ネットワークの計画と設計

ネットワークの計画と設計は、トポロジ設計、ネットワークの統合、ネットワークの実現を含む反復的なプロセスであり、新しい通信ネットワークまたはサービスが加入者とオペレータのニーズを満たすことを保証することを目的としています。^[1] このプロセスは、それぞれの新しいネットワークまたはサービスに応じて調整できます。^[2]

ビジネス上の意思決定における従来のネットワーク計画方法論には、次の 5 つの層の計画が含まれます。

• ニーズ評価とリソース評価
• 短期ネットワーク計画
• ITリソース
• 長期および中期ネットワーク計画
• 運用とメンテナンス^[1]

これらの各レイヤーには、異なる時間範囲の計画が組み込まれています。つまり、ビジネス プランニング レイヤーでは、ネットワークが想定された寿命にわたって要求どおりに機能するようにオペレータが実行する必要がある計画を決定します。一方、運用および保守レイヤーでは、ネットワークが日常的にどのように実行されるかを検討します。

ネットワーク計画プロセスは、外部情報の取得から始まります。これには次のものが含まれます。

• 新しいネットワーク/サービスがどのように動作するかについての予測。
• コストに関する経済情報、および
• ネットワークの機能に関する技術的な詳細。^{[1] [2]}

新しいネットワーク/サービスを計画するには、 OSI参照モデルの最初の4つの層にわたって新しいシステムを実装する必要があります。^[1]プロトコルと伝送技術を選択する必要があります。 ^{[1] [2]}

ネットワーク計画プロセスには、主に次の 3 つのステップが含まれます。

• トポロジカル設計：この段階では、コンポーネントをどこに配置し、どのように接続するかを決定します。この段階で使用できる（トポロジカル）最適化手法は、グラフ理論と呼ばれる数学の分野から来ています。これらの方法では、伝送コストとスイッチングコストを決定し、それによって最適な接続マトリックスとスイッチとコンセントレータの位置を決定します。^[1]
• ネットワーク合成: この段階では、サービスグレード(GOS)などのパフォーマンス基準に従って、使用するコンポーネントのサイズを決定します。使用される方法は「非線形最適化」と呼ばれ、トポロジ、必要な GoS、伝送コストなどを決定し、この情報を使用してルーティング プランとコンポーネントのサイズを計算します。^[1]
• ネットワーク実現: この段階では、容量要件を満たす方法とネットワーク内の信頼性を確保する方法を決定します。使用される方法は「マルチコモディティフロー最適化」と呼ばれ、需要、コスト、信頼性に関連するすべての情報を決定し、この情報を使用して実際の物理回線計画を計算します。^[1]

これらのステップは互いに並行して反復的に実行される。^{[1] [2]}

ネットワーク計画と設計のプロセスでは、ネットワークがサポートしなければならない予想されるトラフィックの強度とトラフィック負荷が見積もられます。 ^[1]同様の性質のネットワークがすでに存在する場合は、そのようなネットワークのトラフィック測定を使用して正確なトラフィック負荷を計算できます。^[2]同様のネットワークがない場合、ネットワーク計画者は通信予測方法を使用して予想されるトラフィックの強度を見積もる必要があります。^[1]

予測プロセスにはいくつかのステップが含まれます。^[1]

• 問題の定義。
• データ収集;
• 予測方法の選択;
• 分析/予測;
• 結果の文書化と分析。

新しいネットワークの規模を決定することで、テレトラフィックのサービスグレード（GoS）要件を満たすための最小容量要件が決定されます。^{[1] [2]}これを行うには、規模決定にピーク時のトラフィック、つまりトラフィックの強度がピークになる日中の時間帯の計画が含まれます。^[1]

ディメンショニングプロセスでは、ネットワークのトポロジ、ルーティングプラン、トラフィックマトリックス、GoS要件を決定し、この情報を使用してスイッチの最大コール処理容量とスイッチ間で必要な最大チャネル数を決定します。^[1]このプロセスでは、ネットワーク機器とルーティングプロトコルの動作をシミュレートする複雑なモデルが必要です。

ディメンショニングのルールは、プランナーがトラフィック負荷が100%の負荷に近づかないようにする必要があるというものです。^[1]上記のルールに準拠する正しいディメンショニングを計算するには、プランナーはネットワークのトラフィックを継続的に測定し、変化する要件を満たすためにリソースを継続的に保守およびアップグレードする必要があります。^{[1] [2]}オーバープロビジョニングのもう1つの理由は、ネットワークで障害が発生した場合にトラフィックを再ルーティングできるようにすることです。

ネットワークのディメンショニングは複雑であるため、通常は専用のソフトウェア ツールを使用して行われます。研究者は通常、特定の問題を研究するためにカスタム ソフトウェアを開発しますが、ネットワーク オペレーターは通常、市販のネットワーク プランニング ソフトウェアを使用します。

リンク、ルーター、スイッチなどのリソースをネットワークに追加するネットワーク エンジニアリングと比較して、トラフィック エンジニアリングは、既存のネットワーク上のトラフィック パスを変更してトラフィックの輻輳を緩和したり、より多くのトラフィック需要に対応したりすることを目的としています。

このテクノロジーは、ネットワーク拡張のコストが法外に高く、ネットワーク負荷が最適にバランスされていない場合に重要です。最初の部分はトラフィック エンジニアリングに対する経済的動機を提供し、2 番目の部分はこのテクノロジーを導入する可能性を提供します。

ネットワークの存続可能性により、ネットワークは障害状態でも最大限のネットワーク接続性とサービス品質を維持できます。これは、ネットワークの計画と設計における重要な要件の 1 つです。これには、トポロジ、プロトコル、帯域幅割り当てなどの設計要件が含まれます。トポロジ要件は、単一のリンクまたはノードの障害に対して、最小 2 つの接続ネットワークを維持することです。プロトコル要件には、ネットワークの規模変更または機器の障害の移行中に、ネットワークのダイナミクスに逆らってトラフィックを再ルーティングするための動的ルーティング プロトコルの使用が含まれます。帯域幅割り当て要件は、障害状態でのトラフィック損失を回避するために、事前に追加の帯域幅を割り当てます。このトピックは、信頼性の高い通信ネットワークの設計に関する国際ワークショップ (DRCN) などの会議で積極的に研究されてきました。^[3]

最近では、エンジニアリングにおける人工知能技術の役割が増大するにつれて、データを使用して既存のネットワークのデータ駆動型モデルを作成するというアイデアが提案されています。^[4]大規模なネットワークデータを分析することで、現実のネットワークで発生する可能性のある望ましくない動作を理解し、回避し、将来の設計で回避することもできます。

ネットワークシステムの設計と管理は、データ駆動型パラダイムによって改善することができます。^[5]データ駆動型モデルは、サービスのインスタンス化、サービスの提供、最適化、監視、診断など、サービスおよびネットワーク管理ライフサイクルのさまざまなフェーズでも使用できます。^[6]

• コアとポッド
• 最適化のためのネットワークパーティション
• 最適ネットワーク設計- 総移動コストを最小化するネットワークを構築する最適化問題。