KR100572111B1 - 동기식 디지털 계위(ＳＤＨ)/파장분할다중화(ＷＤＭ)링(Ｒｉｎｇ)에서의 파장할당 방법 - Google Patents

동기식 디지털 계위(ＳＤＨ)/파장분할다중화(ＷＤＭ)링(Ｒｉｎｇ)에서의 파장할당 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 동기식 디지털 계위(SDH)/파장분할다중화(이하 WDM이라 칭한다) 링(Ring)에서의 파장할당 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 SDH장비를 고려한 WDM장비의 도입시 요구되는 최소한의 SDH 분기 결합 다중화기(ADM)수와 파장수를 계산하므로써, 비용을 절감한 WDM장비의 도입이 이루어 질 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다.

Description

동기식 디지털 계위(ＳＤＨ)/파장분할다중화(ＷＤＭ) 링(Ｒｉｎｇ)에서의 파장할당 방법{Method for wavelength assignment in SDH/WDM Ring Networks}
도 1은 본 발명에 의한 SDH/파장분할다중화(WDM) 링(Ring)에서의 파장할당 과정을 나타내는 개략적인 순서도.
도 2는 도 1의 파장할당과정을 상세히 나타내는 순서도.
본 발명은 동기식 디지털 계위(Synchronous Digital Hierarchy : 이하 SDH라 칭한다)/파장분할다중화(이하 WDM이라 칭한다) 링(Ring)에서의 파장할당 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 SDH장비를 고려한 WDM장비의 도입시 요구되는 최소한의 SDH 분기 결합 다중화기(Add Drop Multiplexer : 이하 ADM이라 칭한다)수와 파장수를 계산하므로써, 비용을 절감한 WDM장비의 도입이 이루어 질 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 WDM방식은 하나의 광섬유로 수십 또는 수백개의 고유한 파장대별 전송이 이루어짐으로 인해 새로운 광섬유의 매설이나 추가도입없이 전송속도를 수십에서 수백배 증가시킬수 있는 광기술이다. 이 때, 같은 물리적 링크를 지나는 광 경로에는 각각 다른 파장이 할당되어야 하는데 이를 파장-연속 제약식이라고 한다.
그러나 이러한 광기술도 가까운 미래에 있어서는 기존의 SDH 기술과 WDM기술이 혼재되어서 존재할 가능성이 높다. 이럴 경우 비용 요소 부분을 살펴보면, WDM 전송망의 중요한 비용 요소인 파장수의 최소화와 함께, 가까운 장래에는 완전한 WDM ADM의 등장 보다는 기존의 SDH ADM 망에 WDM 기술을 도입하는 경우가 먼저 있을 것이며, 이때는 SDH ADM 전송(transceiver)의 비용이 주된 비용 요소가 됨을 감안하면 WDM 장비 비용 뿐만 아니라 SDH 장비 비용을 포함한 전체비용을 최소화할 필요가 있다.
특히 링상의 ADM 노드에서 시작하는 path와 종료하는 path가 존재하면 ADM의 송신기(transmitter)와 수신기(receiver)에 각각 접속하면 되므로, 사용되는 전자구성요소(electrical component)의 수가 노드에서의 공유를 통해 감소된다는 사실의 반영이 필요하다. 즉, WDM 링을 구성시 단기적으로 SDH ADM 장비를 장착(embed) 하여야 하므로 하나의 ADM 링노드에서 시작하고 종단하는 경로가 많을 수록 송신기(transceiver)에 전자구성요소의 공유를 통해 감소시킬 수 있을 것이다.
개개의 SDH 수요 대해 어떻게 광경로를 구성할 것이며, 구성된 광경로에 대해 경로설정과 파장 할당을 어떻게 할 것인가 하는 문제 등이 최근 연구된 바 있으나 일반적인 경우 SDH ADM수를 최소화 하는 문제의 계산복잡도가 NP-컴플리트(complete)에 속하고 아직까지는 적절한 수리적 모형이 제시되고 있지 못한 채 발견적 기법만이 제시된 상태이다.
따라서 SDH장비를 고려한 상태에서 WDM장비의 도입시 가장 큰 비용요소는 파 장수 보다는 SDH ADM가 될 것으므로 파장할당에 있어서 파장수를 최소화하는 기법보다는 SDH ADM수를 최소화하는 파장할당기법이 요구된다. 각 광경로에 파장-연속 제약식을 만족시키면서 파장수를 최소화하도록 파장을 할당하는 문제는 그래프이론 측면에서의 노드색칠문제(vertex coloring problem)와 유사하다.
한편, SDH ADM수를 줄이는 파장할당방법에 대한 기존 연구로는 'Gerstel'등의 연구가 유일하다. 이들은 처음으로 SDH ADM수를 줄이는 것이 보다 경제적인 WDM 링의 설계에 중요하다는 것을 제안하였고 두가지 그리디 유형(greedy type)의 'Cut-First 휴리스틱'과 'Assign-First 휴리스틱'을 제시하였다.
먼저 상기 'Cut-First 휴리스틱'은 링의 노드중에서 특정 노드를 선택한 후 이 노드를 지나는 광경로들을 잘라서 각각 두 개의 독립된 광 경로를 생성한다. 그리고 난후 이 노드에서 출발하는 광경로에 대하여 가급적 SDH ADM의 공유가 가능한 파장을 할당하고 이것이 불가능하면 파장-연속제약식을 만족시키는 가능파장을 할당하고 이것도 불가능하면 새로운 파장을 할당해 나가는 것을 시계방향으로 가면서 각 노드에 대하여 진행한다.
그리고 나서 최종적으로 처음에 선택한 노드에서 잘려진 광경로중에서 같은 파장이 할당되었다면 두 개의 광경로를 원래 하나로 합치는 과정을 진행한다. 처음 노드에서 광경로를 자르는 과정에서 인위적으로 추가적인 ADM이 필요하게 되므로 이럴 가능성이 가장 적은 노드를 처음에 선택한다.
또한 상기 'Asisgn First 휴리스틱'은 'Cut First 휴리스틱'과 거의 유사한데 단지 특정노드에서 광경로를 두가로 자르는 과정과 잘라진 두 광경로를 하나로 합치는 과정이 생략된 방법이다. 그러나 이 방법들은 단순한 휴리스틱으로서 해의 품질을 보장할 수 없고 필요 이상의 SDH ADM수를 사용하게 된다는 단점이 있다.
본 발명은 상기에 기술한 바와 같은 종래 문제점 및 요구사항을 감안하여, 최소한의 SDH ADM수를 사용하는 효율적인 파장할당 방법을 구현하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 SDH/파장분할다중화(WDM) 링(Ring)에서의 파장할당 방법은, 파장할당을 위한 파장분할다중화(WDM) ADM 노드 정보 및 광 경로 정보를 입력하는 제 1 과정과;
상기 정보가 입력되면 SDH ADM을 최소화 하는 파장할당 처리를 수행하는 제 2 과정과;
상기 파장할당이 결정되면 각 노드별 SDH ADM 수와, 각 광 경로에 할당된 파장과, 시스템에 필요한 파장수를 운용자에게 출력하는 제 3 과정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 먼저 SDH ADM수를 최소로 사용하는 수리모형화에 대해 설명하면 다음과 같다.
여러개의 광경로가 같은 파장을 사용하기 위해서는 각각의 광경로들은 서로 물리적 링크를 공유하고 있지 않아야 한다. 이러한 광경로들을 독립집합(IS)이라 한다.
그리고 상기 독립집합에 속하는 광경로들 사이에 필요한 SDH ADM의 수는 광경로의 개수의 2배에서 광경로들 사이에 공유가 생기는 횟수를 뺀 것이 된다. 이것을 독립집합의 가중치(SDH ADM 수)라고 한다.
이와 같은 경우 각 광경로에는 고유의 파장이 할당되어야 하므로 임의의 한 독립집합에 포함되어야 하며(중복포함은 불가) 가급적 각 독립집합의 가중치의 합(즉, SDH ADM수)이 최소가 되도록 하여야 한다. 이를 그래프이론에서보면 독립집합에 의한 가중치 노드 분할문제(weighted vertex partitoning by IS problem)문제로 볼 수 있다. 그러나 일반적으로 모든 가능한 IS는 지수적으로 많기 때문에 모든 가능한 IS를 변수로 추가하여 모형화하는 것은 효율적이지 못하다. 따라서 처음에는 몇 개의 IS로 초기해를 구한 후 필요할때만 새로운 IS를 생성하여 추가해 나가므로서 해를 개선하는 열생성방법이 효율적인 수리 모형이 될 것이다.
또한 링을 따라서 경로가 고정된 각 광경로는 특별한 구조를 갖는 'Circular Arc Graph(CAG)'형태가 되며 이를 이용할 경우 새로운 IS가 필요한지의 여부를 다항시간안에 풀수 있게 된다.
상기와 같은 사항을 도면을 참조하여 설명하면, 도 1은 본 발명에 의한 SDH/파장분할다중화(WDM) 링(Ring)에서의 파장할당 과정을 나타내는 개략적인 순서도로, 먼저 파장할당을 위한 WDM ADM 노드 정보 및 광 경로 정보를 입력한다(A1).
상기 정보가 입력되면 본 발명에 의한 SDH ADM을 최소화 하는 파장할당 알고리즘을 수행한다(A2).
상기 알고리즘을 통해 파장할당이 결정되면 각 노드별 SDH ADM 수와, 각 광 경로에 할당된 파장과, 시스템에 필요한 파장수를 운용자에게 출력한다(A3).
상기 A2단계의 파장할당 알고리즘을 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 데이터가 입력되면 'Assign First 휴리스틱'으로 초기해를 구하여 초기 선형계획 문제를 생성한다(B1).
이어 상기 생성된 선형 계획에 대한 최적해를 구하고, 이의 최적 여부를 판단한 후, 최적이 아니면 새롭게 구해진 경로를 주어진 LP문제의 새로운 열로 생성하여 반복 수행한다(B2).
한편, 상기 판단 결과 최적해이면, 상기 최적해가 정수인지 판단하여 정수이면 종료하고, 정수가 아니면 분지펑가법을 이용하여 정수해를 계산한다(B3).
상기 각 단계를 상세히 설명하면, B1단계에서 초기해를 구하기 위해 사용하는 방법은 'Gerstel' 등이 제시한 방법으로 다음과 같은 용어를 사용할 경우의 'Assign First 휴리스틱'의 의사코드는 다음과 같다.
용어 :
σi : 노드 I에서 시작하는 광경로의 수,
τi : 노드 I에서 끝나는 광경로의 수,
χi : 노드 I를 지나는 광경로의 수,
L : 링에서의 최대 로드,
N : 링의 노드 수,
가능파장 : 파장-연속 제약식을 만족시키는 파장,
선호파장 : 가능파장이면서 SDH ADM 공유가 가능한 파장을 나타낸다.
상기와 같은 상태에서 파장을 선택할 노드를 선택하는데 이때에는 아래의 값이 가장 작은 노드를 선택한 후 이 노드를 기준으로 시계방향으로 노드인덱스를 새로 변경한다.
i = arg min {2xi + min{σi + τi} , L - max{σi , τi}}
노드 k를 '0'라 할 경우, 노드 k에서 시작하는 각각의 광경로에 대해 선호파장을 할당한다. 이때 선호파장이 존재하지 않으면 인덱스가 작은 가능파장을 할당한다.
한편, 상기 B2단계에서 구해진 선형 계획 값이 최적인지 여부를 판단하는 방법은 다음과 같다.
각 광 경로의 가중치 ωi가 입력되면, 구간그래프(Interval Graph : IG)에 속하는 광 경로를 출발노드를 기준으로 정렬한다.
이어 아래와 같은 과정으로 연관 그래프를 형성한다.
모든 광경로쌍 i, j (i<j)에 대하여, 두 광경로가 만나지 않으면 호(i,j)를 추가한다.
두 광경로가 SDH ADM을 공유할 수 있으면 호(i,j)의 가중치를 ωi+1로 정한다.
그렇지 않으면 호(i,j)의 가중치를 상기 입력된 ωj로 정한다.
이어 인공노드 s,t를 추가하는데, 상기 모든 광경로 i에 대하여 호(s,i)와 호(i,t)를 추가하고, 호(s,i)의 가중치를 ωi , 호(i,t)의 가중치를 0으로 정한다.
여기서 상기 인공노드 s에서 t까지의 최장경로는 IG에서의 최대가중치를 가지는 독립집합을 의미하게 되고, 환이 존재하지 않는 그래프에서의 최장경로(longest path)는 토폴로지 정렬(topological ordering) 방법에 의해 다항시간인 O(m)안에 구할 수 있다
상기에서 ωi 는 광경로 i의 가중치이고,
i, j는 광경로 인덱스,
s, t는 추가된 인공노드의 출발노드와 도착노드를 의미한다.
이와 같은 방법이 LP의 최적해를 보장한다는 것은 앞에서 제시한 수리모형인 독립집합에 의한 가중치 노드 분할문제(weighted vertex partitoning by IS problem)에서 정수조건을 완화환 LP문제의 쌍대구조(dual structure)를 분석하므로써 알 수 있다.
한편, 상기 B3단계인 정수해 판단 및 분지평가방법은, 상기 B2에서 구한 선형계획 최적해가 정수가 아니라면 정수해를 구하기 위한 분지평가법이 필요하며, 이 분지법의 기본 아이디어는 다음과 같다.
서로 이웃하지 않는 두 개의 광 경로는 같은 파장을 사용하거나 다른 파장을 사용하는 2가지 경우가 있다. 만약 현 문제에서 같은 파장을 사용한다고 가정한다면 그 이후 생성되는 문제에서는 두 개의 광경로를 하나의 광경로로 처리하더라도 문제에 영향을 주지 않는다.
또한 현문제에서 같은 파장을 사용해서는 안된다고 가정할 경우에는 두 개의 광경로가 서로 이웃하는 것으로 처리하면 그 이후에 생성되는 문제에 영향을 주지 않는다. 따라서 위와 같이 문제를 분지해 나갈 경우에는 B2에서 제시하는 알고리듬으로 다항식 시간안에 분지된 문제의 최적성 여부를 판정할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 SDH장비를 고려한 WDM장비의 도입시 최소한의 SDH ADM수와 파장수를 계산하므로써, 경제적인 WDM 장비의 도입이 가능해짐에 따라 WDM망의 설계시 비용을 절감시키는 잇점이 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 WDM 메쉬망에서 SDH 수요를 고려한 WDM 경로의 설정 및 SDH 경로의 설정문제를 비용 면에서 최소화시키므로써, WDM 장비 도입시 장비의 비용을 줄일 수 있는 잇점이 있다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 본 발명의 사상과 범위안에서 다양한 수정, 변경, 부가등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (3)

  1. 파장할당을 위한 파장분할다중화(WDM) ADM 노드 정보 및 광 경로 정보를 입력하는 제 1 과정과;
    상기 정보가 입력되면 동기식디지털계위 분기결합다중화(SDH ADM)를 최소화 하는 파장할당 처리를 수행하는 제 2 과정과;
    상기 파장할당이 결정되면 각 노드별 SDH ADM 수와, 각 광 경로에 할당된 파장과, 시스템에 필요한 파장수를 운용자에게 출력하는 제 3 과정을 구비하는 것을 특징으로 하는 SDH/파장분할다중화(WDM) 링(Ring)에서의 파장할당 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 과정의 파장할당 처리 단계는, 상기 데이터가 입력되면 초기해를 구하여 초기 선형계획 문제를 생성하는 제 1 단계와;
    상기 생성된 선형 계획에 대한 최적해를 구하고, 이의 최적 여부를 판단한 후, 최적이 아니면 새롭게 구해진 경로를 주어진 선형계획 문제의 새로운 열로 생성하여 반복 수행하는 제 2 단계와;
    상기 판단 결과 최적해이면, 상기 최적해가 정수인지 판단하여 정수이면 종료하고, 정수가 아니면 분지펑가법을 이용하여 정수해를 계산하는 제 3 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 SDH/파장분할다중화(WDM) 링(Ring)에서의 파장할당 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 단계에서 구해진 선형 계획 값이 최적인지 여부를 판단하는 방법은, 각 광 경로의 가중치 ωi가 입력되면, 구간 그래프에 속하는 광 경로를 출발노드를 기준으로 정렬하는 제 1 단계와;
    모든 광경로쌍 i, j (i<j) (i, j는 광경로 인덱스임) 에 대하여, 두 광경로가 만나지 않으면 호(i,j)를 추가하는 제 2 단계와;
    상기 두 광경로가 SDH ADM을 공유할 수 있으면 호(i,j)의 가중치를 ωj+1로 설정하는 제 3 단계와;
    상기 제 3 단계에서 공유할 수 없으면 호(i,j)의 가중치를 상기 입력된 ωj로 설정하는 제 4 단계와;
    상기 각 단계 수행 후, 인공노드 s, t(s는 출발노드이고, t는 도착노드임)를 추가하되, 상기 모든 광경로 i에 대하여 호(s,i)와 호(i,t)를 추가하고, 호(s,i)의 가중치는 ωi로, 호(i,t)의 가중치는 0으로 설정하는 제 5 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 SDH/파장분할다중화(WDM) 링(Ring)에서의 파장할당 방법.
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