JP2005323129A - 通信路経路決定方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】
ルーティングプロトコルによって経路制御されるネットワークシステムの、経路制御プログラム、ネットワーク装置に関する。従来、RSVPなどの資源予約プロトコルにより予約された残りの資源量に応じて、LSP経路を決定していたため、資源の不足による輻輳やLSPの切断やトラフィックが少ないときの資源の無駄の防止、トラフィック変動に応じた適切な資源割当が課題となる。
【解決手段】
リンクの通信品質の実測値に関する属性を取得し、リンクステートプロトコルによりネットワーク上に広告する。また、通信品質の予想値を算出し、広告する。各ネットワーク装置の経路計算部は、受信したリンクステート広告を用いて経路を決定する。これらにより、資源の無駄を防止可能となり、資源不足による輻輳やLSPの切断が発生した際或いはこれらの発生が予測される際に、適切に経路を変更可能となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ルーティングプロトコルによって経路制御されるネットワークシステムの、経路制御プログラムに関する。
通信ネットワークの通信品質を制御するための技術として、GMPLS（IETF, Internet-Draft, draft-ietf-ccamp-gmpls-architecture-07.txt, Eric Mannie他, “Generalized Multi-Protocol Label Switching Architecture”）などの技術がある。本技術は、GMPLS RSVP-TE（IETF, RFC3473, L. Berger他, ”Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) Signaling Resource ReserVation Protocol-Traffic Engineering (RSVP-TE) Extensions”）などのシグナリングプロトコルにより、波長スイッチや時分割多重装置やパケットスイッチ等のネットワーク装置により構成された通信ネットワーク上に、仮想的な通信路であるところのLSP（Label Switched Path）を設定する。GMPLS RSVP-TEのERO（Explicit Route Object）を用いることにより、LSP毎の経路、即ちLSPが通過するネットワーク装置及びネットワーク装置のインタフェースを明示的に制御することが可能となる。
非特許文献１記載の技術によれば、ネットワーク装置間のリンクの属性を、LSP起点ルータが、OSPF等のリンクステートプロトコルを用いて収集し、これに基づいてLSP経路を決定することにより、通信品質が保証された通信路の確立を可能としている。使用可能なリンクの属性は、最大予約及び予約済み帯域、信頼性、リンクのカラー、帯域当りのコストやリンク開通及び切断予定時刻などの帯域を使用する際のコスト、SRLG（Shared Risk Link Group）メンバーシップと呼ばれる資源共有の有無を特徴付ける値などである。
IETF, Internet-Draft, draft-srisuresh-ospf-te-05.txt, P. Srisuresh他, "OSPF-xTE: An experimental extension to OSPF for Traffic Engineering"
実際のネットワークでは、RSVPなどの資源予約プロトコルによって、帯域や波長などの資源を予約した場合であっても、ハードウェア故障などに伴う迂回動作や、予約した以上のトラフィックの流入などにより、資源が不足し、輻輳やLSPの切断が起こり得る。
反対に、予約した通信路の全てが、予約した通りに資源を常に消費するとは限らず、その場合には資源の無駄が発生する。
また、使用される資源の量は、GMPLSネットワークを用いる業務アプリケーションの利用形態により、時刻の経過に応じて変動する。例えば、企業ネットワークの受発注システムのトラフィックは、従業員の勤務時間中や、経理上の締切日直前にトラフィック量が多くなると考えられる。また、製造業の企業においては、新製品投入後の暫くの間、トラフィック量が増えることが考えられる。このように、一日、一週間、一月、一年等の周期性を持ってあるいは突発事象に依存して、トラフィック量は変動するため、これらに応じて適切に資源の割当を行うことが望ましい。
非特許文献１記載の技術で扱う帯域情報は、RSVPなどの資源予約プロトコルにより予約された帯域であり、実トラフィックの変動に応じて適切に経路を制御することは出来ない。
非特許文献１記載の技術では、リンク開通時刻及びリンク切断予定時刻を伝達可能であるに過ぎない。即ち、時刻により変動するのはリンクの稼動有無のみであり、帯域が時刻により変動することを考慮していないため、現在又は将来のトラフィック量の変動に応じて適切に経路を制御することは出来ない。
本発明は、現在の資源の利用量の実績値と、将来の資源の利用量の推測値を用いて、経路を制御することにより上記課題を解決する。
本発明では、第一に、各ネットワーク装置に、隣接リンク品質管理部を設け、リンクの通信品質の実測値に関する属性を取得可能とし、取得した属性値を隣接リンク状態データベースに反映させることにより、リンクの通信品質の実測値に応じた経路選択を可能とする。リンクの通信品質の実測値としては、物理層品質やリンク層品質、ネットワーク層品質を含む。物理層品質には、光信号の光ファイバ単位或いは波長単位の、信号減衰率やS/N比や波長分散、電気信号の強度やS/N比などを含む。リンクレイヤ品質には、フレーム誤り率やフレーム破棄率、単位時間当たりの平均トラフィック流量、単位時間当たりのトラフィック流量の分散、伝送遅延時間やバッファ遅延時間の単位時間当たりの平均及び分散、等を含む。ネットワーク層品質には、DSCP（DiffServ Code Point）値毎のパケット誤り率や破棄率、単位時間当たりの平均トラフィック流量、伝送遅延時間やバッファ遅延時間の単位時間当たりの平均及び分散などを含む。
第二に、各ネットワーク装置に、隣接リンク品質予測部を設け、リンクの通信品質の予想値に基づいた経路選択を可能とする。
第三に、各ネットワーク装置の経路計算部が、隣接リンク状態データベースの変化の通知を受け取る事が出来るようにすることにより、リンクの通信品質の実測値或いはリンクの通信品質の予想値の変化時に、経路の変更を可能とする。
これらにより、以下のように課題が解決される。
第一に、リンクの通信品質の実測値或いはリンクの通信品質の予想値を用いて経路を決定可能となる為、リンクの資源割当の予約値のみを用いる場合に比べ、資源の無駄を防止可能となる。
第二に、リンクの通信品質の実測値或いはリンクの通信品質の予想値の変化に応じて経路の変更が可能となる為に、資源不足による輻輳やLSPの切断が発生した際或いはこれらの発生が予測される際に、適切に経路を変更可能となる。また、トラフィック量の変動に応じた適切な資源割当が可能となる。
本発明により、ネットワーク資源の割当てにおいて、無駄を減らすことが可能になる。また、トラフィック量の変動に対応した適切な経路変更と資源割当てが可能となる。
本発明の実施の形態を以下に説明する。
本実施の形態では、シグナリングプロトコルとして、GMPLS RSVP-TEを、リンクステート型ルーティングプロトコルとして、OSPFを用いた場合について説明するが、IS-ISやGMPLS CR-LDP等、他のプロトコルであっても同様である。
先ずはじめに、ネットワーク装置1(101)のハードウェア構成を、図2を用いて説明する。
ネットワーク装置1(101)は、CPU(201)、メモリ(202)、バス等の内部通信線(203)、二次記憶装置(204)、通信インタフェース(205) 、表示部(206)、データスイッチ(207)から構成される。
通信インタフェース(205)の個数は必要に応じて一つ以上である。通信インタフェース(205)は、隣接の他のネットワーク装置の通信インタフェース(205)と接続され、ルーティングプロトコルやシグナリングプロトコル等の制御信号と、ユーザデータをやり取りする。GMPLSの既定に従い、ユーザデータと制御信号は必ずしも同一の通信インタフェースを用いる必要は無い。同様に、ユーザデータのみをやり取りする通信インタフェースや、制御信号のみをやり取りする通信インタフェースがあっても良い。
通信インタフェースは、必要に応じた信号方式のものを用意する。
データスイッチ(207)は、ある通信インタフェースで受信したユーザデータを、同じ又は他の通信インタフェースに転送する。どのユーザデータをどの通信インタフェースに転送するかや、どのように転送するかは、後に図1を用いて説明するように、データスイッチドライバ部(1005)により制御される。
データスイッチ(207)は、接続される通信インタフェースの信号方式に応じて、必要な機能を持つ。例えば、光ファイバスイッチ、光バーストスイッチ、光波長クロスコネクト、MPLSラベルスイッチなどである。また、これらの信号方式間の変換或いは多重化機能を持っても良い。
また、メモリ(202)には、プログラム(2021)とデータ(2022)が格納されており、CPU201がプログラム(2021)を実行することにより、図1に示す各処理部をネットワーク装置上に実現される。ネットワーク装置(102〜104)もまた、ネットワーク装置1(101)と同様の構成要素を備える。各構成要素の個数は、データスイッチドライバ部(1005)毎に異なっても良い。
本実施の形態の構成及び動作の概略を、図1を用いて説明する。
本実施形態によるネットワーク装置1(101)は、パス確立要求入力部(1001)、経路計算部(1002)、パスセッションデータベース(1003)、パス制御部(1004)、データスイッチドライバ部(1005)、隣接リンク品質予測部(1006) 隣接リンク状態データベース(1007) リンク状態データベース(1008) 隣接リンク品質管理部(1009) 隣接リンク状態管理部(1010)、リンク状態送受信部(1011)と、一つ以上の通信インタフェースドライバ部(2051〜2053)から構成される。
ネットワーク装置1(101)は、通信インタフェースドライバ部(2051〜2053)を介して、他のネットワーク装置(102〜104)と接続されている。本図では、ネットワーク装置1(101)は3台のネットワーク装置(102〜104)と接続されているが、その接続数は任意である。
また、同一のネットワーク装置と複数のリンクを持っても良い。
本実施の形態では、通信インタフェースドライバ部はルーティングプロトコルやシグナリングプロトコル等の制御信号のやり取りのために使用され、確立した通信路上のユーザデータ信号は、データスイッチ(207)によって転送される。しかし、別の実施の形態として、ユーザデータを転送するソフトウェアをネットワーク装置1(101)上に加え、これを用いて通信インタフェースドライバ部を経由して、ユーザデータを転送しても良い。
隣接リンク品質管理部(1009)は、通信インタフェースドライバ部(2051〜2053)を経由して、隣接ネットワーク装置との間のリンクの品質情報を取得し、隣接リンク状態データベース(1007)に実測値として登録する。取得する品質情報の種別及び取得時期は、予めプログラムされているか設定されている物とする。隣接リンク状態データベース(1007)には、リンクの品質情報との実測値、予約値、予測値と、リンクの稼動状況が格納される。
リンクの品質情報との実測値とは、実際に計測した品質情報のことである。リンクの品質情報の予約値とは、シグナリングプロトコルにより予約された資源の状況のことである。リンクの品質情報の予測値とは、実測値、予約値、過去の予測値等を用いて予測した品質情報のことである。
隣接リンク状態管理部(1010)は、通信インタフェースドライバ部(2051〜2053)から或いは隣接ネットワーク装置との間の制御信号のやり取りにより、隣接ネットワーク装置との間のリンクの稼動の有無を取得し、隣接リンク状態データベース(1007)に登録する。この動作は、従来のOSPF（“OSPF Version 2”, IETF RFC2328）の通りである。
リンク状態送受信部(1011)は、隣接リンク状態データベース(1007)の内容を、通信インタフェースドライバ部を経由して隣接ネットワーク装置のリンク状態送受信部(1011)に通知する。この通知はリンク状態広告と呼ばれる。本実施の形態では、OSPFで既定するリンク状態広告に品質情報などの付加情報を加えて通知する。このメッセージフォーマットについては、図5を用いて後に説明する。リンク状態送受信部(1011)は、リンク状態広告を隣接ネットワーク装置から受信すると、その内容をリンク状態データベース(1008)に登録する。これらのメッセージのやり取りもまた、付加情報が存在する他はOSPFと同様である。但し、リンク状態データベース(1008)の更新の仕方は付加情報に応じて異なり、その方法については図4を用いて後に説明する。
隣接リンク品質予測部(1006)は、隣接リンク状態データベース(1007)から、リンクの品質情報の実測値、予約値、過去の予測値と実測値の偏差、とを用いて、将来のリンクの品質情報の予測値を算出し、隣接リンク状態データベース(1007)に登録する。予測手法としては、多変量解析などを使用可能である。
パス確立要求入力部(1001)は、コマンドなどのユーザインタフェースを経由して、ネットワーク管理者からのLSP確立要求を受け取り、これを経路計算部(1002)に送る。LSP確立要求には少なくとも、LSP終端点のネットワーク装置の識別子を含み、必要に応じて、LSPが提供する通信品質の属性や利用開始／終了時刻を含めることが出来る。
経路計算部(1002)は、パス確立要求入力部(1001)からのLSP確立要求を受け取ると、これをパスセッションデータベース(1003)に格納する。
経路計算部(1002)は、パス利用時刻にが到来したならば、LSPの経路、即ちLSPが通過すべきネットワーク装置又はその通信インタフェースの識別子のリストを決定し、パス確立要求入力部(1001)からのLSP確立要求と共に、パス制御部(1004)に送る。この際、リンク状態データベース(1008)に登録されているリンクの品質情報を、LSP確立要求に含まれるLSPが提供する通信品質の属性を充たすように組合わせる、組合わせ最適化により経路を決定する。例えば、LSPが提供する通信品質の属性として保証帯域が指定された場合、全てのリンクの空き帯域の属性が保証すべき帯域以上になるようにリンクを選ぶ。また、組合わせ最適化のアルゴリズムとしては、重み付けSPF(Shortest Path First)などを用いることが出来る。
パス制御部(1004)は、経路計算部(1002)から受け取ったLSP確立要求に基づき、隣接ネットワーク装置にシグナリングプロトコルを用いてLSP確立を要求する。隣接ネットワーク装置へはPATHメッセージを用いてLSP確立を要求する。引き続いて、LSPの経路に沿ってPATHメッセージ及びRESVメッセージを授受すると共に、データスイッチドライバ部(1005)に、ユーザデータの転送方法を指示することにより、LSPを確立する。これらの手順は、GMPLS RSVP-TEに既定の通りである。
経路計算部(1002)は、確立したLSPの識別情報とLSPの経路を、既にパスセッションデータベース(1003)に登録されているLSP確立要求と対にして格納する。
経路計算部(1002)は、パスセッションデータベース(1003)を定期的に参照し、利用終了時刻が到来したLSPについて、LSP開放要求をパス制御部(1004)に送る。パス制御部(1004)は、RSVPシグナリングにより、LSP開放要求を隣接ネットワーク装置とやり取りし、LSPを開放する。経路計算部(1002)は、当該LSPをパスセッションデータベース(1003)から削除する。
経路計算部(1002)は、パス確立要求入力部(1001)からの要求の他、隣接リンク状態データベース(1007)又はリンク状態データベース(1008)の更新を契機に、経路計算を行う。この場合は、リンクの稼動状況又はリンクの品質情報が更新されたリンクを通過するLSPを、パスセッションデータベース(1003)に登録された経路情報を用いて選び出し、それらについて経路を再計算をし、LSPの再設定をパス制御部(1004)に要求する。
次に、隣接リンク状態データベース(1007)が保持する隣接リンク状態管理テーブル(30)のデータ構造を、図3を用いて説明する。
隣接リンク状態管理テーブル(30)は、これを保持しているネットワーク装置に隣接するネットワーク装置との間のリンクの状態及びネットワーク装置の稼動状態を保持する。
隣接リンク状態管理テーブル(30)は、LSAタイプ(310)列、リンク識別子(301)列、その他のOSPF LSA情報(302)列、稼動状態(309)列、メトリックソース(303)列、有効開始日時(304)列、有効終了日時(305)列と任意数の品質情報(306〜308)列を持つ。
LSAタイプ(310)、リンク識別子(301)はOSPFで既定されているものと同じである。その他のOSPF LSA情報(302)は、OSPFで既定されるリンク状態広告に含まれる情報の内、LSAタイプ(310)とリンク識別子(301)以外のものを格納する。
稼動状態(309)欄には、このリンクが稼動しているならばup、障害などにより稼動していないならばdownを格納する。
メトリックソース(303)欄には、同一行に格納されたリンク状態情報の情報源を格納する。情報源が実測値であるならmeasured、RSVPにより予約された資源情報に基づくならreserved、予測に基づくものならばforecastを格納する。
有効開始日時(304)、有効終了日時(305)は、この行の情報が有効な期間を格納する。品質情報(306〜308)が実測値であるならば測定期間を、予測値であるならばその予約値が有効である期間を、予約値であるならば予約期間を格納する。予約値であり、RSVPシグナリングによりLSPが即時に確立されたのであるなら、有効開始日時(304)にはLSPを確立した時刻を格納し、有効終了日時(305)は空欄にしておく。
品質情報(306〜308)には、リンクの品質情報の実測値、予約値、予測値の何れかをを、属性名称と対にして格納する。
同じリンクに対して複数の行を保持することが出来る。これにより、品質情報(306〜308)の時系列を保持することが可能となる。この場合、メトリックソース(303)が互いに等しく、且つ品質情報(306〜308)の属性名称が互いに等しい行は、有効開始日時(304)と有効終了日時(305)によって表現される有効期間が互いに重なり合っては行けない。
次に、リンク状態データベース(1008)が保持するリンク状態管理テーブル(40)のデータ構造を、図4を用いて説明する。
リンク状態管理テーブル(40)は、OSPFにより収集された、GMPLSネットワーク全体のリンクの及びネットワーク装置の状態を保持する。
リンク状態管理テーブル(40)は、LSAタイプ(401)列、広告元ルータ識別子(402)列、リンク識別子(403)列、その他のOSPF LSA情報(404)列、稼動状態(411)列、メトリックソース(405)列、有効開始日時(406)列、有効終了日時(407)列、任意数の品質情報(408〜410)列を保持する。
LSAタイプ(401)、広告元ルータ識別子(402)、リンク識別子(403)は、OSPFの規定通りである。
その他のOSPF LSA情報(404)、稼動状態(411)、メトリックソース(405)、有効開始日時(406)、有効終了日時(407)、品質情報(408〜410)は、隣接リンク状態管理テーブル(30)の場合と同じである。
本テーブルは、定常状態では、GMPLS網内の全てのネットワーク装置の隣接リンク状態管理テーブル(30)の全ての行のそれぞれにLSAタイプ(401)と広告元ルータ識別子(402)を付加して集めたものとなる。
次に、ネットワーク装置のリンク状態送受信部(1011)が互いに授受する、リンク状態広告のメッセージフォーマットを図5を用いて説明する。
OSPFで既定するリンク状態広告に品質情報などの情報を付加して通知する。リンク状態広告に情報を付加するのは、例えばopaque-LSA（The OSPF Opaque LSA Option”, IETF RFC2370）を用いることにより可能となる。この場合、opaque-LSAで既定するOpaque Informationフィールドに、図5に示す、有効開始日時(505)、有効終了日時(506)、品質情報(507〜509)を格納すればよい。
本実施形態のシステム構成を示す図である。 ネットワーク装置のハードウェア構成を示す図である。 隣接リンク状態データベースのテーブル構造を表す図である。 リンク状態データベースのテーブル構造を表す図である。 リンク状態広告のメッセージフォーマットを表す図である。
符号の説明
101〜104：ネットワーク装置、201：CPU、202：メモリ、203：バス、204：二次記憶装置、205：通信インタフェース、206：表示部、207：データスイッチ、1005：データスイッチドライバ部、2021：プログラム、2022：データ、1005：データスイッチドライバ部

Claims (9)

  1. ユーザデータを振り分けるスイッチング手段を備えるネットワーク装置であって、
    前記スイッチングの単位が光ファイバ又は光波長又は光バースト信号又はパケットであるか、またはこれらの組み合わせであり、
    リンクステート型ルーティングプロトコルをやり取りする手段と、
    前記スイッチング先方路を、前記リンクステートプロトコルにより制御する手段と、を備え、
    前記リンクステート型プロトコルをやり取りする手段は、該リンクの伝送品質情報と状態情報の有効期間をリンクステート広告としてやり取りする手段を備える
    ことを特徴とするネットワーク装置。
  2. ユーザデータを振り分けるスイッチング手段を備えるネットワーク装置であって、
    前記スイッチングの単位が光ファイバ又は光波長又は光バースト信号又はパケットであるか、またはこれらの組合わせであり、
    リンクステート型ルーティングプロトコルをやり取りする手段と、
    前記前記スイッチング先方路を、前記リンクステートプロトコルにより制御する手段と、
    リンク通信品質の予測値を算出する手段と、を備え、
    前記リンクステート型プロトコルをやり取りする手段は、該予測値を該リンクステート広告としてやり取りする手段を備える
    ことを特徴とするネットワーク装置。
  3. 請求項１記載のネットワーク装置であって、
    リンク通信品質の予測値を算出する手段を備え、
    前記リンクステート型プロトコルをやり取りする手段は、該予測値を該リンクステート広告としてやり取りする手段を備える
    ことを特徴とするネットワーク装置。
  4. 請求項２記載のネットワーク装置であって、
    受信したリンクステート広告に含まれる通信品質の予測値の変化時に、該通信品質の値に応じて、前記スイッチング先方路を変更する手段を備える
    ことを特徴とするネットワーク装置。
  5. 請求項１又は３記載のネットワーク装置であって、
    受信したリンクステート広告に含まれる有効開始時刻又は有効終了時刻に到達することを契機に、該リンクステート公告の内容に応じて、前記スイッチング先方路を変更する手段を備える
    ことを特徴とするネットワーク装置。
  6. ユーザデータを振り分けるスイッチング手段を備えるネットワーク装置であって、
    前記スイッチングの単位が光ファイバ又は光波長又は光バースト信号又はパケットであるか、またはこれらの組合わせであり、
    リンクステート型ルーティングプロトコルをやり取りする手段と、
    前記スイッチング先方路を、前記リンクステートプロトコルにより制御する手段と、
    リンク通信品質の計測実績値を取得する手段と、を備え、
    前記リンクステート型プロトコルをやり取りする手段は、該計測実績値を該リンクステート広告としてやり取りする手段を備え、
    受信したリンクステート広告に含まれる通信品質の計測実績値の変化時に、該通信品質の値に応じて、前記スイッチング先方路を変更する手段を備える
    ことを特徴とするネットワーク装置。
  7. 請求項１ないし６いずれか一に記載のネットワーク装置であって、
    前記リンクステートプロトコルの種別がOSPF(Open Shortest Path First)である
    ことを特徴とするネットワーク装置。
  8. 請求項１ないし６いずれか一に記載のネットワーク装置であって、
    GMPLS(Generalized Multi-protocol Label Switching)シグナリングプロトコルをやり取りする手段と、
    複数リンクの前記リンクステートの組合わせにより、LSP(Label Switched Path)の経路を決定する手段と、を備える
    ことを、特徴とするネットワーク装置。
  9. 請求項８記載のネットワーク装置であって、
    前記GMPLSシグナリングプロトコルの種類は、GMPLS RSVP-TE又はGMPLS CR-LDPである
    ことを特徴とする、ネットワーク装置。
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