 여유률을 고려하여 최대여유용량를 하기 수학식 2에 의해 산출한다.

P(k) 집합이 존재하는 경우에는를 이용하는 커머더티 k의 수요량을 대체경로로 전환(140단계)시키고, P(k) 집합이 존재하지 않는 경우에는 커머더티 k는이외의 다른 아크는 이용할 수 없음을 나타내므로 반드시 필요한 아크가 된다.따라서는 더 이상 대체경로 선정과정을 적용할 필요가 없기 때문에, 광파장의 집합 L에서 제거한후 160단계로 진행한다.

만일 K()의 모든 커머더티에 대한 조정결과이라면를 L에서 제거시킨다. 이 같은 조정과정은 더 이상의 아크제거가 없을 때까지 반복함으로서 수용집적을 위해 필요한 광파장 설치구간을 결정(160단계)할 수 있는 것이다.

상술한 수요집적과정을 요약하면 다음과 같다.

▶ 제1단계(초기화);

WDM 링과 수요로부터 G=(N,E), L=K, E=L, T(광파장 수요집합)= L로 정의함.

(k=l일때) ,(일때) , 여기서;

K(l) = k(k=l일때), K(l) = 0(일때), 여기서;

▶ 제2단계(수요 조정아크 선택);

1) 각 아크의 이용률 계산 ;,

2)선택 :

▶ 제3단계(대체경로 선정 및 수요조정)

1)선택하여 P(k)선택.

2) P(k)=0 이면,는 L에서 제거.

3) P(k) ≠ 0 이면,산출.

ⅰ)이면,

일 때,일 때이고 P(k)에 속한 아크의조정.

ⅱ)이면,

일 때,l 일 때이고 P(k)에 속한 아크의조정.

4) 만일이면,를 L 및 T에서 제거

▶ 제4단계(종료)

L= 0 이면 종료, L≠0이면 제2단계부터 반복.

이하 본 발명의 실시예에 따른 광파장 경로설정과정을 설명하기로 한다.

우선 수요집적과정에서 광파장 설치구간이 결정되면 G에는 광파장을 나타내는 아크 중에서 필요한 아크 집합인 T만 남게 된다. 이러한 아크에는 하나의 광파장이 배정되어 각 커머더티의 수요를 전달하는데 이용된다. 이 과정에서 하나의 아크로 연결되는 수요는 동일한 파장으로 중간에 광/전 변환없이 전송되는 광파장에 대응되고, 두 개 이상의 아크를 경유하는 수요는 아크 수 만큼 중간에 광/전 변환을 거치게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 광파장 경로설정과정은 상기 수요집적과정에서 결정된 광파장을 링 상에 적절히 배치하여 링에서 요구되는 총 광파장의 수를 최소화하도록 하는 과정이다.

우선 수요집적과정에서 광파장 설치구간이 결정되면 이러한 광파장 수요의집합을 T라 정의하고, 아울러 각 광파장 수요를 커머더티 k로 정의한다. 또한를 수요집적과정에서 결정된 광파장 수요 k의 수요량이라 하고, T의 각 커머더티에 대하여 1로 정의한다. 광파장 수요는 어느 하나의 기준 노드에 대하여 링 상의 오른쪽 경로 또는 왼쪽 경로상에 할당됨으로서 전송로를 설정할 수 있는데, 링 상에서 소요되는 총 광파장의 수가 최소가 되도록 경로를 설정해야 한다.

본 발명의 실시예에서는 광파장 수요 집합 T에 대하여 Y.S. Myung, H.G. Kim and D.W. Tcha, "Optimal load balancing in SONET bidirectional rings, "Operations Research, Vol. 45, 1997, 148-152에 기개된 균형부하 해법을 수정하여 적용함으로서, 링상에 광파장 수요를 배정하고 그 결과에 따라 서로 다른 광파장을 할당할 수 있도록 하였다. 상기 Myung 등의 연구에서는 SDH/SONET 링 망에서 수요의 분할을 허용하는 경우의 부하균형문제를 다항 계산시간 내에 최적해를 찾을 수 있는 최적해법을 제시하였다.

그러나 수요의 분할이 정수단위로 주어지는 경우에는 최적해를 보장할 수 없으므로 본 발명의 실시예에서는 이들 연구에서 제시된 해법을 수정하여 적용하였다. 이를 보다 구체적으로 설명하면,

우선를 t번째 반복과정에서 광파장 수요 k(즉, 커머더티 k)가 링 상의 시계방향 경로를 선택하는 수요량이라 가정하고,는 각각 광파장 수요 k에 대하여 시계방향 경로의 아크집합과 반시계방향 경로의 아크집합을 나타내는 것으로 가정하기로 한다. 이러한 가정하에서 광파장 경로의 설정을 위하여 초기에는 모든 광파장 수요(즉, 광경로 수요)를 시계방향으로 배치한 후, 배치된 각 광파장 수요에 대하여 반시계방향으로 배정하는 경우의 총 광파장수의 감소여부를 검사하여 하나씩 개선하는 방법을 적용한다.

초기의 수요배정이 끝나면 링상의 각 링크를 이용하는 수요의 집합을 정의한다. 즉, 아크 l을 광파장 전송경로로 포함하는 수요집합을또는로 하고, 각각 시계방향으로 경로가 설정된 수요의 집합과 반시계방향으로 경로가 설정된 수요의 집합이라 하면, 초기의 수요 배정후에는만 존재하고,는 공집합이 될 것이다. 각 아크 l에 대하여 l을 경유하는 모든 광파장 수요량의 합을 g(x,l)이라 하면 하기 수학식 3과 같이 계산된다.

따라서 수요 k에 대하여 시계방향 아크에 할당된 수요량의 최대값과 반시계방향의 아크에 할당된 수요량의 최대값을 각각 계산하고, 그 값이 작은 방향으로 수요 k의 수요량을 조정함으로서 링 전체에 배정된 광파장 수요량이 균형을 이루도록 한다. 이 같은 과정으로 모든 수요에 대하여 양방향의 수요균형이 더 이상 개선되지 않을 때까지 반복적으로 실행하면 된다.

상술한 광파장 경로설정과정을 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 광파장 경로설정과정을 설명하기 위한 흐름도를 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 우선 광파장 경로설정을 위해 200단계에서는 변수()를 초기화하고 모든 광파장 수요를 시계방향으로 배치한다. 그리고 210단계에서는 커머더티 k에 대하여 출발지 노드를 기준으로 출발지와 목적지 노드간에 시계방향 링크에 할당된 광파장의 최대수()와 반시계방향의 링크에 할당된 광파장의 최대수()를 각각 하기 수학식 4와 5에 의해 계산한다.

이후 220단계에서는 출발지 노드를 기준으로 출발지와 목적지 노드간에 시계방향 링크에 할당된 광파장의 최대수()와 반시계방향의 링크에 할당된 광파장의 최대수()를 비교하여 230단계 내지 240단계의 광파장 재배치 단계로 분기한다. 이러한 220단계를 부하균형 확인단계로 표현할 수 있다.

만약 부하균형 확인단계(220단계)에서 시계방향의 링크에 할당된 최대 광파장 수가 반시계방향에 할당된 최대 광파장 수 보다 크다면 시계방향에 할당된 광파장을 반시계방향으로 배치하는 것이 링상에서의 파장 수요를 줄일 수 있다. 따라서 재배치할 파장수는 시계방향으로 할당된 최대 광파장수의 반을 초과하지 않는 최대정수와 k 커머더티중 시계방향으로 할당된 파장수 중에서 작은 값 만큼을 반시계방향으로 재배치할 수 있다. 이러한 경우 시계방향의 링크에 k커머더티의 수요만만큼 감소()하게 되고, 기타 다른 커머더티들의 수요는 변동이 없게 된다.

한편 또 하나의 광파장 재배치 단계인 240단계에 대하여 설명하면, k커머더티에 대한 반시계방향의 링크에 할당된 최대 광파장 수가 시계방향에 할당된 최대 광파장 수 보다 크다면 230단계에 기재된 수학식(과는 반대로 반시계방향에 할당된 광파장을 시계방향으로 배치하여 링상에서의 파장 수요를 줄일 수 있다. 따라서 재배치할 파장수는 반시계방향으로 할당된 최대 광파장 수의 반을 초과하지 않는 최대 정수와, k커머더티중 반시계방향으로 할당된 파장수 중에서 작은 값 만큼을 시계방향으로 재배치할 수 있다. 이러한 경우 시계방향의 링크에 k커머더티의 수요만만큼 감소()하게 되고, 기타 다른 커머더티들의 수요는 변동이 없게 된다.

이후 250단계에서는 현재의 커머더티 k 가 광파장 수요 집합 T를 초과하는가를 검사하여 초과하지 않으면 k를 증가(260단계)시키면서 다시 상술한 부하균형 확인단계 및 광파장 재배치 단계를 반복수행한다.

상술한 광파장 경로설정 과정을 요약하면,

우선 초기화 단계(200단계)에서는 모든 커머더티의 초기 수요를 모두 시계방향으로 배치하고, 이후 커머더티 1부터 T까지 차례대로 하나씩 선택하여 링상의 부하균형상태를 확인(210,220단계)한다. 즉, k커머더티를 예로 들면 k커머더티의 출발노드를 중심으로 시계방향의 최대 파장수와 반시계방향의 최대 파장수를 산출하여 그 크기를 비교한다. 이후 광파장 재배치 단계(230,240)를 수행하는데, k커머더티에 대하여 시계방향 및 반시계방향에 할당된 수요가 균형을 이루지 않는 경우에는 초과된 광파장 수요의 반(최대정수) 또는 k커머더티의 시계방향(혹은 반시계방향) 할당 수요량 중에서 작은 값 만큼을 부족한 방향으로 재배치하여 부하균형을 이루도록 한다. 이러한 단계를 통하여 링상에서 필요한 광파장의 수를 줄일 수 있다. 그리고 모든 커머더티에 대하여 시계/반시계 방향의 부하균형 확인 및 광파장 재배치과정이 끝나면 광파장 경로설정과정은 종료되는 것이다.

이하 상술한 광파장 경로설정의 이해를 돕기 위해 하나의 예를 들면 다음과 같다.

우선 노드 4개의 링에서 수요집적과정을 거쳐 아래와 같이 노드간의 광경로 수요가 결정되었다고 가정하기로 하고 이에 대한 광파장 경로설정과정을 설명하면,

- 커머더티(k) 1, 출발노드 A, 종착노드 B, 광경로 OC-48 2개

- 커머더티(k) 2, 출발노드 A, 종착노드 D, 광경로 OC-48 1개

- 커머더티(k) 3, 출발노드 B, 종착노드 C, 광경로 OC-48 2개

- 커머더티(k) 4, 출발노드 B, 종착노드 D, 광경로 OC-48 1개. (광파장은 OC-48 1에 하나씩 할당)

우선 초기화 단계에서는 모든 광경로 수요를 시계방향 링크에 할당하므로서 도 5의 (a)와 같이 각 커머더티를 배치할 수 있다. 도 5의 (a)에서 알 수 있는 바와 같이 초기화단계에서는 커머더티 1에 대한 시계방향으로의 광경로 수요()가2이며, 커머더티 2에 대한 시계방향으로의 광경로 수요는 1, 그리고 커머더티 3과 4에 대한 각각의 시계방향으로의 광경로 수요는 2와 1을 나타내고 있다.

이후 커머더티 k=1 에 대하여 부하균형을 확인하면(1번 링크),(2번 링크)이므로=0. 즉, 광파장 재배치 단계를 수행하지 않는다. 따라서 초기에 할당된 광경로는 커머더티 1에 대한 재배치 후에도 변함이 없게 된다(=2,=1,=2,=1).

한편 커머더티 k=2에 대하여 부하균형을 확인하면,이므로이다. 따라서 광파장 재배치단계를 수행하면 (b)와 같은 결과를 얻게 된다(=2,=0,=2,=1). 즉, 커머더티 2에 대하여는 반시계방향으로 광경로가 재배치된다.

그리고 커머더티 k=3에 대하여 부하균형을 확인하면(2번 링크),(1번 링크)이므로이다. 따라서 광파장 재배치단계를 수행하면 (c)와 같은 결과를 얻게 된다(=2,=0,=1,=1).

그리고 k=4에 대하여 부하균형을 확인하면(3번 링크),(1번 링크)이므로이다. 따라서 광파장 재배치단계를 수행하지 않는다. 따라서 파장할당 결과는 변함이 없다(=2,=0,=1,=1).

k=4이므로 이후 광파장 경로설정과정은 종료한다.

상술한 예시에서 (c)와 같은 광파장 경로설정이 최선임을 알 수 있고, 이러한 링에서는 최대 3개의 광파장이 요구된다는 것을 알 수 있다.

이하 본 발명의 실시예에서 제시된 방법의 유용성을 살펴보기 위하여 실험망에 대한 최적해와의 차이를 살펴보기로 한다.

최적해는 상용 최적화도구인 CPLEX를 이용하고, 주어진 수요의 유형에 따른 사용파장수 및 계산시간을 비교하기로 한다. 수요는 OC-1레벨 단위로 모든 노드간에 주어지는 것으로 가정하고, 수요의 유형은 수요량이 적은 경우(유형 A), 중간인 경우(유형 B)와 많은 경우(유형 C)로 구분하여 살펴보기로 한다.

각 광파장의 전송용량은 동일한 것으로 가정하고, 노드쌍간의 전송수요를 전용용량에 대한 비율로 고려하여 0과 1사이의 값을 갖는 임의의 난수를 이용하여 할당한다. 각 수요의 유형에 따라 고려되는 전송수요의 범위는 하기 표 2와 같고, 모든 노드쌍간에 수요가 존재함을 가정한다.

수요유형	A	B	C
수요범위	0.05 - 0.15	0.20 - 0.40	0.40 - 0.60

또한 본 발명의 실시예에 따른 방법의 유용성을 살펴보기 위하여 수요집적을 고려한 경우의 최소 파장수와 수요집적을 고려하지 않는 경우의 최소 파장수를 비교하였다. 또한 본 발명의 유용성을 살펴보기 위하여 최적해와 본 발명에 따른 발견적 해법의 비교 및 계산 시간을 비교하였다. 고려된 WDM 링은 4개의 노드를 포함하는 경우부터 20개이 노드를 포함하는 경우까지를 고려하였다. 20개의 노드를 하나의 링으로 연결하여 수요집적을 고려하지 않는 경우에는 최대 55개의 광파장이 필요하기 때문에 현실적으로 구현되기는 곤란하지만, 광전송 수요가 적은 지역을포함하는 경우라면(수요유형 A) 현재의 기술로도 실현될 수 있기 때문에 분석대상에 포함하였다. 실험은 팬티엄 Ⅲ/450MHz의 개인용 컴퓨터에서 실시하였고, 실험결과는 하기 표 3에 정리하였다. 하기 표 3에서 Ⅰ는 수요집적을 고려한 경우의 광파장 경로선정을 나타낸 것이고, Ⅱ는 수요집적을 고려하지 않은 광파장 경로선정을 나타낸 것이다.는 커머더티 집합 K의 원소 수를 나타낸다.

노드수		수요유형	Ⅰ	Ⅱ
			최적해		본 발명(발견적 해법)
			소요광파장수		계산시간	소요광파장수	계산시간
4	6	A	1	0.01	1	0.01	3
		B	1	0.03	1	0.01	3
		C	2	0.16	2	0.01	3
5	10	A	1	0.29	1	0.02	3
		B	2	1.25	2	0.02	3
		C	3	1.12	3	0.02	3
6	15	A	1	3.81	2	0.03	6
		B	2	11.45	4	0.03	6
		C	3	11.49	4	0.03	6
7	21	A	1	91.74	3	0.04	6
		B	3	754.07	5	0.05	6
		C	4	4,745.27	5	0.03	6
8	28	A	1	312.82	4	0.06	10
		B	-	***	5	0.04	10
		C	5	3619.32	8	0.04	10
10	45	A	-	***	4	0.04	15
		B	-	***	9	0.10	15
		C	-	***	11	0.12	15
15	105	A	-	***	13	0.36	28
		B	-	***	19	0.37	28
		C	-	***	23	0.38	28
20	190	A	-	***	25	1.11	55
		B	-	***	35	1.08	55
		C	-	***	42	1.03	55

상기 표 3에서 수요집적을 고려하여 광전송 수요를 할당하는 것이 최대 90%까지 광파장 수를 절감할 수 있음을 볼 수 있다. 즉, 수요유형 A의 경우 노드가 8개인 WDM 링에서 각 전송수요에 광파장을 할당하는 경우에는 10개의 광파장이 필요하지만, 수요집적을 고려하는 경우에는 하나의 광파장으로 수요를 처리하는 것이 최적해임을 알 수 있다. 규모가 작은 링에서는 최적해와 본 발명의 실시예에 따른 방법(발견적 해법)의 차이점을 찾아보기 어려우나, 링의 크기가 커짐에 따라 본 발명에 따른 방법의 해가 최적해에 비하여 크게 나타나고 있음을 알 수 있다. 또한 본 발명이 최적해에 비하여 소요되는 광파장수를 다소 많이 요구하고 있지만, 계산시간을 살펴보면 매우 획기적인 것을 알 수 있다. 즉, 링의 크기가 커지는 경우에도 본 발명에서는 최대 1.2초 안에 실행가능해를 제시하고 있으나, 최적해를 찾는 CPLEX의 계산시간은 단지 노드 7개의 링에서 조차도 1시간 이상의 계산시간이 소요됨을 알 수 있고, 노드가 10개 이상인 경우에는 5시간 이내에 최적해를 확인할 수 없었다.

따라서 링의 크기가 커지면 CPLEX를 이용하여 최적해를 구하는 것이 불가능하게 되고, 본 발명에 따른 발견적 해법이 적절한 방법이 된다. 이러한 점에서 본 발명의 발견적 해법에서 제시된 해가 최적해와 다소 차이가 있더라도 짧은 시간내에 좋은 실행가능해를 제시하는 것으로 판단할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 빠른 계산시간내에 효과적인 실행가능해를 제시하기 때문에, WDM 링의 설계시 뿐만 아니라 망 운영시에도 효과적으로 이용될 수 있다. 즉, 시간에 따라 변화하는 광전송 수요를 WDM 망에서 처리하기 위해서는 매 시점 사용되는 광파장수가 최소가 되도록 운영하는 것이 바람직하다. 따라서 주어진 전송수요에 대하여 WDM망 전체를 대상으로 한 광파장 경로설정 및 파장할당을매우 빈번하게 변경시켜야 한다. 이 같은 변경과정이 매우 짧은 시간내에 이루어져야 하는데, 본 발명에 의해 이러한 문제가 효과적으로 해결될 수 있게 되는 것이다.

Claims (3)

1. 광파장 분할 다중화 통신망에 있어서,

   통신망을 구성하는 노드들간에 주어지는 각각의 광전송수요를 처리하기 위한 광파장을 할당하되, 최소 이용률을 나타내는 광파장에 대한 광전송수요량을 다른 광파장에 할당함으로서 링을 구성하는 노드들 사이에 설치되는 광파장의 수가 최소가 되도록 수요를 집적하는 수요집적과정과;

   상기 수요집적과정에서 결정된 노드간의 커머더티 각각에 대하여 광경로 수요 모두가 동일 방향의 경로를 가지도록 배치한후 해당 커머더티의 출발노드를 중심으로 시계방향 링크에 할당된 최대 광파장 수와 반시계방향 링크에 할당된 최대 광파장 수를 비교하여 부하 균형이 이루어지도록 수요량을 재배치하되, 부하 균형이 이루어지지 않은 경우에는 해당 커머더티 k에 대하여 초과된 방향의 최대 광파장 수의 반의 정수와 해당 커머더티 중 초과된 방향으로 할당된 파장수 중에서 작은 값 만큼을 초과된 방향의 반대방향으로 재배치하는 광파장 경로설정과정;으로 이루어짐을 특징으로 하는 전광 WDM 링 통신망에서의 수요집적 및 광파장 경로 설정방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 수요집적과정은;

   상기 통신망을 구성하는 노드들간에 주어진 광전송수요를 각기 다른 광파장에 할당하는 단계와;

   할당된 광파장의 집합을 커머더티의 집합으로 대체함과 아울러 상기 광파장을 나타내는 아크들의 집합을 상기 광파장의 집합으로 대체하여 상기 할당된 광파장을 아크로 하는 망으로 초기화하는 단계와;

   상기 아크의 집합에서 각 아크의 이용률을 계산하여 최소 이용률을 나타내는 아크를 선택하는 단계와;

   최소 이용률을 나타내는 아크를 이용하는 커머더티 집합의 수요량을 다른 아크들로 대체할 수 있는지를 검사하는 단계와;

   상기 검사결과 대체경로의 아크 집합이 존재하면 상기 최소 이용률을 나타내는 아크를 이용하는 커머더티 k의 각 수요량을 대체경로로 전환시키고 해당 아크를 상기 광파장의 집합에서 제거하여 광파장의 수가 최소가 되도록 광파장 설치구간을 결정하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 전광 WDM 링 통신망에서의 수요집적 및 광파장 경로 설정방법.
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