CN104113477A - 动态路由分支系统和动态路由分支方法 - Google Patents

Abstract

本发明实现了一种动态最优设计，以根据每个终端的业务的接收情况来动态采用多路径路由，根据网络情况在分支位置处选择诸如复制和划分的分支方法，并使网络成本最小。具体地，在针对网络上的可选节点动态设置业务的路由的控制单元中，监控网络上通信业务的接收质量，以计算业务的分支位置、诸如复制和划分的分支方法、以及分支路由，以试图实现以接收质量最大化和稳定化为目标的优化。响应于来自控制单元的指令，通过诸如相同复制、部分复制、基于流的划分和随机划分之类的分支方法，在通信业务经过的节点中的一个或多个可选节点中，将业务动态分支到多个路由上，而在接收侧恢复业务。

Description

动态路由分支系统和动态路由分支方法

本申请是2012年5月18日(申请日：2010年11月12日)向中国专利局递交并进入中国国家阶段的题为“动态路由分支系统和动态路由分支方法”的发明专利申请No.201080052357.4(PCT国际申请No.PCT/JP2010/070208)的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种动态路由分支系统，更具体地，涉及一种在采用多路径路由通信的网络中的动态路由分支系统。

背景技术

传统地，在多路径路由通信的情况下，改进由于网络中路由的链路带宽不足而导致在网络中丢弃通信业务时，存在以下问题(1)～(3)：

(1)难以根据每个终端业务的接收情况而动态采用多路径路由。

(2)当采用多路径路由时，难以根据网络的情况，在分支位置选择相同的复制(完全镜像)和部分复制(部分镜像)、基于流的划分、随机划分等。

(3)难以采用动态最优设计，以通过采用多路径路由，使网络成本最小。

关于问题(1)，作为通常使用的多路径路由生成技术，包括“OSPFECMP技术”(开放最短路径优先等价多路径)，“MPLS业务工程技术”(多协议标签交换业务工程)”等。

在“OSPF ECMP技术”中，由于根据网络拓扑和网络中的链路成本来静态生成多路径路由，在网络中等价多路径路由的部分中，生成多个路由。然而，难以在可选位置设置多个路由，而且在多路径的分支位置中，通过散列函数基于流来选择路由。因此，难以根据每个终端的业务的接收情况进行控制。

另一方面，在“MPLS业务工程技术”中，根据网络拓扑、链路成本和流过链路的业务流来动态生成多路径路由。然而，不能从网络路径上的节点生成多路径，难以根据每个终端的业务的接收情况进行控制。

因此，要求根据每个终端的业务的接收情况来动态生成多路径路由，以提高终端的业务接收性能。

关于问题(2)，如JP 2004-312153A(专利文献1)和JP 2007-94681A(专利文献2)中所示，在网络的边缘处预先准备多个路由。应注意，网络边缘是网络的入口。

在JP 2004-312153A(专利文献1)中，公开了一种方法，其中在光学边缘与IP网络(因特网协议网络)和光子网络相连接的环境中，预先设置两个路由，以及当预定量的业务经过IP网络时，通信切换至光子网络侧。在这种方法中，因为在IP网络的大容量通信中不能获得足够的性能，所以当检测到大量的业务时，通信切换至光子网络。以这种方式，因为该方法进行网络之间的简单切换控制，所以不能获得在网络中的可选位置分支的功能，及诸如相同复制、部分复制、基于流的划分和随机划分之类的复制和划分功能。

另一方面，在JP 2007-94681A(专利文献2)中，公开了一种方法，其中当提供网络中的多个路由时，预先提供冗余路由候选资格(不分配资源的路由)，以及在必要时再次分配资源。在该方法中，不预先将资源分配给冗余路径，而且多个发送服务器共享路由。以这种方式，因为该方法涉及冗余路径的资源共享方法，所以不能获得在网络中的可选位置分支的功能，及诸如相同复制、部分复制、基于流的划分和随机划分之类的功能。

此外，对于问题(2)，如在JP 2007-208953A(专利文献3)中所示，已知一种技术，其中在网络的边缘(网络的入口)动态地设置多个组播路径。在JP 2007-208953A(专利文献3)中，公开了生成多个组播树的方法。该方法在生成之后使用已知的散列函数。然而，通过使用与组播的路由相关的散列函数，来确定要根据内容传送的业务的目的地和从组播的发送源(边缘)分支的路由。以这种方式，由于该方法使组播树自身冗余，不具有在网络中的可选位置分支的功能，及诸如相同复制、部分复制、基于流的划分和随机划分之类的复制和划分功能。

因此，当采用多路径路由时，需要根据网络情况，在分支位置中动态地选择相同复制、部分复制、基于流的划分、随机划分等中的任意一个的技术，从而提高终端的业务接收性能。

关于问题(3)，因为在从可选路由对组播通信进行分支时，组播通信业务导致网络上的负载，所以需要将终端的接收性能最大化，同时尽可能地抑制负载。然而，如上所述，由于传统方法不具有在网络中的可选位置分支的功能，所以不存在将终端的接收性能最大化的技术。

参考文献列表

[专利文献1]JP 2004-312153A

[专利文献2]JP 2007-94681A

[专利文献3]JP 2007-208953A

[非专利文献1]

“The OpenFlow The switch Consortium”

<http：//www.openflowthe swi tch.org/>

[非专利文献2]

“OpenFlow The switch SpecificationVersion 1.0.0(Wire Protocol 0x01)December31，2009”

<http：//www.openflowtheswitch.org/documents/openflow-spec-v1.0.0.pdf>

发明内容

在本发明中，计算诸如复制和划分之类的分支方法、及分支路由，通过如在通信业务经过的节点中的一个或多个可选节点的位置进行复制和划分的该分支方法，将业务动态地分支到多个路由，以在接收侧恢复业务，从而通过监控网络上的通信业务的接收质量、业务的分支位置，而试图实现以接收质量最大化和稳定化为目标的优化。

本发明的动态路由分支系统具有管理单元和动态路由分支单元。控制单元监控网络上业务的接收质量，并对网络中的可选节点执行动态路由设置。动态路由分支单元能够布置在作为业务目的地的接收终端中。动态路由分支单元设置在节点中，并且包括以下部分中的至少一个：监控部分，被配置为当设置在网络中的节点中时，监控到达该节点的业务，并向控制单元通知监控结果；分支部分，被配置为当设置在网络中对业务进行中继的节点中时，响应于来自控制单元的指令，将从该节点前一级的节点接收的业务分支为发送至初始路由和分支路由的分支业务；以及合并部分，被配置为当设置在该节点后一级的节点中时，合并经过初始路由和分支路由到达的分支业务，以恢复业务。应注意，网络可以是有线网络或无线网络。作为网络上的节点的示例，可以采用交换机。这里，监控部分和合并部分可以存在于接收终端和管理单元上。

能够设置在用于对网络上的业务进行中继的节点和作为业务目的地的接收终端中的、本发明的动态路由分支单元包括：监控部分，被配置为当设置在网络中的节点中时，监控到达该节点的业务，并向控制单元通知监控结果；分支部分，被配置为当设置在网络中对业务进行中继的节点中时，响应于来自控制单元的指令，将从该节点前一级的节点接收的业务分支为发送至初始路由和分支路由的分支业务；以及合并部分，被配置为当设置在该节点后一级的节点中时，合并经过初始路由和分支路由到达的分支业务，以恢复业务。

在动态路由分支方法中，控制单元监控网络上业务的接收质量，以对网络上的可选节点执行动态路由设置。此外，控制单元监控到达网络上的预定节点的业务，以向控制单元通知监控结果。节点响应于来自控制单元的指令，对从用于对网络上的业务进行中继的节点前一级的分支节点接收的业务进行分支，并发送到初始路由和分支路由。在该分支节点后一级的节点中，该分支节点后一级的节点合并经过初始路由和分支路由到达的分支业务，以恢复业务。

本发明的程序由与用于对网络上的业务进行中继的节点和业务所寻址的接收终端中的至少一个相对应的计算机来执行。执行该程序的计算机可以监控业务，并将监控结果通知用于对网络上的可选节点执行动态路由设置的管理单元。此外，可以响应于来自管理单元的指令，对业务进行分支，并发送至初始路由和分支路由。此外，可以合并经过初始路由和分支路由到达的业务，从而加以恢复。应注意，本发明的程序可以存储在存储器和存储介质中。

即使出现由于网络状态的改变而导致在主路由中丢弃业务的现象，也可以通过使用子路由上的业务来快速恢复整个业务，从而提高了接收终端的业务接收性能。

附图说明

图1是示出了本发明的动态路由分支系统的基本配置示例的示意图；

图2是示出了本发明的第一示例实施例的示意图；

图3是示出了分支方法的示意图；

图4是示出了合并方法的示意图；

图5是示出了本发明的第二示例实施例的示意图；

图6是示出了本发明的第三示例实施例的示意图；

图7是示出了本发明的第四示例实施例的示意图；

图8是示出了本发明的第五示例实施例的示意图；

图9是示出了本发明的第六示例实施例的示意图；

图10是示出了本发明的第七示例实施例的示意图；

图11是示出了本发明的第八示例实施例的示意图；以及

图12是示出了本发明的第九示例实施例的示意图。

具体实施方式

<基本配置>

以下，将参照附图对本发明的基本配置进行描述。

如图1所示，本发明的动态路由分支系统具有发送终端10、交换机20(20-i，i＝1到n，n是交换机的个数)、网络控制单元30和接收终端40。

发送终端10通过与网络上的节点相对应的交换机20(20-i，i＝1到n)中的任意一个，向接收终端40发送字符数据、语音数据、视频数据等。在网络上传送的分组数据量被称为业务。网络控制单元30是管理单元，用于监控网络上的业务的接收质量，并执行对交换机20(20-i，i＝1到n)的动态路由设置。在这种情况下，网络控制单元30可与每个交换机20(20-i，i＝1到n)进行通信，管理整个网络的拓扑数据(网络拓扑)、网络链路的带宽数据等，以及执行分路位置或分支位置(分支起点处的交换机)、和分路路由或分支路由的优化设计。

每个交换机20(20-i，i＝1到n)具有动态路由分支单元50。也就是说，存在与交换机20相同数量的动态路由分支单元50。应注意，实际上，动态路由分支单元50可以是交换机20本身。

动态路由分支单元50具有监控部分51、分支部分52、以及合并部分53。因此，每个交换机20(20-i，i＝1到n)具有监控部分51、分支部分52、以及合并部分53。然而，并不是每个交换机20(20-i，i＝1到n)都必须包含监控部分51、分支部分52、以及合并部分53中的全部，而是至少包含监控部分51、分支部分52、以及合并部分53中的任意一个。

监控部分51监控接收分组，并向网络控制单元30通知监控结果。

分支部分52在网络控制单元30选择的路由上发送接收到的分组。此时，分支部分52对接收分组进行分支，如果必要，在网络控制单元30选择的路由上分发和发送每一个分支分组。

合并部分53合并分支业务，以恢复正确的业务。此时，如果接收分组是分支分组，则合并部分53输出通过合并分支分组所获得的分组，以及如果接收分组不是分支分组，则合并部分53原样将其输出。

网络控制单元30基于分支位置选择算法，试图使到多路径目的地的路由中使用的资源最小，并使目的地中的接收质量最大化/稳定化。具体地，网络控制单元30从合并分支分组之后最大化性能的路由中，选择整个路由上的总资源使用量最小的路由，或者网络稳定性高的路由。例如，资源使用量的示例可以是“跳数×带宽”的计算结果、“距离×带宽”的计算结果。然而，实际上，并不限于这些示例。应注意，跳数是分组从发送终端10传送到接收终端40经过的交换机的个数。

(硬件示例)

应注意，例如，发送终端10和接收终端40的示例可以是PC(个人计算机)和移动电话。此外，发送终端10和接收终端40的示例可以是瘦客户终端、工作站、主机、超级计算机、车载导航系统、装载游戏机、家庭游戏机、配件(电子设备)、交互式电视机、数字调谐器、数字记录器、信息家庭设备、POS(现场销售)终端、OA(办公室自动化)设备等。此外，网络控制单元30的示例可以是诸如PC之类的计算机、瘦客户服务器、工作站、主机和超级计算机。发送终端10、网络控制单元30和接收终端40可以安装在诸如车辆、船只和飞机之类的移动主体上。

此外，交换机20(20-i，i＝1到n)的示例可以是中继数据链路层(第二层)上的数据的层2交换机、中继网络层(第三层)上的数据的层3交换机、中继传输层(第四层)上的数据的层4交换机、中继应用层(第七层)上的数据的层7交换机(应用交换机)、多层交换机(多层交换机)等。按照OSI参考模型的每一层，对多层交换机进行了详细分类。除此之外，交换机20(20-i，i＝1到n)的示例可以是与之等同的代理服务器、网关、防火墙、负载均衡器(负载分布装置)、计算机和中继设备等。

此外，交换机20(20-i，i＝1到n)所在网络的示例可以是因特网、LAN(局域网)、无线LAN、WAN(广域网)、骨干网、社区天线电视系统(CATV)线路、固定电话网络、移动电话网络、WiMAX(IEEE 802.16a)、3G(第三代)、租用线路、IrDA(红外数据联盟)、蓝牙(注册商标)、串行通信线路、数据总线等。

监控部分51、分支部分52以及合并部分53中的每一个可以由与功能相对应的电子电路实现。或者，监控部分51、分支部分52、以及合并部分53中的每一个可以由诸如基于程序驱动的处理器之类的硬件、驱动硬件配置以执行期望处理的软件配置(如程序)、以及用于存储软件和各种类型的数据的存储单元来实现。

上述处理器的示例可以是CPU(中央处理单元)、微处理器、微控制器、具有类似功能的半导体集成电路(IC)等。然而，实际上，并不限于这些示例。

此外，上述存储单元的示例可以是半导体存储设备，如RAM(随机存取存储器)、ROM(只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、以及闪存；辅助存储单元，如HDD(硬盘驱动器)和SSD(固态驱动器)；存储介质，如DVD(数字通用盘)；以及存储卡。

然而，实际上，并不限于这些示例。

[第一示例实施例]

接下来，将对本发明的第一示例实施例进行描述。

在该示例实施例中，如图2所示，将对仅在网络中的交换机20(20-i，i＝1到n)中位于最靠近接收终端40的最后一级的交换机(出口交换机)20中执行的监控过程的情况进行描述。在该示例实施例中，在最后一级的交换机(出口交换机)20中设置监控部分51和合并部分53，在可选交换机20中设置分支部分52。也就是说，监控部分51和合并部分53仅在最后一级的交换机(出口交换机)20中发挥作用，而分支部分52在网络的所有交换机中发挥作用。

在图2的示例中，监控部分51在位于最靠近接收终端40的最后一级的交换机(出口交换机)20中，对在从发送终端10到接收终端40的初始路由上发送的业务的网络质量进行监控。分支部分52在中继交换机中对业务进行分支。合并部分53对分支业务进行合并，以恢复正确的业务，然后将其发送到接收终端40。网络控制单元30获取整个网络的拓扑数据、网络链路的带宽数据等，并执行分支位置和分支路由的最优设计。

关于特定操作，监控部分51响应于来自网络控制单元30的指令，在位于最后一级的交换机(出口交换机)20处，对在从发送终端10到接收终端40的初始路由上发送的业务进行监控。当在该业务中监控到网络丢失、时延偏差和吞吐量降低时，监控部分51向网络控制单元30通知网络的情况分析和警报(告警)。

网络控制单元30动态地获取网络的拓扑数据、网络链路的带宽数据和带宽数据的改变，并根据上述警报来确定业务分支方法、编码方法、分支位置、分支路由中的每一个。

(分支方法)

关于分支方法，网络控制单元30可以选择不同的方法，如相同复制(完全镜像)、部分复制(部分镜像)、基于流的划分和随机划分。此时，网络控制单元30确定在整个业务或每一个业务中应当选择相同复制、部分复制、基于流的划分和随机划分中的哪一个作为分支方法，并向分支部分52设置所选分支方法。应注意，网络控制单元30可以响应于来自接收到分组的分支部分52的询问，向该分支部分52设置分支方法。此外，当分支部分52主动(定期/根据条件)参考存储在网络控制单元30中的分支方法的数据并执行处理时，情况基本类似。

(情况描述)

在图3中示出了“相同复制(模型A)”、“部分复制(模型B)”、“基于流的划分和随机划分(模型C)”作为分支方法的示例。

(情况1)

首先，将对“相同复制(模型A)/部分复制(模型B)”进行描述。

例如，当整个网络负载高，且在任意路由中出现网络丢失时，或者当网络不稳定而在网络中出现故障的情况下需要长时间恢复时，网络控制单元30指示分支部分52执行相同复制(模型A)或部分复制(模型B)。

(相同复制)

在相同复制的情况下，分支部分52无条件地复制整个业务，并通过多条路由，如初始路由和绕行路由(分支路由)进行发送。在接收终端40侧最后一级的交换机(出口交换机)20中，合并部分53从通过多个路由(例如初始路由和绕行路由)发送的业务中丢弃重复部分，以恢复正确的业务，并将正确的业务发送至接收终端40。或者，合并部分53仅将通过多个路由(例如初始路由和绕行路由)中任意一个到达的正确的业务发送至接收终端40。在这种情况下，即使在通过初始路由到达的业务中出现丢失和错误，仍然可以针对网络故障进行高速切换，因为基于通过任意绕行路由到达的复制的业务，可以恢复正确的业务。

(部分复制)

在部分复制的情况下，分支部分52针对所接收的业务执行部分镜像，将所接收的业务发送到初始路由上，以及同时，将所复制的业务发送到绕行路由上。在这种情况下，分支部分52提取所接收的业务中具有高优先级的业务(具有表现为高优先级的预定数据的业务，具有比预定值高的业务)，以及将具有高优先级的业务复制并发送到多个路由上。此外，分支部分52照原样将所接收的业务发送到初始路由上，而不针对具有不是那样高的优先级的业务执行镜像。

具有高优先级的业务的示例可以是特定种类的数据的业务、表现为特定发送源/发送目的地的业务等。然而，优先级仅是一个示例。实际上，可以基于除优先级之外的条件，确定是否允许部分复制。

与针对所有业务执行相同复制的情况相比，通过仅针对具有高优先级的业务执行镜像，可以限制业务的增加。在接收终端40侧最后一级处的交换机(出口交换机)20中，合并部分53通过从经过多个路由(例如初始路由和绕行路由)到达的具有高优先级的业务中的每个业务中丢弃重复部分，来恢复正确的业务，以及将恢复的正确的业务发送到接收终端40。或者，合并部分53仅将通过多个路由(例如初始路由和绕行路由)中任意一个到达的具有高优先级的业务中正确的业务发送至接收终端40。此外，如果业务具有不是那样高的优先级，则合并部分53照原样将通过路由到达的业务发送到接收终端40。在这种情况下，即使仅在初始路由上到达的具有高优先级的业务中出现丢失和错误，仍然可以针对网络故障进行高速切换，因为基于通过任意绕行路由到达的复制的业务，可以恢复正确的业务。

(情况2)

接下来，将对“基于流的划分/随机划分(模型C)”进行描述。

例如，当整个网络中的丢失不会引起问题的业务系统中，整个网络上存在几个频带时，网络控制单元30指示分支部分52执行基于流的划分(模型C)或随机划分(模型C)。

(基于流的划分)

在基于流的划分的情况下，分支部分52基于流数据，改变每个流组的路由。在接收终端40侧最后一级的交换机(出口交换机)20中，合并部分53接收所有的流组，并发送到接收终端40。

(随机划分)

在随机划分的情况下，分支部分52针对每个分组，随机地改变路由。例如，分支部分52可选地/随机地将所接收的分组分发给两个分支路由，并发送这些分组。也应用于两个或多个分支路由的情况。

在接收终端40侧最后一级的交换机(出口交换机)20中，合并部分53接收所有的分组，并将其发送到接收终端40。然而，在随机划分的情况下，必须为接收终端40侧最后一级的交换机(出口交换机)20自身或合并部分53提供缓冲器，来累积所接收的分组，在接收终端40侧最后一级的交换机(出口交换机)20中的合并部分53在重编分组(分组重排)之后发送分组。

(分支方法的组合(复合))

应注意，可以组合并执行“相同复制(模型A)”、“部分复制(模型B)”、“基于流的划分和随机划分(模型C)”。例如，当采用“相同复制(模型A)”/“部分复制(模型B)”时，也可以考虑针对所复制的业务还采用“基于流的划分和随机划分(模型C)”。相反地，当采用“基于流的划分和随机划分(模型C)”时，也可以考虑针对所划分的业务还采用“相同复制(模型A)”/“部分复制(模型B)”。然而，实际上不限于这些示例。

(编码方法)

有以下两种编码方法。

一种方法是不执行任何特定处理的通常的分组处理。特别地，在这种情况下，不执行编码。也就是说，网络控制单元30不对分支部分52进行任何设置。分支部分52照原样发送所有的业务。

另一种方法是发送终端10或网络交换机20(20-i，i＝1至n)中的任意一个执行特定处理，其中针对每个策略，对正常业务执行编码，并中继到网络。在这种情况下，通过使用诸如分级编码和多速率编码之类的对在可选路由中的分组丢失很有利(具有分组丢失容限)的方法，发送终端10或网络中的交换机20(20-i，i＝1至n)中的任意一个执行编码来添加优先级。分支部分52通过针对具有高优先级的业务采用镜像的分支冗余，而针对具有不是那样高优先级的业务仅传送经过特定路由，来发送业务。

例如，假定发送终端10或者网络中的交换机20(20-i，i＝1至n)中的任意一个通过分级编码和多速率编码二者来执行数据编码，以及按照高优先级的顺序将数据划分为四个数据A、B、C和D。此时，分支部分52将具有高优先级的数据(例如，数据A和B)在业务的分支位置(中继交换机20)处发送到网络环境稳定的一侧的路由。在接收终端40侧最后一级的交换机(出口交换机)20中，合并部分53执行冗余接收控制，并合并业务。

(分支位置)

针对分支位置，例如，在图2中，网络控制单元30计算并确定绕行路由中具有最小性能损失的路由，所述绕行路由从分支部分52(52-1，52-2，52-3)中的任意一个分支，并到达最后一级的交换机(出口交换机)20。

例如，假定从分支部分52(52-1)到最后一级的交换机(出口交换机)20的路由是“4跳”(跳数＝4)，从分支部分52(52-2)到最后一级的交换机(出口交换机)20的路由是“3跳”(跳数＝3)，以及可以提供相同的性能。作为评估参考，网络控制单元30对跳数进行比较，并采用来自分支部分52(52-2)的分支路由1，因为当绕行路由的距离尽可能短的时候，可以使对网络造成的影响最小。

另一方面，当所有路由在由于拥塞而容易出现分组丢失的情况下，或在网络不稳定，从而故障可能性高的情况下时，网络控制单元30采用来自分支部分52(52-2)的分支路由1和来自分支部分52(52-1)的分支路由2。分支部分52将业务发送到所采用的分支路由和初始路由上。在接收终端40侧最后一级的交换机(出口交换机)20中，合并部分53合并通过初始路由、分支路由1和分支路由2这三个路由到达的业务，以保证性能。在该确定方法中，网络控制单元30可以使用其它评估参考，例如，初始路由、分支路由1和分支路由2上的总资源使用量(跳数×带宽，距离×带宽)的最小化，或者接收终端40的质量的最大化和稳定化。

(分支路由)

关于分支路由，网络控制单元30计算绕行路由从分支部分52(52-1，52-2)通过哪个交换机。在该过程中，网络控制单元30获取并设置网络上绕行路由的带宽、时延、距离。

如上所述，在确定分支位置、分支方法、以及分支路由时，网络控制单元30向与分支位置相对应的交换机20发出指令，指示针对分支部分52(52-1，52-2)采用分支方法等，以及设置从分支部分52绕行的分支路由1、分支路由2等。以这种方式，在网络控制单元30上，集中处理针对交换机20和分支部分52的分支设置。

作为该设置方法，可以使用基于传输目的地地址(目的地IP地址)的静态路由方法、基于MPLS的路径路由方法、使用Openflow技术的流切换方法等。

(Openflow技术)

应注意，Openflow(开流)技术表示这样的技术：控制器(在该示例中是网络控制单元30)基于针对其自身设置为路由策略的流定义数据(流：规则+动作)，针对交换机设置多层配置和以流为单位的路由数据(流表)，以及执行路由控制和节点控制。在该开流技术中，控制器监控网络中的交换机，并根据网络的情况，动态地设置到网络中的交换机的分组的传递路由。因而，路由控制功能与交换机相分离，且通过控制器的集中控制，可以实现最优路由和业务控制。开流技术应用的交换机不像传统的交换机以分组或帧为单位来处理通信，而是以端到端(End toEnd)的流来处理通信。

以包含在TCP/IP(发送控制协议/因特网协议)的首部字段中目的地地址、源地址、目的地端口号、以及源端口号、或它们中的各种组合来定义开流技术中的流，而且开流技术中的流是可区分的。应注意，假定上述地址包含MAC地址(媒体接入控制地址)和IP地址(因特网协议地址)。此外，假定上述端口包含逻辑端口和物理端口。

例如，在使用开流技术的流切换方法的情况下，可以针对每个可选业务流组(该组在层1至层4的层中的可选首部字段中识别)来设置显式路由。

非专利文献1和2已描述了开流技术的细节。

(接收终端侧的合并处理)

正如图4所示，在接收终端40侧最后一级的交换机(出口交换机)20中，合并部分53接收从多个分支路由(例如，经过上述分支处理的除了初始路由之外的分支路由1、分支路由2等)集中的业务，并选择性地发送到接收终端40。在完全复制、部分复制、基于流的划分处理等的情况下，合并部分53执行选择性采用/丢弃处理，并在随机划分的情况下执行重编分组(分组重排)处理，并实现合并处理。

(接收终端侧的监控器处理)

在接收终端40侧最后一级的交换机(出口交换机)20中，监控部分51监控合并部分53的合并处理之前和之后的业务，并将监控结果通知给网络控制单元30。

(其它：监控结果的业务的分支处理1)

应注意，当监控部分51将监控结果通知给网络控制单元30时，分支部分52可以对提供给网络控制单元30的监控结果的业务进行分支。此时，网络控制单元30等同于接收终端40。网络控制单元30基于先前的监控结果，针对分支部分52设置从交换机20(监控部分51)到网络控制单元30的路由。例如，监控部分51在监控之后，将监控结果的业务发送到分支部分52。分支部分52根据网络控制单元30设置的多个分支路由，在交换机和中继交换机中对监控结果的业务进行分支。在距离网络控制单元30最近的交换机中，合并部分53合并分支的业务，以恢复正确的业务，然后将所合并的业务发送到网络控制单元30。也就是说，可以通过使用多个不同交换机20-网络控制单元30的链路来发送监控结果。

[第二示例实施例]

接下来，将描述本发明的第二示例实施例。在该示例实施例中，如图5所示，将描述通过网络中所有交换机20执行监控处理的情况。在该示例实施例中，合并部分53位于最后一级的交换机(出口交换机)20中，以及监控部分51和分支部分52位于可选交换机20中。即，合并部分53仅在最后一级的交换机(出口交换机)20中发挥作用，而监控部分51和分支部分52在网络中所有交换机中发挥作用。

在图5的示例中，监控部分51(51-1，51-2，51-3)监控中继交换机20中以及距离接收终端40最近的最后一级的交换机(出口交换机)20中的、在从发送终端10到接收终端40的初始路由上流动的业务的网络质量。分支部分52(52-1，52-2，52-3)在中继交换机中分支业务。合并部分53在最后一级的交换机(出口交换机)20中合并分支业务，以恢复正确的业务，并将其发送到接收终端40。网络控制单元30获取整个网络的拓扑数据、网络链路的带宽数据等，并执行分支位置和分支路由的最佳设计。

如上所述，与图2的不同之处在于，可以管理诸如交换机间链路中的分组丢失或拥塞发生的情形，因为在中继交换机20中存在监控部分51(51-1，51-2，51-3)。因此，例如，当通过监控部分51(51-2)检测到许多丢失时，期望在第一级的交换机处绕行的路由，并且网络控制单元30采用分支路由2作为通过分支部分52(52-1)绕行的路由。或者，如果在监控部分51(51-3)中的性能或功能恶化，则网络控制单元30可以确定期望该路由绕行分支部分52(52-1)和分支部分52(52-2)中的一个或二者，因为可以看出，在第二级至第三级的链路上分组丢失或者发生拥塞。作为确定的结果，网络控制单元30可以通过与图2所示相同的方法确定业务分支方法、编码方法、分支位置、以及分支路由。

(其它：监控结果的业务的分支处理2)

应注意，当在像该示例实施例的网络中的所有交换机中执行监控时，在监控部分51将监控结果通知网络控制单元30的情况下，分支部分52可以在每个交换机中对去往网络控制单元30的监控结果的业务进行分支。此时，网络控制单元30等同于接收终端40。通过网络控制单元30，基于初始监控结果，针对分支部分52设置从交换机20(监控部分51)到网络控制单元30的路由。例如，监控部分51在监控之后将监控结果的业务发送到分支部分52。分支部分52基于交换机和中继交换机中的网络控制单元30设置的多个分支路由，对监控结果的业务进行分支。在距离网络控制单元30最近的交换机中，合并部分53合并分支业务，并在恢复正确的业务之后，将合并的业务发送到网络控制单元30。也就是说，通过使用多个不同交换机20-网络控制单元30的链路，可以发送每个交换机中的监控结果。

[第三示例实施例]

接下来，将描述本发明的第三示例实施例。在该示例实施例中，将描述在图6中示出的接收终端40中执行的监控和合并的情况。在该示例实施例中，监控部分51和合并部分53位于接收终端40中，以及分支部分52位于可选交换机20中。即，监控部分51和合并部分53仅在接收终端40中发挥作用，以及分支部分52在网络中的所有交换机中发挥作用。

在该示例实施例中，假定接收终端40和交换机20(20-i，i＝1至n)具有动态路由分支单元50。

动态路由分支单元50具有监控部分51、分支部分52、和合并部分53。因此，接收终端40具有监控部分51、分支部分52、和合并部分53，就像每个交换机20(20-i，i＝1至n)一样。然而，接收终端40不必具有监控部分51、分支部分52、以及合并部分53的全部。接收终端40只需具有监控部分51、分支部分52、以及合并部分53中的至少一个。

在图6的示例中，接收终端40的监控部分51A监控在从发送终端10至接收终端40的初始路由上流动的业务的网络质量。分支部分52(52-1，52-2，52-3)在最后一级的交换机(出口交换机)20和中继交换机中分支业务。合并部分53合并所分支的业务，并恢复正确的业务，以将其发送到接收终端40。网络控制单元30获取整个网络的拓扑数据、网络链路的带宽数据等，并执行分支位置和分支路由的优化设计。

与图2相比，仅将监控部分51和合并部分53从最后一级的交换机(出口交换机)20移至接收终端40。在接收终端40中执行与最初在最后一级的交换机(出口交换机)20中执行的相同的处理。其它处理与图2中的相同。

此外，在图2中，因为示出了接收终端40仅与网络的单个交换机(最后一级的交换机)相连的情况，所以在分支部分52(52-1，52-2)中分支的分支路由1、分支路由2以及初始路由上的所有业务是多路复用的，并发送到最后一级的交换机20-接收终端40的单个链路上。

(其它：网络控制单元30中监控结果的业务的合并)

应注意，如果应用该示例实施例，则在监控部分51将监控结果通知网络控制单元30的情况下，当分支部分52对去往网络控制单元30的监控结果的业务进行分支时，可以不在距离网络控制单元30最近的交换机中、而是在网络控制单元30中执行合并处理。在这种情况下，假定网络控制单元30具有动态路由分支单元50。这里，网络控制单元30不必具有监控部分51、分支部分52、和合并部分53的全部，网络控制单元30至少具有合并部分53就已足够。

[第四示例实施例]

接下来，将描述本发明的第四示例实施例。如图7所示，在该示例实施例中，将描述在接收终端40直接与两个或更多个交换机20相连的情况下，在接收终端40中执行合并和监控的情况。此外，在该示例实施例中，接收终端40与图6中示出的本发明的第三示例实施例中的网络最后一级的两个或更多个交换机20相连。

在该示例实施例中，像第三示例性一样，假定除交换机20(20-i，i＝1至n)之外，接收终端40也具有动态路由分支单元50。

此外，在该示例实施例中，假定接收终端40具有多个通信接口(通信端口)，以直接与多个交换机20(20-i，i＝1至n)进行通信。合并部分53合并通过接收终端40中的多个不同通信接口接收的业务。

在图7的示例中，接收终端40与两个交换机20(20-3，20-4)相连，但实际上，接收终端40可以与三个或更多个交换机20相连。

在该示例实施例中，可以通过使用多个不同交换机20-接收终端40的链路来发送分支部分52(52-1，52-2)分支的分支路由1、分支路由2、以及初始路由的业务中的每一个。网络控制单元30考虑绕行路由的性能，确定要使用的链路。

[第五示例实施例]

接下来，将描述本发明的第五示例实施例。在该示例实施例中，将参照图8描述有线网络和无线网络混合的情况。在该示例实施例中，除了与图7中所示的本发明的第四示例实施例中的无线网络相连之外，接收终端40还与有线网络相连。

在图8的示例中，接收终端40通过一个或多个交换机与有线网络相连，以及通过一个基站(BS)与无线网络相连。

此外，本发明的动态路由分支系统包含该示例实施例中的基站60(60-k，k＝1至m；m是基站的数量)。也就是说，在该示例实施例中，根据本发明的动态路由分支系统包含发送终端10、交换机20(20-i，i＝1至n)、网络控制单元30、接收终端40以及基站60(60-k，k＝1至m)。

此外，在该示例实施例中，假定接收终端40以及交换机20(20-i，i＝1至n)具有动态路由分支单元50，正如第三和第四示例实施例一样。

基站60(60-k，k＝1至m)与作为无线网络的最后一级的中继单元的接收终端40直接通信。此时，假定接收终端40具有与交换机20(20-i，i＝1至n)进行通信的有线通信接口，以及与基站60(60-k，k＝1至m)进行通信的无线通信接口。

例如，通过分支部分52(52-1)分支的路由上的业务经过无线网络的骨干网，并绕行通过一个可选基站60(60-1)。通过分支部分52(52-2)分支的路由上的业务通过有线网络。接收终端40的合并部分53接收并合并所有绕行路由上的业务。此时，合并部分53在接收终端40中合并通过有线通信接口和无线通信接口的多个不同通信接口接收的业务。网络控制单元30考虑绕行路由的性能，确定应该使用哪个/哪些绕行路由、无线网络和有线网络的哪个/哪些链路。

[第六示例实施例]

接下来，将描述本发明的第六示例实施例。在该示例实施例中，如图9所示，将描述有线网络和无线网络混合的情况，以及在接收终端40与两个或更多个基站60进行直接通信的条件下在接收终端40中执行合并和监控。此外，在该示例实施例中，接收终端40)通过图8中示出的本发明的第五示例实施例中的两个或更多个基站与无线网络连接。

该示例实施例的动态路由分支系统的基本配置与图8中示出的本发明的第五示例实施例中的动态路由分支系统完全相同。

此外，在该示例实施例中，假定接收终端40具有多个无线通信接口，与多个基站60(60-k，k＝1至m)进行通信。以相同的方式，接收终端40可以具有多个有线通信接口，直接与多个交换机20(20-i，i＝1至n)进行通信。合并部分53合并通过接收终端40中的多个不同通信接口接收的业务。

在图9的示例中，接收终端40可以同时接收来自多个无线网络中的两个或更多个基站60(60-1，60-2，60-3，60-4)的业务。正如本发明的第五示例实施例一样，考虑绕行路由的性能，通过网络控制单元30来确定使用哪个/哪些绕行路由、有线网络和无线网络上的哪个/哪些链路。

[第七示例实施例]

接下来，将描述本发明的第七示例实施例。在该示例实施例中，如图10所示，将描述在网络中的所有交换机20和接收终端40中执行合并和监控的情况。此外，在该示例实施例中，将描述在图6中示出的本发明的第三示例实施例中的中继交换机20中还提供监控部分51的情况。

在图10的示例中，与图6的示例相比，提供监控部分51(51-1，51-2，51-3)监控中继交换机20中的网络质量。网络控制单元30可以通过中继交换机20上的监控部分51(51-1，51-2，51-3)，管理在哪些交换机间的链路中分组丢失，以及发生了拥塞。基于这些条件，可以更清楚地选择分支位置。

[第八示例实施例]

接下来，将描述本发明的第八示例实施例。在该示例实施例中，如图11中所示，将描述本发明应用组播路径的情况。

在其它示例实施例中，示出了从发送终端10至接收终端40的业务是单播通信的情况。在图11的示例中，假定从发送终端10至接收终端40的业务是组播通信。

在组播通信的情况下，在从发送终端10到接收终端40的路径上的交换机中，适当地分支业务，并发送到目的地。然而，当仅在例如特定中继链路中发生分组丢失或发生拥塞时，不能仅针对该链路应用多路径路由控制。

在图11的示例中，当识别出初始路由中的功能恶化路径时，网络控制单元30针对分支部分52设置来自该路径前的可选交换机的业务的分支，或来自该路径中任意交换机的业务的分支，从而改进路径的性能。这里，继续使用功能恶化路径，且在功能恶化路径和绕行路由二者上发送业务。

此时，如果网络中的所有交换机20都设置有监控部分51从而由网络中的所有交换机20执行监控，则可以认为能够更正确地指明功能恶化路径。

(针对功能恶化路径的前一级的可选交换机的确定处理)

作为确定针对功能恶化路径的前一级的可选交换机的方法，可以考虑重复选择方法，其中网络控制单元30简单地选择功能恶化路径之前的交换机，并且当即使使用自该交换机开始的分支路径，路径性能仍然没有改进时，选择再前一级的另一个交换机。或者可以考虑下述选择方法：网络控制单元30基于整个网络的监控结果和拓扑数据，计算该情况下从传输终端10到接收终端的最佳分支路由，并且选择交换机来实现最佳分支路由。然而，实际上，本发明不限于这些示例。

在图11的示例中，功能恶化路径仅有一个，但实际上，有时可能存在多个功能恶化路径。在这种情况下，网络控制单元30针对分支部分52设置适当地执行分支处理，从而改进每个路径的性能。

与组播通信相对应，通过接收终端40侧的合并部分53选择并接收分支的业务，可以改进业务接收性能。

[第九示例实施例]

接下来，将描述本发明的第九示例实施例。在本示例实施例中，正如在图12中所示，将描述通过路由的分支动态地改变最终接收目的地的情况。

在其它示例实施例中，已经描述了所有的分支业务发送到最后一级的交换机(出口交换机)20或接收终端40的情况。另一方面，在本示例实施例中，业务在可选交换机(出口交换机)20中分支或分路，并且除了接收终端40以外，还被发送到另一单元。这里，假定另一单元是通过分析业务自身来详细分析网络环境的网络监控单元70。应该注意，其它单元可以是另一接收终端40。

在图12的示例中，本发明的动态路由分支系统还包含网络监控单元70。也就是说，在该示例实施例中，本发明的动态路由分支系统包含发送终端10、交换机20(20-i，i＝1至n)、网络控制单元30、接收终端40以及网络监控单元70。

网络控制单元30针对可选交换机20上的分支部分52，为接收终端40侧设置分支路由、以及为网络监控单元70侧设置分支路由。应注意，接收终端40侧的分支路由可以是初始路由。此时，网络控制单元30针对形成网络监控单元70侧的分支路由的交换机20中的分支部分52设置网络监控单元70侧的分支路由。

在中继交换机20中，分支部分52根据网络控制单元30设置的路由来分支或分支接收到的业务，并向网络监控单元70发送与针对接收终端40侧发送的业务相同的业务。

此外，在最后一级的交换机(出口交换机)20中，合并部分53合并分支业务，以恢复适合的业务，并将该业务发送到相同交换机上的分支部分。分支部分52根据网络控制单元30设置的路由来分支该业务，并向网络监控单元70发送与针对接收终端40发送的业务相同的业务。

在这种情况下，分支部分52通过相同的复制，向网络监控单元70发送与针对接收终端40侧发送的业务相同的业务。然而，实际上，可以采用除相同复制之外的其他分支方法。例如，分支部分52可以仅针对接收终端40侧发送的业务中具有高优先级的业务执行部分复制，并在分支路由上向网络监控单元70侧发送部分复制的业务。或者，分支部分52可以对针对接收终端40侧发送的业务执行基于流的划分，并仅复制预定流的业务，以在分支路由上发送到网络监控单元70一侧。

网络监控单元70接收与发送到接收终端40侧的业务相同的业务，并分析该业务，以产生比监控部分51更详细的监控结果。也就是说，网络监控单元70可以更加详细地分析可选交换机20接收到的业务自身。网络控制单元30从网络监控单元70获取详细的监控结果。应注意，网络控制单元30和网络监控单元70可以是相同的单元。

在图12的示例中，分支部分52将流经中继交换机和最后一级的交换机(出口交换机)20的初始路由上的业务或流经分支路由的业务分支到网络监控单元70，作为要发送到网络监控单元70的业务。网络监控单元70分析该分支业务。或者，合并部分53合并在最后一级的交换机(出口交换机)20中分支的业务，然后分支部分52在恢复条件(可以确认接收终端40处的质量的条件)下在最后一级的交换机(出口交换机)20或接收终端40中将所恢复的业务分支到网络监控单元70。网络监控单元70分析该分支业务。通过该分析，如果接收终端40将要接收的业务的质量不够好，则向网络控制单元30侧发送指令，并通过改变算法来尝试优化。

[第十示例实施例]

接下来，将描述本发明的第十示例实施例。在该示例实施例中，将对在网络的可选交换机中的分支路由的数量是两个或更多个的情况进行描述。在该示例实施例中，在网络的可选交换机中，分支部分52将业务分支为两个或更多个分支路由。

在其它示例实施例中，示出分支为2个的示例，其中在分支部分52中，根据初始路由生成分支路由。然而，实际上，可以分支为N个(N等于或大于2)。此外，分支部分52可以分支为N个路由，除了初始路由之外，还包括绕行路由中的每一个，如分支路由1和分支路由2。

<示例实施例的关系>

应注意，可以通过组合来执行上述示例实施例。例如，网络控制单元30可以针对出现在多个不同网络的交换机20(20-i，i＝1至n)中的每一个，单独设置来执行与每个示例实施例相对应的分支处理。

<总结>

如上所述，在本发明中，通过动态地执行最佳设计，可以提供不浪费网络负载的功能，从而通过采用多路径路由，使所花费的网络成本最小。

在本发明的动态路由分支系统中，通过监控网络上通信业务的接收质量，计算业务的分支位置、诸如复制和划分的分支方法、以及分支路由，试图实现以接收质量的最大化和稳定化为目的的优化，以及在通信业务经过的节点中的一个或多个可选节点位置(至少一个位置)中，通过诸如复制和划分之类的分支方法，将业务动态分支到多个路由上，而在接收端恢复业务。

在本发明的动态路由分支系统中，实时监控业务质量，即使出现由于网络状态的改变而导致在主路由中丢弃业务的现象，通过用于执行对来自可选上游位置的全部业务进行镜像的镜像功能，仍然可以使用子路由中的业务来快速恢复整个业务，并且可以提高接收终端的业务接收性能。

此外，在本发明的动态路由分支系统中，实时监控业务质量，即使出现在主路由中丢弃具有高优先级的业务的现象，通过用于执行对来自可选上游位置的部分业务(具有高优先级的业务)进行镜像的镜像功能(部分复制功能)，仍然可以使用子路由中的业务来快速恢复具有高优先级的业务，并且可以提高接收终端的业务接收性能。

此外，在本发明的动态路由分支系统中，实时监控业务质量，由于存在针对来自可选上游位置的基于流的分支功能或随机分支功能(基于流的划分功能，以及随机划分功能)，即使出现网络链路拥塞的现象，通过分发到多个路由，仍然可以提高整体带宽，并且可以提高接收终端的业务接收性能。

此外，在本发明的动态路由分支系统中，由于实时监控接收终端中的业务质量，并且存在针对来自可选上游位置的业务的分支功能，即使出现无线网络和有线网络拥塞的现象，仍然可以提高接收终端的业务接收性能。

此外，在本发明的动态路由分支系统中，由于存在在组播通信的接收终端中实时监控业务质量、以及在组播路径中的可选路由上位于树的上游的可选上游位置对业务进行分支的功能，即使一部分组播路径的路由拥塞而使得出现组播通信的接收终端的接收性能下降的现象，仍然可以动态提高该路由的业务性能，并提高组播通信的接收终端的下降的业务接收性能。

此外，在本发明的动态路由分支系统中，由于存在将分支业务的目的地动态地指定到除接收终端之外的其他目的地(例如，网络监控单元的地址)的功能，通过在必要部件中动态地执行状态监控，可以优化网络控制单元的算法设置，并提高接收终端的接收性能，其中通过冗余路由的镜像操作来改进接收终端的业务性能。

<其它>

如上所述，已经详细地描述了本发明的示例实施例。然而，实际上，本发明并不限于上述示例实施例，本发明包含在不偏离本发明的范围内的多种修改。

应注意，本专利申请要求基于日本专利申请No.JP 2009-263342的优先权。将其公开一并引入作为参考。

Claims (15)

1.一种包括用于在网络中转发数据分组的多个节点的系统，包括：

控制器，用于根据所述数据分组的数据路径的条件，至少选择用于将所述数据路径分支为第一路径和第二路径的节点；以及

由所述控制器选择的节点，能够根据来自所述控制器的指令，将所述数据分组转发至所述第一路径和所述第二路径，

其中，所述第二路径包括所述第一路径的旁路路径。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述节点被配置为向所述第二路径转发通过所述第一路径的数据分组的子集。

3.根据权利要求1所述的系统，还包括：

合并单元，用于合并通过所述第一路径和所述第二路径的数据分组。

4.根据权利要求1所述的系统，还包括：

监控单元，用于监控所述数据路径的所述条件，并将所述条件通知给所述控制器。

5.一种用于在网络中转发数据分组的节点，包括：

第一单元，用于从控制器接收指令，所述控制器根据所述数据分组的数据路径的条件，至少选择所述节点将所述数据路径分支为第一路径和第二路径；以及

第二单元，能够根据所述指令，将所述数据分组转发至所述第一路径和所述第二路径，

其中，所述第二路径包括所述第一路径的旁路路径。

6.根据权利要求5所述的节点，其中所述第二单元被配置为向所述第二路径转发通过所述第一路径的数据分组的子集。

7.根据权利要求5所述的节点，还包括：

合并单元，用于合并通过所述第一路径和所述第二路径的数据分组。

8.根据权利要求5所述的节点，还包括：

监控单元，用于监控所述数据路径的所述条件，并将所述条件通知给所述控制器。

9.一种用于控制用于在网络中转发数据分组的节点的控制器，包括：

第一单元，用于根据所述数据分组的数据路径的条件，至少选择用于将所述数据路径分支为第一路径和第二路径的节点；以及

第二单元，用于向所述节点指示分支所述数据路径，所述节点能够将所述数据分组转发至所述第一路径和所述第二路径，

其中，所述第二路径包括所述第一路径的旁路路径。

10.根据权利要求9所述的控制器，还包括：

第三单元，用于向包括用于合并数据分组的合并单元的节点指示合并通过所述第一路径和所述第二路径的数据分组。

11.根据权利要求9所述的控制器，其中所述第一单元从包括用于监控所述条件的监控单元的节点接收所述数据路径的所述条件。

12.一种用于转发数据分组的方法，包括：

从控制器接收指令，所述控制器根据所述数据分组的数据路径的条件，至少选择用于将所述数据路径分支为第一路径和第二路径的节点；以及

根据所述指令，将所述数据分组转发至所述第一路径和所述第二路径，

其中，所述第二路径包括所述第一路径的旁路路径。

13.根据权利要求12所述的方法，其中向所述第二路径转发通过所述第一路径的数据分组的子集。

14.根据权利要求12所述的方法，还包括：

合并通过所述第一路径和所述第二路径的数据分组。

15.根据权利要求12所述的方法，还包括：

监控所述数据路径的所述条件，并将所述条件通知给所述控制器。