Verfahren zur Bestimmung der Zuverlässigkeit von Kommunikationsnetzwerken : Eine Studie zu exakten und approximativen Verfahren

Mit zunehmendem Einsatz von netzbasierten IT-Anwendungen ist die Zuverlässigkeit und Sicherheit der zugrundeliegenden Kommunikations-systeme von immer größerer Bedeutung für Unternehmen. Da in der Realität Kommunikationsverbindungen zwischen zwei Standorten mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ausfallen können, müssen Kommunikationsnetzwerke so aufgebaut werden, dass die Wahrscheinlichkeit einer vollständigen Nichterreichbar-keit von einzelnen Standorten möglichst gering wird. Die "All-Terminal" Zuverlässigkeit eines Netzwerks ist ein Maß für die Zuverlässigkeit eines Netzwerks und beschreibt die Wahrscheinlichkeit, mit der Teile des Gesamtnetzwerkes nicht mehr erreichbar sind unter Berücksichtigung der Ausfallwahrscheinlichkeit von einzelnen Kanten. Der vorliegende Beitrag stellt unterschiedliche Methoden zur Berechnung der "All-Terminal" Zuverlässigkeit vor und vergleicht deren Laufzeit und Genauigkeit für ausgewählte Testinstanzen. Auf Basis der experimentell gewonnenen Ergebnisse erfolgt eine Empfehlung für den Einsatz der unterschiedlichen Verfahren zur Bestimmung der "All-Terminal" Zuverlässigkeit

CURE : Eine Reparaturheuristik für die Planung ökonomischer und zuverlässiger Kommunikationsnetzwerke mit Hilfe von heuristischen Optimierungsverfahren

Dieser Beitrag beschäftigt sich mit dem Aufbau kostengünstiger Kommunikationsnetzwerke unter Zuverlässigkeitsrestriktionen. Für den Aufbau des Kommunikationsnetzes stehen je Verbindung verschiedene Leitungstypen mit unterschiedlichen Zuverlässigkeiten und Kosten zur Verfügung. Im Rahmen der Planung ist das Netzwerk so aufzubauen, dass das resultierende Gesamtnetz kostenminimal ist und eine geforderte minimale Gesamtzuverlässigkeit garantiert werden kann. Aufgrund der hohen Komplexität des Problems (NP-vollständig) werden üblicherweise heuristische Optimierungsverfahren zur Lösung eingesetzt. Um sicherzustellen, dass die dadurch ermittelten Lösungen die geforderte Zuverlässigkeit aufweisen, werden in den meisten Ansätzen unzulässige Lösungen, welche die geforderte Zuverlässigkeit nicht erfüllen, durch die Verwendung von Straftermen schlechter bewertet. Der vorliegende Beitrag ersetzt diese Strafterme durch eine Reparaturheuristik (CURE). CURE stellt sicher, dass heuristische Optimierungsverfahren nur zulässige Lösungen erzeugen und keine Strafterme für invalide Lösungen mehr notwendig sind. Experimentelle Untersuchungen der Leistungsfähigkeit von heuristischen Optimierungsverfahren am Beispiel eines genetischen Algorithmus zeigen, dass durch CURE im Vergleich zu Ansätzen mit Straftermen deutlich bessere Lösungen mit geringerem Aufwand gefunden werden können

Reliable Communication Network Design with Evolutionary Algorithms

For the reliable communication network design (RCND) problem links are unreliable and for each link several options are available with different reliabilities and costs. The goal is to find a cost-minimal communication network design that satisfies a pre-defined overall reliability constraint. This paper presents two new EA approaches, LaBORNet and BaBORNet, for the RCND problem. LaBORNet uses an encoding that represents the network topology as well as the used link options and repairs infeasible solutions using an additional repair heuristic (CURE). BaBORNet encodes only the network topology and determines the link options by using the repair heuristic CURE as a local search method. The experimental results show that the new EA approaches using repair heuristics outperform existing EA approaches from the literature using penalties for infeasible solutions and find better solutions for existing problems from the literature as well as for new and larger test problems

Designing Reliable Communication Networks with a Genetic Algorithm using a Repair Heuristic

This paper investigates GA approaches for solving the reliable communication network design problem. For solving this problem a graph with minimum cost must be found that satisfies a given network reliability constraint. To consider the additional reliability constraint different approaches are possible. We show that existing approaches using penalty functions can result in invalid solutions and are therefore not appropriate for solving this problem. To overcome these problems we present a repair heuristic, which is based on the number of spanning trees in a graph. This heuristic always generates a valid solution, which when compared to a greedy cheapest repair heuristic shows that the new approach finds better solutions with less computational effort

Kommunikationsnetzwerkplanung unter Kosten- und Zuverlässigkeitsgesichtspunkten mit Hilfe von evolutionären Algorithmen

Within the last 10 years business-to-business telecommunication gets a key success factor for many companies. The reliability of network topologies becomes a major design issue for modern communication network topologies. Furthermore, a network designer is faced by economic aspects. This thesis investigates the design of economic and reliable communication network topologies. Due to complexity of the design problem decision support systems are appropriated tools to support the network design process. This thesis proposes methods for decision support systems for the design of reliable and economic network topologies. This thesis investigates furthermore the combinatorial network design problem with the objectives reliability and network setup cost. The reliability of a network topology is evaluated by the all-terminal reliability. Several methods for calculating the all-terminal reliability by an empirical comparison are examined. Design problems with identical link reliabilities and design problems with different link options are investigated further on. The metaheuristic Genetic Algorithms (GA) is proposed to solve the combinatorial network design problem. First, GAs for single objective problems with constraints are proposed. Furthermore, multiobjective approaches optimizing both objectives in parallel are presented. An experimental comparison investigates the new GAs for common test problems and compares the results with existing approaches from literature.In den letzten 10 Jahren hat insbesondere der Bereich des elektronischen, zwischenbetrieblichen Datenaustauschs zunehmend an Bedeutung gewonnen. Bei der Planung von geeigneten Kommunikationsinfrastrukturen rückt dabei die Forderung nach Kommunikationsnetzwerken mit einer sehr hohen Verfügbarkeit und damit verbundenen geringen Ausfallzeiten immer mehr in den Vordergrund. Parallel dazu werden an den Netzwerkplaner die Forderungen nach wirtschaftlichen Netzwerktopologien gestellt. Aufgrund der Komplexität der zu planenden Netzwerke ist der Einsatz von Entscheidungsunterstützungsystemen notwendig. Im Rahmen dieser Arbeit werden Methoden für die Entscheidungsunterstützung zur Planung von Kommunikationsnetzwerken unter Kosten- und Zuverlässigkeitsaspekten untersucht. Als Planungsziele werden die Fixkosten, die mit der Installation einer Netzwerktopologie entstehen und die Zuverlässigkeit der entworfenen Kommunikationsinfrastruktur betrachtet. Als Maß für die Gesamtzuverlässigkeit eines Kommunikationsnetzwerkes wird die All-Terminal-Zuverlässigkeit verwendet. Die Arbeit betrachtet und erweitert bestehende Verfahren zur Berechnung der All-Terminal-Zuverlässigkeit und untersucht diese in einer empirischen Studie. Die Arbeit betrachtet weiterhin Planungsprobleme, bei denen sämtliche zur Verfügung stehenden Verbindungen die gleiche Zuverlässigkeit und entferungsabhängige Kosten besitzen. Desweiteren untersucht die Arbeit Planungsprobleme, bei denen der Entscheider pro Verbindung aus einer Menge unterschiedlicher Technologieoptionen, welche sich in Zuverlässigkeit und Kosten unterscheiden, auswählen kann. Als Lösungsverfahren wird die Metaheuristik "genetische Algorithmen" eingesetzt. Es werden genetische Algorithmen für die monokriterielle Planung mit Nebenbedingungen und die multikriterielle Planung vorgeschlagen. In einer experimentellen Studie werden die entwickelten Verfahren bisherigen Ansätzen gegenübergestellt

Vergleichende Betrachtung für den SAP R/3 - Internetzugriff

Mit zunehmendem Einsatz von netzbasierten IT-Anwendungen ist die Zuverlässigkeit und Sicherheit der zugrundeliegenden Kommunikations-systeme von immer größerer Bedeutung für Unternehmen. Da in der Realität Kommunikationsverbindungen zwischen zwei Standorten mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ausfallen können, müssen Kommunikationsnetzwerke so aufgebaut werden, dass die Wahrscheinlichkeit einer vollständigen Nichterreichbar-keit von einzelnen Standorten möglichst gering wird. Die "All-Terminal" Zuverlässigkeit eines Netzwerks ist ein Maß für die Zuverlässigkeit eines Netzwerks und beschreibt die Wahrscheinlichkeit, mit der Teile des Gesamtnetzwerkes nicht mehr erreichbar sind unter Berücksichtigung der Ausfallwahrscheinlichkeit von einzelnen Kanten. Der vorliegende Beitrag stellt unterschiedliche Methoden zur Berechnung der "All-Terminal" Zuverlässigkeit vor und vergleicht deren Laufzeit und Genauigkeit für ausgewählte Testinstanzen. Auf Basis der experimentell gewonnenen Ergebnisse erfolgt eine Empfehlung für den Einsatz der unterschiedlichen Verfahren zur Bestimmung der "All-Terminal" Zuverlässigkeit