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GISA学術研究発表Web大会
人口減尐下でのアクセス系局統合のための
随意性を考慮した動的モデル
NTT

アクセスサービスシステム研究所
中山悠
本研究のねらい

2/19

人口減尐下でアクセスネットワーク(NW)を効率化する
局舎統合計画のための,随意性を考慮した動的モデルを提案.
FTTH (fiber to the home) アクセスNW
Core Network

Core ...
3/19

1. Introduction
2. Proposal
3. Evaluation
4. Conclusion

1. Introduction
人口減尐

4/19

今後,先進国において人口減尐が予想されている.
各種施設の統廃合計画が重要な課題となる.
例:日本の人口予測

例:EUの人口予測

140

Population (Million)

120
100

80
60

...
Location problems

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局舎配置は通信事業者にとって重要な課題であり,
Hakimi(1964)以来,様々な最適化モデルが提案されてきた.
通信NWにおけるLocation problemsの3タイプ (Gourdin...
動的モデル(Dynamic models)

6/19

従来モデルである施設のopen/closeを考慮する手法は,
計算量が膨大となり,非現実的な規模となる場合があった.
t

t+1

t+2

period

Open
Close
 ...
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1. Introduction
2. Proposal
3. Evaluation
4. Conclusion

2. Proposal
提案モデルの概要と課題,
および今回の提案手法を述べる.
前提条件

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初期状態でアクセスNWが存在し,その後の人口減尐が予測される地域で,
一定の計画期間に,NW構成変更回数を制限しながらopen局数を最小化.

局統合
統合
Open office

Closed office

ファイ...
No-reopen policy

9/19

動的モデルにおける計算量削減のため,
各局について,局統合によるcloseのみ適用可能とした.
t

t+1

t+2

Open
Close

period

 人口減尐化(需要減尐化)で
c...
従来の提案モデル

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提案モデルは2段階から成る.第一段階では,各時刻における解を求める.
第二段階において,第一段階で求めた解から最適なものを選択する.
1. 各時刻において,no-reopen policyのもとに,最適解の集合...
従来の提案モデルの課題

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得られる解の特性を予め指定できず,常に単純に最適解のみ算出していた.
実際には,最適解とは異なる計画が必要な場合が想定される.

局舎Aは統合したくない.
Ex.上位NWとの接続上重要

E
t=4

A...
今回の提案手法 1/2

12/19

計画者の意図を外部からパラメタとして与えることで,
予め一部の値を固定した上で最適解を算出する.
特定の局舎をここまでopen
t

t+2

t+3

X1,t
Optimal
Solutions

t...
今回の提案手法 2/2

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外部からのパラメタの与え方として,6パターンが存在する.
各パターンの指定を反映するよう,値を固定する,または制約条件を加え
る.
番号

分類

1
2

動作

局舎jを時刻tではopen状態とする
...
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1. Introduction
2. Proposal
3. Evaluation

3. Evaluation
ケーススタディによる評価

4. Conclusion
評価条件

15/19

対象地は山梨県,計画期間は20年間とした.
提案手法と,no-reopen policyなしでの毎時最適化手法とを比較した.
局舎とカバーエリア

局間リンク(仮定)

10年後までopen

generated wi...
評価結果 1/2

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各手法によるopen局数の時間変化を下図に示す.
毎時最適化を行った方が,各時刻におけるopen局数は尐ない.

提案手法

毎時最適化
評価結果 2/2

17/19

最終的に得られた解におけるopen局数の時間変化を下図に示す.
提案手法は時間経過に応じて順次開局数を減尐させることが可能.

提案手法
毎時最適化
18/19

1. Introduction
2. Proposal
3. Evaluation
4. Conclusion

4. Conclusion
まとめ

19/19

人口減尐下において,NW構成変更回数を制約として最適な局舎統合計画
を効率的に導出可能な動的モデルに対し,得られる解の特性を随意的に指
定する手法を提案した.

シンプル性を備えた動的モデルという特性を失うことなく,より...
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20131027 GISA 人口減少下でのアクセス系局統合のための 随意性を考慮した動的モデル

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20131027 GISA 人口減少下でのアクセス系局統合のための 随意性を考慮した動的モデル

  1. 1. 1/19 GISA学術研究発表Web大会 人口減尐下でのアクセス系局統合のための 随意性を考慮した動的モデル NTT アクセスサービスシステム研究所 中山悠
  2. 2. 本研究のねらい 2/19 人口減尐下でアクセスネットワーク(NW)を効率化する 局舎統合計画のための,随意性を考慮した動的モデルを提案. FTTH (fiber to the home) アクセスNW Core Network Core Network Central office Edge router Switch OLT PON ONU Integrated
  3. 3. 3/19 1. Introduction 2. Proposal 3. Evaluation 4. Conclusion 1. Introduction
  4. 4. 人口減尐 4/19 今後,先進国において人口減尐が予想されている. 各種施設の統廃合計画が重要な課題となる. 例:日本の人口予測 例:EUの人口予測 140 Population (Million) 120 100 80 60 低出生率値 40 20 0 2000 2020 Year 2040 2060 Source: Future population estimates by municipality in Japan, National Institute of Population and Social Security Research Source: Lutz et al. (2003)
  5. 5. Location problems 5/19 局舎配置は通信事業者にとって重要な課題であり, Hakimi(1964)以来,様々な最適化モデルが提案されてきた. 通信NWにおけるLocation problemsの3タイプ (Gourdin and Labbe, 2001) Uncapacitated models Objective Capacitated models 局舎配置とユーザ収容の最適化 Dynamic models 需要増大時のNW拡大 Capacity constraints No Yes Yes / No Multiperiod No No Yes 従来の動的モデルはNW拡大に焦点を当てたものが多かった.
  6. 6. 動的モデル(Dynamic models) 6/19 従来モデルである施設のopen/closeを考慮する手法は, 計算量が膨大となり,非現実的な規模となる場合があった. t t+1 t+2 period Open Close  需要変動に応じて局舎を open, closeし,総コストを最小 化.  モデルの複雑さ,必要なデー タ量が静的モデルと比べ膨 大. 施設のcloseのみを考慮するシンプルな動的モデルを提案した. (Nakayama, “Dynamic Access Network Reorganization for the Depopulation Age”, IEEE SMC 2012)
  7. 7. 7/19 1. Introduction 2. Proposal 3. Evaluation 4. Conclusion 2. Proposal 提案モデルの概要と課題, および今回の提案手法を述べる.
  8. 8. 前提条件 8/19 初期状態でアクセスNWが存在し,その後の人口減尐が予測される地域で, 一定の計画期間に,NW構成変更回数を制限しながらopen局数を最小化. 局統合 統合 Open office Closed office ファイバの張替は考慮しない ある時点での目的関数は,距離制約および収容数制約のもとで, 局統合により,状態がopenである局数を最小化すること.
  9. 9. No-reopen policy 9/19 動的モデルにおける計算量削減のため, 各局について,局統合によるcloseのみ適用可能とした. t t+1 t+2 Open Close period  人口減尐化(需要減尐化)で closeした局舎をopenするのは 非効率的. No-reopen Inefficient  通信事業者のサービス提供 上,局舎のopen/close頻度は尐 なくされるべき.また, open/closeに伴うNW構成変更 にもコストを要する.
  10. 10. 従来の提案モデル 10/19 提案モデルは2段階から成る.第一段階では,各時刻における解を求める. 第二段階において,第一段階で求めた解から最適なものを選択する. 1. 各時刻において,no-reopen policyのもとに,最適解の集合を求める. 2. NW構成変更回数を制約とし,open局数の合計を最小化する解の組み合わ せを求める. t t+2 t+3 X1,t Optimal Solutions t+1 X1,t+1 X1,t+2 X1,t+3 X2,t X2,t+1 X2,t+2 X2,t+3 X3,t+2 X3,t+3 X3,t X4,t X4,t+3 period Optimal Combination
  11. 11. 従来の提案モデルの課題 11/19 得られる解の特性を予め指定できず,常に単純に最適解のみ算出していた. 実際には,最適解とは異なる計画が必要な場合が想定される. 局舎Aは統合したくない. Ex.上位NWとの接続上重要 E t=4 A D t=1 B C 局舎Bは3年後に統合したい. Ex.運用体制の確立
  12. 12. 今回の提案手法 1/2 12/19 計画者の意図を外部からパラメタとして与えることで, 予め一部の値を固定した上で最適解を算出する. 特定の局舎をここまでopen t t+2 t+3 X1,t Optimal Solutions t+1 X1,t+1 X1,t+2 X1,t+3 X2,t X2,t+1 X2,t+2 X2,t+3 X3,t X3,t+2 X3,t+3 X4,t X4,t+2 X4,t+3 period
  13. 13. 今回の提案手法 2/2 13/19 外部からのパラメタの与え方として,6パターンが存在する. 各パターンの指定を反映するよう,値を固定する,または制約条件を加え る. 番号 分類 1 2 動作 局舎jを時刻tではopen状態とする 局舎状態 局舎jを時刻tではclose状態とする 3 局舎jを時刻tにおいてcloseする 4 局舎iを時刻tで局舎jに統合する 5 6 局統合状態 局舎iを時刻tで局舎jに統合しない 局舎iを統合する場合は,局舎jに統合する
  14. 14. 14/19 1. Introduction 2. Proposal 3. Evaluation 3. Evaluation ケーススタディによる評価 4. Conclusion
  15. 15. 評価条件 15/19 対象地は山梨県,計画期間は20年間とした. 提案手法と,no-reopen policyなしでの毎時最適化手法とを比較した. 局舎とカバーエリア 局間リンク(仮定) 10年後までopen generated with information published by NTT EAST and 2005 National Census generated as Delaunay triangulation
  16. 16. 評価結果 1/2 16/19 各手法によるopen局数の時間変化を下図に示す. 毎時最適化を行った方が,各時刻におけるopen局数は尐ない. 提案手法 毎時最適化
  17. 17. 評価結果 2/2 17/19 最終的に得られた解におけるopen局数の時間変化を下図に示す. 提案手法は時間経過に応じて順次開局数を減尐させることが可能. 提案手法 毎時最適化
  18. 18. 18/19 1. Introduction 2. Proposal 3. Evaluation 4. Conclusion 4. Conclusion
  19. 19. まとめ 19/19 人口減尐下において,NW構成変更回数を制約として最適な局舎統合計画 を効率的に導出可能な動的モデルに対し,得られる解の特性を随意的に指 定する手法を提案した. シンプル性を備えた動的モデルという特性を失うことなく,より実際的な 計画を行うことが可能となった. 今後適用範囲を広げ検証を行うことが重要.

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