JP4363645B2 - Optical network design method - Google Patents
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Description
本発明は、光ネットワーク設計法に関し、特に、複数の光伝送リンクが１つの光伝送装置を共用するような光ネットワークにおいて、ネットワークコストを最小化するような現用光パスおよび予備光パスの配備を高速かつ確実に求めることができる光ネットワーク設計法に関する。 The present invention relates to an optical network design method, and in particular, in an optical network in which a plurality of optical transmission links share one optical transmission apparatus, the working optical path and the standby optical path are arranged so as to minimize the network cost. The present invention relates to an optical network design method that can be obtained quickly and reliably.
複数の光クロスコネクト装置をノードとし、これらのノードが互いに光伝送リンクによって接続されて構成される光ネットワークにおいて、その信頼性を確保するために、光パスに障害が発生した時、該障害が発生した光パスに流れていたトラヒックを、他の光パスを用いて迂回させる方式がある。 In an optical network composed of a plurality of optical cross-connect devices connected to each other by optical transmission links, when a failure occurs in an optical path in order to ensure reliability, the failure There is a method in which the traffic that has flowed in the generated optical path is detoured using another optical path.
この方式として、例えば、現用の光パスに１対１に対応させて予備光パスを設ける方式（専用プロテクション方式）、１対のノードペア間を接続する複数の現用光パスの間で予備光パスを共用する方式（共用プロテクション方式）、同時に障害とはならない任意のノードペア間を接続する複数現用光パス間で予備光パスを共用する方式（レストレーション方式）などが知られている。 As this method, for example, a method of providing a backup optical path in a one-to-one correspondence with a working optical path (dedicated protection method), a backup optical path is provided between a plurality of working optical paths connecting a pair of node pairs. There are known a sharing method (shared protection method), a method in which backup optical paths are shared among a plurality of active optical paths that connect any pair of nodes that do not cause a failure at the same time (restoration method), and the like.
これらの方式に従って光ネットワークを設計するに際し、各ノードペア間の設定要求光パス数が与えられた時、単一のリンク障害または中継ノード障害を想定して、コストを最小化するような現用光パスと現用光パス障害時にそのトラヒックを迂回させるための予備光パスの配備が決定される。
しかしながら、上記した従来技術では、複数の光伝送リンクが１つの光伝送装置を共用するような光ネットワーク、つまり１つの光伝送装置が複数のノードにそれぞれが向かう複数の光伝送リンクを収容している光ネットワークでは、単一の光伝送リンクまたは光伝送装置の障害を想定して、コストを最小化するような現用光パスおよび予備光パスの配備を決定することができないという課題がある。 However, in the above-described prior art, an optical network in which a plurality of optical transmission links share one optical transmission device, that is, one optical transmission device accommodates a plurality of optical transmission links respectively directed to a plurality of nodes. In the existing optical network, there is a problem that it is impossible to determine the deployment of the working optical path and the standby optical path that minimizes the cost, assuming the failure of a single optical transmission link or an optical transmission apparatus.
また、例えば、同時に複数の光伝送リンクが定期的に保守されることによって複数の光伝送リンクが同時に使用できなくなることも想定されるが、このような想定下で、コストを最小化するような現用光パスおよび予備光パスの配備を決定することができないという課題がある。 In addition, for example, it may be assumed that a plurality of optical transmission links cannot be used at the same time by regularly maintaining a plurality of optical transmission links at the same time. Under such assumption, the cost is minimized. There is a problem that the deployment of the working optical path and the backup optical path cannot be determined.
本発明の目的は、上記課題を解決し、複数の光伝送リンクが１つの光伝送装置を共用するような光ネットワークにおいて、単一の光伝送リンクまたは光伝送装置の障害を想定して、また、保守によって複数の光伝送リンクが同時に使用できなくなることも想定して、ネットワークコストを最小化するような現用光パスおよび予備光パスの配備を高速かつ確実に求めることができる光ネットワーク設計法を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and assume a failure of a single optical transmission link or an optical transmission apparatus in an optical network in which a plurality of optical transmission links share one optical transmission apparatus. Assuming that multiple optical transmission links cannot be used at the same time due to maintenance, an optical network design method that can quickly and reliably determine the deployment of active and standby optical paths that minimizes network costs It is to provide.
上記課題を解決するため、本発明は、下記のステップＳ１〜Ｓ４を含む点に特徴がある。Ｓ１：光ネットワークを構成する光クロスコネクト装置をノードとし、該ノードの集合と光ネットワークを構成する光伝送リンクの集合からなる構成を光ネットワークのトポロジー構成とし、光伝送リンクの長さを光伝送リンクの距離として、光ネットワークのトポロジー構成と光伝送リンクの距離が与えられた時、複数の光伝送リンクによって共用されている光伝送装置も１つのノードとしてトポロジー構成に加え、光伝送装置のノード（光伝送装置ノード）と光クロスコネクト装置のノード（光クロスコネクト装置ノード）間を距離がゼロのリンクで接続したトポロジー構成を想定する。Ｓ２：各保守パターンについて、保守状態にある光伝送リンクを光ネットワークから除外して下記のステップＳ２１とＳ２２を実行し、保守状態にある光伝送リンクが全く存在しない場合も含めた各保守パターン下での各発着光クロスコネクト装置ノードペア間の光パスの候補ルートを求める。Ｓ２１：前記のステップＳ１で想定されたトポロジー構成を対象にして、各発着光クロスコネクト装置ノードペアについて、整数計画法を用いて、互いにリンクを共有しないルートの最大数を計算する。Ｓ２２：各発着光クロスコネクト装置ノードペアについて、整数計画法を用いて、距離の総和が最小になるように、前記最大数の互いにリンクを共用しない候補ルートを計算する。ただし、ある光伝送装置ノードから光クロスコネクト装置ノードヘ向かう距離ゼロのリンクと同じ光クロスコネクト装置ノードから同じ光伝送装置ノードヘ向かう距離ゼロのリンクが両方共候補ルートに含まれる場合には同一のルートに含ませる。Ｓ３：各発着光クロスコネクト装置ノードペアに対して与えられた設定要求光パス数の制約の下で、各保守パターンに関して、保守状態になった光伝送リンクに収容されていた光パスは、その保守パターン下における候補ルートヘ配置換えすることを想定して、各候補ルート上の各波長面上への配備が必要な光パス数を定式化する。Ｓ４：最小とすべきネットワークコストを、ネットワークを構成する各要素の使用コストを基に定式化し、各保守パターンに関して定式化した光パス数の最大値を所要光パス数と見なし、線形計画法または非線形計画法を用いて、前記所要光パス数でのネットワークコストを最小化するように、各光クロスコネクト装置ノードペアを接続する各候補ルート上の各波長面上に配備すべき光パス数を決定する。 In order to solve the above problems, the present invention is characterized in that it includes the following steps S1 to S4. S1: An optical cross-connect device constituting an optical network is used as a node, and a configuration composed of the set of nodes and a set of optical transmission links constituting the optical network is set as a topology configuration of the optical network, and the length of the optical transmission link is optically transmitted. When the topology of the optical network and the distance of the optical transmission link are given as the link distance, the optical transmission device shared by the plurality of optical transmission links is also added to the topology configuration as one node, and the node of the optical transmission device A topology configuration is assumed in which a (optical transmission device node) and a node of an optical cross-connect device (optical cross-connect device node) are connected by a link having a distance of zero. S2: For each maintenance pattern, the optical transmission link in the maintenance state is excluded from the optical network, and the following steps S21 and S22 are executed, and each maintenance pattern including the case where no optical transmission link in the maintenance state exists at all The optical path candidate route between each pair of incoming / outgoing optical cross-connect device nodes is obtained. S21: For the topology configuration assumed in step S1, the maximum number of routes that do not share a link with each other is calculated for each pair of incoming and outgoing optical cross-connect device nodes using integer programming. S22: For each of the incoming / outgoing optical cross-connect device node pairs, use the integer programming method to calculate the maximum number of candidate routes that do not share a link with each other so that the sum of the distances is minimized. However, if both the zero-distance links from the same optical transmission equipment node to the optical cross-connect equipment node and the zero-distance links from the same optical cross-connect equipment node to the same optical transmission equipment node are included in the candidate route, the same route Included. S3: With respect to each maintenance pattern, the optical path accommodated in the optical transmission link in the maintenance state with respect to each maintenance pattern is subject to maintenance. The number of optical paths that need to be deployed on each wavelength plane on each candidate route is formulated on the assumption that rearrangement to candidate routes under the pattern is performed. S4: The minimum network costs should formulates based on the use cost of the elements constituting the network, to considered the required optical path number of the maximum value of the optical path number of formulated for each maintenance pattern, Linear Programming The number of optical paths that should be deployed on each wavelength plane on each candidate route connecting each optical cross-connect equipment node pair so as to minimize the network cost for the required number of optical paths using the method or nonlinear programming To decide.
また、本発明は、前記のステップＳ４でのネットワークコストを最小化する光パス配備の計算は、光パスの障害回復モード毎に個別に行い、コストの固定分を除いて、各障害回復モードにおける最小ネットワークコストを足し合わせることによって最終的なネットワークコストを得る点に第２の特徴がある。 Further, according to the present invention, the calculation of the optical path deployment that minimizes the network cost in the step S4 is performed individually for each optical path failure recovery mode, except for the fixed cost, in each failure recovery mode. The second feature is that the final network cost is obtained by adding the minimum network cost.
また、本発明は、前記のステップＳ４に代えて、最小とすべきネットワークコストを、ネットワークを構成する各要素の使用コストを基に定式化し、各保守パターンに関して定式化した光パス数をそのまま所要光パス数と見なし、線形計画法または非線形計画法を用いて、前記所要光パス数でのネットワークコストを最小化させる光パス配備を求め、最大のネットワークコストを与える保守パターンに対する解を最終的な解とする点に第３の特徴がある。 The present invention, instead of the step S4, the minimum network costs should formulates based on the use cost of the elements constituting the network, the number of optical paths that is formalized by For each maintenance pattern as to considered a required optical path number, solution using a linear programming or a nonlinear programming, seeking light path deployment to minimize the network cost of the required optical path number, for maintenance pattern to provide maximum network cost The third feature is that is the final solution.
さらに、本発明は、全く保守が行われていない状態について、ネットワークコストを最小化させる光パス配備を求め、得られた光パス配備から光パスの配置換えによるネットワークコストヘの影響が大きい保守パターンを類推し、それにより類推された保守パターンに関してのみネットワークコストを最小化させる光パス配備を求める点に第４の特徴がある。 Furthermore, the present invention seeks an optical path deployment that minimizes the network cost in a state where maintenance is not performed at all, and a maintenance pattern that greatly affects the network cost due to the rearrangement of the optical path from the obtained optical path deployment. There is a fourth feature in that the optical path deployment that minimizes the network cost only with respect to the estimated maintenance pattern is obtained.
本発明によれば、複数の光伝送リンクが１つの光伝送装置を共用するような光ネットワークにおいて、単一の光伝送リンクまたは光伝送装置障害を想定して、ネットワークコストを最小化するような現用光パスおよび予備光パスの配備を高速かつ確実に求めることができる。 According to the present invention, in an optical network in which a plurality of optical transmission links share one optical transmission device, a network cost is minimized by assuming a single optical transmission link or an optical transmission device failure. The deployment of the working optical path and the backup optical path can be obtained quickly and reliably.
また、任意の保守パターンの集合が与えられた時に、光伝送リンクの保守が行われている間は、保守状態にある光伝送リンクに収容されていた光パスを配置換えすることを想定して、ネットワークコストを最小化するような現用光パスおよび予備光パスの配備を高速かつ確実に求めることができる。 In addition, when an arbitrary set of maintenance patterns is given, it is assumed that the optical path accommodated in the optical transmission link in the maintenance state is rearranged while the optical transmission link is being maintained. Therefore, it is possible to obtain the working optical path and the standby optical path so as to minimize the network cost at high speed and with certainty.
以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明が適用される光ネットワークを概略的に示す構成図であり、この光ネットワークは、光クロスコネクト装置１Ａ〜１Ｄ、光伝送装置２Ａ〜２Ｄを有し、これらの間を光伝送リンクで接続することにより構成される。光伝送装置２Ａ〜２Ｄは、複数の光伝送リンクで共用されている。例えば、光伝送装置２Ａは、光クロスコネクト装置１Ａから光クロスコネクト装置１Ｃ、１Ｄへ向かう光伝送リンクで共用されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing an optical network to which the present invention is applied. This optical network includes
ここで、光クロスコネクト装置１Ａと光クロスコネクト装置１Ｂ間に実線で示す現用光パスが配備され、光クロスコネクト装置１Ａから光伝送装置２Ａ、光伝送装置２Ｄ、光クロスコネクト装置１Ｄ、光伝送装置２Ｄおよび光伝送装置２Ｂを経由して光クロスコネクト装置１Ｂに至る破線で示す予備光パスが配備されているとすると、現用光パスに障害が発生したときの障害回復は、現用光パスに流れていたトラヒックを予備光パスに迂回させることにより行われる。
Here, a working optical path indicated by a solid line is arranged between the
以下に、本発明に係る光ネットワーク設計法について説明する。本発明では、単一の光伝送リンクまたは光伝送装置の障害を想定して、ネットワークコストを最小化するような現用光パスおよび予備光パスの配備を決定する。 The optical network design method according to the present invention will be described below. In the present invention, assuming the failure of a single optical transmission link or an optical transmission apparatus, the deployment of the working optical path and the standby optical path is determined so as to minimize the network cost.
また、光伝送リンクの保守パターンが与えられた時に、保守状態になった光伝送リンクに収容されていた光パスを配置換えすることを想定して、ネットワークコストを最小化するような現用光パスおよび予備光パスの配備を決定する。つまり、保守が行われていない状態において候補となっているルートが、ある保守パターンで保守状態になるリンクを通っていた場合、そのルート上の光パスだけを、その保守パターン下で別個に求めた候補ルートに配置換えすることを想定して、ネットワークコストを最小化するような現用光パスおよび予備光パスの配備を決定する。ここで、保守パターンとは、光ネットワークにおいて同時に保守が行われる光伝送リンクの組合せのパターンを意味する。 In addition, when a maintenance pattern for an optical transmission link is given, an active optical path that minimizes network costs, assuming that the optical path accommodated in the optical transmission link in the maintenance state is relocated. And determine the deployment of backup light paths. In other words, if a route that is a candidate in a state where maintenance is not performed passes through a link that is in a maintenance state with a certain maintenance pattern, only the optical path on that route is separately obtained under that maintenance pattern. Assuming that the candidate route is rearranged, the deployment of the working optical path and the backup optical path is determined so as to minimize the network cost. Here, the maintenance pattern means a combination pattern of optical transmission links that are simultaneously maintained in the optical network.
図２は、本発明に係る光ネットワーク設計法の一実施形態における全体的処理を示すフローチャートである。以下、各ステップに従って順に説明する。 FIG. 2 is a flowchart showing the overall processing in an embodiment of the optical network design method according to the present invention. Hereinafter, it demonstrates in order according to each step.
まず、光ネットワークのトポロジー(N,Link)と光伝送リンクの距離が与えられた時に、保守状態にある光伝送リンクが存在しない場合も含めた各保守パターン下での光パスのルート候補を求める。なお、Nは、光ネットワークを構成するノードの集合を意味し、Linkは、光ネットワークを構成するリンクの集合を意味する。 First, when the optical network topology (N, Link) and the distance between the optical transmission links are given, the optical path route candidate under each maintenance pattern is obtained, including the case where there is no optical transmission link in the maintenance state. . N means a set of nodes constituting the optical network, and Link means a set of links constituting the optical network.
ここでは、まず、複数の光伝送リンクによって共用されている光伝送装置も１つのノード（光伝送装置ノード）として考え、光ネットワークのトポロジーに追加する。また、このような光伝送装置ノードと本来の光クロスコネクト装置ノードの間は距離がゼロのリンクで接続されていると想定し、距離ゼロリンクとして光ネットワークのトポロジーに追加する（Ｓ１）。 Here, first, an optical transmission apparatus shared by a plurality of optical transmission links is also considered as one node (optical transmission apparatus node) and added to the topology of the optical network. Further, it is assumed that such an optical transmission device node and the original optical cross-connect device node are connected by a link with a zero distance, and are added to the optical network topology as a zero distance link (S1).
次に、ある保守パターン下で保守状態にある光伝送リンクは、光ネットワークから除外する（Ｓ２）。保守状態にある光伝送リンクは、例えば、図１で★印が付された光伝送リンクである。 Next, the optical transmission link in the maintenance state under a certain maintenance pattern is excluded from the optical network (S2). The optical transmission link in the maintenance state is, for example, an optical transmission link marked with a star in FIG.
ここでは障害パターンとして光伝送リンクの単一障害または距離ゼロのリンクの単一障害に対応する光伝送装置の単一障害のみを想定しているので、上記のステップ（Ｓ２）で想定されたトポロジー構成を対象にして、各発着光クロスコネクト装置ノードペア(s,d)について整数計画法を用いて、互いにリンクを共有しないルートの最大数Rｓ，ｄを計算する（Ｓ３）。なお、sは発信光クロスコネクト装置ノードを表し、dは着信光クロスコネクト装置ノードを表す。 Here, since only a single failure of the optical transmission apparatus corresponding to a single failure of the optical transmission link or a single failure of the link of zero distance is assumed as the failure pattern, the topology assumed in the above step (S2). For the configuration, the maximum number R s, d of routes that do not share a link with each other is calculated for each pair of incoming / outgoing optical cross-connect device node pairs (s, d) by using integer programming (S3). Here, s represents an outgoing optical cross-connect device node, and d represents an incoming optical cross-connect device node.
最大数Rｓ，ｄを計算する際の整数計画法における制約式は次の通りであり、最大とすべき目的関数は、Rｓ，ｄである。 The constraint equation in integer programming for calculating the maximum number R s, d is as follows, and the objective function to be maximized is R s, d .
ここで、上記式中の各シンボルの意味は次の通りである。
N：光ネットワークを構成するノードの集合。
n：光ネットワークを構成するノード。
tn：光伝送装置ノードの集合TNにおける光伝送装置ノード。
Link：光ネットワークを構成するリンクの集合。
l：光ネットワークを構成するリンク。
s：発信光クロスコネクト装置ノード。
d：着信光クロスコネクト装置ノード。
sｉｎ：発信光クロスコネクト装置ノードsを終点とするリンクの集合。
sｏｕｔ：発信光クロスコネクト装置ノードsを始点とするリンクの集合。
dｉｎ：着信光クロスコネクト装置ノードdを終点とするリンクの集合。
dｏｕｔ：着信光クロスコネクト装置ノードdを終点とするリンクの集合。
nｉｎ：ノードｎを終点とするリンクの集合。
nｏｕｔ：ノードｎを始点とするリンクの集合。
tnｉｎ：光伝送装置ノードtnを終点とするリンクの集合。
tnｏｕｔ：光伝送装置ノードtnを始点とするリンクの集合。
tnｗｎ：光伝送装置ノードtnから光クロスコネクト装置ノードへ向かう距離ゼロのリンク
tnｎｗ：光クロスコネクト装置ノードから光伝送装置ノードtnへ向かう距離ゼロのリンク。
αｌ：リンクlがルートに含まれる時１、含まれない時０となるバイナリー定数。
Here, the meaning of each symbol in the above formula is as follows.
N: A set of nodes constituting an optical network.
n: A node constituting an optical network.
tn: an optical transmission device node in a set TN of optical transmission device nodes.
Link: A set of links that make up an optical network.
l: Links that make up an optical network.
s: An outgoing optical cross-connect device node.
d: Incoming optical cross-connect equipment node.
s in : A set of links whose destination is the source optical cross-connect device node s.
s out : A set of links starting from the outgoing optical cross-connect device node s.
d in : A set of links whose destination is the incoming optical cross-connect device node d.
d out : A set of links whose destination is the incoming optical cross-connect device node d.
n in : A set of links whose end point is node n.
n out : A set of links starting from node n.
tn in : A set of links whose end point is the optical transmission equipment node tn.
tn out : A set of links starting from the optical transmission equipment node tn.
tn wn : a zero distance link from the optical transmission equipment node tn to the optical cross-connect equipment node
tn nw : a zero distance link from the optical cross-connect device node to the optical transmission device node tn.
α l : A binary constant that is 1 when the link l is included in the route and 0 when it is not included.
次に、各光クロスコネクト装置ノードペア(s,d)について、整数計画法を用いて、距離の総和が最小になるように、最大数Rｓ，ｄの、互いにリンクを共有しないルートを計算する（Ｓ４）。ここでの整数計画法における制約式は次の通りである。なお、下記式中の各シンボルの意味は上記と同じである。 Next, for each optical cross-connect device node pair (s, d), the integer programming method is used to calculate the maximum number R s, d of routes that do not share a link with each other so that the sum of distances is minimized. (S4). The constraint equation in the integer programming here is as follows. The meaning of each symbol in the following formula is the same as above.
最小とすべき目的関数は、以下の式で与えられる。ここで、distｌはリンクlの距離を意味する。 The objective function to be minimized is given by the following equation. Here, dist l means the distance of the link l.
上記のようにして整数計画法を２回実行して得られたaｌの値は、ある保守パターンについての、距離の総和が最小になる互いにリンクを共有しない最大数の候補ルート群を示す。この時、ある光伝送装置ノードから光クロスコネクト装置ノードヘ向かう距離ゼロのリンクと同じ光クロスコネクト装置ノードから同じ光伝送装置ノードヘ向かう距離ゼロのリンクが、両方共ルート群に含まれる場合は、両方のリンクを１つのルートに含ませる。上記のステップＳ２〜Ｓ４を全ての保守パターンに対して繰り返し実行する（Ｓ５）。 The value of a 1 obtained by executing integer programming twice as described above indicates the maximum number of candidate route groups that do not share a link with each other for a certain maintenance pattern that minimizes the sum of distances. At this time, if both the zero distance link from the same optical transmission equipment node to the optical cross connection equipment node and the zero distance link from the same optical cross connection equipment node to the same optical transmission equipment node are included in the route group, both Are included in one route. The above steps S2 to S4 are repeatedly executed for all the maintenance patterns (S5).
全ての保守パターンに対する上記のステップＳ２〜Ｓ４が終わったならば、各発着光クロスコネクト装置ノードペア間における各障害回復モードの要求光パス数が与えられた時、線形計画法あるいは非線形計画法を用いて、ネットワークコストを最小化するように、各光クロスコネクト装置ノードペアを接続する各ルート候補上の各波長面上に配備すべき光パス数を計算する（Ｓ６）。つまり、与えられた各保守パターンについて、保守状態にある光伝送リンクに収容されていた光パスを配置換えした時に必要となるリソース量を計算する。ここで、線形計画法を用いるか非線形計画法を用いるかは、スイッチコストを表現する部分がディスクリートに変化するかどうかによる。 When the above steps S2 to S4 for all the maintenance patterns are completed, the linear programming method or the non-linear programming method is used when the required number of optical paths for each failure recovery mode is given between each pair of incoming and outgoing optical cross-connect device nodes. Thus, the number of optical paths to be arranged on each wavelength plane on each route candidate connecting each optical cross-connect device node pair is calculated so as to minimize the network cost (S6). That is, for each given maintenance pattern, the amount of resources required when the optical path accommodated in the optical transmission link in the maintenance state is rearranged is calculated. Here, whether linear programming or non-linear programming is used depends on whether the portion representing the switch cost changes discretely.
このようにして計算したリソース量の最大値に基づいてネットワークコストを計算し、これを最小化するような光パス配備を求める。ネットワークコストを最小化する光パス配備の計算は、障害回復モードごとに個別に、全ての障害回復モードに対して行う（Ｓ７）。 A network cost is calculated based on the maximum value of the resource amount thus calculated, and an optical path deployment that minimizes the network cost is obtained. The calculation of the optical path deployment that minimizes the network cost is performed for each failure recovery mode individually for each failure recovery mode (S7).
専用プロテクションモードの光パスの場合における主な制約条件式は以下のようになる。他にリンク容量やノード容量の制約が必要に応じて加わるが、ここでは省略する。 The main constraint equation for the optical path in the dedicated protection mode is as follows. Other restrictions on link capacity and node capacity are added as necessary, but are omitted here.
ここで、上記式中の新たな各シンボルの意味は次の通りであり、それ以外は上記と同じである。なお、mt0は保守なしの場合の保守パターンである。
Dｓ，ｄ：発信光クロスコネクト装置ノードsから着信光クロスコネクト装置ノードdへの要求光パス数。
MT：保守パターン（保守なしの場合も含む）の集合。
mt：任意の保守パターン。
RTｍｔ，ｓ，ｄ：保守パターンmt時の発信光クロスコネクト装置ノードsから着信光クロスコネクト装置ノードdまでのルート候補の集合。
rｍｔ：保守パターンmt時の発信光クロスコネクト装置ノードsから着信光クロスコネクト装置ノードdまでの任意のルート。
rｍｔ′：保守パターンmt時の発信光クロスコネクト装置ノードsから着信光クロスコネクト装置ノードdまでの予備光パスに対するルート。
rｍｔ０：保守パターンmt0時の発信光クロスコネクト装置ノードsから着信光クロスコネクト装置ノードdまでの任意のルート。
SDｍｔ：保守パターンmt時に光パスの再配備を行う必要のある（候補ルートが保守光伝送リンクを通過している）発信光クロスコネクト装置ノードと着信光クロスコネクト装置ノードペアの集合。
W：波長面の集合。
w：任意の波長面。
WPｍｔ，ｓ，ｄ，ｒｍｔ，ｗ：保守パターンmt時の発信光クロスコネクト装置ノードsから着信光クロスコネクト装置ノードdまでのルートrｍｔ上の波長wを使用した現用光パス数。
WPｍｔ０，ｓ，ｄ，ｒｍｔ０，ｗ：保守パターンmt0時の発信光クロスコネクト装置ノードsから着信光クロスコネクト装置ノードdまでのルートrｍｔ０上の波長wを使用した現用光パス数。
APｍｔ、ｓ、ｄ、ｒｍｔ、ｒｍｔ，ｗ：保守パターンmt時の発信光クロスコネクト装置ノードsから着信光クロスコネクト装置ノードdまでのルートrｍｔ上の波長wを使用した現用光パスに対するルートrｍｔ上の波長wを使用した予備光パス数。
APｍｔ、ｓ、ｄ、ｒｍｔ、ｒｍｔ′，ｗ：保守パターンmt時の発信光クロスコネクト装置ノードsから着信光クロスコネクト装置ノードdまでのルートrｍｔ上の波長wを使用した現用光パスに対するルートrｍｔ′上の波長wを使用した予備光パス数。
SPｍｔ、ｓ、ｄ、ｒｍｔ、ｗ：保守パターンmt時の発信光クロスコネクト装置ノードsから着信光クロスコネクト装置ノードdまでのルートrｍｔ上の波長wを使用した予備光パス数。
SPｍｔ、ｓ、ｄ、ｒｍｔ′、ｗ：保守パターンmt時の発信光クロスコネクト装置ノードsから着信光クロスコネクト装置ノードdまでのルートrｍｔ′上の波長wを使用した予備光パス数。
Pｍｔ、ｓ、ｄ、ｒｍｔ、ｗ：保守パターンmt時の発信光クロスコネクト装置ノードsから着信光クロスコネクト装置ノードdまでのルートrｍｔ上の波長wを使用した光パス数。
Pｍｔ0、ｓ、ｄ、ｒｍｔ0、ｗ：保守パターンmt0時の発信光クロスコネクト装置ノードsから着信光クロスコネクト装置ノードdまでのルートrｍｔ0上の波長wを使用した光パス数。
UFｌ：リンクlにおける使用ファイバー数。
UCｌ：リンクlにおける使用チヤネル数。
UFｎ：ノードnにおける使用空間スイッチサイズ。
δｒｍｔ，ｌ：ルートrｍｔがリンクlを含む時１、含まない時０であるバイナリー定数。
δｒｍｔ０，ｌ：ルートrｍｔ0がリンクlを含む時１、含まない時０であるバイナリー定数。
δｌ，ｎ：リンクlの始点または終点がノードnである時１、そうでない時０であるバイナリー定数。
Here, the meaning of each new symbol in the above formula is as follows, and the rest is the same as above. Note that mt0 is a maintenance pattern when there is no maintenance.
D s, d : Number of requested optical paths from the outgoing optical cross-connect device node s to the incoming optical cross-connect device node d.
MT: A set of maintenance patterns (including those without maintenance).
mt: Any maintenance pattern.
RT mt, s, d : A set of route candidates from the transmission optical cross-connect device node s to the incoming optical cross-connect device node d at the maintenance pattern mt.
r mt : Arbitrary route from the outgoing optical cross-connect device node s to the incoming optical cross-connect device node d at the maintenance pattern mt.
r mt ′: Route for the backup optical path from the source optical cross-connect device node s to the destination optical cross-connect device node d at the maintenance pattern mt.
r mt0 : Arbitrary route from the outgoing optical cross-connect device node s to the incoming optical cross-connect device node d at the maintenance pattern mt0.
SD mt : A set of an outgoing optical cross-connect device node and an incoming optical cross-connect device node pair for which the optical path needs to be redeployed during the maintenance pattern mt (candidate route passes through the maintenance optical transmission link).
W: A set of wavelength planes.
w: Arbitrary wavelength plane.
WP mt, s, d, rmt, w : The number of working optical paths using the wavelength w on the route r mt from the outgoing optical cross-connect device node s to the incoming optical cross-connect device node d at the maintenance pattern mt.
WP mt0, s, d, rmt0, w : The number of working optical paths using the wavelength w on the route rmt0 from the outgoing optical cross-connect device node s to the incoming optical cross-connect device node d at the maintenance pattern mt0.
AP mt, s, d, rmt, rmt, w : Route to the working optical path using the wavelength w on the route r mt from the source optical cross-connect device node s to the destination optical cross-connect device node d at the maintenance pattern mt r Number of spare optical paths using wavelength w on mt .
AP mt, s, d, rmt, rmt ', w : for the working optical path using the wavelength w on the route r mt from the source optical cross-connect device node s to the destination optical cross-connect device node d at the maintenance pattern mt Number of spare optical paths using wavelength w on route r mt ′ .
SP mt, s, d, rmt, w : The number of standby optical paths using the wavelength w on the route r mt from the outgoing optical cross-connect device node s to the incoming optical cross-connect device node d at the maintenance pattern mt.
SP mt, s, d, rmt ′, w : The number of standby optical paths using the wavelength w on the route r mt ′ from the outgoing optical cross-connect device node s to the incoming optical cross-connect device node d at the maintenance pattern mt.
P mt, s, d, rmt, w : The number of optical paths using the wavelength w on the route r mt from the outgoing optical cross-connect device node s to the incoming optical cross-connect device node d at the maintenance pattern mt.
Pmt0, s, d, rmt0, w : The number of optical paths using the wavelength w on the route rmt0 from the outgoing optical cross-connect device node s to the incoming optical cross-connect device node d at the maintenance pattern mt0.
UF l : Number of fibers used in link l.
UC l : Number of channels used in link l.
UF n : Used space switch size at node n.
δ rmt, l : A binary constant which is 1 when the route r mt includes the link l and 0 when the route r mt does not.
δrmt0, l : A binary constant that is 1 when the route rmt0 includes the link l, and 0 when the route rmt0 does not.
δ l, n : A binary constant that is 1 when the start or end of link l is node n, and 0 otherwise.
共用プロテクションモード光パスの場合における主な制約条件式は以下のようになる。他にリンク容量やノード容量の制約が必要に応じて加わるが、ここでは省略する。ここで、上記式中の各シンボルの意味は上記と同じである。 The main constraint equation in the case of the shared protection mode optical path is as follows. Other restrictions on link capacity and node capacity are added as necessary, but are omitted here. Here, the meaning of each symbol in the above formula is the same as above.
プリプラン型レストレーションモード光パスの場合における主な制約条件式は以下のようになる。他にリンク容量やノード容量の制約が必要に応じて加わるが、ここでは省略する。 The main constraint equation in the case of the preplan type restoration mode optical path is as follows. Other restrictions on link capacity and node capacity are added as necessary, but are omitted here.
障害パスを解放しない場合、 If you do not release the failed path,
障害パスを解放する場合、 When releasing the failed path:
ここで、予備光パス数SPｍｔ，ｓ，ｄ，ｒｍｔ，ｗは制約条件式には含まれないが、以下の式で与えられる。 Here, the number of spare optical paths SP mt, s, d, rmt, w is not included in the constraint equation, but is given by the following equation.
ここで、上記式中の新たな各シンボルの意味は次の通りであり、それ以外は上記と同じである。
l′:光ネットワークを構成するリンク
f：障害パターンの集合Fにおける任意の障害パターン（障害リンク）。
APｍｔ０、ｓ、ｄ、ｒｍｔ０、ｒｍｔ０′，ｗ：保守パターンmt0時の発信光クロスコネクト装置ノードsから着信光クロスコネクト装置ノードdまでのルートrｍｔ0上の波長wを使用した現用光パスに対するルートrｍｔ0′上の波長wを使用した予備光パス数。
δｆ，ｌ：障害パターンfにおいてリンクlが障害である時１、そうでない時０であるバイナリー定数。
δｆ，ｌ′：障害パターンfにおいてリンクl′が障害である時１、そうでない時０であるバイナリー定数。
δｒｍｔ′，ｌ：ルートrｍｔ′がリンクlを含む時１、含まない時０であるバイナリー定数。
δｒｍｔ０′，ｌ：ルートrｍｔ0′がリンクlを含む時１、含まない時０であるバイナリー定数。
δｒｍｔ，ｌ′：ルートrｍｔがリンクl′を含む時１、含まない時０であるバイナリー定数。
δｒｍｔ０，ｌ′：ルートrｍｔ0がリンクl′を含む時１、含まない時０であるバイナリー定数。
Here, the meaning of each new symbol in the above formula is as follows, and the rest is the same as above.
l ′: Link constituting the optical network
f: Arbitrary failure pattern (failure link) in failure pattern set F.
AP mt0, s, d, rmt0, rmt0 ′, w : for the working optical path using the wavelength w on the route r mt0 from the source optical cross-connect device node s to the destination optical cross-connect device node d at the maintenance pattern mt0 Number of spare optical paths using wavelength w on route r mt0 ′ .
δ f, l : A binary constant which is 1 when the link l is faulty in the fault pattern f, and 0 otherwise.
δ f, l ′ : A binary constant which is 1 when the link l ′ is faulty in the fault pattern f, and 0 otherwise.
δ rmt ′, l : A binary constant that is 1 when the route r mt ′ includes the link l and 0 when it does not.
δrmt0 ′, l : A binary constant that is 1 when the route rmt0 ′ includes the link l and 0 when the route rmt0 ′ does not.
δ rmt, l ′ : A binary constant that is 1 when the route r mt includes the link l ′, and 0 when the route r mt does not.
δrmt0, l ′ : A binary constant that is 1 when the route rmt0 includes the link l ′ and 0 when it does not.
次に、最小となるネットワークコストを計算する（Ｓ８）。最小とすべきネットワークコストCostは、例えば以下のように表される． Next, the minimum network cost is calculated (S8). The network cost Cost that should be minimized is expressed as follows, for example.
但し、 However,
ここで、上記式中の新たな各シンボルの意味は、次の通りであり、それ以外は上記と同じである。
CN：光ネットワークを構成する光クロスコネクト装置ノードの集合。
cn：光ネットワークを構成する光クロスコネクト装置ノード。
TLink：光ネットワークを構成する光伝送リンクの集合。
tl：光ネットワークを構成する光伝送リンク。
UFｔｌ：リンクtlにおける使用ファイバー数。
UCｔｌ：リンクtlにおける使用チヤネル数。
Mｃｎ：光クロスコネクト装置ノードcnにおける空間スイッチサイズ（UFｃｎより小さくない２のべき乗数）。
NW：スイッチ面数（波長面数）。
PRｃｎ：光クロスコネクト装置ノードcnにおけるコストの固定分。
UPｃｎ：光クロスコネクト装置ノードcnにおけるクライアント装置のポート数。
α1：単位距離当たりのケーブルコスト。
α2：単位距離当たりのファイバーコスト。
α3：ファイバーコストの固定分。
α4：チヤネルコスト。
β：ポート当たりのスイッチコスト。
γ：ポート当たりのクライアント装置コスト。
Here, the meaning of each new symbol in the above formula is as follows, and the rest is the same as above.
CN: A set of optical cross-connect equipment nodes that make up an optical network.
cn: An optical cross-connect device node constituting an optical network.
TLink: A collection of optical transmission links that make up an optical network.
tl: Optical transmission link that constitutes an optical network.
UF tl : Number of fibers used in link tl.
UC tl : Number of channels used in link tl.
M cn : Spatial switch size at the optical cross-connect device node cn (a power of 2 not smaller than UF cn ).
NW: Number of switch surfaces (number of wavelength surfaces).
PR cn : fixed cost of optical cross-connect device node cn
UP cn : the number of ports of the client device in the optical cross-connect device node cn.
α1: Cable cost per unit distance.
α2: Fiber cost per unit distance.
α3: Fixed fiber cost.
α4: Channel cost.
β: Switch cost per port.
γ: Client device cost per port.
空間スイッチサイズとして２のべき乗数のみ許されている場合は、スイッチコストを表現する部分でバイナリー整数変数を含むが、計算時間の観点から、整数変数を階段関数に漸近的に近付ける下記非線形関数を使って、本バイナリー整数変数を実数変数に置き換え、非線形計画問題に直して解くのがよい。そして、非線形計画問題を解くことによって得られた実数値WPｍｔ，ｓ，ｄ，ｒｍｔ，ｗおよびSPｍｔ，ｓ，ｄ，ｒｍｔ，ｗを最終的に整数化し、最終的なネットワークコストもこれらの整数値を使って計算する。 When only a power of 2 is allowed as the space switch size, the part that expresses the switch cost includes a binary integer variable. From the viewpoint of calculation time, the following nonlinear function that asymptotically approximates the integer variable to the step function is It is better to replace this binary integer variable with a real variable and solve it by solving a nonlinear programming problem. Then, the real values WP mt, s, d, rmt, w and SP mt, s, d, rmt, w obtained by solving the nonlinear programming problem are finally converted into integers, and the final network cost is also set to these values. Calculate using integer values.
上記の非線形計画問題が非常に大規模である場合は、使用ファイバー数と使用チヤネル数に関する制約式を If the above nonlinear programming problem is very large, the constraint equations for the number of fibers used and the number of channels used
の形にして一度に問題を解くのではなく、使用ファイバー数と使用チヤネル数に関する制約式を Instead of solving the problem at once, the constraint equation for the number of fibers used and the number of channels used
の形にして、各保守パターンについて個別に問題を解き、最大のネットワークコストを与える保守パターンに対する解を最終的な問題の解とするのがよい。ここでの解は、配備すべき光パス数である。 In this form, it is preferable to solve the problem individually for each maintenance pattern, and use the solution for the maintenance pattern that gives the maximum network cost as the final solution. The solution here is the number of optical paths to be deployed.
なお、ここで、上記式中の新たな各シンボルの意味は、次の通りである。
UFｌ，ｍｔ:保守パターンmtでのリンクlにおける使用ファイバー数。
UCｌ，ｍｔ:保守パターンmtでのリンクlにおける使用チャネル数。
Here, the meaning of each new symbol in the above formula is as follows.
UF l, mt : Number of fibers used in link l with the maintenance pattern mt.
UC l, mt : Number of channels used in link l with the maintenance pattern mt.
さらに、与えられた保守パターン数が多く、上記の手法を用いても計算コストが大きくなる場合には、まず、全く保守が行われていない状態での解を求め、得られた解から光パスの配置換えによるネットワークコストヘの影響が大きい保守パターンを類推し、そのような保守パターンについてのみ個別に問題の解を求めるようにすれば、計算量を減らして計算コストを削減することができる。ここでネットワークコストヘの影響が大きい保守パターンとは、例えば、多数の光パスを収容する比較的距離が短い光伝送リンクの保守を含むような保守パターンである。 Furthermore, if the number of maintenance patterns given is large and the calculation cost increases even when the above method is used, first, a solution in a state where no maintenance is performed is obtained, and the optical path is obtained from the obtained solution. By analogizing a maintenance pattern that has a great influence on the network cost due to the rearrangement and obtaining a solution for the problem only for such a maintenance pattern, the calculation cost can be reduced and the calculation cost can be reduced. Here, the maintenance pattern having a great influence on the network cost is, for example, a maintenance pattern including maintenance of an optical transmission link having a relatively short distance that accommodates a large number of optical paths.
最終的に得られたWPｍｔ，ｓ，ｄ，ｒｍｔ，ｗおよびSPｍｔ，ｓ，ｄ，ｒｍｔ，ｗの値が、ネットワークコストを最小化する、各光クロスコネクト装置ノードペアを接続する各ルート上の各波長面上に配備すべき光パス数を示す。また、この時の目的関数Costの値が、当該障害回復モードにおける最小ネットワークコストになる。最終的な光ネットワークコストは、固定分を除いて、各障害回復モードにおける最小ネットワークコストを足し合わせることによって得ることができる。 The final WP mt, s, d, rmt, w and SP mt, s, d, rmt, w values on each route connecting each optical cross-connect device node pair minimizes network cost. The number of optical paths to be provided on each wavelength plane is shown. Further, the value of the objective function Cost at this time is the minimum network cost in the failure recovery mode. The final optical network cost can be obtained by adding the minimum network cost in each failure recovery mode, except for the fixed part.
１Ａ〜１Ｄ・・・光クロスコネクト装置、２Ａ〜２Ｄ・・・光伝送装置 1A-1D: Optical cross-connect device, 2A-2D: Optical transmission device
Claims (4)
Ｓ１：光ネットワークを構成する光クロスコネクト装置をノードとし、該ノードの集合と光ネットワークを構成する光伝送リンクの集合からなる構成を光ネットワークのトポロジー構成とし、光伝送リンクの長さを光伝送リンクの距離として、光ネットワークのトポロジー構成と光伝送リンクの距離が与えられた時、複数の光伝送リンクによって共用されている光伝送装置も１つのノードとしてトポロジー構成に加え、光伝送装置のノード（光伝送装置ノード）と光クロスコネクト装置のノード（光クロスコネクト装置ノード）間を距離がゼロのリンクで接続したトポロジー構成を想定する。
Ｓ２：各保守パターンについて、保守状態にある光伝送リンクを光ネットワークから除外して下記のステップＳ２１とＳ２２を実行し、保守状態にある光伝送リンクが全く存在しない場合も含めた各保守パターン下での各発着光クロスコネクト装置ノードペア間の光パスの候補ルートを求める。
Ｓ２１：前記のステップＳ１で想定されたトポロジー構成を対象にして、各発着光クロスコネクト装置ノードペアについて、整数計画法を用いて、互いにリンクを共有しないルートの最大数を計算する。
Ｓ２２：各発着光クロスコネクト装置ノードペアについて、整数計画法を用いて、距離の総和が最小になるように、前記最大数の互いにリンクを共用しない候補ルートを計算する。ただし、ある光伝送装置ノードから光クロスコネクト装置ノードヘ向かう距離ゼロのリンクと同じ光クロスコネクト装置ノードから同じ光伝送装置ノードヘ向かう距離ゼロのリンクが両方共候補ルートに含まれる場合には同一のルートに含ませる。
Ｓ３：各発着光クロスコネクト装置ノードペアに対して与えられた設定要求光パス数の制約の下で、各保守パターンに関して、保守状態になった光伝送リンクに収容されていた光パスは、その保守パターン下における候補ルートヘ配置換えすることを想定して、各候補ルート上の各波長面上への配備が必要な光パス数を定式化する。
Ｓ４：最小とすべきネットワークコストを、ネットワークを構成する各要素の使用コストを基に定式化し、各保守パターンに関して定式化した光パス数の最大値を所要光パス数と見なし、線形計画法または非線形計画法を用いて、前記所要光パス数でのネットワークコストを最小化するように、各光クロスコネクト装置ノードペアを接続する各候補ルート上の各波長面上に配備すべき光パス数を決定する。 An optical network design method comprising the following steps S1 to S4.
S1: An optical cross-connect device constituting an optical network is used as a node, and a configuration composed of the set of nodes and a set of optical transmission links constituting the optical network is set as a topology configuration of the optical network, and the length of the optical transmission link is optically transmitted. When the topology of the optical network and the distance of the optical transmission link are given as the link distance, the optical transmission device shared by the plurality of optical transmission links is also added to the topology configuration as one node, and the node of the optical transmission device A topology configuration is assumed in which a (optical transmission device node) and a node of an optical cross-connect device (optical cross-connect device node) are connected by a link having a distance of zero.
S2: For each maintenance pattern, the optical transmission link in the maintenance state is excluded from the optical network, and the following steps S21 and S22 are executed, and each maintenance pattern including the case where no optical transmission link in the maintenance state exists at all The optical path candidate route between each pair of incoming / outgoing optical cross-connect device nodes is obtained.
S21: For the topology configuration assumed in step S1, the maximum number of routes that do not share a link with each other is calculated for each pair of incoming and outgoing optical cross-connect device nodes using integer programming.
S22: For each of the incoming / outgoing optical cross-connect device node pairs, use the integer programming method to calculate the maximum number of candidate routes that do not share a link with each other so that the sum of the distances is minimized. However, if both the zero-distance links from the same optical transmission equipment node to the optical cross-connect equipment node and the zero-distance links from the same optical cross-connect equipment node to the same optical transmission equipment node are included in the candidate route, the same route Included.
S3: With respect to each maintenance pattern, the optical path accommodated in the optical transmission link in the maintenance state with respect to each maintenance pattern is subject to maintenance. The number of optical paths that need to be deployed on each wavelength plane on each candidate route is formulated on the assumption that rearrangement to candidate routes under the pattern is performed.
S4: The minimum network costs should formulates based on the use cost of the elements constituting the network, to considered the required optical path number of the maximum value of the optical path number of formulated for each maintenance pattern, Linear Programming The number of optical paths that should be deployed on each wavelength plane on each candidate route connecting each optical cross-connect equipment node pair so as to minimize the network cost for the required number of optical paths using the method or nonlinear programming To decide.
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