特許 6721921 設備設計装置、設備設計方法、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6721921

(24)【登録日】2020年6月23日

(45)【発行日】2020年7月15日

(54)【発明の名称】設備設計装置、設備設計方法、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04L 12/24 20060101AFI20200706BHJP

【ＦＩ】

   H04L12/24

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-107158(P2017-107158)

(22)【出願日】2017年5月30日

(65)【公開番号】特開2018-207182(P2018-207182A)

(43)【公開日】2018年12月27日

【審査請求日】2019年6月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100124844

【弁理士】

【氏名又は名称】石原 隆治

(72)【発明者】

【氏名】辻野 雅之

(72)【発明者】

【氏名】川原 亮一

(72)【発明者】

【氏名】大下 裕一

(72)【発明者】

【氏名】村田 正幸

【審査官】 宮島 郁美

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／１１２５８５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−２９６２１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１９９９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１１０６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１３６０３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−０２２７５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｌ１２／００−１２／９５５，２９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トラヒック需要に対してネットワークの設備資源を割り当てる設備設計装置であって、
ネットワーク構成情報、設備費用情報、及びトラヒック需要を入力する入力手段と、
前記ネットワーク構成情報、前記設備費用情報、及び前記トラヒック需要に基づいて、制約条件の下で、ネットワークの設備費用を最小にする最適化問題を解くことにより、前記設備資源の設定変更を行う設定変更時間として、予め定めた個数の設定変更時間を算出する計算手段と、を備え、
前記計算手段は、追加することで設備費用を削減する効果が最も高い設定変更時間を、１つずつ決定し、追加する
ことを特徴とする設備設計装置。

【請求項2】

前記計算手段は、順次追加していく設定変更時間の計算の過程において、既に決定している設定変更時間の前後予め定めた時間を除いた範囲で設備費用を削減する効果が最も高い設定変更時間を決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の設備設計装置。

【請求項3】

前記計算手段は、設定変更時間を新たに追加する時点において、各設定変更時間候補の設備費用の削減効果を評価し、この効果が予め指定した値以下であった場合に、該当する設定変更時間候補を設定変更時間候補の集合から取り除く
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の設備設計装置。

【請求項4】

トラヒック需要に対してネットワークの設備資源を割り当てる設備設計装置であって、
ネットワーク構成情報、設備費用情報、及びトラヒック需要を入力する入力手段と、
前記ネットワーク構成情報、前記設備費用情報、及び前記トラヒック需要に基づいて、制約条件の下で、ネットワークの設備費用を最小にする最適化問題を解くことにより、前記設備資源の設定変更を実施しない非設定変更時間として、予め定めた個数の非設定変更時間を算出する計算手段と、を備え、
前記計算手段は、予め定めた各時間において設定変更を実施するという状態から始めて、設定変更を実施しないことによる設備費用の増加が最小となる非設定変更時間を、１つずつ決定し、追加する
ことを特徴とする設備設計装置。

【請求項5】

前記計算手段は、非設定変更時間を新たに追加する時点において、各非設定変更時間候補の設備費用の増加の効果を評価し、この効果が予め指定した値以下であった場合に、当該非設定変更時間候補も非設定変更時間として追加する
ことを特徴とする請求項４に記載の設備設計装置。

【請求項6】

トラヒック需要に対してネットワークの設備資源を割り当てる設備設計装置が実行する設備設計方法であって、
ネットワーク構成情報、設備費用情報、及びトラヒック需要を入力する入力ステップと、
前記ネットワーク構成情報、前記設備費用情報、及び前記トラヒック需要に基づいて、制約条件の下で、ネットワークの設備費用を最小にする最適化問題を解くことにより、前記設備資源の設定変更を行う設定変更時間として、予め定めた個数の設定変更時間を算出する計算ステップと、を備え、
前記計算ステップにおいて、前記設備設計装置は、追加することで設備費用を削減する効果が最も高い設定変更時間を、１つずつ決定し、追加する
ことを特徴とする設備設計方法。

【請求項7】

トラヒック需要に対してネットワークの設備資源を割り当てる設備設計装置が実行する設備設計方法であって、
ネットワーク構成情報、設備費用情報、及びトラヒック需要を入力する入力ステップと、
前記ネットワーク構成情報、前記設備費用情報、及び前記トラヒック需要に基づいて、制約条件の下で、ネットワークの設備費用を最小にする最適化問題を解くことにより、前記設備資源の設定変更を実施しない非設定変更時間として、予め定めた個数の非設定変更時間を算出する計算ステップと、を備え、
前記計算ステップにおいて、前記設備設計装置は、予め定めた各時間において設定変更を実施するという状態から始めて、設定変更を実施しないことによる設備費用の増加が最小となる非設定変更時間を、１つずつ決定し、追加する
ことを特徴とする設備設計方法。

【請求項8】

コンピュータを、請求項１ないし５のうちいずれか１項に記載の設備設計装置における各手段として機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、クラウドサービス等において、複数の利用者の要求資源量の時間による変化に基づき、システム全体で共通的に割当を変更する時間を決める技術に関連するものである。

【背景技術】

【0002】

クラウドサービスとして、ネットワークで接続するクライアントに対してＶｉｒｔｕａｌ Ｍａｃｈｉｎｅ（ＶＭ）を提供する場合において、サービス提供時間に渡って固定的に利用者の要求資源（ＶＭ提供に絡む、仮想的なサーバ資源に加え、仮想的なネットワーク資源）を提供するのではなく、利用者の要求資源量が時間に応じて変化し、その変化を利用者からの申告、又は、サービス提供者の需要予測により把握し、柔軟に資源を割り当てることで、資源の利用を効率化することが考えられている。

【0003】

利用者に提供する仮想資源は、物理装置（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｍａｃｈｉｎｅ・Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ）から割り当てられる。物理装置は、その装置特有の容量があり、その容量にて割り当て可能な仮想資源が決定される。設備費用に密接に関連する物理装置の数量を少なくするため、利用者の時間による要求資源量の変化に対してどの物理装置から仮想資源を割り当てるかを決定することを想定している。

【0004】

本願に関連する従来技術として、非特許文献１及び非特許文献２に開示された技術がある。非特許文献１は、"Multi-Hour Network Design"という、エンドポイント間に発生するトラヒックの時間における差異を利用して通信パスの経路を決定し、構築する通信設備の容量を少なくする技術を開示している。

【0005】

また、非特許文献２は、時系列でのトラヒックの変化を見据えて、ネットワークの利用効率、及び、経路変更に伴うシステムの安定性の観点より、エンドポイント間のトラヒックを満足する仮想ネットワークによるパスの経路を選定する、"Model Predictive Control for Traffic Engineering（MPC-TE）"という技術を開示している。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】M. Pioro and D. Medhi, Routing, Flow and Capacity Design in Communication and Computer Networks, Morgan Kaufmann Publishers, 2004.

【非特許文献2】Tatsuya Otoshi, Yuichi Ohsita, Masayuki Murata, Yousuke Takahashi, Noriaki Kamiyama, Keisuke Ishibashi, Kohei Shiomoto, and Tomoaki Hashimoto, "Traffic Engineering Based on Model Predictive Control," IEICE Trans. on Commun., Vol.E98-B, No.6, pp.996-1007, June 2015

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

時間に渡る要求資源量の変化を基に割当を変更して物理装置の数量を少なくする場合においても、運用の複雑さを招くという理由やシステム動作を不安定にするという理由で頻繁な変更は望ましくない。そのため、システム全体で共通的に割当を変更する時間を決めておくという運用を行うことが考えられる。

【0008】

しかし、上述した非特許文献１に開示された技術では、予め経路を変更ができる時間が決まっているという前提にて、どのように経路を決定するかという課題に取り組むものであり、経路の割当の変更をどの時間に実施するかを決定する技術ではない。

【0009】

また、非特許文献２に開示された技術は、ネットワークの利用効率とシステムの安定性（経路変更による通信リンク上での総トラヒック量の変化として評価）とを多目的に評価して、どのような変更を実施するかを決定する技術であり、変更はその影響をデメリットとして評価するも、随時のタイミングでの経路の変更を許容することを前提としている。システム全体での一括した変更の実施を陽には目的としておらず、個々の経路それぞれに対する変更を実施している。また、既に構築されている通信ネットワークに対して利用率の向上を狙う技術であり、構築する設備の容量の決定を意図する技術ではない。

【0010】

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、トラヒック需要に対してネットワークの設備資源を割り当てる技術において、ネットワーク全体で共通的に割当を変更する時間を効率的に決定する技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

開示の技術によれば、トラヒック需要に対してネットワークの設備資源を割り当てる設備設計装置であって、
ネットワーク構成情報、設備費用情報、及びトラヒック需要を入力する入力手段と、
前記ネットワーク構成情報、前記設備費用情報、及び前記トラヒック需要に基づいて、制約条件の下で、ネットワークの設備費用を最小にする最適化問題を解くことにより、前記設備資源の設定変更を行う設定変更時間として、予め定めた個数の設定変更時間を算出する計算手段と、を備え、
前記計算手段は、追加することで設備費用を削減する効果が最も高い設定変更時間を、１つずつ決定し、追加する
ことを特徴とする設備設計装置が提供される。

【発明の効果】

【0012】

開示の技術によれば、トラヒック需要に対してネットワークの設備資源を割り当てる技術において、ネットワーク全体で共通的に割当を変更する時間を効率的に決定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態の概要を説明するための図である。

【図2】本発明の実施の形態の概要を説明するための図である。

【図3】本発明の実施の形態におけるシステム構成図である。

【図4】システムの処理手順を示すフローチャートである。

【図5】設備設計装置１００の機能構成図である。

【図6】設備設計装置１００のハードウェア構成の例を示す図である。

【図7】設備設計装置１００が解く最適化問題を示す図である。

【図8】設備設計装置１００が解くサブ問題を示す図である。

【図9】設備設計装置１００の処理フローを示す図である。

【図10】変形例を説明するための図である。

【図11】効果を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（本実施の形態）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。

【0015】

（本実施の形態の概要）
既に説明したように、時間に渡る要求資源量の変化を基に割当を変更して物理装置の数量（あるいは設備費用）を少なくする場合においても、運用の複雑さを招くという理由やシステム動作を不安定にするという理由で頻繁な変更は望ましくない。そのため、本実施の形態では、システム全体で共通的に割当を変更する時間を決定し、それに基づき運用を行う。

【0016】

例えば、図１（ａ）に示す、利用者にサービスを提供するネットワークにおいて、図１（ｂ）に示すように、各拠点（ノード）の要求資源量と、トラヒック量が時間の経過に応じて変化する。このような状況において、本実施の形態では、時間変動を利用して敷設する物理装置の数量（すなわち、設備費用）をできるだけ少なくするように、時間を決めて利用者の要求資源に対する物理装置の割当の変更を実施することを前提とする。なお、変更回数は所与のものとする。このような要件の下、いつ割当の変更をするのが良いかを決定する。また、併せて、どのように割当てるかを決定する。

【0017】

図１（ａ）には、Ｄで示す物理装置と、Ｅで示す物理装置が示されている。割当の変更においては、例えば、Ｅ上で動作していたＶＭをＤ上で動作させるように設備資源の割当の変更が行われる。また、例えば、１で示す経路のトラヒックを、２で示す経路を経由させるように設備資源の割当の変更がなされる。

【0018】

上記のようにいつ割当の変更をするのが良いかを決定する際に、例えば、所与の変更回数から、実際に取り得る変更時間の組み合せを洗い出し、その組み合せに対して構築する設備費用を最小とするものを選び出す方法が考えられる。この方法は、最も望ましい変更時間の組合せを求めるものではあるが、全ての組合せに対して最小の割当を導出する必要がある。例えば、毎時一日を想定した２４ｔｉｍｅ ｐｅｒｉｏｄの時系列データに対して、所与の変更回数が３回程度であっても、_２４Ｃ_３＝２０２４のパターンに対する最小の割当を導出する必要があり、莫大な計算時間が必要になるという問題がある。

【0019】

そこで、本実施の形態では、図２に示すように、１度に変更時間の組み合せを決定するのでなく、設定変更を実施しない状態から始めて、順次１つずつ変更時間を決定し追加していくという方法を採用している。この追加の際、追加することで設備費用を削減する効果が最も高い変更時間を決定していく。このような方法により、計算時間が莫大になることを回避できる。

【0020】

図２の例では、最初に設定変更時間Ａが決定され、次に、設定変更時間Ａの設定変更の制限下で最も設備費用削減効果のある時間として設定変更時間Ｂが決定されている。

【0021】

（システム構成）
＜全体構成＞
図３に本実施の形態におけるシステム構成図を示す。図３に示すように、本実施の形態に係るシステムは、設備設計装置１００、経路設定スケジューラ４０、制御設定装置５０、転送装置（ノード）１０、トラヒック収集装置２０、トラヒック分析装置３０を含む。

【0022】

図３において、複数の転送装置（ノード）１０及びこれらを接続するリンクにより、利用者にサービスを提供するネットワークが構成されている。このネットワークが、資源の割当変更等を行う制御対象である。また、ノード、リンクの情報がネットワーク構成情報である。

【0023】

設備設計装置１００は本発明に係る装置であり、これ以外の装置は既存技術により実現可能な装置である。設備設計装置１００は、トラヒック予測情報・ネットワーク構成情報・設備構築費を入力データとし、所与の設定変更の許容回数の下、構築する設備容量・経路設定変更情報（設定変更時間・［各設定を適用する時間での］経路情報）を出力する。なお、設備構築費を設備費用と称してもよい。入力される設備構築費は、例えば、各リンクの帯域当たりの設備構築費である。また、入力されるトラヒック予測情報は、例えば、デマンド毎、時間毎のトラヒック量である。

【0024】

図４のフローチャートを参照して、システムにおける全体の処理手順例を説明する。

【0025】

トラヒック収集装置２０は、制御対象であるネットワークを構成する転送装置（ノード）１０から取得されたトラヒック観測情報を収集する（ステップＳ１０１）。

【0026】

トラヒック分析装置３０は、トラヒック収集装置２０で収集した、収集期間に渡る時系列でのトラヒック観測情報を基に、制御対象とする期間における時系列でのエンドノード間で疎通するトラヒック量（デマンド）を予測する（ステップＳ１０２）。なお、デマンドの予測は種々の既存手法を用いて実施することが可能である。また、観測したトラヒック情報を基に時系列でのデマンドを予測することは一例に過ぎない。例えば、申告によりデマンドが規定され入力データとして活用されても良い。

【0027】

設備設計システム１００に対し、トラヒック分析装置３０により予測されたトラヒック予測情報（時系列）、ネットワーク構成情報、設備構築費が入力される（ステップＳ１０３）。なお、入力データのネットワーク構成情報・設備構築費は、例えば、オペレーションシステム等の他の手段により取得される。

【0028】

設備設計装置１００は、後述する最適化問題の解を求める計算を行って、経路設定変更情報、ノード・リンクの設備容量を出力する（ステップＳ１０４）。出力データである、構築する設備容量は、設備設計装置１００で適用する経路制御（設定変更時間・経路情報）を前提とした、安価な費用で構築する設備容量として活用する。

【0029】

出力データの経路設定変更情報は、経路設定スケジューラ４０に送信され、そこで経路設定を実施する時間が管理される（ステップＳ１０５）。経路設定スケジューラ４０は、設定変更を行う時間になったときに、経路情報に基づく経路設定の要求を経路設定装置５０に対して実施し、経路設定装置５０は、その要求を受け、ノードに対する経路設定を実施する（ステップＳ１０６）。

【0030】

＜設備設計装置１００の機能構成、ハードウェア構成＞
図５に、設備設計装置１００の機能構成図を示す。図５に示すように、設備設計装置１００は、入力部１１０、設備設計計算部１２０、データ記憶部１３０、出力部１４０を有する。入力部１１０から入力データが入力され、入力データはデータ記憶部１３０に格納される。設備設計計算部１２０は、データ記憶部１３０からデータを読み出し、後述する最適化問題の解の計算を含む計算を行って、計算結果をデータ記憶部１３０に格納する。出力部１４０は、データ記憶部１３０に格納されている計算結果を出力データとして出力する。

【0031】

本実施の形態における設備設計装置１００は、コンピュータに、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可能である。図６は、本実施の形態における設備設計装置１００のハードウェア構成例を示す図である。図６の設備設計装置１００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３００、補助記憶装置３０２、メモリ装置３０３、ＣＰＵ３０４、インタフェース装置３０５、表示装置３０６、及び入力装置３０７等を有する。

【0032】

設備設計装置１００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３０１によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体３０１がドライブ装置３００にセットされると、プログラムが記録媒体３０１からドライブ装置３００を介して補助記憶装置３０２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３０１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３０２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。

【0033】

メモリ装置３０３は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置３０２からプログラムを読み出して格納する。ＣＰＵ３０４は、メモリ装置３０３に格納されたプログラムに従って設備設計装置１００に係る機能を実現する。インタフェース装置３０５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３０６はプログラムによるＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等を表示する。入力装置３０７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。

【0034】

（設備設計装置１００が実行する処理内容）
次に、設備設計装置１００が実行する処理の内容を説明する。前述したように、本実施の形態の設備設計装置１００は、順次１つずつ変更時間を決定し追加していくという方法で、設備費用削減効果が最も高い時間を順次決定する。この方法は、設定変更時間の全組み合わせパターンにおける最適解を求める方法ではなく、貪欲法としてのアプローチに基づく近似計算である。なお、物理装置として、Ｐｈｙｓｉｃａｌ ＭａｃｈｉｎｅとＰｈｙｓｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋの両方を割当の対象としてもよいし、そのどちらかのみを割当の対象としてもよい。

【0035】

ただし、以下では、一例として、説明を分かり易くするために、ネットワーク上の経路の割当てのみをターゲットとした設定変更の時間を決定するアルゴリズムについての説明を行う。

【0036】

設備設計装置１００は、最適化問題の解として、設備費用削減効果が最も高い時間等を順次決定することとしている。まず、その最適化問題における問題定義について説明する。

【0037】

＜表記等について＞
問題定義における表記は以下のとおりである。

【0038】

・ｅ：リンクのＩｎｄｅｘ， ｉ，ｊ，ｎ：ノードのＩｎｄｅｘ， ｋ：デマンドのＩｎｄｅｘ， ｔ：時間のＩｎｄｅｘ
・Ｅ：リンク集合， Ｎ：ノード集合， Ｋ：デマンド集合， Ｎｎ：ｎの隣接ノード集合
・Ｏ（ｋ），Ｄ（ｋ）：それぞれデマンドｋの起点・終点ノード
パラメータは以下のとおりである。

【0039】

・ｃ_ｅ：リンクｅの帯域当たり設備構築費
・ｄ_ｋ^ｔ：デマンドｋの時間ｔでのトラヒック量
・Ｔ：時間の数。ｔ∈［１，Ｔ］
・Ｍ：設定変更回数（所与）
変数は以下のとおりである。

【0040】

・ｙ_ｅ：リンクｅの帯域容量
・ｘ_ｅ^ｋ，ｍ：［ｚ_ｍ，ｚ_ｍ＋１−１］に属する時間（時間順でｍ番目の設定変更後の設定を適用する時間）において、デマンドｋに対してリンクｅを流れるフローの割合
・ｚ_ｍ：時間順に並べてｍ番目の設定変更を行う時間。ｚ_０＝１≦ｚ_１＜…＜ｚ_ｍ−１＜ｚ_ｍ＜…＜ｚ_Ｍ＜ｚ_Ｍ＋１＝Ｔ＋１
なお、最適化問題の解として、変数の値が求められる。

【0041】

＜定式化＞
本実施の形態における最適化問題は、図７に示すように定式化される。図７に示すように、式１を目的関数とし、式２、式３、式４を制約条件とする。

【0042】

式１は、各リンクの設備構築費（ｃ_ｅ・ｙ_ｅ）を全てのリンクで合計した総和を最小にすることである。式２は、全てのノードと全てのデマンドに関して、時間順でｍ番目の設定変更後の設定を適用する時間［ｚ_ｍ，ｚ_ｍ＋１−１］に属する時間において、デマンドｋに関して、そのデマンドから発生するトラヒック量の比率が、ノードｎに流入する総量とノードｎから流出する総量とで等しいという条件を表す。

【0043】

式３は、全てのリンクに関して、時間順でｍ番目の設定変更後の設定を適用する時間［ｚ_ｍ，ｚ_ｍ＋１−１］を通じて、当該リンクを経由する全てのデマンドからのトラヒックの総量が当該リンクの帯域容量を超過しないという条件を表す。

【0044】

式４は、デマンドｋに対してリンクｅを流れるフローの割合が、その定義から規定される条件を表す。

【0045】

＜サブ問題＞
本実施の形態では、サブ問題（Ｐ（ｈ，Ｚ_ｈ−１，Ｚ^＊））の解を求めることで、上述した問題の解を求めている。Ｐ（ｈ，Ｚ_ｈ−１，Ｚ^＊）は、ｈ番目の設定変更時間を決定する問題である。より具体的には、（ｈ−１）箇所の設定変更時間が既に決定されているとして、次に、設定変更による設備費用削減の効果が最も高い時間を選択する問題である。

【0046】

Ｐ（ｈ，Ｚ_ｈ−１，Ｚ^＊）についての新たに定義するパラメータ・変数、定式化等を以下に説明する。なお、明細書の文字の記載の都合上、図面に示されている"ｚの上にバーが引かれた文字"については、明細書では"＾ｚ"と記載する。

【0047】

パラメータは以下のとおりである。

【0048】

・＾ｚ_ｍ：時間順に並べてｍ番目の、既に決定されている設定変更を行う時間、＾ｚ_０＝１≦＾ｚ_１＜…＜＾ｚ_ｍ−１＜＾ｚ_ｍ＜…＜＾ｚ_ｈ−１＜＾ｚ_ｈ＝Ｔ
・Ｚ_ｈ−１＝｛＾ｚ_１，...，＾ｚ_ｈ−１｝：既に決定されている設定変更を行う時間の集合
・Ｚ^＊⊂［２，Ｔ］：新たに追加する設定変更時間の選択可能な候補を示す集合
新たに定義する変数は以下のとおりである。

【0049】

・ｘ_ｅ，ｔ^ｋ：時間ｔにおいて、デマンドｋに対してリンクｅを流れるフローの割合
・ｚ：新たに追加する設定変更を行う時間
Ｐ（ｈ，Ｚ_ｈ−１，Ｚ^＊））は図８に示すように定式化される。図８に示すように、式５を目的関数とし、式６〜式１０を制約条件とする。

【0050】

式５は、各リンクの設備構築費（ｃ_ｅ・ｙ_ｅ）を全てのリンクで合計した総和を最小にすることである。式６は、全てのノードと全てのデマンドについて、時間ｔにおいて、デマンドｋに関して、そのデマンドから発生するトラヒック量の比率がノードｎに流入する総量とノードｎから流出する総量とで等しいという条件を表す。

【0051】

式７は、全てのリンクに関して、時間ｔにおいて、当該リンクを経由する全てのデマンドからのトラヒックの総量が当該リンクの帯域容量を超過しないという条件を表す。

【0052】

式８は、全てのリンクとデマンドに関して、設定変更を実施していない時間においては、その直前の時間と適用される設定が同一であるという条件を表す。

【0053】

式９は、デマンドkに対してリンクeを流れるフローの割合が、その定義から規定される条件を表す。

【0054】

式１０は、新たに追加する設定変更時間は、選択可能な候補から選ばれるという条件を表す。

【0055】

＜処理フロー＞
図９は、上記の問題定義に基づき、設備設計装置１００（具体的には設備設計計算部１２０）が実行する処理フローを示す。ステップＳ２０１において、設備設計装置１００は、ｈ：＝１，Ｚ_ｈ−１：＝φ，Ｚ^＊＝［１，Ｔ］とすることでパラメータを初期化する。ステップＳ２０２において、設備設計装置１００は、Ｐ（ｈ，Ｚ_ｈ−１，Ｚ^＊）を解き、解として得られるｚの値を＾ｚとする。

【0056】

ステップＳ２０３において、設備設計装置１００は、Ｚ^＊＝Ｚ^＊−［＾ｚ−ｑ，＾ｚ＋ｑ］とすることで、新たに追加する設定変更時間の選択可能な候補の集合から、［＾ｚ−ｑ，＾ｚ＋ｑ］を除く。これは、設定変更時間とした時間の上下（前後）ｑ（パラメータ）の範囲で設定変更を実施しないことを意味する。すなわち、順次追加していく設定変更時間の導出の過程において、既に決定している設定変更時間の指定した近辺の時間を除いた範囲で設備費用を削減する効果が最も高い変更時間を決定する。これにより、設定変更の実施間隔を一定期間担保すること、及び、資源要求量が近いと想定できる近辺の時間での計算を省くことによる計算時間の高速化を図るというメリットが得られる。

【0057】

ステップＳ２０４において、設備設計装置１００は、Ｚ^＊＝Ｚ^＊−｛ｒ：Ｆ（ｒ，ｈ，Ｚ_ｈ−１，Ｚ^＊）−Ｆ（＾ｚ，ｈ，Ｚ_ｈ−１，Ｚ^＊）≦Ｒ｝で表わされる計算を行う。ここで、Ｆ（ｒ，ｈ，Ｚ_ｈ−１，Ｚ^＊）は、Ｐ（ｈ，Ｚ_ｈ−１，Ｚ^＊）においてｚ＝ｒとした場合の最適値を示す。Ｒは、最適な新たに追加する設定変更時間の最適値からの乖離範囲を規定するパラメータである。すなわち、ステップＳ２０４の処理は、設定変更時間を新たに追加する時点（＾ｚを計算した時点）において、各設定変更時間候補の設備費用の削減効果を評価し（Ｆ（ｒ，ｈ，Ｚ_ｈ−１，Ｚ^＊）に相当）、この効果が予め指定した値以下（（Ｆ（ｒ，ｈ，Ｚ_ｈ−１，Ｚ^＊）−Ｆ（＾ｚ，ｈ，Ｚ_ｈ−１，Ｚ^＊）≦Ｒ）に相当）であった場合に、該当する設定変更時間候補を候補集合から取り除く（Ｚ^＊からｒを取り除く）ことである。これにより、計算時間の高速化を図ることができる。

【0058】

ステップＳ２０５において、ｈ＝Ｍであれば処理を終了し、ｈ＝ＭでなければステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６において、設備設計装置１００は、ｈ：＝ｈ＋１、Ｚ_ｈ−１：＝Ｚ_ｈ−１＋｛＾ｚ｝とし、ステップＳ２０２に進む。

【0059】

（変形例）
次に、変形例を説明する。変形例におけるシステム構成、装置構成、処理手順は基本的にこれまでに説明した例と同じである。以下、これまでに説明した例とは異なる点を説明する。これまでに説明した例は、追加することで設備費用を削減する効果が最も高い変更時間を、順次１つずつ決定し追加していくという方法である。

【0060】

設備設計装置１００は、図１０に示すように、上記手段とは逆のアプローチをとり、全時間において設定変更を実施するという状態から始めて、順次１つずつ設定変更を実施しない時間を決定し追加していく処理を行ってもよい。この追加の際、設定変更を実施しないことによる設備費用の増加が最小となる時間を非設定変更時間として決定する。なお、設備設計装置１００は、変形例の前までに説明した機能と、変形例の機能の両方を備えることとしてもよいし、いずれか１つの機能を備えることとしてもよい。

【0061】

図１０の例では、最初に非設定変更時間Ａが決定され、次に、非設定変更時間Ａの制限下で設定変更しなくても設備容量増加が最小となる時間として非設定変更時間Ｂが決定されている。

【0062】

変形例においても、これまでに説明した方法と同様の最適化問題を解くことで解が得られる。ただし、変形例では、非設定変更回数が所与であり、全時間において設定変更を実施するという状態から、設定変更を実施しないことによる設備費用の増加を最小とする時間として、１つずつ設定変更を実施しない時間を決定し（つまり、非設定時間の追加によるΣ_ｅ∈Ｅｃ_ｅ・ｙ_ｅの増加が最小とする時間を決定し）追加する。

【0063】

Ｐ（ｈ，Ｚ_ｈ−１，Ｚ^＊）を、非設定変更時間を決定する問題と見なすことで、変形例における、処理フローは、図９と同様となる。

【0064】

変形例におけるステップＳ２０３においては、設備設計装置１００は、Ｚ^＊＝Ｚ^＊−［＾ｚ−ｑ，＾ｚ＋ｑ］とすることで、非設定変更時間とした時間の上下ｑ（パラメータ）の範囲で非設定変更を実施しないこととする。すなわち、順次追加していく非設定変更時間の導出の過程において、既に決定している非設定変更時間の指定した近辺の時間を除いた範囲で設備費用増加を抑える効果が最も高い非設定変更時間を決定する。なお、ステップＳ２０３を実施しないこととしてもよい。

【0065】

変形例におけるステップＳ２０４においては、設備設計装置１００は、非設定変更時間を新たに追加する時点（＾ｚを計算した時点）において、各非設定変更時間候補の設備費用の増加の効果を評価し（Ｆ（ｒ，ｈ，Ｚ_ｈ−１，Ｚ^＊）に相当）、この効果が予め指定した値以下（（Ｆ（ｒ，ｈ，Ｚ_ｈ−１，Ｚ^＊）−Ｆ（＾ｚ，ｈ，Ｚ_ｈ−１，Ｚ^＊）≦Ｒ）に相当）であった場合に、その時間を含めて一括で設定変更しない時間とする（つまり、ｒと＾ｚを一括で非設定変更時間とする）。また、当該時間を非設定変更時間の候補集合から取り除く（Ｚ^＊からｒを取り除く）。これにより、計算時間の高速化を図ることができる。すなわち、変形例において順次実施する設定変更しない時間の決定において、１つずつ当該時間を決定するのでなく、設定変更しなかった場合に設備費用が増加する効果が予め指定した値以下である時間が他にあった場合に、その時間も含めて一括で設定変更しない時間とすることで、計算時間の高速化を図る。

【0066】

（実施の形態の効果）
本実施の形態で説明した技術は、最適な設定変更時間の組み合せを見出すものではないが、この技術により、有望な設定変更時間の組み合せを、比較的短時間の計算時間で導出することができる。図１１に評価結果を示す。

【0067】

評価条件は以下のとおりである。

【0068】

−評価ネットワークトポロジ
・１０ノード、２０リンクのネットワーク（ワッツ・ストロガッツモデルに基づくネットワーク）
−評価トラヒック（需要は特記しない限り、全ノード間で発生）
・毎時２４時間を想定した２４個のトラヒックデータ
・１．「時系列トラヒック」（隣接時間にて相関性有）（図１１（ａ））
・２．乱数による２４時間変動の「疑似トラヒック」（時系列性未考慮）（図１１（ｂ））
−経路の特性
・ｓｐｌｉｔｔａｂｌｅ−ｆｌｏｗ
−問題設定
・毎時２４時間を想定した２４個のサンプルトラヒックデータを与える
比較手法は以下のとおりである。

【0069】

−貪欲法（Ｆｏｒｗａｒｄ法（実施の形態の手法）＆Ｂａｃｋｗａｒｄ法（変形例の手法））［提案方法］：効果の高い順に３つの設定変更時間を決定
−等分法［比較法］：時間帯を４等分（１−６，７−１２，１３−１８，１９−２４）
−参考
・非適応型：時間帯での設定変更はしない
・全体最適：設定変更時間の全体最適値（全組合せに対する割当て結果を比較して求解）
評価尺度は以下のとおりである。

【0070】

−非適応型の最適値を１として各手法の最適値を評価（基本）
−計算時間
（実施の形態のまとめ）
以上、説明したとおり、本実施の形態により、トラヒック需要に対してネットワークの設備資源を割り当てる設備設計装置であって、
ネットワーク構成情報、設備費用情報、及びトラヒック需要を入力する入力手段と、
前記ネットワーク構成情報、前記設備費用情報、及び前記トラヒック需要に基づいて、制約条件の下で、ネットワークの設備費用を最小にする最適化問題を解くことにより、前記設備資源の設定変更を行う設定変更時間として、予め定めた個数の設定変更時間を算出する計算手段と、を備え、
前記計算手段は、追加することで設備費用を削減する効果が最も高い設定変更時間を、１つずつ決定し、追加する
ことを特徴とする設備設計装置が提供される。

【0071】

前述した入力部１１０は入力手段の例であり、設備設計計算部１２０は計算手段の例である。なお、図３に示した設備設計装置１００への入力値の１つである設備構築費は、上記の設備費用情報の例であり、図３に示した設備設計装置１００への入力値の１つであるトラヒック予測情報（時系列）は、上記のトラヒック需要の例である。

【0072】

前記計算手段は、順次追加していく設定変更時間の計算の過程において、既に決定している設定変更時間の前後予め定めた時間を除いた範囲で設備費用を削減する効果が最も高い設定変更時間を決定することとしてもよい。

【0073】

前記計算手段は、設定変更時間を新たに追加する時点において、各設定変更時間候補の設備費用の削減効果を評価し、この効果が予め指定した値以下であった場合に、該当する設定変更時間候補を設定変更時間候補の集合から取り除くこととしてもよい。

【0074】

また、本実施の形態により、トラヒック需要に対してネットワークの設備資源を割り当てる設備設計装置であって、
ネットワーク構成情報、設備費用情報、及びトラヒック需要を入力する入力手段と、
前記ネットワーク構成情報、前記設備費用情報、及び前記トラヒック需要に基づいて、制約条件の下で、ネットワークの設備費用を最小にする最適化問題を解くことにより、前記設備資源の設定変更を実施しない非設定変更時間として、予め定めた個数の非設定変更時間を算出する計算手段と、を備え、
前記計算手段は、予め定めた各時間において設定変更を実施するという状態から始めて、設定変更を実施しないことによる設備費用の増加が最小となる非設定変更時間を、１つずつ決定し、追加することを特徴とする設備設計装置が提供される。

【0075】

前述した入力部１１０は入力手段の例であり、設備設計計算部１２０は計算手段の例である。

【0076】

前記計算手段は、非設定変更時間を新たに追加する時点において、各非設定変更時間候補の設備費用の増加の効果を評価し、この効果が予め指定した値以下であった場合に、当該非設定変更時間候補も非設定変更時間として追加することとしてもよい。

【0077】

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。

【符号の説明】

【0078】

１０ 転送装置（ノード）
２０ トラヒック収集装置
３０ トラヒック分析装置
４０ 経路設定スケジューラ
５０ 制御設定装置
１００ 設備設計装置
１１０ 入力部
１２０ 設備設計計算部
１３０ データ記憶部
１４０ 出力部
３００ ドライブ装置
３０１ 記録媒体
３０２ 補助記憶装置
３０３ メモリ装置
３０４ ＣＰＵ
３０５ インタフェース装置
３０６ 表示装置
３０７ 出力装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】