KR101015290B1 - 광파장 분할 다중화 기반의 동기식 전송망 설계 방법 - Google Patents

광파장 분할 다중화 기반의 동기식 전송망 설계 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광파장 분할 다중화 기반의 동기식 전송망을 최적으로 설계하기 위한 기술에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 전송망 설계 모델링 자료에 대한 사전 처리를 행하는 제 1 과정; 상기 사전 처리 결과값과 상기 전송망 설계 모델 자료에 대한 초기값을 이용하여 전송망 계층 관리 구조를 생성하는 제 2 과정; 상기 사전 처리 결과로부터 각 계층에 대한 전송망 계층별 사전 처리 결과를 결정한 후, 하위 계층망 요소를 입력받아 트래픽 그루밍을 수행하여 통신망 계층 구조를 생성하는 제 3 과정; 및 상위 계층 요소를 상기 통신망 계층 구조에 적용하여 파장을 할당하여 최종 모델링 결과를 생성하는 제 4 과정을 포함한다.

Description

광파장 분할 다중화 기반의 동기식 전송망 설계 방법{Method for planing Synchronous Digital Hierarchy-Wavelength Division Multiplexing network}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광파장 분할 다중화 기반의 동기식 전송망 설계 방법이 적용되는 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광파장 분할 다중화 기반의 동기식 전송망 설계 방법을 설명하기 위한 플로우차트.
본 발명은 동기식 전송망 설계 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광파장 분할 다중화 기반의 동기식 전송망을 최적으로 설계하기 위한 기술에 관한 것이다.
일반적으로, 전송망의 설계 및 계획 과정에서는 제공하고자 하는 통신 서비스, 서비스별 수요 규모 및 서비스 제공 지역에 따라 통신망의 구조를 감안하여 최적의 전송망을 설계하여 전송하여야 한다. 이때, 전송망의 최적 설계를 결정하기 위해서는 전송망의 구성 요소와 전송방식, 사용 기술 및 장비에 따라 다양한 전송망 비용요소를 산출하고, 이 전송망 비용 요소를 반영하는 전송망 설계 모델을 수 립한 후 적절한 설계 알고리즘을 개발하는 과정을 필요로 한다.
이러한 모델링 및 설계 과정은 다수의 인력과 막대한 산술적 시간 및 노력이 요구되는 과정으로, 음성 전화망(PSTN)과 같이 통신망에서 제공하는 서비스가 한가지 서비스이고, 서비스의 수요가 급변하지 않았던 과거에는 분석 대상이 단순하고, 시급성이 크게 요구되지 않았기 때문에, 수작업으로 전송망을 설계하고 있다.
한편, 고속 대용량 통신 기술의 급속한 발전과 인터넷을 비롯한 다양한 신규 서비스의 수요가 확대되고, 급변함에 따라 통신 서비스 환경에서 통신 서비스를 제공하는 사업자는, 다양한 서비스와 초고속 수요를 수용할 수 있는 광통신망을 도입하고 광섬유상에서 여러 파장을 다중화하는 광파장 분할 다중화 망인 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 망을 사용하게 되었다.
WDM 망은 하나의 광파이버에 여러 파장의 빛을 전송하는 방식으로 신호를 다중화하기 때문에, 고속의 데이터 전송이 가능하여 인터넷상에 흐르는 멀티미디어 트래픽의 처리에 적합하다. 이런 이유로, IP 네트워크의 주된 아키텍쳐(architecture)로 사용되고 있는 추세이다.
한편, 155 Mbps 속도의 STM-1, 622 Mbps 속도의 STM-4, 2.5 Gbps 속도의 STM-16, 그리고 10 Gbps 속도의 STM-64 등으로 구축된 기존의 동기식 전송망의 수요와 이에 따른 인프라를 활용하여 최적의 동기식 전송망을 설계하기 위해서는, WDM 기술과 동기식 전송기술의 접목이 요구된다.
따라서, 본 발명은 상술한 요구에 부응하여 창출된 것으로서, 최적의 광파 장 분할 다중화 기반의 동기식 전송망을 설계하기 위한 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 광파장 분할 다중화 기반의 동기식 전송망 설계 방법은, 전송망 설계 모델링 자료에 대한 사전 처리를 행하는 제 1 과정; 상기 사전 처리 결과값과 상기 전송망 설계 모델 자료에 대한 초기값을 이용하여 전송망 계층 관리 구조를 생성하는 제 2 과정; 상기 사전 처리 결과로부터 각 계층에 대한 전송망 계층별 사전 처리 결과를 결정한 후, 하위 계층망 요소를 입력받아 트래픽 그루밍을 수행하여 통신망 계층 구조를 생성하는 제 3 과정; 및 상위 계층 요소를 상기 통신망 계층 구조에 적용하여 파장을 할당하여 최종 모델링 결과를 생성하는 제 4 과정을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 광파장 분할 다중화 기반의 동기식 전송망 설계 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이 설계 자료 관리부(10), 사전 처리부(20), 트래픽 그루밍 설계 관리부(30), 파장 할당 설계관리부(40), 설계 결과 입출력부(50), 설계 흐름 제어부(60)를 구비한다.
이어, 도 1에 도시된 각 부의 기능을 보다 구체적으로 설명한다.
설계 자료 관리부(10)는 사용자로부터 서비스 자료(2), 전송망 요소 자료(4), 및 시설 자료(6)를 입력받기 위한 인터페이스를 제공하고, 입력된 자료를 데이터베이스에 저장하고, 서비스 자료(2), 전송망 요소 자료(4), 및 시설자료(6)에 대응하는 변수의 메모리 확보와 초기값을 설정하는 기능을 한다.
서비스 자료(2)에는 전송망에서 제공하는 서비스의 종류와 서비스별 수요 정보에 해당하는 "계획기간수, 계획년수, 수용쌍개수, 노드쌍별수요(DS3 단위) 등"의 데이터가 포함된다.
전송망 요소 자료(4)에는 통신망에서 사용되는 전송망 요소의 기능, 용량 및 인터페이스 정보와 전송 장치의 종류와 비용 요소에 해당하는 "SDH장비(TM 또는 ADM) 용량후보개수, SDH 장비용량부호연번, 용량(DS3 단위), TM 가격, TSA-ADM 가격, WDM 채널용량후보개수, WDM 채널용량후보연번, WDM 채널용량(DS3 단위), 단방향 Ring 채널당가격, 양방향 Ring 채널당가격, 케이블 가격(원/Core.km) 등"의 데이터가 포함된다.
시설 자료(6)에는 전송망 설계 대상 지역의 지리적 장애 요소, 장치와 선로를 수용하는 전송망 설비의 시설 현황 정보에 해당하는 "기존 PtP 구조들의 개수, 기존 PtP 구조들의 용량*(DS3 단위), 발신국번호, 대국번호, USHR 구조들의 개수, USHR 구조들의 용량*(DS3 단위), USDR 링상의 노드개수, USHR 링상의 노드번호, BSHR/2 구조들의 개수, BSHR/2 구조들의 용량*(DS3 단위), BSHR/2 링상의 노드개수, BSHR/2 링상의 노드번호, BSHR/4 구조들의 개수, BSHR/4 구조들의 용량*(DS3 단위), BSHR/4 링상의 노드개수, BSHR/4 링상의 노드번호 등"의 데이터가 포함된다.
사전 처리부(20)는 설계 자료 관리부(10)에서 입력된 자료 중 링형 전송망의 특징과 비용 구조를 분석하여 사전에 최적해에 영향을 주지 않고 미리 결정할 수 있는 정수계획법 변수들과 제약식에 대해 변수 고정, 변수 생략, 제약식 생략, 제약식 결합, 제약식 추가 등의 최적화 사전 처리를 수행하고 그 결과를 트래픽 그루밍 설계 관리부(30)와 설계 흐름 제어부(60)에 전달하는 기능을 수행한다.
트래픽 그루밍 설계 관리부(30)는 사전 처리부(102)에서 결정된 최적화 알고리즘의 결과값을 가지고, 흐름 기반 정수계획법 수리 모형과 알고리즘을 적용하여 트래픽 그루밍의 결과를 산출하고, 산출된 트래픽 그루밍 결과값을 파장 할당 설계 관리부(40)와 설계 흐름 제어부(60)에 전달하는 기능을 수행한다.
파장 할당 설계 관리부(40)는 사전 처리부(20)와 트래픽 그루밍 설계 관리부(103)에 의해 작성된 SDH 전송망 설계 결과를 근거로 하여 WDM 전송망 계층에서 열생성 기반의 수리 모형과 알고리즘을 사용하여 최적으로 파장을 할당하고 할당된 파장 값을 설계 흐름 제어부(60)에 전달하여 저장하게 하는 기능을 수행한다.
설계 흐름 제어부(60)는 장치내의 사전 처리부(20), 트래픽 그루밍 설계 관리부(30) 및, 파장 할당 설계 관리부(40)로 서비스 자료, 전송망 요소 자료, 시설 자료를 전달하고, 사전 처리부(20), 트래픽 그루밍 설계 관리부(30)에서 작성한 트래픽 그루밍의 결과와 파장 할당 설계 관리부(40)에서 작성한 최적으로 할당된 파장 값을 저장하는 기능을 수행한다.
설계 결과 입출력부(50)는 상기 전송망 설계 중간 결과와 상기 최종 결과를 사용자가 원하는 형태로 출력하고 그 결과를 설계출력자료 DB(52)에 저장하고, 저장된 자료를 생성되는 전송망 설계 자료를 통신망 설계와 계획 과정 및 전송망 투 자비 산출 과정에서 이용할 수 있도록 하는 지원하는 기능을 수행한다.
이어, 도 2에 도시된 플로우차트를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 광파장 분할 다중화 기반의 동기식 전송망 설계 방법을 구체적으로 설명한다.
먼저, 설계 자료 관리부(10)는 사용자로부터 입력받은 서비스 자료(2), 전송망 요소 자료(4), 및 시설 자료(6)를 데이터베이스화하여 각각 서비스 자료 DB(12), 전송망 요소 자료 DB(14), 시설자료 DB(16)를 구성한다. 서비스 자료 DB(12)의 구조는 <표 1>에 도시된 바와 같고, 전송망 요소자료 DB(14)의 구조는 <표 2>에 도시된 바와 같고, 및 시설자료 DB(16)의 구조는 <표 3>에 도시된 바와 같다.
<표 1> 서비스 자료 DB(12)의 필드구성예
속성 데이터타입
계획기간수 numeric
계획년도 numeric
수용쌍개수 numeric
속성 numeric
시작노드번호 numeric
종단노드번호 numeric
노드쌍별 수요 numeric
서비스노드번호 numeric
서비스노드명칭 text

<표 2> 전송망 요소자료 DB(14)의 필드구성예
속성 데이터타입
SDH장비번호 numeric
장비용량 (DS3 단위) numeric
종류 (TM, TSA, TSI) numeric
가격 numeric
방향 class
채널당가격 numeric
케이블가격 numeric
<표 3> 시설자료 DB(16)의 필드구성예
속성 데이터타입
구조속성 (PtP, Ring) numeric
계획년도 numeric
수용쌍개수 numeric
속성 numeric
시작노드번호 numeric
종단노드번호 numeric
노드쌍별 수요 numeric
서비스노드번호 numeric
서비스노드명칭 text

설계흐름 제어부(60)는 운용자에 의해 신규설계작업이 선택된 상태가 확인되면(S2에서 Yes) 서비스 자료 DB(12), 전송망 요소 자료 DB(14), 및 시설자료 DB(16)에 각각 저장된 서비스 자료, 망 요소 자료, 및 시설 자료를 로딩하고(S6), 운용자에 의해 기존설계작업이 선택된 상태가 확인되면(S2에서 No) 설계출력자료 DB(52)에서 전송망 설계 모델링 자료를 로딩한다(S4).
이어, 설계흐름 제어부(60)는 전송망 설계 모델링에 사용되어질 변수를 초기화하고, 상기 자료들을 사전처리부(20)로 전달한다(S8).
사전처리부(20)는 상기 자료로부터 링형 전송망의 특징과 비용구조를 분석하여, 사전에 최적해에 영향을 주지 않고 미리 결정할 수 있는 정수계획법 변수들과 제약식에 대해 변수 고정, 변수 생략, 제약식 생략, 제약식 결합, 제약식 추가 등의 최적화 사전 처리를 행하여, 최적화 사전 처리 결과를 트래픽 그루밍 설계 관리부(30)로 전달한다. 트래픽 그루밍 설계 관리부(30)는 설계흐름 제어부(60)로부터 로딩된 전송망 설계 모델링 자료로부터 트래픽 그루밍 문제의 경로기반 정수계 획법 수리 모형에 필요한 변수 값을 제공받아 전송망 계층 관리 구조를 생성한다(S10).
전송망 계층 관리 구조를 생성한 후, 트래픽 그루밍 설계 관리부(30)는 사전처리부(20)로부터 제공받은 최적화 사전 처리 결과로부터 각 계층에 대한 전송망 계층별 사전 처리결과를 결정하고, 사용하는 수리계획 모형의 변수가 아닌 상수값을 갖는 하위 계층망 요소를 할당받아 트래픽 그루밍 알고리즘을 수행한다(S12). 여기서, 하위 계층망 요소는 K(시스템에서 사용 가능한 파장 수), g(하나의 광경로에 다중화되는 SDH 전송 수요 (STM-1 개수)), p(k)(k번째 수요 쌍을 위한 후보경로의 집합), 및 (광경로 ij의 비용)이다.
트래픽 그루밍 설계를 위해 링 토폴로지에서 노드 쌍별로 작은 multiplexing 단위(예를 들면 STM-1레벨: 155Mbps)의 SDH 계위의 트래픽 수요가 주어졌을 때, 이를 수용할 수 있는 큰 multiplexing 단위의 전송경로를 WDM 레벨로 설정하고, 설정된 광경로에 파장-연속 제약을 만족시키도록 파장을 할당하는 방법을 사용한다. 이때 주어진 SDH 트래픽 수요량(STM-1 레벨)을 수용할 수 있는 광경로를 SDH multiplexing 계위와 SDH 경로가 WDM multiplexing 되는 계위를 고려하여 최소 비용으로 설치하도록 한다. 이 문제의 최적 처리를 위해서, 트래픽 그루밍 문제를 경로기반의 다음과 같은 <식 1>과 같은 정수계획법 모형으로 정형화하는 알고리즘을 사용한다.
Figure 112004000084303-pat00001
< 식 1>
<식 1>에서 사용되는 변수에 대한 정의는 다음과 같다.
K: 시스템에서 사용 가능한 파장 수
g: 하나의 광경로에 다중화되는 SDH 전송 수요 (STM-1 개수)
p(k): k번째 수요 쌍을 위한 후보경로의 집합
: 광경로 ij의 비용
xij: 노드 ij사이에 설치되는 광경로의 수
: k번째 수요 요구량 중에서 경로 p를 통하여 전송되는 양
= 1, 경로 p가 링크 ij를 지나는 경우
= 0, 경로 p가 링크 ij를 지나지 않는 경우
이 모형의 정수계획법에 대한 알고리즘은 링(ring)의 경우는 가능한 후보 경로를 쉽게 나열할 수 있다는 점을 사용하여 현실적인 크기의 전송망에 대해서는 최적해를 구할 수 있다.
사전처리부(20)에 의한 사전처리가 완성되고, 트래픽 그루밍 설계 관리부(30)의 트래픽 그루밍 알고리즘에 의해 구해지면, 파장할당 설계관리부(40)는 상기 트래픽 그루밍 알고리즘에 의해 구해진 통신망 계층 구조를 근거로, 현재 통신망 계층에서 통신망 요소가 상위 계층에 위치한 통신망 요소에 수용되는 범위를 지정하여, 전송망 상위 계층 요소 입력 및 파장 할당 알고리즘을 수행한다.
상기 파장 할당 알고리즘은 다음과 같이 수행된다.
먼저, 모형과 알고리즘의 묘사를 설명하기 위해 제시되는 G = (V,E) 는 파장 할당 문제로 만들어진 그래프이다. 상기 식에서 V는 vertex set, E는 edge set이다. S를 G에 속하는 모든 독립집합들의 집합이라 하고 만약 하나의 독립집합 s를 선택하면 1, 그렇지 않으면 0의 값을 갖는 결정 변수 xs를 정의하고, 독립집합 s에 속하는 광경로를 위해 필요한 SDH ADM의 수를 ws라고 정의한다. 이때, 선택된 독립집합에 속하는 모든 광경로를 같은 파장(색깔)을 사용하여 coloring하면 SDH/WDM 링에서의 파장할당 문제는 관련 그래프상의 weighted vertex Partition 문제가 되고 아래와 같이 독립 집합 분할 문제로 <식 2>와 같이 수리모형화 될 수 있다.
Figure 112004000084303-pat00002
<식 2>
<식 2>에서 목적함수는 각 파장별로 필요한 SDH ADM의 합을 최소화하는 것을 의미하고 제약식은 각 광경로는 고유의 파장이 할당되어야 함을 의미한다.
<식 2>는 vertex만큼의 제약식을 가지고 있고 대칭성이 없으며, LP 감쇠(relaxation)가 매우 강하다는 장점이 있어 정수계획법을 위한 branch and bound 방법을 고려할 때 좋은 공식(formulation)이다. 그러나 이 공식(formulation)은 변수의 수가 가능한 MIS 수이므로 그래프의 크기에 대해 지수 함수적으로 많은 변수를 가지므로, 초기의 몇 개의 MIS만 가지고 문제를 푼 후 필요한 경우만 독립집합들을 추가해나가는 열생성 방식의 알고리즘을 사용한다. 이 문제에 대해 열생성방식의 알고리즘은 현실적인 크기의 문제까지는 최적해를 구해준다(S14).
한편, 단계 S4 내지 단계 S14를 통해 전송망 설계가 완성된 상태에서 운용자로부터 전송망 설계 완성이 확인되거나(S16에서 Yes), 단계 S4 내지 단계 S14의 수행 도중에 운용자로부터 작업중단이 요청되면, 설계흐름 제어부(60)는 트래픽그루밍 설계관리부(30)로부터 전송된 모델링 중간결과값과 파장할당 설계관리부(40)로부터 전송된 최종 결과값을 설계결과 입출력부(50)로 전달한다. 설계결과 입출력부(50)는 설계흐름 제어부(60)로부터 전달된 상기 모델링 중간결과값 또는 상기 최종 결과값을 설계출력자료 DB(52)에 저장한다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 다양하고 복잡한 광파장다중화 기반위에서 동기식 전송 네트워크를 설계하는 과정에서 요구되는 방대한 산술적 평가 시간과 노력의 경감시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 네트워크 설계에 따른 비용을 절감시킴으로써 그 결제적 이득이 매우 커서 통신망의 설계와 투자의 효율성을 높이고 경제적 이득을 증대시킬 수 있다는 효과를 제공한다.
한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 이러한 수정 및 변경 등은 이하의 특허 청구의 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 전송망 설계 모델링 자료에 대한 사전 처리를 행하는 제 1 과정;
    상기 사전 처리 결과값과 상기 전송망 설계 모델 자료에 대한 초기값을 이용하여 전송망 계층 관리 구조를 생성하는 제 2 과정;
    상기 사전 처리 결과로부터 각 계층에 대한 전송망 계층별 사전 처리 결과를 결정한 후, 하위 계층망 요소를 입력받아 트래픽 그루밍을 수행하여 통신망 계층 구조를 생성하는 제 3 과정; 및
    상위 계층 요소를 상기 통신망 계층 구조에 적용하여 파장을 할당하여 최종 모델링 결과를 생성하는 제 4 과정
    을 포함하는 광파장 분할 다중화 기반의 동기식 전송망 설계 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전송망 설계 모델링 자료는,
    운용자로부터 입력된 서비스 자료, 망요소 자료, 및 시설 자료 중 적어도 하나로 구성됨을 특징으로 하는 광파장 분할 다중화 기반의 동기식 전송망 설계 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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