JP2006203722A - パス経路算出方法、パス経路算出装置、および、通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】 要求された信頼性条件を満たしつつ、ネットワーク利用効率を向上させるパス経路を計算すること。
【解決手段】 パスを設定するノードを接続する通信ネットワークにおけるパス経路算出方法であって、通信ネットワークにおける構成要素となるパーツの信頼性データを格納する信頼性データベース２４を有するパス経路算出装置３が、パス経路の計算要求を受信する手順と、信頼性データベース２４から読み出したパーツの信頼性データをもとにパスを構成するリンクのリンクコストを算出する手順と、リンクコストをもとにパスのパス経路を算出する手順と、算出したパス経路をノードに出力して、パスを設定させる手順と、を実行することを特徴とする。
【選択図】 図６

Description

本発明は、パス経路算出方法、パス経路算出装置、および、通信システムに関する。

近年、インターネットやＬＡＮ（Local Area Network）の急速な普及から、ＩＰ（Internet Protocol）トラヒックを含めたデータトラヒックが指数関数的に増加している。トラヒックの増加に対応するため、バックボーンネットワークにおける高速なＩＰパケットの転送を実現するメカニズムが求められている。同時にＩＰをベースとしたアプリケーションも多様化しており、従来は電子メールやウェッブなどのネットワークに品質を要求しないアプリケーションが中心であったが、最近ではＩＰ電話や電子商取引のようにネットワークに高い品質を要求するアプリケーションも普及しはじめている。

従来のＩＰルータ網では、中継段の各ルータで電気的なパケット処理が必要であり、またＥｎｄ−Ｅｎｄで高度な品質制御を行うメカニズムを持たないため、高速化の実現と高品質なサービスの提供を実現することが困難であった。ここで、品質としては、パケットの遅延時間や損失率という転送品質の他にも、ユーザから見えるサービス中断時間といった信頼性も重要な指標となる。

前記のＩＰルータ網に関わる問題を解決するひとつの手段として、ＭＰＬＳ（Multi-Protocol Label Switching）が提案されている。ＭＰＬＳは転送するパケットに固定長のラベルを付与し、このラベルをもとに通信網内の各ノードで転送するパス経路を決定する。このＭＰＬＳをＩＰバックボーンネットワークに導入することにより高速なＩＰパケットの転送と高度なＴＥ（Traffic Engineering）が可能となる。

さらに近年、ＩＰネットワークの中継ノードに光クロスコネクトなどのレイヤ１技術を利用したネットワークアーキテクチャが提案されている。これまでに、ＡＳＯＮ（Automated Switched Optical Network）、ＧＭＰＬＳ（Generalized Multi-Protocol Label Switching）などが提案されている。これらネットワークに共通する特徴としては、パス（コネクション）がシグナリングにより動的に設定される点にある。このため、従来のレイヤ１網に比べて、パス開通までの時間を大幅に短縮でき、より効率的な網運営が期待できる。

前記のＭＰＬＳやＧＭＰＬＳに共通な特徴としては、ＩＰパケットを含むユーザのトラヒックを転送するにあたって、事前にパス設定を行う必要がある点があげられる。パス設定を行うためにはルーティングプロトコルなどを用いてネットワークのトポロジ情報（ノード間の接続構成に関する情報）を収集し、パスの中継経路を計算した上で、ＣＲ−ＬＤＰ（constraint-based Label Distribution Protocol）やＲＳＶＰ−ＴＥ（Resource Reservation Protocol -Traffic Engineering）などのシグナリングプロトコルによってパスの設定を行う。

パスの設定完了後に、該当パス上にトラヒックの転送を開始する。また、ＧＭＰＬＳとＭＰＬＳの関係であるが、ＧＭＰＬＳはＭＰＬＳの一般化であり、基本的にＭＰＬＳを包含するものである。

次にＭＰＬＳやＧＭＰＬＳを用いて、ネットワークの高信頼化を実現する技術について説明する。ここで、例としてはＧＭＰＬＳの場合を説明するが、ＭＰＬＳの場合にも適用可能である。ネットワークの高信頼化として、例えば、ネットワークの故障に対してネットワークを故障前の正常な状態に戻すことが挙げられる。正常な状態に戻すには、例えば、現用系から予備系への切替作業を行う。

ＧＭＰＬＳにおける切替技術としては、パスプロテクションがよく知られている（非特許文献１、特許文献１）。パスプロテクションとは通信の起点となる通信ノードから終点となる通信ノード間に２本以上のパスをあらかじめ設定し、そのうちの１つを現用パスとして、通常時にユーザトラヒックを転送する。

現用パス上のノードまたはリンクに障害が発生した際に、起点となるノード（発側）においてパス切替えを行い、ユーザトラヒックを予備パス上に転送する。現用パスの経路上に障害が発生した際に、直ちに予備パスに切替えることにより、ユーザトラヒックの不通時間を短縮し、高信頼化を実現している。予備パスは現用パス上の障害の影響を受けないようにするため、現用パスとは中継段のリンクおよびノードを共有しないように設計する必要がある。

一般的に通信ネットワークは複数のレイヤで構成されている。光レイヤでは現用パス、予備パスは中継段において、ノードおよびリンクを共有していないが、物理レイヤまで考慮すると、現用パスと予備パスは１箇所で物理レイヤにおけるリンクであるファイバを共有している場合がある。このような場合に、共有しているファイバに故障が発生すると、パスプロテクションにより障害を復旧できないために著しくネットワーク信頼性、サービスの可用性が低下するという問題が生じる。

しかし、パスプロテクションを用いても予備パス上のリソースに故障が発生した場合はサービスが中断してしまうため、故障したリソースを早期に特定し復旧することが重要となる。

このような問題を回避する方法として、ＳＲＧ（Shared Risk Group）番号が提案されている（非特許文献２）。物理レイヤの各ファイバリンクにＳＲＧ番号を付与し、光レイヤの各リンクが収容されているファイバのＳＲＧ番号の和を光レイヤのリンクのＳＲＧ情報としてルーティングプロトコルなどで広告して、パスの経路計算に用いる。

光レイヤでパスプロテクションの経路設計を実施する際に、光レイヤのトポロジに加えて、ＳＲＧ情報を考慮することで、任意の物理レイヤリソースの故障に対しても、復旧可能なパスプロテクションの設計が可能となる。
特願２００２−２３５９８０号公報 E. Oki他、"A Disjoint Path Selection Scheme with SRLG in GMPLS networks"、2002 WKsp.IEEE HPSR,May 2002,88-92 塩本公平著、"階層型ＳＲＧに基づくリストレーション方式"、電子情報通信学会総合大会論文集、２００３

前記の現用系から予備系への切替作業は、障害が発生した後にその障害に対処するものであった。しかし、ネットワークを運用する際には、信頼性の高いパスを設定することにより障害を未然に防ぐ予防的な視点も、また重要となる。しかし、従来の信頼性の高いパスを設定する手法は、ｄｉｓｊｏｉｎｔ（互いに素）なパスを設定するだけであり、信頼性は高いがネットワークの利用効率が悪く、実用的ではなかった。

例えば、図７の通信システムには、３本のパスＣ（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３）が設定されており、矢印はパスＣの経路を示す。例えば、リンクＬ１５に障害が発生したときには、そのリンクＬ１５を共用している２本のパスＣ（Ｃ２、Ｃ３）が使用ができなくなる。このとき、２本のパスＣ（Ｃ２、Ｃ３）は、リンクＬ１５を共用している。一方、２つのパスＣ（Ｃ１、Ｃ３）が共有するリンクＬおよびノードＮを持たないとき、ｄｉｓｊｏｉｎｔ（互いに素）なパスＣと呼ぶ。

このようなｄｉｓｊｏｉｎｔなパスＣだけを設定することにより、１つのパーツが故障しても、故障するパスは、１つで済むようになる。しかし、ｄｉｓｊｏｉｎｔなパスＣを満たす制約条件が厳しいので、ネットワーク上に設定できるパスの数は、ごく少数となってしまう。そのため、ネットワークの利用効率が悪くなってしまう。

このように、ネットワークの利用効率が悪くなる要因としては、ネットワークを構成する各パーツに固有の故障発生頻度などの信頼性を考慮していないことが、挙げられる。実際のネットワークでは、ファイバ以外の伝送装置、ＴＤＭ（Time Division Multiplexing）スイッチ、ルータ、回線カード、インターフェイスなど様々なパーツにおいて、それぞれ異なる要因で故障が発生する。これらのパーツは、ハードウェアの部品なので、それぞれ故障発生頻度などの信頼性が既知のものも多い。

よって、信頼性の高いパーツは、複数のパスで共有したとしても、そのパーツが故障する可能性が低いので、共有した複数のパスの信頼性も併せて高くなる。このような信頼性の高いパーツは、例えば、コネクションに許容される断線頻度よりも低いファイバが挙げられる。つまり、ファイバ自体の信頼性は光レイヤのノードに比べると格段に高く、要求されるサービスの信頼度によっては、１箇所でファイバを共有しても規定の信頼度を満たすことが可能な場合も多い。

また、要求される信頼性がそれほど高くないパスの経路を設計する場合には、パーツの共有条件を緩和することで、より消費リソースが少ないパスを設定ことが可能となり、結果としてネットワークのリソース利用効率が向上する。

そこで、本発明は、前記した問題を解決し、要求された信頼性条件を満たしつつ、ネットワーク利用効率を向上させるパス経路を計算することを主な目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、パスを設定するノードを接続する通信ネットワークにおけるパス経路算出方法であって、前記通信ネットワークにおける構成要素となるパーツの信頼性データを格納する記憶手段を有するコンピュータが、パス経路の計算要求を受信する手順と、前記記憶手段から読み出した前記パーツの信頼性データをもとに前記パスを構成するリンクのリンクコストを算出する手順と、前記リンクコストをもとに前記パスのパス経路を算出する手順と、算出した前記パス経路を前記ノードに出力して、パスを設定させる手順と、を実行することを特徴とする。

これにより、パーツの信頼性にあわせたパス経路を計算することにより、要求された信頼性条件を満たしつつ、ネットワーク利用効率を向上させるパス経路を計算することができる。

本発明は、前記記憶手段が、前記パーツの信頼性データとして、前記パーツの種別を示すパーツ種別ＩＤと、前記パーツの故障発生頻度との対応データを格納することを特徴とする。

これにより、品質が均一となるパーツについては、信頼性データを１回だけ設定すればいいので、設定の手間を削減することができる。

本発明は、前記記憶手段が、前記パーツの信頼性データとして、前記パーツを一意に識別するパーツＩＤと、前記パーツの故障発生頻度との対応データを格納することを特徴とする。

これにより、品質にばらつきのあるパーツについては、パーツごとに信頼性データを設定することにより、きめ細かい設定が可能となる。

本発明は、前記記憶手段が、前記ノードから通信プロトコルを用いて広告された前記パーツの情報と、前記パーツの信頼性データを格納することを特徴とする。

これにより、パーツの情報は、ノードに設定されていればよいので、パーツの情報の管理が容易になる。

本発明は、前記パス経路を算出する手順が、前記パス経路の計算要求に含まれる所定の信頼性条件を満たすパスが発見できなかった際に、信頼性条件を緩和してパス経路を再計算することを特徴とする。

これにより、ほぼ確実にパス経路の算出結果を得ることができる。

本発明は、前記パス経路を算出する手順が、前記パス経路の計算要求に信頼性条件が含まれていなかったときには、１つ以上の予め定めた信頼性条件を満たすパス経路を算出することを特徴とする。

これにより、要求する信頼性が未確定であっても、パス経路の算出結果を得ることができる。

本発明は、パスを設定するノードを接続する通信ネットワークにおけるパス経路算出装置であって、前記通信ネットワークにおける構成要素となるパーツの信頼性データを格納する記憶手段と、パス経路の計算要求を受信し、前記記憶手段から読み出した前記パーツの信頼性データをもとに前記パスを構成するリンクのリンクコストを算出し、前記リンクコストをもとに前記パスのパス経路を算出するパス経路算出部と、算出した前記パス経路を前記ノードに出力して、パスを設定させるパス経路出力部と、を有することを特徴とする。

これにより、パーツの信頼性にあわせたパス経路を計算することにより、要求された信頼性条件を満たしつつ、ネットワーク利用効率を向上させるパス経路を計算することができる。

本発明は、前記パス経路算出装置と、前記パスを設定するノードと前記通信ネットワークによって接続して構成される通信システムである。

これにより、パーツの信頼性にあわせたパス経路を計算することにより、要求された信頼性条件を満たしつつ、ネットワーク利用効率を向上させるパス経路を計算することができる。

本発明によれば、パーツの信頼性にあわせたパス経路を計算することにより、要求された信頼性条件を満たしつつ、ネットワーク利用効率を向上させるパス経路を計算することができる。

以下に、本発明が適用される通信システム１の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、本実施形態の通信システム１の構成について、図１から図５を参照して説明する。図１に示す通信システム１は、通信ネットワーク２内で障害が発生した場合に、その発生箇所を通信システム１の構成要素であるパーツの単位（ファイバ、装置のインターフェイスカードなど）まで特定することを特徴とする。

通信システム１は、パスＣの設定を行うノードＮ、要求された制約を満たすネットワーク内のパスの中継経路を計算するパス経路算出装置３を含むものとする。そして、通信システム１は、ノードＮ間を通信ネットワーク２で接続する。この、通信ネットワーク２においては、網内の各ノードＮでルーティングプロトコルを動作させて、ネットワークトポロジ情報およびリソースＲ情報の収集を行っている。ルーティングプロトコルとしてはＯＳＰＦ（Open Shortest Path First）やＩＳ−ＩＳ（Intermediate System - Intermediate System）などが通常利用されている。

なお、通信システム１を構成する装置（ノードＮ、パス経路算出装置３）は、図示を省略するが、それぞれ演算処理を行う際に用いられる記憶手段としてのメモリと、前記演算処理を行う演算処理装置と、通信ネットワーク２に接続するためのネットワークインターフェイスとを少なくとも備えるコンピュータとして構成される。なお、メモリは、ＲＡＭ（Random Access Memory）などにより構成される。演算処理は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって構成される演算処理装置が、メモリ上のプログラムを実行することで、実現される。

各ノードＮは、発側ノードＮＳ、中継ノードＮＭ、着側ノードＮＥに分類される。発側ノードＮＳはパスＣの開始点となるノードＮで、新たなパスＣを設定する際に設定のためのシグナリングメッセージの生成などを行う。例えばＧＭＰＬＳネットワークの場合、ＣＲ−ＬＤＰやＲＳＶＰ−ＴＥなどのシグナリングプロトコルを用いてパスＣの設定を行う。中継ノードＮＭはパスＣ上を転送されるデータの中継を主に行う。着側ノードＮＥは、パスＣの終端点となるノードＮである。また、発側ノードＮＳおよび着側ノードＮＥは、図示しないユーザ側の通信装置と接続しており、通信ネットワーク２は、２拠点間のユーザ側の通信装置を接続するコネクションを提供している。また、パス経路算出装置３は、通信システム１内に少なくとも１つ配備され、発側ノードＮＳと接続している。

なお、通信ネットワーク２は、２拠点間のユーザ側通信装置を接続するコネクションを提供している。ユーザにより要求する帯域、信頼性などの要求条件が異なるため、通信ネットワークは、様々な制約条件を満たすパスを設計し、提供する。

次に、通信システム１を構成するリソースＲの概念を説明する。

図２（ａ）は、通信システム１の装置間を回線（ファイバ）で接続したネットワーク構成図を示している。通信システム１には、ノードＮ１からノードＮ４へのパスＣが２本（現用パスＣと予備パスＣ）設定されている。図２（ａ）は、ノードＮ１からスイッチＳＷに接続し、スイッチＳＷからノードＮ２またはノードＮ３に分岐している。

図２（ｂ）は、図２（ａ）の通信システム１において、ルーティングプロトコルが扱う論理層の情報を抽出した図である。例えば、現用パスＣは、＜ノードＮ１→リンクＬ２→ノードＮ３→リンクＬ４→ノードＮ４＞の順序集合である。ここで、リソースＲは、パスＣの集合の要素であるノードＮまたはリンクＬであると定義する。よって、パスＣは、複数のリソースＲの順序集合である。予備パスＣは、＜ノードＮ１→リンクＬ１→ノードＮ２→リンクＬ３→ノードＮ４＞の順序集合であり、５つのリソースＲから構成されている。そして、各リソースＲには、リソースＲをユニークに識別するためのリソースＩＤが割り当てられている。リソースＩＤは、例えば、ＳＲＧ番号の組み合わせであるＳＲＧ情報である。

なお、リンクＬには、通常のルーティングプロトコルで使用される、リンクコストおよび帯域情報などの付加情報が付与されている。そして、リソースＩＤは、通常のルーティングプロトコルで使用される、リンクコストおよび帯域情報などに、対応づけられている。ネットワーク内の各リンクｉ（ｉ＝０，１，．．．）に対し、実数のリンクコストＣｉが定義され、Ｃｉはネットワークの運用者により設定される。リンクコストＣｉの初期値としては、各リンクの遅延時間の相対値、リンクの帯域の逆数を規格化した値などが用いられる。例えば、リンク１の帯域が１［Ｇｂｐｓ］、リンク２の帯域が１０［Ｇｂｐｓ］の場合、Ｃ１＝１０、Ｃ２＝１と計算することができる。

図２（ｂ）のリンクＬ１は１本であるが、このリンクＬ１を構成する要素は、図２（ａ）に示すように、２本のファイバ（＃１、＃２）である。また、リンクＬ２は１本であるが、このリンクＬ２を構成する要素は、図２（ｂ）に示すように、２本のファイバ（＃１、＃３）である。よって、リンクＬ１とリンクＬ２とは、ファイバ＃１を共用している。これにより、ファイバ＃１が故障したときには、リンクＬ１とリンクＬ２とは、同時に使用ができなくなってしまう。よって、ファイバ＃１に求められる信頼性は、ファイバ＃３よりも高いものであることが、望ましい。

図３は、パーツＩＤの割り当てを示す説明図である。パーツＰは、リソースＲを構成するネットワークまたは装置の部品（ハードウェア資源）であり、通常のルーティングプロトコルで配布されない下位レイヤの物理的な機器の構成要素を表す。パーツＰは、例えば、図３に示される回線カード、インターフェイス、ファイバなどが挙げられる。パーツＩＤは＜パーツ種別ＩＤ、パーツ製造ＩＤ＞の組合せで構成されている。パーツＩＤは、通信システム１内の各パーツＰに対してユニークに割り当てられている。パーツＩＤは、例えば、ＳＲＧ番号である。

まず、パーツ種別ＩＤは障害要因となるパーツＰを識別可能な単位で割り当てる。パーツＰの種類は、回線カードや、ファイバ回線などパーツＰの用途を識別する単位に設定してもよいし、同じイーサネット（登録商標）の回線カードでも、Ａ社が製造する回線カードと、Ｂ社が製造する回線カードとで、別々のパーツ種別ＩＤを割り当ててもよい。よって、通信システム１は、同じパーツ種別ＩＤを有する複数のパーツＰから構成されてもよい。

次に、パーツ製造ＩＤは、パーツ種別ＩＤごとに割り当てられるＩＤである。これは、例えば、Ａ社が製造する複数の回線カードには、それぞれユニークな（別々の）パーツ製造ＩＤが割り当てられる。例えば、パーツ製造ＩＤは、各製品にメーカが割り当てる製造番号である。よって、Ａ社とＢ社とでは、独立に製造番号を割り当てられるので、通信システム１は、同じパーツ製造ＩＤを有する複数のパーツＰから構成されてもよい。しかし、パーツ種別ＩＤとパーツ製造ＩＤとの組で構成されるパーツＩＤは、通信システム１内の各パーツＰに対してユニークに割り当てられている。

パーツＩＤに関する情報は、各ノードＮが保持し、ルーティングプロトコルにより、ネットワーク内の他のノードＮおよびパス経路算出装置３間に配布される。

図４は、パス経路算出装置３を示す構成図である。パス経路算出装置３は、記憶手段（パス情報データベース２０、トポロジデータベース２２、および、信頼性データベース２４）と、制御手段（パス経路算出部２６、および、パス経路出力部２８）とを備える。

まず、パス情報データベース２０は、通信ネットワーク２内のパスＣの中継経路（使用しているリソースＲ）に関する情報を記録する。この情報は、パスＩＤと、パスＩＤの始点から終点までの経路上のリソースＲのリソースＩＤとの対応情報を含む。なお、パスＣの中継経路は、パス経路算出部２６によって算出される。

図５（ａ）は、パス情報データベース２０の一例を示す構成図である。パス経路リストの各パスは、そのパスの信頼性と、要求されたパスの信頼性と、パスを構成するリソースＩＤの集合とが、対応づけて、格納されている。例えば、パス＃１は、要求された信頼性（７０％）を満たす信頼性（７０％）を有するパスであり、その経路は、Ｒ１→Ｒ２→Ｒ４という３つのリソースＩＤに示されるリソースを使用している。

次に、トポロジデータベース２２は、ルーティングプロトコルにより配布されている経路情報などから作成されるネットワークトポロジを格納する。さらに、トポロジデータベース２２は、リソースＩＤとパーツＩＤとの対応情報を保持する。

図５（ｂ）は、トポロジデータベース２２の一例を示す構成図である。リソースＩＤに示される各リソースは、ノードまたはリンクに分類されるリソース種別、リソースが使用するパーツＩＤ、リソースのリンクコストと対応づけて、格納されている。例えば、リソースＲ１は、ノードであり、Ｐ１，Ｐ２という２つのパーツから構成されている。

リソースＩＤとパーツＩＤとの対応情報を具体的に説明する。図３の例では、１ノードＮに、２つのリンクＬ（Ｌ１，Ｌ２）が接続されており、パーツＰは、ファイバ、インターフェイス、回線カード、装置の４つの階層で構成されている。各階層には、異なるパーツ種別ＩＤが付与されている。

２つのリンクＬ（Ｌ１，Ｌ２）は、装置と回線カードとを共用しているが、インターフェイスとファイバは、別々のものを使用している。よって、リソースＩＤ（リンク＃Ａ）は、パーツＩＤの集合＜装置＃１、回線カード＃２、インターフェイス＃３１、ファイバ＃４１＞と対応づけられる。また、リソースＩＤ（リンク＃Ｂ）は、＜装置＃１、回線カード＃２、インターフェイス＃３２、ファイバ＃４２＞と対応づけられる。

このリソースＩＤとパーツＩＤとの対応情報は、例えば、ルーティングプロトコルにより、通信ネットワーク２内に配布される。この情報より、リンクＬ１とリンクＬ２とは、同時に故障する可能性があり、要因としては共用している装置の故障と、共用している回線カードの故障がある。一方、インターフェイスまたはファイバの故障については、１つのパーツＰだけ故障したときには、その故障に起因して発生するリンクＬの故障は片方だけであり、同時には故障しない。

そして、信頼性データベース２４は、通信ネットワーク２の構成要素であるパーツの信頼性に関する情報を格納する。信頼性に関する情報は、例えば、パーツの故障頻度や、パーツの平均稼働期間などである。そして、パス経路算出装置３は、例えば管理者から入力された設定情報により、信頼性データベース２４を更新する。

図５（ｃ）および図５（ｄ）は、それぞれ信頼性データベース２４の一例を示す構成図である。図５（ｃ）は、パーツＩＤの一部であるパーツ種別ＩＤごとに、信頼性が対応づけられているデータベースを示し、図５（ｄ）は、パーツＩＤごとに、信頼性が対応づけられているデータベースを示す。まず、図５（ｃ）は、同じパーツ種別（例えばＡ社のイーサネット（登録商標）カード）は、同じ品質を有すると仮定し、同じ信頼性を有するとみなすデータベースである。一方、図５（ｄ）は、同じパーツ種別であっても、異なるパーツ製造ＩＤとなるパーツどうしは、信頼性が異なることもあるとするデータベースを示す。

よって、図５（ｃ）と図５（ｄ）とは、どちらか一方の方式だけを用意してもよいし、２つの方式を併せて用意してもよい。なお、同じパーツ種別のパーツにおいて、品質が均一となるパーツは、図５（ｃ）の方式を用い、品質にばらつきのあるパーツは、図５（ｄ）の方式を用いることが、望ましい。

ここで、図５（ｄ）の方式を採用するときには、パーツＩＤとそのパーツＩＤに付された信頼性の対応情報を、信頼性データベース２４として一括で管理する方式としてもよいし、ノードＮが、その信頼性の対応情報を通信プロトコルを用いて広告することとしてもよい。さらに、パス経路算出装置３は、ノードＮが通信プロトコルを用いて広告したパーツの情報（パーツＩＤなど）と、前記通信プロトコルまたは別の方法（あらかじめ格納された記憶手段から読み出すなど）で取得した信頼性データとを対応づけて、図５（ｃ）または図５（ｄ）のデータベースで管理することとしてもよい。

以下、通信システム１の動作について、図１から図５を参照しつつ、図６のフローチャートに沿って説明する。

まず、パス経路算出装置３は、パス経路の計算要求（パスＣの中継経路の解決を行うための経路計算要求メッセージ）を発側ノードＮＳから受信する（Ｓ１０１）。この経路計算要求メッセージに含まれる情報の例としては、発側ノードＮＳのアドレス、着側ノードＮＥのアドレス、要求する信頼度、要求帯域、設定するパスＣの本数（１本または複数本）があげられる。

経路計算要求メッセージを受信したパス経路算出装置３は、メッセージの内容を解析し、パス経路算出部２６での経路計算に必要な情報を抽出して、パス経路算出部２６へと転送する。経路計算に必要な情報とは、発側ノードＮＳのアドレス、着側ノードＮＥのアドレス、要求する信頼度、要求帯域、設定するパスＣの本数（１本または複数本）があげられる。以下、パス経路算出部２６は、経路計算に必要な情報をもとに、要求を満たすパスＣの経路を計算する。

次に、パス経路算出装置３は、パーツＰの信頼性をもとにリンクコストを算出する（Ｓ１０２）。そのため、まず、パス経路算出部２６は、要求する信頼度の情報から予備パスＣの経路計算において考慮するパーツ種別ＩＤを決定する。例えば、最も高い信頼度を要求するパスＣであれば、予備パスＣ計算の際に、図５（ｃ）の全てのパーツ種別ＩＤを考慮する。

なお、パス経路算出部２６は、要求する信頼度が最も低い場合には、パーツ種別ＩＤは全く考慮せずに、パスＣを設定するレイヤのノードＮとリンクＬのｄｉｓｊｏｉｎｔ性のみを考慮する。パス経路算出部２６は要求された信頼度の情報と、図５（ｃ）に示すパーツ種別ＩＤの信頼性から、計算の際に考慮するパーツ種別ＩＤを１つまたは複数選択する。

選択されたパーツ種別ＩＤを持つ、現用パスＣ上のリンクＬおよびノードＮに含まれるパーツＩＤをリストアップする。次に、このリスト内のパーツＩＤと同一のパーツＩＤを付与されたリンクＬ、ノードＮに対して、以下の数式１でリンクコストＣｉを変更する。

Ｃｉ＝（１＋α）＊Ｃｉ…（数式１）

ここで、αは０以上のある実数である。ノードＮに対しては、リンクコストが付与されていないため、該当ノードＮと接続しているリンクＬのリンクコストを変更する。また、αの決定方法としては、通信システム１内の全てのリンクＬで同一の値を用いてもよいし、パーツＩＤに付された信頼性情報を用いて、以下の数式２により、共有したＳＲＧ毎にαを決定してもよい。

α＝Ｆ（Ｘ）…（数式２）

ここで、Ｘは該当するパーツＩＤに付された信頼性情報（障害頻度情報）の値で、ＦはＸについてのある連続増加関数である。このようにαを決定することにより、障害発生頻度が高いパーツＰを共有したリンクＬほど、αが大きくなり、リンクコストの値自体も大きくなるため、予備パスＣのリンクＬとして選択されにくくなる。

そして、パス経路算出装置３は、Ｓ１０２で算出されたリンクコストをもとにパス経路を算出する（Ｓ１０３）。ここでは、現用パスＣと予備パスＣの２本を設定する場合についての処理例を説明する。

パス経路算出装置３のパス経路算出部２６は、まず現用パスＣの経路を計算する。パス経路算出部２６は、トポロジデータベース２２の情報をもとに発側ノードＮＳと着側ノードＮＥの間に帯域の制約条件を満たすパスＣの経路を計算する。経路計算に必要なアルゴリズムとして、ＣＳＰＦ（Constrained Shortest Path First）アルゴリズムなどを用いることで帯域制約を満たす最短経路のパスＣの経路を算出することができる。

現用パスＣの経路が解決されると、次にパス経路算出部２６は、予備パスＣの経路を計算する。パス経路算出部２６は、現用パスＣのリソースＲと予備パスＣのリソースＲそれぞれにおけるパーツＰを共有したリンクＬの数、その時のパーツＩＤの値をもとに、要求された信頼度を満たすパスＣを計算する。

次に、Ｓ１０２で修正されたリンクコストをもとに、予備パスＣの経路を計算する。現用パスＣとパーツＰを共有するノードＮ、リンクＬはコストが高くなるように修正されているため、ＣＳＰＦアルゴリズムにより予備パスＣを計算すると、現用パスＣとの間で可能な範囲でパーツＰを共有しない経路が得られる。

Ｓ１０３で現用パスＣと予備パスＣの経路計算が完了すると、パス経路算出装置３は、算出したパス経路の信頼性が計算要求を満たすか否かを判断する（Ｓ１０４）。この判断処理は、例えば、文献（K.K.AGGARWAL,J.S.GUPTA,AND K.B. MISRA,"A Simple Method for Reliability Evaluation of Communication System",IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS,563-566,MAY 1975.）に記載されているＡＧＧＡＲＷＡＬ法により、実現される。以下、判断処理を具体的に説明する。

まず、パス経路算出部２６は、得られた経路に関する情報から、現用パスＣと予備パスＣとで共有したパーツＩＤがあるかどうかを確認する。共有したパーツＩＤがない場合には、算出したパス経路を出力する（Ｓ１０６）。パス経路の出力は、経路計算応答メッセージ内に計算結果の情報（パスＣの経路情報と信頼度の情報）をエンコードして、要求元のノードＮヘ返答する処理である。なお、信頼度を低下させても、パスＣが発見でなかった場合は、エラーという結果をエンコードした経路計算応答メッセージを返答する。

次に、パス経路算出部２６は、共有しているパーツＰがある場合には、パスＣが要求された信頼度の条件を満たすかどうかを検査する。つまり、共有したパーツＰに付されたパーツＰの信頼性（障害発生頻度）をもとにパスＣの信頼度を算出し、Ｓ１０１で要求された信頼度と比較する。なお、パスＣの信頼度とは、例えば、パーツＰを共有する複数のパスＣにおいて、同時に故障が発生する頻度である。もし、要求された信頼度を満たす場合には（Ｓ１０４、ＹＥＳ）、パス経路算出装置３は、算出したパス経路を出力する（Ｓ１０６）。

一方、計算要求を満たさないとき（Ｓ１０４、ＮＯ）は、パス経路算出装置３は、パス経路の信頼性を緩和する。パス経路算出部２６は、例えば、要求された信頼度を下げた経路を計算する。これは信頼度を下げることに、より共有されたパーツＰの信頼性についての条件が緩和されるため、経路が発見されやすくなるからである。

要求された信頼度を下げて経路を再計算する場合には、要求された信頼度を１段階下げて、Ｓ１０２に戻って計算を行い、再度現用パスＣと予備パスＣを計算する。信頼度を１段階低下させる方法としては、まず元の信頼度で考慮されていたパーツＰをリストアップする。次にそのリスト内で最も低い障害発生頻度を持つパーツＰを前記のリストから削除する。このリストを元に前記の手順と同様に、現用パスＣと予備パスＣの経路を計算し（Ｓ１０２、Ｓ１０３）、得られたパスＣが信頼度の条件を満たすかチェックを行う（Ｓ１０４）。パスＣが信頼度の条件を満たさない場合には、さらに信頼度を一段階下げて経路を再計算する。

以上説明した本実施形態は、通信網に収容される各コネクションの中継経路の計算を行う装置および方法に関する。本実施形態は、例えば、レイヤ３のヘッダ情報を元に転送を行なうノードＮ網、固定長のラベルを転送するパケットに付与することで通信網内を転送するＭＰＬＳ通信網、ＴＤＭのタイムスロットや光の波長を一般化ラベルとして扱うＧＭＰＬＳ通信網、ＡＴＭ（Asynchronous Transfer Mode）通信網などに適用される。

本実施形態は、ネットワークで発信側ノードＮから着信側ノードＮ間でコネクションを設定するときに、障害に備えた冗長経路の設定において、冗長経路を算出するにあたり、途中のパーツＰ（ファイバ、装置のインターフェイスカードなど）の信頼性（故障発生原因、故障発生頻度など）をもとに、コネクションに要求される信頼性を満足することができる経路を算出する。

以上説明した本発明は、以下のようにその趣旨を逸脱しない範囲で広く変形実施することができる。

例えば、本実施形態では、経路計算要求メッセージ内で指定された信頼性条件を満たすパスＣの経路計算を実現する方法について説明したが、経路計算要求メッセージ内に明示的に要求する信頼度に関する条件が指定されていない場合もある。そのときには、パス経路算出装置３は、あらかじめ用意した所定の信頼度（過去に使用した信頼度の履歴を用いてもよい）が、経路計算要求メッセージに含まれているとみなして、その信頼性条件を満たすパスＣの経路計算を行ってもよい。なお、所定の信頼度は、１つでもよいし、複数の異なる値の集合でもよい。複数の異なる値の集合としたときには、信頼度とその信頼度を満たすパス経路との組が、集合内の信頼度の個数だけ算出される。つまり、パス経路算出装置３は、集合内の信頼度の個数分、信頼度条件に適合するパスＣの経路を計算する処理（Ｓ１０１〜Ｓ１０５）を繰り返す。

また、パス経路算出装置３の記憶手段における各データベースは、パス経路算出装置３がデータアクセスできればいいので、パス経路算出装置３の内部に格納してもよいし、パス経路算出装置３とは別の装置に格納してもよい。

さらに、本実施形態で記載されているパス経路算出装置３は、ノードＮと別装置として説明されているが、ノードＮ内にパス経路算出装置３を配備してもよいし、複数の装置にパス経路算出装置３の機能を分散させてもよい。

そして、パーツＩＤを割り当てる対象となるパーツは、ネットワーク内の全てのパーツとしてもよいし、一部のパーツを割り当てる対象から除外してもよい。除外対象となるパーツは、例えば、信頼性が非常に高く、ネットワークの運営上、故障を考慮しなくてもよいパーツである。このようなパーツにパーツＩＤを割り当てないことにより、パス計算の計算量を削減することができる。

本発明の一実施形態に関する通信システムを示す構成図である。 本発明の一実施形態に関するリソースの概念を示す説明図である。 本発明の一実施形態に関するパーツの概念を示す説明図である。 本発明の一実施形態に関するパス経路算出装置を示す構成図である。 本発明の一実施形態に関するパス経路算出装置のデータベースの構成図である。 本発明の一実施形態に関するパス経路算出処理を示すフローチャートである。 ｄｉｓｊｏｉｎｔ（互いに素）なパスの概念の説明図である。

符号の説明

Ｃ パス
Ｌ リンク
Ｎ ノード
Ｐ パーツ
１ 通信システム
２ 通信ネットワーク
３ パス経路算出装置
２０ パス情報データベース
２２ トポロジデータベース
２４ 信頼性データベース
２６ パス経路算出部
２８ パス経路出力部

Claims (8)

1. パスを設定するノードを接続する通信ネットワークにおけるパス経路算出方法であって、
   前記通信ネットワークにおける構成要素となるパーツの信頼性データを格納する記憶手段を有するコンピュータが、
   パス経路の計算要求を受信する手順と、
   前記記憶手段から読み出した前記パーツの信頼性データをもとに前記パスを構成するリンクのリンクコストを算出する手順と、
   前記リンクコストをもとに前記パスのパス経路を算出する手順と、
   算出した前記パス経路を前記ノードに出力して、パスを設定させる手順と、
   を実行することを特徴とするパス経路算出方法。
2. 前記記憶手段は、前記パーツの信頼性データとして、前記パーツの種別を示すパーツ種別ＩＤと、前記パーツの故障発生頻度との対応データを格納することを特徴とする請求項１に記載のパス経路算出方法。
3. 前記記憶手段は、前記パーツの信頼性データとして、前記パーツを一意に識別するパーツＩＤと、前記パーツの故障発生頻度との対応データを格納することを特徴とする請求項１に記載のパス経路算出方法。
4. 前記記憶手段は、前記ノードから通信プロトコルを用いて広告された前記パーツの情報と、前記パーツの信頼性データを格納することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のパス経路算出方法。
5. 前記パス経路を算出する手順は、前記パス経路の計算要求に含まれる所定の信頼性条件を満たすパスが発見できなかった際に、信頼性条件を緩和してパス経路を再計算することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のパス経路算出方法。
6. 前記パス経路を算出する手順は、前記パス経路の計算要求に信頼性条件が含まれていなかったときには、１つ以上の予め定めた信頼性条件を満たすパス経路を算出することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のパス経路算出方法。
7. パスを設定するノードを接続する通信ネットワークにおけるパス経路算出装置であって、
   前記通信ネットワークにおける構成要素となるパーツの信頼性データを格納する記憶手段と、
   パス経路の計算要求を受信し、前記記憶手段から読み出した前記パーツの信頼性データをもとに前記パスを構成するリンクのリンクコストを算出し、前記リンクコストをもとに前記パスのパス経路を算出するパス経路算出部と、
   算出した前記パス経路を前記ノードに出力して、パスを設定させるパス経路出力部と、
   を有することを特徴とするパス経路算出装置。
8. 請求項７に記載のパス経路算出装置と、前記パスを設定するノードとを、前記通信ネットワークによって接続して構成される通信システム。

Images