JP2005217754A

JP2005217754A - ネットワーク管理システム

Info

Publication number: JP2005217754A
Application number: JP2004021429A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Matsuura; 洋松浦; Hideo Imanaka; 秀郎今中; Kazumasa Takami; 一正高見
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2024-01-29
Also published as: JP4262108B2

Abstract

【課題】ルータ及びネットワークに負荷をかけず、ルーティングにおける遅延を極小化し、ノードの交換能力によるパス設定ブロック率を極小化し、制約ベースのルーティングをMandatory，Preferred条件についても可能にするネットワーク管理システムを提供する。
【解決手段】各サブネットワーク管理オブジェクト３０ａ〜３０ｄは、管理下のすべてのノードについて、あらかじめ考えられ得る起点と終点間でのルートのリストを作成・保持しておく。そして、マネージャシステム４０から起点、終点およびルーティング制約条件が指定されたパス設定要求を受けると、各サブネットワーク管理オブジェクト３０ａ〜３０ｄが協働して、各々が保持するリストの中から前記ルーティング制約条件を満たし、かつ、コストが最小となるルートを抽出することにより候補ルートを設定して返却する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばＧＭＰＬＳ（Generalized Multi-protocol Label Switching）ネットワーク等で利用される帯域を保証するＲＳＶＰ（Resource Reservation Protocol）のように、起点のルータが終点のルータまでの明示的なルートを指定してパス設定を行う際のルーティングおよびその後のパス管理を行うネットワーク管理システムに関する。

ＯＳＰＦ（Open Shortest Path First：（非特許文献１，２等参照））プロトコルに基づいた各ルータのコントロールプレーンによるルーティング手法について、図１０〜図１１を用いて説明する。
図１０は、ＯＳＰＦでの同一エリア内のルーティング手法について説明するための図である。図１０において、１０１〜１０５はルータであり（Ｒ：Router）、２０１は指名ルータ（ＤＲ：Designated Router）、３０１はバックアップ指名ルータ（ＢＤＲ：Backup Designated Router）、４０１〜４１１はルータ間の両方向のリンクを示す。

ルータは、データパケットのルーティング処理を行うためのノードである。指名ルータ２０１は、ルータの機能も持つが、１０１〜１０５，３０１の各ルータと隣接関係を確立し、リンクステート情報のやり取りを行うことにより、同一エリア内でリンクステート情報の同期を取る中心的な役割を果たす。バックアップ指名ルータ３０１は、指名ルータ２０１が故障した際に他のルータとの間で隣接関係を築く事が出来るルータである。４０１〜４１１のリンクは両方向であり、方向毎に異なるリンクステート情報を持つことが可能である。リンクステート情報は、遅延、スループット、信頼性等の条件に応じて、数値で表されるが、リンクの利用頻度に応じて動的に反映されることが望ましい。各ルータは、そのルータに繋がっているリンクのリンクステート情報を指名ルータ２０１に送り、他のルータに繋がっているリンクのリンクステート情報は、指名ルータから得ることにより全エリア内のルータで同一のリンクステート情報を保持する。

エリア内でルーティングを行う際は、起点となるルータは終点のルータを指定されてパス設定の要求を受けたときに、ルータが保持しているエリア内すべてのリンクステート情報からダイクストラのアルゴリズムにより終点までの最短経路を求める。
一方、図１１は、ＯＳＰＦでの複数エリアに跨るルーティング手法について説明するための図である。図１１において、１０６〜１１７はルータであり、２０２〜２０５は指名ルータ、３０２〜３０５はバックアップ指名ルータ、４１２〜４５１は各エリア内の両方向リンク、５０１〜５０４はエリア境界ルータ（ＡＢＲ：Area Border Router）、６０１〜６０４はエリア間の両方向リンクを示す。

エリア境界ルータ５０１〜５０４は、エリア間のリンクステート情報と論理ノード（図では、論理NodeＡから論理NodeＤ）の情報を数値としてやりとりする。エリア境界ルータ間で交換した情報も、各エリアの指名ルータ２０２〜２０５から得ることにより全てのルータで共用される。

エリア間にまたがるルーティングを行う際は、起点となるルータは終点のルータを指定されてパス設定の要求を受けたときに、ルータが保持しているエリア内のリンクステート情報からエリア境界ルータまでのルートを定めるとともに、論理ノード間のルーティングをエリア間のリンクステート情報および論理ノードのステート情報により行う。他のエリア内のルーティングは、他のエリアのエリア境界ルータが行う。

J.Moy, "OSPF Version 2," RFC 2328, April 1998.

OSPF(Open Shortest Path First)、インターネット <URL:http://www.wakhok.ac.jp/~kida/semi/OSPF/>

ＯＳＰＦでのルーティングは、ルータがユーザデータを転送する帯域の他にルータ間でのリンクステート情報のやりとりのためのデータ帯域を確保する必要があるとともに、ルータに対する負荷が大きくなる。また、ルータ間で同じ情報を共有するので、情報の絶対量がルータの数に応じて大きくなる。

そして、ＯＳＰＦでは、パス設定のたびにダイクストラのアルゴリズムを走らせて最短パスを求める必要があるが、ダイクストラの計算量のオーダはＮをノード数、Ｌをリンク数とした場合、Ｏ（Ｌ log(Ｎ)）となり、１秒間にいくつものパス設定要求がある場合は遅延が生じることが懸念される。

また、ＯＳＰＦでは、リンクステート情報を元にルーティングを行うが、ルータの交換機能をリンクステート情報で考慮出来ない問題がある。特に、光の波長をスイッチングするようなルータは、非常に高価であり、全ての波長を交換できるとは限らない。その場合はルータの交換能力が原因でルーティング出来ない場合がある。

例えば、図１２は、図１１の論理NodeＡのエリアの中でのルーティングを示したものであるが、ここでは、各リンクにそれぞれ分数で示された数値が割り当てられていると仮定する。その場合、起点ルータ１０８から終点ルータ３０２までのリンクのコストが最も小さいルートは図中の矢印が示すルートになるが、もしルータ５０１で波長の交換能力が不十分等の場合は、このルートにパスを設定することができない。

また、制限付きルーティング（Exclude（省く）、Mandatory（必須）、Preferred（望ましい））を行うときに、その制限を付けられる範囲に限りがある。これらの条件で指定する対象は、リンク及びルータ等のノードがある。
Excludeで指定する対象は、ルートを選択する際に通過してはならないものである。Exclude指定はノード、リンク等の故障時に故障箇所を避けるために利用されるほかに、ＶＰＮを実現するために利用する事が考えられる。

Mandatoryで指定する対象は、ルートを選択する際に必ず通過しなければならないものである。Mandatory指定は、交換能力の高いルータを指定する際、あるいは大群化効果が特に高い区間に適用する事が考えられる。
Preferredで指定する対象は、ルートを選択する際に通過するほうが望ましいものである。Preferred指定は、一時的な輻輳に対処する手法として輻輳していない区間をPreferred指定する際に適用する事が考えられる。

Exclude指定は、ＯＳＰＦでルーティングを決める際のダイクストラのアルゴリズムの中で、Exclude指定の対象がルート選択の仮定で現れたときに、それを候補からはずすことで実現可能であるが、Mandatory指定、Preferred指定についてはＯＳＰＦで実現することは難しい。例えば、Mandatory指定で指定される対象が２個以上になった場合は、どのMandatory対象を先に通るかなどすべて計算することはＯＳＰＦでは実現されていない。また実現した場合も、計算量は膨大になる。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、ルータ及びネットワークに負荷をかけず、ルーティングにおける遅延を極小化し、ノードの交換能力によるパス設定ブロック率を極小化し、制約ベースのルーティングをMandatory，Preferred条件についても可能にするネットワーク管理システムを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために、本発明は、階層分散型で配置されたサブネットワーク管理システム間で連携して、パスルーティングの管理を行うネットワーク管理システムにおいて、前記各サブネットワーク管理システムは、管理下のすべてのノードについて、あらかじめ考えられ得る起点と終点間でのルートのリストを保持するリスト保持手段と、起点、終点およびルーティング制約条件が指定されたパス設定要求を受け付け、前記リスト保持手段に保持されたリストの中から前記ルーティング制約条件を満たし、かつ、コストが最小となるルートを抽出して返却するパス設定手段とを具備することを特徴とする。

また、本発明は、前記各サブネットワーク管理システムが、ルート抽出条件が指定された前記リストの作成要求を受け付け、前記あらかじめ考えられ得る起点と終点間でコストが最小となる最適ルートを各々抽出するとともに、前記抽出した各最適ルートで通過する各ノードについて、そのノードから導出される最適ルートにて不採用のいずれかのリンクを通って当該ノードから最小のコストで他のノードに至るルートをその最適ルートの起点から当該ノードまで以後に加えたサブルートを、前記ルート抽出条件を満たす範囲で抽出し、前記リスト保持手段に保持させるルートのリストを作成するリスト作成手段をさらに具備することを特徴とする。

また、本発明は、前記各サブネットワーク管理システムが、ルート抽出条件が指定された前記リストの作成要求を受け付け、前記あらかじめ考えられ得る起点と終点間でコストが最小となる最適ルートを各々抽出するとともに、前記抽出した各最適ルートで通過する各ノードについて、そのノードから導出される最適ルートにて不採用の各リンク毎に、そのリンクを通って当該ノードから最小のコストで他のノードに至るルートをその最適ルートの起点から当該ノードまで以後に加えたサブルートを、前記ルート抽出条件を満たす範囲で抽出し、前記リスト保持手段に保持させるルートのリストを作成するリスト作成手段をさらに具備することを特徴とする。

また、本発明は、前記リスト作成手段が、ルートコストおよびホップ数を前記ルート抽出条件の指定として受け付け、指定されたルートコストおよびホップ数が制限内に収まるサブルートを抽出することを特徴とする。
また、本発明は、前記パス設定手段が、前記ルーティング制約条件によってMandatory 指定がなされたノードを含まないルートおよびExclude 指定がなされたノードを含むルートを抽出対象から除外する手段を有することを特徴とする。

本発明においては、複数のルータで冗長に保持していたルーティング情報をサブネットワーク管理システムで一括に保持することにより、保持情報量の絶対量を減らし、ルータ間のリンクステート情報のやりとりを排除し、ルータの負荷を軽減する。
また、ＯＳＰＦではルーティングの度に計算していたダイクストラのアルゴリズム走行を行わず、ルーティングとは異なるスレッドでプライオリティの高いルートリスト作成を行うことにより、ルーティング時における遅延を軽減し、そのルートリストの中からコストの安いものから順にリストの数だけパス設定のリトライをすることにより、ルータの交換能力が原因でルーティング出来ない場合を極小化する。

さらに、制限付きルーティング（Exclude（省く）、Mandatory（必須）、Preferred（望ましい））について、あらかじめ保持するルートリストの中でMandatory対象を含むルートを抽出した後に、コスト比較する手法でMandatory制約を実現し、あらかじめ保持するルートリストの中でPreferred対象をより多く含むルートを抽出する手法でPreferred制約を実現する。

この発明によれば、ルータ及びネットワークに負荷をかけず、ルーティングにおける遅延を極小化し、ノードの交換能力によるパス設定ブロック率を極小化し、制約ベースのルーティングをMandatory，Preferred条件についても可能にするネットワーク管理システムを提供することができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。
図１は、本実施形態のシステム構成図である。ＧＭＰＬＳ（Generalized Multi-Protocol Label Switching）のルータに対しての適用例を示す。
図において、１０ａ〜１０ｊは管理対象のＧＭＰＬＳルータである。１１ａ〜１１ｉは管理対象ＧＭＰＬＳネットワークの各ルータ間のリンクを示す。また、２０ａ〜２０ｊは１０ａ〜１０ｊにそれぞれ対応し、その対応するルータの監視、制御を行うためのネットワークエレメント（ＮＥ：Network Element）管理システムである。２１ａ〜２１ｉは１１ａ〜１１ｉのリンクにそれぞれ対応する管理オブジェクト（リンク）であり、システムとしては上位のＧＭＰＬＳサブネットワーク管理システム（ＮＭＳ）内で管理される。２２ａ〜２２ｄはリンクの中で実際にユーザのパスとして使われているリンクコネクションを管理するための管理オブジェクト（ＬＣ：Link Connection）である。例えばリンクが光ファイバーの場合は、リンクコネクションはその中で使用される波長が対応する。２３ａ〜２３ｃは管理対象のＧＭＰＬＳルータ内であるユーザのパスに使われているスイッチングを管理するための管理オブジェクト（ＸＣ：Cross Connection）である。例えば波長のスイッチングをするルータでは赤の波長が青の波長に交換される事等を管理する。システム的にはクロスコネクトオブジェクトはＮＥ管理システム内で管理される。

３０ａ〜３０ｄはＧＭＰＬＳサブＮＭＳ（ＧＳＮ：GMPLS Subnetwork）である。ＧＭＰＬＳサブＮＭＳ３０ａ（ＧＳＮ＿ｉ）は下位にあるＮＥ管理システム２０ａ〜２０ｅへのポインタ、リンクオブジェクト２１ａ〜２１ｄおよびリンクコネクションオブジェクト２２ａ，２２ｂを保持する。また、リンクコネクション２２ａ、クロスコネクション２３ａ、リンクコネクション２２ｃ、クロスコネクション２３ｂが形作る３０ａ内でのエンドエンドコネクションを管理するための管理オブジェクト（ＳＮＣ：SubnetworkConnection）３１ａを保持する。同様に、ＧＭＰＬＳサブＮＭＳ３０ｂ（ＧＳＮ＿ｊ）は下位にあるＮＥ管理システム２０ｆ，２０ｈ，２０ｉへのポインタ、リンクオブジェクト２１ｇ，２１ｈおよびリンクコネクションオブジェクト２２ｄを保持し、クロスコネクション２３ｃとリンクコネクション２２ｄが形作るサブネットワークコネクションオブジェクト３１ｂを保持する。ＧＭＰＬＳサブＮＭＳ３０ｃ（ＧＳＮ＿ｋ）は下位にあるＮＥ管理システム２０ｇ，２０ｊのポインタとリンクオブジェクト２１ｉとを保持する。ＧＭＰＬＳサブＮＭＳ３０ｄ（ＴＯＰ＿ＧＳＮ）は、下位の３つのＧＭＰＬＳサブＮＭＳへのポインタと下位サブネットワーク間のリンクオブジェクトである、２１ｅ，２１ｆおよび２１ｅ内のリンクコネクションオブジェクト２２ｃを保持する。また、下位のサブネットワークコネクション３１ａ、リンクコネクション２２ｃおよび下位のサブネットワークコネクション３１ｂが形作るＧＭＰＬＳサブＮＭＳ３０ｄ内でのエンドエンドのコネクションであるサブネットワークコネクション３１ｃを保持する。

もし、サブネットワークコネクション３１ｃがパスの起点と終点を両端に保持するのであれば、ＧＭＰＬＳサブＮＭＳ３０ｄはエンドエンドのパスオブジェクト（トレイルオブジェクト）も保持する。トレイルオブジェクトはサブネットワークコネクションオブジェクトが持たない、パス利用者の情報など、そのパスに対するカスタマ情報を保持する。

マネージャーシステム４０は、これらの階層分散型ＮＭＳに対して監視／制御の要求をする。監視については、リンクとノードの構成情報、ユーザパスの構成情報をサブネットワーク単位に表示することが可能である。また、リンクの中のリンクコネクション情報を要求することもできる。また、ルータ、リンクの故障をその影響するパスと合わせてＧＭＰＬＳサブＮＭＳから取得することが可能である。リンクの新規追加や、パスの新規追加は、対象のリンク、パスが収まるＧＭＰＬＳサブＮＭＳに対して要求することによって設定する。

なお、図は単なる例示であり、ＧＭＰＬＳサブＮＭＳの階層数および同一階層中のサブＮＭＳ数、サブＮＭＳが管理する下位サブＮＭＳ／ＮＥ管理システムのグループ単位は任意であって何ら制限はない。
図２に、階層分散型ＮＭＳでの階層型ルートの管理実施例を示す。図１で示したＧＭＰＬＳネットワークを再度、実施例として説明する。なお、ルートの管理のため、ルータ間のリンクは束として扱い、その代表リンクをルート管理用に利用する。

１２ａ〜１２ｉは、図１のリンク１１ａ〜１１ｉに対応する区間の代表リンク（ｌｉｎｋ１^*〜ＬＩＮＫ９^*）を示し、また、階層ルート３２ａ，３２ｂは、階層分散型ＮＭＳでのルートを管理するためのものであるが、その中では、上位階層のＧＭＰＬＳサブネットワークが保持する下位サブネットワーク、その下位サブネットワークが保持するさらなる下位サブネットワークあるいはＮＥというように、階層的にエンドエンドのルートを表現する。

図中の階層ルート＿１：３２ａはサブネットワークＴＯＰ_ＧＳＮ３０ｄ内でサブネットワークＧＳＮ_ｉ３０ａ，代表リンクＬｉｎｋ５^*１２ｅ，サブネットワークＧＳＮ_ｊ３０ｂのルートを持ち、ＧＳＮ_ｉ３０ａ内でルータＬＥＲ１：２０ａ，代表リンクＬｉｎｋ１^*１２ａ，ルータＬＳＲ１：２０ｂ，代表リンクＬｉｎｋ２^*１２ｃ，ルータＬＳＲ２：２０ｄのルートを持ち、ＧＳＮ_ｊ３０ｂ内でルータＬＳＲ４：２０ｆ，代表リンクＬｉｎｋ６^*１２ｇ，ルータＬＥＲ３：２０ｈのルートを持つ。一方、階層ルート＿２：３２ｂはサブネットワークＴＯＰ_ＧＳＮ３０ｄ内でサブネットワークＧＳＮ_ｉ３０ａ，代表リンクＬｉｎｋ８^*１２ｆ，サブネットワークＧＳＮ_ｋ３０ｃのルートを持ち、ＧＳＮ_ｉ３０ａ内でルータＬＥＲ１：２０ａ，代表リンクＬｉｎｋ１^*１２ａ，ルータＬＳＲ１：２０ｂ，代表リンクＬｉｎｋ３^*１２ｄ，ルータＬＳＲ３：２０ｅのルートを持ち、ＧＳＮ_ｋ３０ｃ内でルータＬＳＲ５：２０ｇ，代表リンクＬｉｎｋ９^*１２ｉ，ルータＬＥＲ５：２０ｊのルートを持つ。

階層型ＮＭＳを用いてのＧＭＰＬＳネットワーク上で図２の階層ルート＿１上でパス設定をする際のシーケンスを図３に示す。
マネージャシステム４０は、設定するパスの始点と終点のルータを含む最小のＧＭＰＬＳサブＮＭＳ３０ｄに対してルーティング要求であるsetupRoute要求を行う（１）。この要求を受け取ったＧＭＰＬＳサブＮＭＳ３０ｄは、階層分散型ＮＭＳ内のサブＮＭＳ間（３０ａ，３０ｂ，３０ｄ）で連携してルートを定める（２）。このプロセスについては図５で詳細に記す。そして、この結果は、図２の階層ルート（ＨＲ）の形式でsetupRouteのリプライとしてマネージャシステムに返還される（３）。

次に、マネージャシステム４０は、起点ルータ１０ａに対して、このＨＲの結果を基に明示的に経路を指定してパス設定要求を行う（４）。この際、ルータレベルで経路を設定することも可能であるし、ＨＲのサブネットワークレベルで経路を指定し、ルータレベルでの経路はルータの自律分散に委せる事も可能である。

マネージャシステム４０は、パス設定要求が正常に行われたことをReplyにより確認する（５）。このReplyは、実際に、パス設定時に使われたリンクと、ＧＭＰＬＳの場合はその中のリンクコネクションが使っているラベルとを返す。
マネージャシステム４０は、次に設定するパスを管理するための管理オブジェクト群を作成するため、作成したパスが通るルータに対応するＮＥ管理システム（２０ａ，２０ｂ，２０ｄ，２０ｆ，２０ｈ）に対してsetupTrail要求をそれぞれ送信する（６）。その際の引数としては、パス設定に使われたルータ内のラベルスイッチングのためのラベルおよびＨＲがある。ＨＲの代表リンクは、この際に本当に使われたリンクに置き換えられている。

要求を受けたＮＥ管理システムは、ルータ内のスイッチングを管理するクロスコネクタ（ＸＣ）マネージドオブジェクト（ＭＯ）（図１の２３ａ〜２３ｃ）と、その両端の終端点（ＴＰ）ＭＯとを作成し（７）、その結果を上位のＧＭＰＬＳサブＮＭＳ（３０ａ，３０ｂ）に送信する（８）。その際にＨＲ，ＸＣ，ＴＰを引数として付与する。ＧＭＰＬＳサブＮＭＳは、ＨＲで下位から受け取ったＸＣの順番を確認して、対応するサブネットワークコネクションオブジェクト（ＳＮＣ，図１の３１ａ，３１ｂ）を作成する際に、そのコンポーネントとして下位ＸＣの順列を保持する。またリンクコネクション（ＬＣ）オブジェクト（図１の２２ｂ，２２ｄ）を対応するＨＲに記載されているＬｉｎｋの中に作成する（９）。

次に、サブＮＭＳ３０ａ，３０ｂは、上位のサブＮＭＳ３０ｄに対して結果を送信する（１０）。その際にＨＲ，ＳＮＣ，ＴＰを引数として付与する。一方、上位サブＮＭＳ３０ｄは、同様にＭＯを作成するが（１１）、ＨＲを参考にＳＮＣ（図１の３１ｃ）のコネクションとして下位ＳＮＣの順列（図１の３１ａ，３１ｂ）を保持する。また、ＬＣ（図１の２１ｅ）をＨＲが示すＬｉｎｋの中に作成する。ユーザのエンドエンドのコネクションは自身が持つＳＮＣに対応するので、トレイルオブジェクトを作成する。

そして、最後に、サブＮＭＳ３０ｄは、setupTrailに対するリプライを、Trailを引数として返す（１２）。
ここでの特徴は、マネージャシステム４０は、ルーティングの処理要求（１）と管理オブジェクトの作成の処理要求（６）とを別々の処理として階層分散型ＮＭＳに対して要求できるので、ルーティング処理要求が十分に早ければ、ルーティングによる負荷は軽減できる。

図４に、本実施形態の階層分散型ＮＭＳで制約付きルーティングをする際の各サブネットワーク単位の制約条件の付け方を例を用いて示す。
マネージャシステム４０は、プロファイル設定ファイル４１ａ，４１ｂを用いて各サブネットワーク単位にルーティング制約を設定することを可能とする。１つのサブネットワークに複数のプロファイルを設定することは、プロファイルファイルを複数用いることにより可能となる。

プロファイル設定ファイル＿１：４１ａは、ＴＯＰ_ＧＳＮ３０ｄに対して適用されるが、これはＧＳＮＩｄをＴＯＰ_ＧＳＮ３０ｄに設定することにより明示される。profileIdは、プロファイル設定ファイルのＩＤであり、この例ではProfile＿１となっている。routingOptionは、ＴＯＰ_ＧＳＮ３０ｄに適用する制約条件を記述する。excludedは、Ｌｉｎｋ５^{* １２ｅ}を通らないようにルーティングする条件をつけている。excludedは、ＧＳＮ_ｋ３０ｃを通らないようにルーティングする条件をつけている。そして、preferredは、Ｌｉｎｋ８^*１２ｆを通ることが望ましいとする条件をつけている。

ここで、明記するべきところは、ＴＯＰ_ＧＳＮ３０ｄの制約の対象になるものは、そのサブＮＭＳが保持するオブジェクト（例えば、Ｌｉｎｋ５^*１２ｅ，Ｌｉｎｋ８^*１２ｆ）か、１段階層が低いもの（例えば、ＧＳＮ_ｉ３０ａ，ＧＳＮ_ｊ３０ｂ，ＧＳＮ_ｋ３０ｃ）である。ルータ群２０ａ〜２０ｊは、下位のサブＮＭＳがその管理を行っているので制約条件の対象とならない。

一方、プロファイル設定ファイル＿２：４１ｂは、ＧＳＮ_ｊ３０ｂに対して適用される。Mandatoryは、Ｌｉｎｋ６^*１２ｇを必ず通るようにルーティングする条件をつけている。そして、excludedは、ＬＥＲ４：２０ｉを通らないようにルーティングする条件をつけている。

図５に、本実施形態の階層分散型ＮＭＳ内サブＮＭＳ間の協調による階層ルートの抽出手法を示す。
マネージャシステム４０からのsetupRoute要求（１）を受けたＧＭＰＬＳサブＮＭＳは、その始点のＮＥ管理システムを持つサブネットワーク（あるいはルータ）と終点のＮＥ管理システムを持つサブネットワーク（あるいはルータ）を始点と終点に持つルートをすべて抽出する（ステップＡ１）。マネージャシステムからのＮＥ指定要求にはそのＮＥが含まれるサブネットワークに対する情報が階層構造で指定されているので、各サブネットワークは指定のＮＥが所属するサブネットワークを判別できる。

次に、ステップＡ１で抽出された中から、マネージャシステム４０がプロファイルファイルで指定している場合は、Mandatory要素を含まないルート及びExcludeの要素を含むルートをすべて除外する（ステップＡ２）。ここで、残りのルートの数をチェックし（ステップＡ３）、もしルートがひとつも無くなった場合は（ステップＡ３のＮＯ）、“No Resource”例外通知をマネージャシステムに返還する。一方、ルートが２つ以上ある場合には、ルートが持つPreferred要素の数を比較し、Preferred要素を多く含むルートを抽出する（ステップＡ４）。そして、このステップＡ４までの過程で、ルートが一意に定まらない場合は、ルートを構成するリンクコストの総和を比較してコストが小さいルートを選択する（ステップＡ５）。

また、下位ＧＭＰＬＳサブＮＭＳがある場合は（ステップＡ６のＹＥＳ）、サブＮＭＳ内を通るルートのコンポーネントの両端のＮＥ管理システムを指定して、ルート作成要求を要求する。ＮＥ管理システムは、上位システムのリンクの属性として接続するＮＥ管理システムへのポインタを持つことから導出可能である。

このステップＡ１〜ステップＡ６のプロセスを下位のサブＮＭＳがなくなるまで繰り返した結果得られる階層的なルートは、マネージャシステム４０からsetupRoute要求を受け取ったサブＮＭＳが、マネージャシステム４０に階層ルート（ＨＲ）形式で送信する。そして、マネージャシステム４０は、始点ルータに対してルートを指定してパス設定するように要求する（図３の（４））。

本手法により、Excluded，Mandatory，Preferredのルーティングの制約を、リンクのコストの総和よりプライオリティを高くして設定することが可能になる。また、ステップＡ５におけるルートのリンクコスト総和は、あらかじめルートリスト作成時にコスト順にソーティングしているので、ルート設定のときにダイクストラのアルゴリズムを走らせる必要がない。

多くの場合は制約条件がなく、リンクコストのみのルーティングとなるが、その場合はあらかじめコストミニマムなルートが選ばれているので、スタティックルーティングと同様にルーティングによる遅延は極小化可能である。
図６乃至図８には、図５のステップＡ１で抽出する母集団のルートリストの作成手法が各々示されている。

図６は、Ｎ（Ｎは２以上の整数）個のノードを管理しているあるサブネットワーク管理システムが、ルート抽出条件を指定されてルートのリスト作成要求を受けた際に、コストミニマムなルートが通るノードからの最適なルートを除いた、次最適なルートを抽出する例を示すものである。

サブネットワーク管理システムは、まず、起点となるＮＥ（ＮＥ管理システム）あるいはＳＮ（サブネットワーク管理システム）を抽出する（ステップＢ１）。“起点計算済”フラグが設定されてない起点ＮＥ／ＳＮがすでに存在しない場合は（ステップＢ２のＮＯ）、アルゴリズムの終了となる。一方、もし、１つでも存在する場合は（ステップＢ２のＹＥＳ）、ステップＢ１で選択した起点ＮＥ／ＳＮからダイクストラのアルゴリズムを走行し、その起点から他のＮＥ／ＳＮまでの最短経路（ルート）を求め（ステップＢ３）、その求めた複数ルートのうちから１つのルートの終端ＮＥ／ＳＮを抽出する（ステップＢ４）。

ここで、“計算済”のフラグが設定されてない終点ＮＥ／ＳＮがすでに存在しない場合には（ステップＢ５のＮＯ）、ステップＢ１で選択した起点のＮＥ／ＳＮに“起点計算済”フラグを設定し、他のＮＥ／ＳＮの“計算済”フラグを解除する（ステップＢ６）。一方、“計算済”フラグが設定されていない終点ＮＥ／ＳＮが存在する場合は（ステップＢ５のＹＥＳ）、ステップＢ３におけるダイクストラのアルゴリズムで対象とならなかったルータ間の区間代表Ｌｉｎｋを選択する（ステップＢ７）。もし、このようなＬｉｎｋが存在しない場合は（ステップＢ８のＮＯ）、対象のＮＥ／ＳＮに“計算済”フラグを設定し、ステップＢ３で選ばれたルート上で起点のＮＥ／ＳＮに向けて１つ先のＮＥ／ＳＮを選択する（ステップＢ９）。そして、ステップＢ９で選択したＮＥ／ＳＮが“計算済”以外かどうかを判断し（ステップＢ１０）、“計算済”の場合（ステップＢ１０のＮＯ）、ステップＢ４に移行して、次の終点ＮＥ／ＳＮを選択する。一方、“計算済”でない場合は（ステップＢ１０のＹＥＳ）、そのＮＥ／ＳＮを選択して、ステップＢ７の処理に移行する。

また、区間代表リンクが存在する場合は（ステップＢ８のＹＥＳ）、ステップＢ７の条件を満たす区間代表Ｌｉｎｋだけ（条件を満たすものはすべて）を保持するとして当該ＮＥ／ＳＮからダイクストラのアルゴリズムを走行する（ステップＢ１１）。そして、ステップＢ１で選択した起点から当該ＮＥ／ＳＮまでのルートの先に、ステップＢ１１で得られたルートを追加したルートをサブＮＭＳのルートリストの候補とし、マネージャシステム４０によって指定されたルートリスト条件（最適ルートのコストに対する許容コスト（％）、ホップ数）を満たす場合は、この候補をサブＮＭＳ内のルートリストに追加する（ステップＢ１２）。この後は、ステップＢ９に移行する。

ステップＢ１〜ステップＢ３の処理は、ノード数をＮ個としているので、Ｎ回操作される。また、最適なルートを通るノードの数回、ステップＢ４〜ステップＢ７の処理はループすることになるので、最大Ｎ回の処理が行われる。ダイクストラの計算量は、Ｌを区間代表のリンク数とした場合、Ｏ（Ｌ log（Ｎ））なので、この計算量はＯ（Ｎ²Ｌ log（Ｎ））となる。

図７は、Ｎ個のノード、Ｌ（Ｌは１以上の整数）本の両方向リンクを管理しているあるサブネットワーク管理システムが、ルート抽出条件を指定されてルートのリスト作成要求を受けた際に、コストミニマムなルートを通るノードから出ているリンクでコストミニマムとなるもの以外のリンクを指定して、そのリンクを通るコストミニマムなルートを抽出する例を示すものである。

サブネットワーク管理システムは、まず、起点となるＮＥ（ＮＥ管理システム）あるいはＳＮ（サブネットワーク管理システム）を抽出する（ステップＣ１）。“起点計算済”フラグが設定されてない起点ＮＥ／ＳＮがすでに存在しない場合は（ステップＣ２のＮＯ）、アルゴリズムの終了となる。一方、もし、１つでも存在する場合は（ステップＣ２のＹＥＳ）、ステップＣ１で選択した起点ＮＥ／ＳＮからダイクストラのアルゴリズムを走行し、その起点から他のＮＥ／ＳＮまでの最短経路（ルート）を求め（ステップＣ３）、その求めた複数ルートのうちから１つのルートの終端ＮＥ／ＳＮを抽出する（ステップＣ４）。

ここで、“計算済”のフラグが設定されてない終点ＮＥ／ＳＮがすでに存在しない場合には（ステップＣ５のＮＯ）、ステップＣ１で選択した起点のＮＥ／ＳＮに“起点計算済”フラグを設定し、他のＮＥ／ＳＮの“計算済”フラグを解除する（ステップＣ６）。一方、“計算済”フラグが設定されていない終点ＮＥ／ＳＮが存在する場合は（ステップＣ５のＹＥＳ）、ステップＣ３におけるダイクストラのアルゴリズムで対象とならなかった当該終点ＮＥ／ＳＮからの区間代表Ｌｉｎｋを選択する（ステップＣ７）。もし、このようなＬｉｎｋが存在しない場合（ステップＣ８のＮＯ）、対象のＮＥ／ＳＮに“計算済”フラグを設定し、ステップＣ３で選ばれたルート上で起点のＮＥ／ＳＮに向けて１つ先のＮＥ／ＳＮを選択する（ステップＣ９）。そして、ステップＣ９で選択したＮＥ／ＳＮが“計算済”以外かどうかを判定し（ステップＣ１０）、“計算済”の場合（ステップＣ１０のＮＯ）、ステップＣ４に移行して、他の終点を選択する。一方、“計算済”ではない場合は（ステップＣ１０のＹＥＳ）、ステップＣ７の処理に移行する。

また、区間代表リンクが存在する場合は（ステップＣ８のＹＥＳ）、ステップＣ７の条件を満たす区間代表Ｌｉｎｋを１本だけ保持するとして当該ＮＥ／ＳＮからダイクストラのアルゴリズムを走行する（ステップＣ１１）。そして、ステップＣ１で選択した起点から当該ＮＥ／ＳＮまでのルートの先に、ステップＣ１１で得られたルートを追加したルートをサブＮＭＳのルートリストの候補し、マネージャシステム４０によって指定されたルートリスト条件（最適ルートのコストに対する許容コスト（％）、ホップ数）を満たす場合は、この候補をサブＮＭＳ内のルートリストに追加する（ステップＣ１２）。この後は、ステップＣ７で選択された区間代表リンクに“計算済”フラグを設定し（ステップＣ１３）、ステップＣ７の処理に移行する。

ステップＣ１〜ステップＣ３の処理は、ノード数をＮ個としているので、Ｎ回操作される。また、最適なルートを通るノードから延びている代表リンクの数回、ステップＣ４〜ステップＣ９の処理はループすることになるので、最大Ｌ回の処理が行われる。ダイクストラの計算量は、Ｌを区間代表のリンク数とした場合、Ｏ（Ｌ log(Ｎ)）なので、この計算量はＯ（ＮＬ²log(Ｎ)）となる。

図８は、図６と図７で選択するルートリストを視覚的に示すものである。１０ｋ〜１０ｔはダイクストラのアルゴリズムで選択された１０ｋのＮＥから１０ｔのＮＥへの最短経路であるとする。また、例えば１０ｋのＮＥから導出されている１１ｊ，１１ｋ等は、この最短経路以外のリンクである。

図６のアルゴリズムでは、１０ｋ〜１０ｔから最短経路で通ったリンクを除いたリンク（１１ｊ，１１ｋ等）があるとして、再度、終点１０ｔから順にダイクストラのアルゴリズムを走行するものである。１０ｋまでダイクストラのアルゴリズムを走行した次には、１０ｔ以外の終点を選択して同じことを行う。ただし、すでに“計算されている”ＮＥに到達した場合は、次の終点について行う。この処理をすべての終点について行った後、次は起点を１０ｋ以外で選択して同じ事を行う。そして、この処理をすべての起点について行ったときに終了となる。注意すべき点は、ダイクストラで得られたあるノードから終点までのルートを、起点からそのノードまでのルートに加えたものが新しいルートリストになることである。その時に、ルートコスト（最短経路比率）、ホップ数が制限より大きい場合はそのルートはリストから外される。

一方、図７のアルゴリズムでは、１０ｋ〜１０ｔから最短経路で通ったリンクを除いたリンク１本ずつに対して、そのリンクだけがあるとして、終点１０ｔから順にダイクストラのアルゴリズムを走行するものである。１０ｔのすべてのリンクについてダイクストラを走らせたときには、１０ｓ，１０ｒというように１０ｋまで同じ処理を行う。ただし、すでに“計算されている”ＮＥに到達した場合は、次の終点について行う。この処理をすべての終点について行った後、次は起点を１０ｋ以外で選択して同じ事を行う。そして、この処理をすべての起点について行ったときに終了となる。また、図６のアルゴリズムと同様に、注意すべき点は、ダイクストラで得られたあるノードから終点までのルートを、起点からそのノードまでのルートに加えたものが新しいルートリストになることである。その時に、ルートコスト（最短経路比率）、ホップ数が制限より大きい場合はそのルートはリストから外される。

図６および図７のルートリスト作成は、各サブネットワークで定期的に行われる必要がある。なぜならリンクのコストが利用される度に変更になるからである。ただし、この処理は図５のルーティングの度に行われるものではなく、ルーティングの処理とは別スレッドとして走行する。故にルーティングの度にダイクストラのアルゴリズムを走行する必要がなく、ルーティングによる遅延の減少につながる。

図９は、（先に図１２で示した）光波長の交換が出来ない問題でパス設定に失敗する事を回避する本実施形態の例である。本実施形態では、パス設定要求（図３の（４））で起点ルータ１０８から終点ルータ３０２までの第１回目のパス設定（経路：１０８→５０１→３０２）が失敗した場合、失敗した箇所のサブネットワークを通知してもらい、そのサブネットワークのコスト的に２番目に小さい第２ルート候補（１０８→２０２→３０２）を通知してもらう。この処理を繰り返すことにより、ルータの波長能力によるパス設定ブロック率を低く抑える事が可能になる。

以上のように、本実施形態によれば、起点と終点間でのルートのリストを保持し、その中から制約条件を満たしコスト最小になるルートを抽出する手段を設けたことにより、ルータのリンクステート交換の必要性をなくし、リンクステート交換のための帯域負荷をなくすことができる。また、ルータ間で同じ情報を持っていたものをサブネットワーク単位のサブＮＭＳで持つので情報の絶対量を減少させることが可能である。ルーティングの候補はあらかじめ別スレッドで計算されているので、ルーティングの際には遅延を最小化可能である。

また、ルータの光波長の交換能力の問題でパス設定がブロッキングする問題は、ＮＭＳが複数のルート候補をコスト順に提案することにより解決できる。さらに、制約ベースのルーティングをMandatory，Preferred条件についてもあらかじめ保持するルートリストの中から選択することにより、コストの条件の前で反映することを可能とする。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

この発明の実施形態に係る階層分散型ネットワーク管理システムのパスルーティング管理構成図同実施形態で用いる階層ルート例と対応するルートを示す図同実施形態のネットワーク管理システムにおけるパス設定およびパス管理のための管理オブジェクトを作成するシーケンスチャート同実施形態のネットワーク管理システムでルーティングの制約条件をつけるために用いるプロファイル設定ファイル例を示す図同実施形態のネットワーク管理システムにおけるルーティングのフローチャート同実施形態のネットワーク管理システムにおけるルートリスト作成（最大Ｎ²個）のフローチャート同実施形態のネットワーク管理システムにおけるルートリスト作成（最大ＮＬ個）のフローチャート同実施形態のネットワーク管理システムにおいてルートリストで選択されるルートの構成図同実施形態のネットワーク管理システムで光波長交換能力が問題でパス設定が出来ない事を解決する手法を示す構成図従来方式［ＯＳＰＦ］の同一エリア内でのリンクステート情報のやりとりを示す際の構成図従来方式の複数エリア間でのリンクステート情報のやりとりを示す際の構成図従来方式の光波長交換能力が問題でパス設定がブロックされる問題点の構成図

符号の説明

１０ａ〜１０ｊ…ルータ、１１ａ〜１１ｉ…ルータ間リンク、２０ａ〜２０ｊ…ネットワークエレメント管理システム、２１ａ〜２１ｉ…リンク管理オブジェクト、２２ａ〜２２ｄ…リンクコネクション管理オブジェクト、２３ａ〜２３ｃ…クロスコネクション管理オブジェクト、３０ａ〜３０ｄ…サブネットワーク管理システム、３１ａ〜３１ｃ…サブネットワークコネクション管理オブジェクト、４０…マネージャシステム。

Claims

階層分散型で配置されたサブネットワーク管理システム間で連携して、パスルーティングの管理を行うネットワーク管理システムにおいて、
前記各サブネットワーク管理システムは、
管理下のすべてのノードについて、あらかじめ考えられ得る起点と終点間でのルートのリストを保持するリスト保持手段と、
起点、終点およびルーティング制約条件が指定されたパス設定要求を受け付け、前記リスト保持手段に保持されたリストの中から前記ルーティング制約条件を満たし、かつ、コストが最小となるルートを抽出して返却するパス設定手段と
を具備することを特徴とするネットワーク管理システム。
前記各サブネットワーク管理システムは、
ルート抽出条件が指定された前記リストの作成要求を受け付け、前記あらかじめ考えられ得る起点と終点間でコストが最小となる最適ルートを各々抽出するとともに、前記抽出した各最適ルートで通過する各ノードについて、そのノードから導出される最適ルートにて不採用のいずれかのリンクを通って当該ノードから最小のコストで他のノードに至るルートをその最適ルートの起点から当該ノードまで以後に加えたサブルートを、前記ルート抽出条件を満たす範囲で抽出し、前記リスト保持手段に保持させるルートのリストを作成するリスト作成手段
をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のネットワーク管理システム。
前記各サブネットワーク管理システムは、
ルート抽出条件が指定された前記リストの作成要求を受け付け、前記あらかじめ考えられ得る起点と終点間でコストが最小となる最適ルートを各々抽出するとともに、前記抽出した各最適ルートで通過する各ノードについて、そのノードから導出される最適ルートにて不採用の各リンク毎に、そのリンクを通って当該ノードから最小のコストで他のノードに至るルートをその最適ルートの起点から当該ノードまで以後に加えたサブルートを、前記ルート抽出条件を満たす範囲で抽出し、前記リスト保持手段に保持させるルートのリストを作成するリスト作成手段
をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のネットワーク管理システム。
前記リスト作成手段は、ルートコストおよびホップ数を前記ルート抽出条件の指定として受け付け、指定されたルートコストおよびホップ数が制限内に収まるサブルートを抽出することを特徴とする請求項２または３記載のネットワーク管理システム。
前記パス設定手段は、前記ルーティング制約条件によってMandatory 指定がなされたノードを含まないルートおよびExclude 指定がなされたノードを含むルートを抽出対象から除外する手段を有することを特徴とする請求項１記載のネットワーク管理システム。
前記パス設定手段は、前記ルーティング制約条件によってPreferred 指定がなされたノードをより多く含むルートを優先して抽出する手段を有することを特徴とする請求項１または５記載のネットワーク管理システム。