KR20110100997A - A method and apparatus for concurrent optimization of routing and link capacity extension to satisfy link employ rate requirement - Google Patents

A method and apparatus for concurrent optimization of routing and link capacity extension to satisfy link employ rate requirement Download PDF

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KR20110100997A
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Abstract

본 발명은 네트워크를 통해서 정보를 송신하는 방법에 관한 것으로서, 네트워크 내 요구되는 링크 사용률 요구사항을 만족시키면서, 라우팅 경로와 링크 용량 증설을 동시에 고려하여 네트워크 효용의 최대화를 가능하게 하는 라우팅과 링크 용량 증설의 동시 최적화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for transmitting information through a network, wherein routing and link capacity expansion that maximizes network utility while simultaneously considering routing path and link capacity expansion while satisfying a link utilization requirement required in a network. Of the simultaneous optimization method.

Description

사용자의 링크 사용률 요구사항을 만족시키기 위한 라우팅과 링크 용량 증설의 동시 최적화 방법 및 장치{A METHOD AND APPARATUS FOR CONCURRENT OPTIMIZATION OF ROUTING AND LINK CAPACITY EXTENSION TO SATISFY LINK EMPLOY RATE REQUIREMENT}METHOD AND APPARATUS FOR CONCURRENT OPTIMIZATION OF ROUTING AND LINK CAPACITY EXTENSION TO SATISFY LINK EMPLOY RATE REQUIREMENT}

본 발명은 네트워크상에서 정보를 효율적으로 송신하는 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for efficiently transmitting information over a network.

네트워크 효용 최대화 문제는 적절한 효용함수를 정의하고 그 효용함수의 합을 최대화하는 전송량을 찾는 기법이다.The problem of maximizing network utility is the technique of defining the appropriate utility function and finding the amount of transmission that maximizes the sum of the utility function.

신호를 전송하는데 있어서, 소스 노드, 도착 노드, 그리고 그 사이를 흐르는 세션(session)이 주어진 임의의 토폴로지(topology)가 존재하는 경우, 효용함수 Us(xs)는 각각의 전송 플로우 세션(flow session)의 전송량 xs에 대한 함수이다. 상기 Us(xs)를 모든 전송 플로우 세션에 대해서 더한 것이 네트워크 효용이 된다.In transmitting a signal, if there is any topology given the source node, the arrival node, and the sessions flowing between them, the utility function U s (x s ) is calculated for each transmission flow session. It is a function of the transfer amount x s of session). The addition of the U s (x s ) for all transport flow sessions is a network utility.

상기 네트워크 효용을 결정하는데 있어서의 제약조건인 라우팅을 나타내는 행렬 R은 각각의 인자가 1과 0으로 구성되며, 링크의 개수만큼의 행과 노드의 개수만큼의 열로 표현될 수 있다. 즉, s번째 노드가 l번째 링크를 이용하는 경우 행렬 R의 l행 s열 인자인 rls 가 1이 되고, 이용하지 않는 경우에는 rls 가 0이 된다.The matrix R representing routing, which is a constraint in determining the network utility, has a factor of 1 and 0, and may be represented by as many rows as the number of links and columns as the number of nodes. In other words, when the s-th node uses the l-th link, r ls, which is the l-row s-column factor of the matrix R, becomes 1, and when not used, r ls becomes 0.

X는 모든 노드들이 처리해야하는 전송량들의 벡터이다. 행렬 R과 플로우 세션들의 벡터 X를 곱한 값이 링크 용량에 대한 벡터인 C보다 작아야하며, 모든 전송량은 0보다 크거나 같은 값이어야 한다.X is a vector of transmissions that all nodes have to process. The product of the matrix R and the vector X of the flow sessions must be less than C, the vector for link capacity, and all transmissions must be greater than or equal to zero.

도 1은 정보를 송신함에 있어 병목현상이 발생하게 된 네트워크 토폴리지(topology)를 도시한 것이다.1 illustrates a network topology in which bottlenecks occur in transmitting information.

도 1에 도시된 바와 같이, 세 개의 노드 S1, S2, S3에서는 각각의 목적지 노드인 D1, D2, D3에 05, 2, 2 만큼의 정보를 보내려고 한다. 다만, 본 발명의 쉬운 이해와 해석의 편의성을 위해서 소스 노드에서부터 중간 노드로의 링크 용량과 중간 노드에서부터 목적지 노드로의 링크 용량은 무한대라고 가정한다. 그리고, 중간 노드들 사이의 링크를 위에서부터 L1, L2라고 하고, 해당 링크들의 초기 용량을 각각 1, 2라고 가정한다. 이와 같은 네트워크 상황에서는 소스 노드의 플로우가 L1 또는 L2 둘 중 하나를 반드시 거쳐야 하므로 소스 노드가 보내주어야 할 총 플로우의 양이 L1, L2의 용량의 합보다 클 경우에는 정보의 전송이 원활하지 않은 병목 현상이 발생할 수 있다. 따라서 주어진 네트워크 토폴로지와 링크 용량에서는 소스의 플로우를 제대로 처리할 수 없게 되고, 주어진 토폴로지 하에서 발생하는 병목현상을 해결하기 위해서는 L1과 L2의 링크 증설이 불가피하다.As shown in FIG. 1, three nodes S1, S2, and S3 try to send information of 05, 2, 2 to each of the destination nodes D1, D2, and D3. However, for easy understanding and interpretation of the present invention, it is assumed that the link capacity from the source node to the intermediate node and the link capacity from the intermediate node to the destination node are infinite. The links between the intermediate nodes are referred to as L1 and L2 from above, and the initial capacities of the corresponding links are 1 and 2, respectively. In such a network situation, the source node must pass through either L1 or L2, so if the total amount of flows to be sent by the source node is greater than the sum of the capacity of L1 and L2, the bottleneck of information transmission is not smooth. Symptoms may occur. Therefore, the flow of the source cannot be properly processed in a given network topology and link capacity, and link expansion of L1 and L2 is inevitable to solve the bottleneck occurring under the given topology.

상기와 같은 전제하에, 일반적인 네트워크 효용의 최대화 문제에서는 라우팅 행렬 R과 링크 용량이 고정되어 있어서 상기 값들을 바꿀 수 없다는 전제하에 전송할 수 있는 적절한 전송량을 결정하는 문제로 귀결된다. 이 문제를 링크 용량 증설 문제로 바꾸게 되면 전송해야할 정보량이 주어진 상태에서 이를 효율적으로 전송하기 위해 적절한 라우팅과 적절한 링크 용량을 찾는 문제로 해석할 수 있다. 만약 라우팅까지 고정되어 있다고 가정하면 적절하게 링크 용량만을 변화시키는 문제로 단순화할 수 있다.Under such premise, the problem of maximizing general network utility leads to a problem of determining an appropriate amount of transmission that can be transmitted on the premise that the routing matrix R and the link capacity are fixed so that the values cannot be changed. This problem can be interpreted as a problem of finding proper routing and link capacity in order to efficiently transmit a given amount of information to be transmitted. If the routing is assumed to be fixed, it can be simplified to change the link capacity appropriately.

즉, 일반적인 네트워크 효용의 최대화 문제에서는 라우팅 행렬 R과 링크 용량이 고정된 상태에서 전송할 수 있는 정보량을 결정하는 문제이므로 전송량이 결정된 상태에서 효율적인 전송방법을 고려할 수는 없다는 문제점이 있다.That is, in the problem of maximizing general network utility, it is a problem of determining the amount of information that can be transmitted in a state in which the routing matrix R and the link capacity are fixed. Therefore, there is a problem in that an efficient transmission method cannot be considered in a state where the amount of transmission is determined.

결국, 가급적 적은 통신자원을 추가로 설치하는 방법을 통해서 전송할 정보들을 소스 노드에서 도착 노드로 이동시켜 사용자의 요구사항을 만족시키는 문제로서, 단순하게 링크 사용률만을 고려하여 용량 증설 계획을 하는 것이 아니라, 라우팅과 링크 용량 증설을 동시에 고려하여 사용자의 요구사항을 만족시키는 방법이 요구된다.As a result, as a matter of satisfying the user's requirements by moving the information to be transmitted from the source node to the destination node through the installation of as few communication resources as possible, the capacity expansion plan is not merely considering the link utilization rate. There is a need for a method that satisfies the user's requirements by considering both routing and link capacity expansion.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 정보를 송신함에 있어 라우팅 경로와 링크 용량 증설을 동시에 고려하는 개선된 네트워크 효용 최대화 방안을 제시하여 추가로 필요한 통신자원을 최소화하여 효율적인 통신 자원 분배가 가능한 라우팅과 링크 용량 증설의 동시 최적화 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to propose an improved network utility maximization method that simultaneously considers routing path and link capacity expansion in transmitting information, thereby minimizing additional communication resources. It is to provide a method for simultaneous optimization of routing and link capacity expansion that enables efficient communication resource distribution.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 네크워크 내 효율적 정보 송신을 위한 사용자의 링크 사용률 요구사항을 만족시키면서, 라우팅 경로와 링크 용량 증설을 동시에 고려하는 네트워크 효용 최대화 방법 및 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a network utility maximizing method and apparatus that simultaneously considers a routing path and link capacity expansion while satisfying a link utilization requirement of a user for efficient information transmission in a network.

상기 방법은 상기 네트워크에서 기존의 전송 경로에 따라 전송할 정보의 라우팅을 수행하여 링크들의 사용률을 계산하는 제 1 단계, 상기 링크들의 사용률에 기초하여 상기 네트워크 내 병목현상이 발생하지 않고 정보를 전송하기 위한 링크 용량 증설 벡터를 도출하는 제 2 단계, 상기 링크 용량 증설 벡터를 이용하여 상기 링크의 목표 사용률이 되도록 다시 라우팅을 수행하는 제 3 단계, 및 최소의 링크 용량 증설 비용으로 정보를 전송할 수 있도록 상기 제 2 단계와 상기 제 3 단계를 반복적으로 수행하는 반복 피드백(iterative feedback) 알고리즘을 수행하여 최적 링크 용량 증설 벡터를 도출하는 제 4 단계를 포함한다.The method is a first step of calculating the utilization of the links by performing routing of the information to be transmitted in accordance with the existing transmission path in the network, for transmitting information without the bottleneck in the network based on the utilization of the links A second step of deriving a link capacity increase vector, a third step of rerouting to achieve a target utilization rate of the link using the link capacity increase vector, and the first step of transmitting information at a minimum link capacity increase cost And a fourth step of deriving an optimal link capacity extension vector by performing an iterative feedback algorithm that repeatedly performs step 2 and step 3.

상기 장치는 상기 네트워크에서 기존의 전송 경로에 따라 전송할 정보의 라우팅을 수행하여 링크들의 사용률을 수신하는 수신부, 상기 링크들의 사용률에 기초하여 상기 네트워크 내 병목현상이 발생하지 않고 정보를 전송하기 위한 링크 용량 증설 벡터를 도출하는 계측부, 상기 링크 용량 증설 벡터를 이용하여 상기 링크의 목표 사용률이 되도록 다시 라우팅을 수행하는 제어부, 및 최소의 링크 용량 증설 비용으로 정보를 전송할 수 있도록 상기 제 2 단계와 상기 제 3 단계를 반복적으로 수행하는 반복 피드백(iterative feedback) 알고리즘을 수행하여 최적 링크 용량 증설 벡터를 도출하는 처리부를 포함한다.The apparatus includes a receiver configured to receive information on links by performing routing of information to be transmitted along an existing transmission path in the network, and a link capacity for transmitting information without causing bottlenecks in the network based on the usage rates of the links. A measurement unit which derives an extension vector, a controller which performs routing again to achieve a target utilization rate of the link using the link capacity extension vector, and the second step and the third step so that information can be transmitted at a minimum link capacity extension cost. And a processor configured to derive an optimal link capacity extension vector by performing an iterative feedback algorithm that repeatedly performs the steps.

본 발명에 의하면, 정보를 송신함에 있어서 라우팅(routing) 경로와 링크 용량 증설을 동시에 고려하여 각각의 요소들을 독립적으로 고려하는 경우보다 더 적은 비용으로 사용자가 전송하려는 정보를 전송할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect that it is possible according to transfer routing (routing) information to the user and transmitted at a lower cost than in the case in consideration of the path and the link capacity expansion at the same time that takes into account each component independently as transmit information.

도 1은 정보를 송신함에 있어 병목현상이 발생하게 된 네트워크 토폴리지(topology)를 도시한 것이다.
도 2는 최소 비용 라우팅 알고리즘만을 고려한 경우의 링크 용량 증설 최적화를 도시한 것이다.
도 3은 본 방법의 일 실시예에 따른 라우팅 및 링크 용량 증설에 대한 동시 최적화 기법을 이용한 것을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 및 링크 용량 증설에 대한 동시 최적화를 위한 반복적 피드백 알고리즘(iterative feedback algorithm)을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변형된 무작위 탐색(modified random search) 알고리즘의 동작 절차도를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 내 정보 송신을 위한 라우팅 및 링크 용량 증설 동시 최적화장치를 도시한 것이다.1 illustrates a network topology in which bottlenecks occur in transmitting information.
2 illustrates link capacity expansion optimization in the case of considering only the least cost routing algorithm.
3 illustrates the use of a simultaneous optimization technique for routing and link capacity expansion according to an embodiment of the method.
4 shows an iterative feedback algorithm for simultaneous optimization of routing and link capacity expansion according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart of an operation of a modified random search algorithm according to an embodiment of the present invention.
6 illustrates an apparatus for simultaneously optimizing routing and link capacity expansion for transmitting information in a network according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면의 절차도에서 각각의 절차에 참조부호를 부가하거나 도면에서 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 절차 및 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 동일한 부호를 부여하고 있음에 유의해야 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. Note that the same reference numerals are assigned to the same procedures or components in the drawings of the drawings of the drawings, and the same reference numerals are assigned to the same procedures and components even though they are shown in different drawings. Should be.

또한, 하기의 설명에서는 많은 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명에 대해 보다 전반적인 이해를 돕고자 제공된 것일 뿐, 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다고 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다.In addition, many specific details appear in the following description, which is provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention may be practiced without these specific matters. It will be self-evident to those who have it. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한 본 발명에 따른 라우팅 및 링크 용량 증설의 동시 최적화 방법을 쉽게 설명하기 위하여, 실제 통신 네트워크와는 다를 수 있는 하나의 간단한 예를 들어 설명하도록 한다.In addition, in order to easily explain the simultaneous optimization method of routing and link capacity expansion according to the present invention, a simple example that may be different from an actual communication network will be described.

상기, 도 1의 문제점을 해결하기 위해서 전송해야할 정보에 대한 라우팅 방법을 고려해야 하는데, 라우팅 알고리즘은 최단 경로 라우팅 알고리즘(shortest path routing algorithm)으로 라우팅 방법을 결정하는 것으로 가정한다. 단, 링크 사용률을 라우팅 알고리즘에서 쓰이는 링크 메트릭 파라미터(link metric parameter)로 설정하여 링크 사용률과 트래픽에 대한 사용자의 요구사항이 만족 되도록 경로를 설정한다.In order to solve the problem of FIG. 1, a routing method for information to be transmitted should be considered. The routing algorithm is assumed to determine a routing method using a shortest path routing algorithm. However, by setting the link utilization rate as a link metric parameter used in the routing algorithm, the path is set to satisfy the link utilization rate and the user's requirements for traffic.

물론 상기 경로의 설정은 것은 모든 링크의 사용량에 따라서 체험적인(heuristic) 알고리즘을 통해서 설정되는 것이지만, 이는 본 발명의 동시 최적화 문제와는 별개의 문제이므로 주어진 링크 용량 증설에 대한 최소 비용 라우팅 알고리즘은 완벽히 주어져 있다고 가정한다.Of course, the path is set through a heuristic algorithm according to the usage of all links, but since this is a problem separate from the simultaneous optimization problem of the present invention, the minimum cost routing algorithm for a given link capacity expansion is completely perfect. Assume that given.

도 2는 최소 비용 라우팅 알고리즘만을 고려한 경우의 링크 용량 증설 최적화를 도시한 것이다.2 illustrates link capacity expansion optimization in the case of considering only the least cost routing algorithm.

도 2에 따르면, L1과 L2의 링크 용량은 각각 1, 2이다. 또한 소스 노드 S1은 링크 L1을 통해서 목적지 노드 D1으로 전송되고, 소스 노드 S2, S3는 링크 L2를 통해서 목적지 노드 D2, D3로 전송된다.According to Fig. 2, the link capacities of L1 and L2 are 1 and 2, respectively. In addition, the source node S1 is transmitted to the destination node D1 through the link L1, and the source nodes S2 and S3 are transmitted to the destination nodes D2 and D3 through the link L2.

이와 같은 가정 하에서, 링크 L1과 L2의 용량 증설 비용이 같다고 한다면, 도 2의 오른쪽 그림과 같이 병목 현상이 일어난 링크 L2의 링크사용률 목표치를 1에 맞추도록 링크 용량 계획 문제를 해결하게 된다. 즉, L2의 링크 용량을 2만큼 증설하여 주는 것이 용량 최적화를 꾀하는 방법이 된다. 따라서 주어진 네트워크 토폴로지에서 라우팅 최적화와 링크 용량 증설 최적화 문제를 개별적으로 수행하면, 도 2의 오른쪽과 같은 결과를 얻을 수 있다.Under this assumption, if capacity expansion costs of the links L1 and L2 are the same, the link capacity planning problem is solved so that the link utilization target value of the link L2 where the bottleneck occurs is set to 1, as shown in the right figure of FIG. In other words, increasing the link capacity of L2 by 2 is a method for capacity optimization. Therefore, if the routing optimization and link capacity expansion optimization problem are separately performed in a given network topology, the result as shown in FIG.

도 3은 본 방법의 일 실시예에 따른 라우팅 및 링크 용량 증설에 대한 동시 최적화 기법을 이용한 것을 도시한 것이다.3 illustrates the use of a simultaneous optimization technique for routing and link capacity expansion according to an embodiment of the method.

도 3에 의하면, 주어진 네트워크 토폴로지에 대한 병목 현상을 제거하기 위한 총 링크 용량 증설량이 1.5로 도 2의 2와 비교하여 줄어들었다는 것을 알 수 있다. 이는 소스 노드 S2의 플로우 경로를 L2에서 L1으로 바꿈으로써 얻어진 결과이다. 즉, 도 3의 결과는 도 2의 오른쪽 결과에서와 같이 L1, L2의 링크 사용률 1을 만족하면서 더 적은 양의 링크 용량만을 추가하게 되는 것이다. 이와 같이, 라우팅 및 링크 용량 증설에 대한 동시 최적화는 각각의 요소를 분리하여 고려한 최적화 기법과 비교하여 더 좋은 결과를 얻을 수 있다.According to FIG. 3, it can be seen that the total link capacity expansion for eliminating the bottleneck for a given network topology has been reduced to 1.5 compared to 2 of FIG. 2. This is the result obtained by changing the flow path of the source node S2 from L2 to L1. That is, the result of FIG. 3 adds a smaller amount of link capacity while satisfying the link utilization rate 1 of L1 and L2 as in the right result of FIG. As such, simultaneous optimization of routing and link capacity expansion can yield better results compared to the optimization techniques considered separately.

다만, 주어진 네트워크에서 링크의 사용률이 목표 값을 초과하는 것을 방지하기 위해서 사용률이 초과 된 링크에 대해서 용량을 증설할 경우 전체 링크의 사용률이 모두 변하게 되고, 이는 곧 비용 최소화 라우팅 기법의 결과가 달라질 수 있음을 의미한다. 또한 새롭게 설정된 라우팅 경로에 따라서 최적의 용량 증설량이 다시 달라질 수 있으므로 한번에 최적의 해를 찾기란 불가능하다.However, in order to prevent the utilization of the link in the given network from exceeding the target value, when the capacity is increased for the over-used link, the utilization of the entire link will all change, which may change the result of the cost minimization routing scheme. It means that there is. In addition, it is impossible to find the optimal solution at once because the optimal capacity expansion may vary again according to the newly set routing path.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 라우팅 및 링크 용량 증설에 대한 동시 최적화를 위한 반복적 피드백 알고리즘(iterative feedback algorithm)을 나타낸 것이다.4 shows an iterative feedback algorithm for simultaneous optimization of routing and link capacity expansion according to an embodiment of the present invention.

전술한 바와 같이 한번에 최적의 해를 구하기란 어렵기 때문에, 도 4와 같이 링크 용량을 변화시킬 때마다 다시 라우팅을 수행하고, 반대로 라우팅이 바뀔 때마다 링크 용량을 변화시키는 반복적 피드백 알고리즘을 사용한다. 이와 같이 양쪽을 번갈아 가면서 업데이트 함으로써 최적의 증설 용량과 라우팅을 동시에 구할 수 있다. 즉, 최적의 링크 용량 증설 계획을 위해서는 용량 증설로 인하여 라우팅이 변경될 수 있다는 점을 미리 고려해야 하는데, 네트워크의 규모가 커지고 연결되어 있는 세션의 수가 늘어날수록 복잡도의 증가로 인해 한 번에 최적의 값을 알아내는 것이 더욱 어려워지는 문제가 발생한다.As described above, since it is difficult to find an optimal solution at once, as shown in FIG. 4, the routing is performed again each time the link capacity is changed, and conversely, an iterative feedback algorithm that changes the link capacity whenever the routing is changed is used. By alternately updating both sides, optimal expansion capacity and routing can be simultaneously obtained. In other words, in order to plan optimal link capacity expansion, it is necessary to consider in advance that routing may change due to capacity expansion. The problem becomes more difficult to figure out.

전술한 문제점을 해결하기 위하여, 변형된 무작위 탐색(modified random search) 알고리즘을 이용하여 링크 증설 비용을 최소화하면서 모든 링크의 사용률을 목표 값보다 작게 만들 수 있다.In order to solve the above problem, a modified random search algorithm can be used to make the utilization rate of all links smaller than the target value while minimizing the link extension cost.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 변형된 무작위 탐색(modified random search) 알고리즘의 동작 절차도를 도시한 것이다.5 is a flowchart of an operation of a modified random search algorithm according to an embodiment of the present invention.

도 5에 따르면, 링크 용량 증설량의 초기값(

Figure pat00001
)을 0으로 설정한다(S110).According to Fig. 5, the initial value of the link capacity expansion amount (
Figure pat00001
) Is set to 0 (S110).

상기 링크 용량 증설량을 0으로 설정한 후, 주어진 네트워크에서 개별 링크 용량의 증설 없이 최소 비용 라우팅을 수행하여(S120), 각 링크를 흐르는 플로우와 링크 사용률을 계산한다. 그리고 전술한 링크 용량 증설 문제 해결방법을 통해 개별 링크의 링크 용량 증설량을 도출하게 된다(S130). 상기 도출된 링크 용량 증설량을 요소로 가지는 벡터(

Figure pat00002
)를 참조 값(reference)으로 삼아서 증설할 링크 용량을 가늠할 수 있다. 즉, 상기 참조 값은 단순히 병목현상이 발생하는 링크의 링크 용량 증설만을 고려하여 도출된 값이기 때문에 라우팅까지 고려한, 최적화된 링크 용량 증설량에 해당하지 않는다. 하지만, 상기 참조 값은 본 발명에서 찾고자 하는 동시 최적화 방법을 통해 얻어지는 해의 임계 상한값(upper bound) 값은 될 수 있다.After setting the link capacity increase amount to 0, the minimum cost routing is performed without increasing the individual link capacity in a given network (S120), and the flow and link utilization flowing through each link are calculated. In addition, the link capacity expansion amount of the individual link is derived through the aforementioned link capacity expansion problem solving method (S130). The vector having the derived link capacity expansion amount as an element (
Figure pat00002
) Can be used as a reference to estimate the link capacity to be added. That is, the reference value does not correspond to the optimized link capacity increase considering routing, since the reference value is derived only by considering the link capacity increase of the link where the bottleneck occurs. However, the reference value may be an upper bound value of a solution obtained through the simultaneous optimization method to be found in the present invention.

따라서 상기 참조 값보다 더 좋은 해가 있는지 여부를 판단하기 위해서

Figure pat00003
값보다 작은 임의의 링크 용량 증설 벡터(
Figure pat00004
)를 발생시키는 업데이트(S140) 실시 후, 최소 비용 라우팅을 수행한다(S150).Therefore, to determine whether there is a better solution than the reference value
Figure pat00003
Any link capacity expansion vector smaller than the value
Figure pat00004
After performing the update (S140) generating a), the minimum cost routing is performed (S150).

상기 최소 비용 라우팅을 통해서

Figure pat00005
를 만족하고 모든 링크의 사용률 조건을 만족하는지 여부를 판단한다(S160). 여기서
Figure pat00006
값은 새로운 링크 용량 증설 벡터(
Figure pat00007
)를 사용했을 경우, 최소 비용 라우팅에 대한 비용 함수이다. 따라서
Figure pat00008
에 대한 링크 용량 비용이 참조 값에 의한 비용인
Figure pat00009
값보다 적은 링크 용량 증설 비용을 이용하면서 모든 링크의 사용률이 목표 값보다 작아지는 경우를 찾아야한다.Through the least cost routing
Figure pat00005
Next, it is determined whether to satisfy the utilization condition of all the links (S160). here
Figure pat00006
Value is the new link capacity vector (
Figure pat00007
) Is a cost function for least cost routing. therefore
Figure pat00008
The link capacity cost for is a cost by reference value
Figure pat00009
It is necessary to find a case where the utilization rate of all the links becomes smaller than the target value while using the link capacity expansion cost smaller than the value.

상기 판단 결과,

Figure pat00010
를 만족하지 않거나 모든 링크의 사용률 조건을 만족하지 않는 경우에는 새로운 임의의 링크 용량 증설 벡터(
Figure pat00011
)를 발생시켜 S150, S160 과정을 반복한다. 이처럼 임의로 발생시킨 링크 용량 증설 벡터에 대한 비용 함수의 제한 값에 대해서 비용 함수 값이 작아지도록 무작위 탐색(random search)을 반복하면 최적의 링크 용량 증설 벡터로 수렴이 가능해진다.As a result of the determination,
Figure pat00010
Is not satisfied or the utilization conditions of all links are not met, then the new random link capacity expansion vector (
Figure pat00011
) To repeat the process of S150, S160. If a random search is repeated so that the cost function is small with respect to the limit value of the cost function for the randomly generated link capacity expansion vector, convergence to the optimal link capacity expansion vector becomes possible.

Figure pat00012
과 모든 링크의 사용률 조건을 만족하는 경우에는
Figure pat00013
값이
Figure pat00014
값과 같아지고,
Figure pat00015
값이
Figure pat00016
값과 같아지는지 판단한다(S170). 같지 않은 경우에는 S140 단계로 되돌아가 S140, S150, S160 단계를 반복하여 수행한다. 또한 만약, 이후의 과정에서 전체 비용을 줄이면서 조건을 만족하는 링크 용량 증설 벡터가 구해지지 않는 경우에는 현재의 참조 값을 사용한다.
Figure pat00012
If the utilization condition of all links and
Figure pat00013
Value is
Figure pat00014
Equal to the value,
Figure pat00015
Value is
Figure pat00016
It is determined whether it is equal to the value (S170). If it is not the same, the process returns to step S140 to repeat the steps S140, S150, S160. Also, if a link capacity expansion vector that satisfies the condition while reducing the overall cost in the subsequent process is used, the current reference value is used.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 네트워크 내 정보 송신을 위한 라우팅 및 링크 용량 증설 동시 최적화장치를 도시한 것이다.6 illustrates an apparatus for simultaneously optimizing routing and link capacity expansion for transmitting information in a network according to an embodiment of the present invention.

도 6에 따르면, 라우팅 및 링크 용량 증설 동시 최적화장치가 송신단에서 송신할 정보를 수신하게 되면, 수신부(100)를 통해서 링크 용량 사용률을 수신받는다.According to FIG. 6, when the simultaneous optimization apparatus for routing and link capacity expansion receives information to be transmitted from the transmitter, the link capacity utilization rate is received through the receiver 100.

계측부(200)에서는 수신된 링크들의 사용률에 기초하여 상기 네트워크 내 병목현상이 발생하지 않고 정보를 전송하기 위한 링크 용량 증설 벡터를 계산한다.The measurement unit 200 calculates a link capacity expansion vector for transmitting information without causing a bottleneck in the network based on the utilization rates of the received links.

제어부(300)에서는 상기 링크 용량 증설 벡터를 이용하여 상기 링크의 목표 사용률이 되도록 다시 라우팅을 수행한다.The controller 300 performs routing again to achieve a target utilization rate of the link by using the link capacity increase vector.

처리부(400)에서는 최소의 링크 용량 증설 비용으로 정보를 전송할 수 있도록 반복 피드백(iterative feedback) 알고리즘을 수행하여 최적 링크 용량 증설 벡터를 도출한다.The processor 400 derives an optimal link capacity extension vector by performing an iterative feedback algorithm to transmit information at a minimum link capacity expansion cost.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니므로, 본 발명은 본 발명의 사상 및 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.In the above description of the preferred embodiments of the present invention by way of example, the scope of the present invention is not limited only to these specific embodiments, the present invention is in various forms within the scope of the spirit and claims of the present invention May be modified, changed, or improved.

Claims (10)

네트워크를 통한 정보 전송방법에 있어서,
상기 네트워크에서 기존의 전송 경로에 따라 전송할 정보의 라우팅을 수행하여 링크들의 사용률을 계산하는 제 1 단계;
상기 링크들의 사용률에 기초하여 상기 네트워크 내 병목현상이 발생하지 않고 정보를 전송하기 위한 링크 용량 증설 벡터를 도출하는 제 2 단계;
상기 링크 용량 증설 벡터를 이용하여 상기 링크의 목표 사용률이 되도록 다시 라우팅을 수행하는 제 3 단계; 및
최소의 링크 용량 증설 비용으로 정보를 전송할 수 있도록 상기 제 2 단계와 상기 제 3 단계를 반복적으로 수행하는 반복 피드백(iterative feedback) 알고리즘을 수행하여 최적 링크 용량 증설 벡터를 도출하는 제 4 단계를 포함하는 네트워크 내 정보 송신을 위한 라우팅 및 링크 용량 증설 동시 최적화 방법.In the information transmission method via a network,
Calculating a utilization rate of links by performing routing of information to be transmitted according to an existing transmission path in the network;
Deriving a link capacity expansion vector for transmitting information without causing a bottleneck in the network based on the utilization rates of the links;
Performing routing again to reach a target utilization rate of the link using the link capacity increase vector; And
And a fourth step of deriving an optimal link capacity extension vector by performing an iterative feedback algorithm that repeatedly performs the second step and the third step so that information can be transmitted at a minimum link capacity increase cost. Simultaneous optimization of routing and link capacity expansion for transmitting information in a network. 제 1 항에 있어서,
상기 제 3 단계는,
상기 링크 용량 증설 벡터값(
Figure pat00017
)보다 작은 값을 갖는 신규 링크 용량 증설 벡터값(
Figure pat00018
)을 설정하여 링크 용량 증설 비용이 최소화 되도록 라우팅을 수행하는 것을 특징으로 하는 네트워크 내 정보 송신을 위한 라우팅 및 링크 용량 증설 동시 최적화 방법.The method of claim 1,
In the third step,
The link capacity expansion vector value (
Figure pat00017
New link capacity expansion vector with a value less than
Figure pat00018
Optimizing the routing and link capacity expansion for information transmission in the network, characterized in that routing is performed to minimize the link capacity expansion cost by setting the C. 제 1 항에 있어서,
상기 신규 링크 용량 증설 벡터값(
Figure pat00019
)을 이용하여 상기 라우팅을 수행한 결과,
Figure pat00020
과 모든 링크의 사용률이 목표 사용률이 되는 조건을 만족하는지 여부를 판단하여 상기 최적 링크 용량 증설 벡터를 결정하는 것을 특징으로 하는 네트워크 내 정보 송신을 위한 라우팅 및 링크 용량 증설 동시 최적화 방법.The method of claim 1,
The new link capacity expansion vector value (
Figure pat00019
As a result of performing this routing,
Figure pat00020
And determining the optimal link capacity expansion vector by determining whether the utilization rate of all the links satisfies the condition of the target utilization rate. 제 1 항에 있어서,
상기 라우팅은 최소 비용 라우팅(cost minimization routing) 기법을 이용하는 것을 특징으로 하는 네트워크 내 정보 송신을 위한 라우팅 및 링크 용량 증설 동시 최적화 방법.The method of claim 1,
Wherein the routing uses a cost minimization routing technique. 제 1 항에 있어서,
상기 네트워크를 통해서 정보전송이 완료되면 상기 신규 링크 용량 증설 벡터를 초기화하는 것을 특징으로 하는 네트워크 내 정보 송신을 위한 라우팅 및 링크 용량 증설 동시 최적화 방법.The method of claim 1,
And optimizing the new link capacity expansion vector when information transmission is completed through the network. 제 4 항에 있어서,
상기 라우팅에 불구하고 상기 조건을 만족하는 상기 링크 용량 증설 벡터값이 구해지지 않는 경우 상기 참조 링크 용량 증설 벡터값으로 정보를 전송하는 단계를 더 포함하는 네트워크 내 정보 송신을 위한 라우팅 및 링크 용량 증설 동시 최적화 방법.The method of claim 4, wherein
And transmitting information to the reference link capacity expansion vector value when the link capacity expansion vector value that satisfies the condition despite the routing is further included. Optimization method. 네트워크의 최적화장치에 있어서,
상기 네트워크에서 기존의 전송 경로에 따라 전송할 정보의 라우팅을 수행하여 링크들의 사용률을 수신하는 수신부;
상기 링크들의 사용률에 기초하여 상기 네트워크 내 병목현상이 발생하지 않고 정보를 전송하기 위한 링크 용량 증설 벡터를 도출하는 계측부;
상기 링크 용량 증설 벡터를 이용하여 상기 링크 사용률이 상기 링크의 목표 사용률이 되도록 다시 라우팅을 수행하는 제어부; 및
최소의 링크 용량 증설 비용으로 정보를 전송할 수 있도록 상기 제 2 단계와 상기 제 3 단계를 반복적으로 수행하는 반복 피드백(iterative feedback) 알고리즘을 수행하여 최적 링크 용량 증설 벡터를 도출하는 처리부를 포함하는 네트워크 내 정보 송신을 위한 라우팅 및 링크 용량 증설 동시 최적화장치.In the network optimization device,
A receiver configured to receive the utilization rates of links by routing information to be transmitted according to an existing transmission path in the network;
A measurement unit for deriving a link capacity extension vector for transmitting information without causing a bottleneck in the network based on the utilization rates of the links;
A controller configured to perform routing again such that the link utilization rate becomes a target utilization rate of the link using the link capacity extension vector; And
In the network including a processing unit for deriving an optimal link capacity expansion vector by performing an iterative feedback algorithm that performs the second step and the third step repeatedly so that information can be transmitted at the minimum link capacity expansion cost. Simultaneous optimization of routing and link capacity expansion for information transmission. 제 7 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 링크 용량 증설 벡터값(
Figure pat00021
)보다 작은 값을 갖는 신규 링크 용량 증설 벡터값(
Figure pat00022
)을 설정하여 링크 용량 증설 비용이 최소화 되도록 라우팅을 수행하는 것과,
상기 신규 링크 용량 증설 벡터값(
Figure pat00023
)을 이용하여 상기 라우팅을 수행한 결과,
Figure pat00024
과 모든 링크의 사용률이 목표 사용률이 되는 조건을 만족하는지 여부를 판단하여 상기 최적 링크 용량 증설 벡터를 결정하는 것을 특징으로 하는 네트워크 내 정보 송신을 위한 라우팅 및 링크 용량 증설 동시 최적화장치.The method of claim 7, wherein
The control unit,
The link capacity expansion vector value (
Figure pat00021
New link capacity expansion vector with a value less than
Figure pat00022
Routing to minimize link capacity expansion costs,
The new link capacity expansion vector value (
Figure pat00023
As a result of performing this routing,
Figure pat00024
And determining the optimum link capacity expansion vector by determining whether the utilization rate of all the links satisfies the condition of the target utilization rate. 제 7 항에 있어서,
상기 제어부는 최소 비용 라우팅(cost minimization routing) 기법을 이용하며,
상기 처리부는 정보전송이 완료되면 상기 신규 링크 용량 증설 벡터를 초기화하는 것을 특징으로 하는 네트워크 내 정보 송신을 위한 라우팅 및 링크 용량 증설 동시 최적화장치.The method of claim 7, wherein
The controller uses a cost minimization routing technique,
And the processing unit initializes the new link capacity increase vector when information transmission is completed. 제 9 항에 있어서,
상기 처리기는,
상기 라우팅에 불구하고 상기 조건을 만족하는 상기 링크 용량 증설 벡터값이 구해지지 않는 경우 상기 참조 링크 용량 증설 벡터값으로 정보를 전송하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 네트워크 내 정보 송신을 위한 라우팅 및 링크 용량 증설 동시 최적화장치.The method of claim 9,
The processor,
In spite of the routing, if the link capacity increase vector value that satisfies the condition is not obtained, the information is transmitted to the reference link capacity increase vector value. Simultaneous optimizer.
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