JP2015177235A - Traffic flow allocation method and device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a traffic flow allocation method and device for sharing a link band by making respective slices of SDN share one packet transfer queue for each physical link.SOLUTION: A minimum hop route calculation part 20 calculates a minimum hop route from all traffic flows. A virtual network candidate creation part 30 successively calculates such a traffic flow route as to minimize increase of a packet transfer scheduling cost expectation value between slices, thereby creating a plurality of virtual network candidates with different routes while meeting all the traffic flows for each slice. A traffic flow allocation calculation part 40 calculates, as a solution of an integer scheduling model, such a combination of virtual network candidates as to minimize packet transfer scheduling cost between slices for combinations of virtual network candidates as many as all slices which are selected one by one for each slice, out of a virtual network candidate group created for each slice.

Description

本発明は、予め発着ノード等の属性が与えられたトラヒックフロー群に対して、ネットワーク上の経路を割り当てるトラヒックフロー割当方法および装置に係り、特に、SDN(Software-Defined Network)の各スライス(仮想ネットワーク)間でパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用を少ない計算リソースで実現するトラヒックフロー割当方法および装置に関する。   The present invention relates to a traffic flow assignment method and apparatus for assigning a route on a network to a traffic flow group to which attributes such as arrival and departure nodes are given in advance. The present invention relates to a traffic flow allocating method and apparatus for realizing sharing of a link bandwidth by sharing a packet transfer queue between networks with a small amount of computing resources.

ソフトウェアによって仮想的なネットワークを作り上げる技術として、非特許文献1,2にSDNが開示されている。SDNでは、一つの物理ネットワーク上に「スライス」と呼ばれる完全に独立した仮想的なネットワークをいくつも構築できるため、スライスごとにユーザの要求に応じた固有のネットワークを構築できる。   Non-Patent Documents 1 and 2 disclose SDN as a technology for creating a virtual network by software. In SDN, since a number of completely independent virtual networks called “slices” can be constructed on one physical network, a unique network corresponding to a user's request can be constructed for each slice.

特許文献1には、SDNにおいて、各スライス間でのパケット転送キューおよびリンク帯域の共用を促進して、パケット転送のスケジューリングコストを最小化するトラヒックフロー割当方法および装置が開示されている。   Patent Document 1 discloses a traffic flow allocation method and apparatus for promoting sharing of a packet transfer queue and a link band between slices in an SDN to minimize a packet transfer scheduling cost.

特許文献2には、SDNの各スライスに対して、予めツリートポロジーを有する複数の仮想ネットワーク候補を構成し、整数計画法モデルを解法することにより、パケット転送のスケジューリングコストを最小化する仮想ネットワーク候補の組合せを選択するトラヒックフロー割当方法および装置が開示されている。   In Patent Document 2, a plurality of virtual network candidates having a tree topology are configured in advance for each slice of the SDN, and an integer programming model is solved to minimize the packet transfer scheduling cost. A traffic flow allocation method and apparatus for selecting a combination of the above is disclosed.

特願2013-262879号Japanese Patent Application No. 2013-262879 特願2013-269103号Japanese Patent Application No. 2013-269103

「Software Defined Networkにおける制御プレーンアプリケーション開発・運用監視を目的とした統合状態収集・解析機構の検討」電子情報通信学会技術研究報告. NS, ネットワークシステム 111(408), 127-132, 2012-01-19"Examination of Integrated State Collection and Analysis Mechanism for Control Plane Application Development and Operation Monitoring in Software Defined Network" IEICE Technical Report. NS, Network Systems 111 (408), 127-132, 2012-01- 19 「OpenFlow/SDNとネットワーク仮想化」信学技報, vol. 112, no. 230, IN2012-96, pp. 115-119, 2012年10月,進藤資訓"OpenFlow / SDN and Network Virtualization" IEICE Technical Report, vol. 112, no. 230, IN2012-96, pp. 115-119, October 2012, Shigenori Shindo

SDNの各スライスは物理ネットワークの各リンクを共用できるが、その際、スライスごとに独自のリンク帯域を設定するとリンク帯域を有効利用できない。例えば、帯域が2Gの物理リンクについて、スライスA,Bに1Gずつの帯域が固定的に割り当てられていると、例えばスライスAのトラヒック量が多く、スライスBのトラヒック量が少ない場合でも、スライスAにスライスBの余剰帯域を割り当てられない。   Each slice of SDN can share each link of the physical network. However, if a unique link bandwidth is set for each slice, the link bandwidth cannot be used effectively. For example, if a 1G bandwidth is fixedly allocated to slices A and B for a physical link with a bandwidth of 2G, for example, even if slice A has a large traffic volume and slice B has a small traffic volume, slice A Cannot allocate the surplus bandwidth of slice B.

これに対して、物理リンク毎にスライスA,Bが一つのパケット転送キューを共用するように帯域を割り当てれば、各スライスA,Bは余剰帯域を他のスライスに分け与えることができるので、各スライスのサービス品質を低下させることなくリンク帯域を有効利用できる。しかしながら、これまでSDNの各スライスが物理リンクごとに一つのパケット転送キューを共用してリンク帯域を共用することが検討されていなかった。   On the other hand, if the bandwidth is allocated so that slices A and B share one packet transfer queue for each physical link, each slice A and B can allocate the surplus bandwidth to other slices. The link bandwidth can be effectively used without degrading the service quality of the slice. However, until now, it has not been studied that each slice of an SDN shares a link bandwidth by sharing one packet transfer queue for each physical link.

このような技術課題に対して、本発明の発明者等は、ネットワークのトポロジー情報およびトラヒックフロー情報を入力として、全てのリンクのパケット転送に関するスケジューリングコストの総和を最小化するトラヒックフロー割当を整数計画法モデルの解として計算し、その際、ネットワークのリングごとに、当該リンクを通過するトラヒックフローの優先クラスが1種類である複数のスライスのうち、当該優先クラスが同一のスライス同士にリンク帯域を共用させる条件下でトラヒックフロー割当を計算する方法および装置を発明し、特許出願した(特許文献1)。   In response to such a technical problem, the inventors of the present invention input the network topology information and traffic flow information as input, and assign traffic flow allocation that minimizes the sum of scheduling costs for packet transfer of all links to an integer plan. Calculated as a solution of the legal model, and for each ring of the network, among the slices with one priority class of traffic flow passing through the link, the link bandwidth is set between slices having the same priority class. A method and apparatus for calculating traffic flow allocation under shared conditions was invented and a patent application was filed (Patent Document 1).

しかしながら、特許文献1に開示された整数計画法モデルの直接解法は大量の計算リソースを使用するので、大規模なSDNへの適用が難しいという技術課題があった。   However, the direct solving method of the integer programming model disclosed in Patent Document 1 uses a large amount of computing resources, and thus has a technical problem that it is difficult to apply to a large-scale SDN.

このような技術課題に対して、本発明の発明者等はさらに、各スライスにおいて、予め与えられた複数のツリートポロジー候補の中から、最もパケット転送スケジューリングコストを削減するツリートポロジー候補を選択するためだけに整数計画法モデルの求解を行うことで、大量の計算リソースを必要としないトラヒックフロー割当方法および装置を発明し、特許出願した(特許文献2)。   In response to such a technical problem, the inventors of the present invention further select a tree topology candidate that most reduces the packet transfer scheduling cost from a plurality of tree topology candidates given in advance in each slice. Only by solving the integer programming model, a traffic flow allocation method and apparatus that do not require a large amount of computational resources were invented and a patent application was filed (Patent Document 2).

しかしながら、各スライスにおけるツリートポロジーを有する仮想ネットワークが、常にパケット転送のスケジューリングコストを低減化するとは限らない。   However, a virtual network having a tree topology in each slice does not always reduce the scheduling cost of packet transfer.

本発明の目的は、上記の技術課題を解決し、計算リソースの使用量を削減することであり、かつパケット転送のスケジューリングコストを効率よく低減化できるトラヒックフロー割当方法および装置を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above technical problem, to reduce the amount of calculation resources used, and to provide a traffic flow allocation method and apparatus capable of efficiently reducing the packet transfer scheduling cost. .

上記の目的を達成するために、本発明は、SDNの各スライス間でパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用を実現するトラヒックフロー割当を算出するトラヒックフロー割当装置において、以下の構成を具備した点に特徴がある。   In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration in a traffic flow allocation apparatus that calculates traffic flow allocation that realizes sharing of a link bandwidth by sharing a packet transfer queue between slices of an SDN. There is a feature in the point.

(1)ネットワークのトポロジー情報およびトラヒックフロー情報に基づいて、スライスごとに経路の異なる複数の仮想ネットワーク候補を作成する手段と、各スライスから選択される仮想ネットワーク候補のスライス数分の組み合わせを対象に、トラヒックフローが通過する各リンクのパケット転送に関するスケジューリングコストの総和を最小化する組み合わせを整数計画法モデルの解として計算する手段とを設け、各リンクを通過するトラヒックフローの優先クラスが1種類である複数のスライスのうち、当該優先クラスが同一のスライス同士にリンク帯域を共用させる条件下で、仮想ネットワーク候補の組み合わせを計算するようにした。   (1) Based on the network topology information and traffic flow information, the means to create multiple virtual network candidates with different paths for each slice and the combinations of virtual network candidates selected from each slice for the number of slices And a means for calculating, as a solution of the integer programming model, a combination that minimizes the sum of scheduling costs related to packet transfer of each link through which the traffic flow passes, and one type of priority class of traffic flow passing through each link Among a plurality of slices, a combination of virtual network candidates is calculated under a condition in which a link band is shared between slices having the same priority class.

(2)仮想ネットワーク候補を作成する手段は、各リンクのコストを、経路算出対象トラヒックフローがコスト設定対象リンクを通過すると仮定した場合のスライス間スケジューリングコスト期待値の増加量に設定する手段と、各リンクコストにしたがって、スライスごとに全てのトラヒックフローを満たして各経路が異なる複数の経路群を作成する手段とを含み、各経路群の全ての経路を合成してスライスごとに複数の仮想ネットワーク候補を作成するようにした。   (2) The means for creating a virtual network candidate is a means for setting the cost of each link to an increase in the expected value of inter-slice scheduling cost when the path calculation target traffic flow is assumed to pass through the cost setting target link; Means for creating a plurality of route groups in which each route is different by satisfying all traffic flows for each slice according to each link cost, and by combining all the routes in each route group, a plurality of virtual networks for each slice A candidate was created.

(3)複数種の経路群を作成する手段は、スライス間のパケット転送スケジューリングコスト期待値の増加を最小化するトラヒックフローの経路を逐次的に算出するようにした。   (3) The means for creating a plurality of types of route groups is to sequentially calculate the traffic flow route that minimizes the increase in the expected packet transfer scheduling cost between slices.

本発明によれば、以下のような効果が達成される。   According to the present invention, the following effects are achieved.

(1) SDNにおいて、各スライス間でのパケット転送キューおよびリンク帯域の共用を促進して、パケット転送のスケジューリングコストを最小化するトラヒックフロー割当を実現できる。また、各スライス間でのパケット転送キューおよびリンク帯域の共用が促進されるので、リンク帯域の利用効率が向上する。   (1) In SDN, traffic flow allocation that promotes sharing of packet transfer queues and link bandwidths between slices and minimizes scheduling costs of packet transfers can be realized. Further, since the sharing of the packet transfer queue and the link band between the slices is promoted, the utilization efficiency of the link band is improved.

(2) スライス間のパケット転送スケジューリングコスト期待値の逐次的増加が最小化される仮想ネットワーク候補が構成されるので、スライス間のパケット転送スケジューリングコストを削減するトラヒックフロー割当を精度良く実現できる。   (2) Since virtual network candidates are configured in which the sequential increase in the expected value of the packet transfer scheduling cost between slices is minimized, it is possible to accurately realize traffic flow allocation that reduces the packet transfer scheduling cost between slices.

(3) スライスごとに作成された経路の異なる複数の仮想ネットワーク候補の中から、最もパケット転送スケジューリングコストを削減する仮想ネットワーク候補の組み合わせを選択するために整数計画法モデルの求解を行うのみなので、大量の計算リソースを必要とせず、規模の大きなSDNにも適用できる。   (3) Since only a combination of virtual network candidates that reduce the packet transfer scheduling cost most is selected from a plurality of virtual network candidates with different paths created for each slice, the integer programming model is solved. It does not require a large amount of computing resources and can be applied to large-scale SDN.

本発明によるスライス間でのパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用の典型例を示した図である。It is the figure which showed the typical example of sharing of a link band by sharing of the packet transfer queue between slices by this invention. トラヒックフローに優先クラスが設定されているためにパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用に適さない例を示した図である。It is the figure which showed the example which is not suitable for sharing of a link band by sharing of a packet transfer queue because the priority class is set to the traffic flow. トラヒックフローに優先クラスが設定されていてもパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用に適した例を示した図(その1)である。FIG. 11 is a diagram (part 1) illustrating an example suitable for sharing a link bandwidth by sharing a packet transfer queue even when a priority class is set for a traffic flow; トラヒックフローに優先クラスが設定されていてもパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用に適した例を示した図(その2)である。FIG. 10 is a diagram (part 2) illustrating an example suitable for sharing a link bandwidth by sharing a packet transfer queue even when a priority class is set for a traffic flow; リンクを共用するスライス数および各スライスに設定されるパケット転送キューとスケジューリングコストとの関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between the number of slices which share a link, the packet transfer queue set to each slice, and scheduling cost. 本発明の一実施形態に係るトラヒックフロー割当装置の主要部の構成を示した機能ブロック図である。It is the functional block diagram which showed the structure of the principal part of the traffic flow allocation apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. スライスごとに複数の仮想ネットワーク候補を作成する手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the procedure which produces a some virtual network candidate for every slice. 本発明によるスライス間でのパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用の他の例を示した図である。It is the figure which showed the other example of sharing of a link band by sharing of the packet transfer queue between slices by this invention.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。ここでは初めに、本発明におけるパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用について説明し、次いで、リンク帯域の共用によりスケジューリングコストを最小化できるトラヒックフロー割り当ての方法について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, link bandwidth sharing by sharing packet transfer queues according to the present invention will be described, and then a traffic flow allocation method capable of minimizing scheduling cost by sharing link bandwidth will be described in detail.

本発明が注目するスケジューリングコストは、各ノードが各トラヒックフローのパケットをその優先クラスに応じた優先度で転送するために要する処理コストであり、リンク帯域を共有するスライス数やパケット転送キュー数に依存する。   The scheduling cost noticed by the present invention is a processing cost required for each node to transfer a packet of each traffic flow with a priority according to its priority class. The scheduling cost depends on the number of slices sharing the link bandwidth and the number of packet transfer queues. Dependent.

本発明では、典型的には図1に示したように、複数のスライス(ここでは、2つのスライス#1,#2)において同一の物理リンクにそれぞれ設けていたパケット転送キューを一つにまとめ、複数のスライス#1,#2に一つのパケット転送キューを共用させることにより、当該リンクに関してスライス#1,#2のそれぞれに割り当てられていたリンク帯域の総和をスライス#1,#2が共用するトラヒックフロー割当を実現する。   In the present invention, typically, as shown in FIG. 1, the packet transfer queues provided in the same physical link in a plurality of slices (here, two slices # 1 and # 2) are combined into one. By sharing a single packet transfer queue for multiple slices # 1 and # 2, the total of the link bandwidth allocated to each of slices # 1 and # 2 for that link is shared by slices # 1 and # 2 Traffic flow allocation is realized.

一方、トラヒックフローに複数の優先クラスが設けられているスライスでは、一般的に優先クラスに応じて相対的に優劣のある帯域割り当てが行われる。しかしながら、このような帯域割当は契約サービスの料金等に基づくものなので、優先クラスの高いパケット転送が増えた結果、優先クラスの低いパケット転送の機会が失われてサービス品質が低下したとしても、スライス内では不公平感があまり無い。   On the other hand, in a slice in which a plurality of priority classes are provided in a traffic flow, band allocation that is relatively superior or inferior is generally performed according to the priority class. However, since such bandwidth allocation is based on contract service charges, etc., even if packet transfer opportunities with lower priority classes are lost as a result of the increase in packet transfers with higher priority classes, the quality of service is reduced. There is not much unfairness inside.

しかしながら、図2に示したように、トラヒックフローに複数の優先クラスが設けられているスライス(#3,#4)にリンク帯域を共用させると、一方のスライス(ここでは、スライス#4)のトラヒックフローが増加して高優先トラヒックフローが増えると、他方のスライス(ここでは、スライス#3)の、特に低優先トラヒックフローに割り当てられるべき帯域が浸食されてしまい、そのサービス品質に低下が生じるので不公平が生じる。   However, as shown in FIG. 2, when the link bandwidth is shared by slices (# 3, # 4) in which a plurality of priority classes are provided in the traffic flow, one slice (here, slice # 4) If the traffic flow increases and the high-priority traffic flow increases, the bandwidth that should be allocated to the low-priority traffic flow of the other slice (here, slice # 3) is eroded, and the service quality is degraded. So unfairness arises.

そこで、本発明ではパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用対象とするスライスを、各リンクに単一かつ同一の優先クラスのトラヒックフローのみが流れるスライス同士に限定した。   Therefore, in the present invention, the slices to be shared of the link bandwidth by sharing the packet transfer queue are limited to slices in which only a single and the same priority class traffic flow flows in each link.

なお、このようなスライスの組み合わせには、図1に示したように、優先クラスが唯一であるスライス同士のみならず、図3,4に示したように、スライスとしては優先クラスの異なるトラヒックフローが存在するものの、リンク単位では、高優先トラヒックフローのみが流れるスライス(図3)、低優先トラヒックフローのみが流れるスライス(図4)のように、優先クラスが唯一となるスライス同士でも同様なので、当該スライスについてはリンク帯域の共用対象とした。   In addition, as shown in FIG. 1, the combination of slices includes not only the slices having a unique priority class as shown in FIG. 1, but also traffic flows having different priority classes as slices as shown in FIGS. However, in the link unit, slices in which only the high priority traffic flow flows (FIG. 3) and slices in which only the low priority traffic flow flows (FIG. 4) are also the same in the slices in which the priority class is unique. The slice is a link band sharing target.

また、図1ないし図4では説明の都合上、2つのスライス間でのパケット転送キューおよびリンク帯域の共用を例にして説明したが、図5に示したように、例えば6つのスライス#1〜#6により共用されるリンクでも同様である。すなわち、スライス#1,#2同士は、トラヒックフローの優先クラスが複数なので共用を行わない。スライス#3,#4同士は、高優先トラヒックフローのみが通過するので共用を行う。スライス#5,#6同士は、低優先トラヒックフローのみが通過するので共用を行う。   1 to 4, for the convenience of explanation, the packet transfer queue and link bandwidth sharing between two slices has been described as an example. However, as shown in FIG. The same applies to links shared by # 6. That is, the slices # 1 and # 2 are not shared because there are a plurality of priority classes of traffic flows. Slices # 3 and # 4 are shared because only the high-priority traffic flow passes through them. Slices # 5 and # 6 are shared because only the low-priority traffic flow passes.

本発明では、ネットワーク全体で、スライス間のパケット転送キューおよびリンク帯域の共用を促進し、スライス間のパケット転送スケジューリングコストを最小化するトラヒックフロー割当の実現を考える。ここで、最小化されるスライス間のパケット転送スケジューリングコストは、各リンクにおけるスライス間スケジューリングコストの総和である。各リンクにおけるスライス間スケジューリングコストは、各スライスにおいてパケット転送制御を処理する仮想マシン数で表され、単純にリンク帯域共用を図った後のスライス数に比例する。従って、図5の例では仮想マシン数が4となり、スライス間スケジューリングコストは4に比例する。   The present invention considers the realization of traffic flow allocation that promotes sharing of packet transfer queues and link bandwidths between slices and minimizes packet transfer scheduling costs between slices in the entire network. Here, the packet transfer scheduling cost between slices to be minimized is the sum of the scheduling costs between slices in each link. The inter-slice scheduling cost in each link is represented by the number of virtual machines that process packet transfer control in each slice, and is simply proportional to the number of slices after link bandwidth sharing. Therefore, in the example of FIG. 5, the number of virtual machines is 4, and the scheduling cost between slices is proportional to 4.

図6は、本発明の一実施形態に係るトラヒックフロー割当装置1の主要部の構成を示した機能ブロック図である。このようなトラヒックフロー割当装置1は、汎用のコンピュータやサーバに、後述する各機能を実現するアプリケーション(プログラム)を実装することで構成できる。あるいは、アプリケーションの一部がハードウェア化またはROM化された専用機や単能機として構成しても良い。   FIG. 6 is a functional block diagram showing the configuration of the main part of the traffic flow allocation apparatus 1 according to one embodiment of the present invention. Such a traffic flow allocation apparatus 1 can be configured by installing an application (program) for realizing each function described later on a general-purpose computer or server. Alternatively, a part of the application may be configured as a dedicated machine or a single-function machine in which hardware or ROM is implemented.

入力インタフェース(I/F)10は、ネットワークのトポロジー情報の入力を受け付けて記憶するトポロジー情報受付部10a、およびトラヒックフロー情報の入力を受け付けて記憶するトラヒックフロー情報受付部10bを含む。最小ホップ数経路算出部20は、全てのトラヒックフローの最小ホップ数経路を算出し、さらにその平均経由ホップ数を計算する。   The input interface (I / F) 10 includes a topology information receiving unit 10a that receives and stores input of network topology information, and a traffic flow information receiving unit 10b that receives and stores input of traffic flow information. The minimum hop number route calculation unit 20 calculates the minimum hop number route of all traffic flows, and further calculates the average number of via hops.

仮想ネットワーク候補作成部30は、後に詳述するように、スライス間のパケット転送スケジューリングコスト期待値の増加を最小化するようなトラヒックフローの経路を逐次的に算出することにより、スライスごとに全てのトラヒックフローを満たして各経路が異なる複数の仮想ネットワーク候補を作成する。スライス間のパケット転送スケジューリングコストの期待値を計算するためには、トラヒックフローの平均経由ホップ数の値が必要になるが、本実施形態では、先に求めた最小ホップ数経路の平均経由ホップ数でこれを代用する。   As will be described in detail later, the virtual network candidate creation unit 30 sequentially calculates a traffic flow route that minimizes an increase in the expected value of the packet transfer scheduling cost between slices. A plurality of virtual network candidates that satisfy the traffic flow and have different routes are created. In order to calculate the expected value of the packet transfer scheduling cost between slices, the value of the average number of hops in the traffic flow is necessary. Use this instead.

前記仮想ネットワーク候補作成部30において、リンクコスト設定部30aは、各リンクのコストを、経路算出対象トラヒックフローがコスト設定対象リンクを通過すると仮定した場合のスライス間スケジューリングコスト期待値の増加量に設定する。最小コスト経路群算出部30bは、前記設定された各リンクコストにしたがって、スライスごとに各トラヒックフローの最小コスト経路を逐次的に算出し、これを繰り返すことで経路の異なる複数の仮想ネットワーク候補を作成する。   In the virtual network candidate creation unit 30, the link cost setting unit 30a sets the cost of each link to the amount of increase in the expected value of the inter-slice scheduling cost when it is assumed that the path calculation target traffic flow passes through the cost setting target link. To do. The minimum cost route group calculation unit 30b sequentially calculates the minimum cost route of each traffic flow for each slice according to each set link cost, and repeats this to obtain a plurality of virtual network candidates with different routes. create.

トラヒックフロー割当計算部40は、スライスごとに複数個ずつ作成された仮想ネットワーク候補から、スライスごとに一枚ずつ選択した全スライス数分の仮想ネットワーク候補の組み合わせを対象に、スライス間のパケット転送スケジューリングコストを最小化する仮想ネットワーク候補の組合せを、整数計画法モデルの解として計算する。各スライスにおいて選択された仮想ネットワーク候補を構成するトラヒックフロー経路は、パケット転送のスケジューリングコストを最小化するトラヒックフローの割当結果として出力される。   The traffic flow allocation calculation unit 40 performs packet transfer scheduling between slices for combinations of virtual network candidates corresponding to the total number of slices selected for each slice from a plurality of virtual network candidates created for each slice. The combination of virtual network candidates that minimizes the cost is calculated as the solution of the integer programming model. The traffic flow path constituting the virtual network candidate selected in each slice is output as a traffic flow allocation result that minimizes the scheduling cost of packet transfer.

図7は、前記最小コスト経路群作成部30bが、スライスごとに全てのトラヒックフローを満たして各経路が異なる複数の仮想ネットワーク候補を作成する手順を示したフローチャートであり、スライスごとに当該スライスに属するトラヒックフローが1本ずつランダムに選択され、選択されたトラヒックフローの経路が逐次的に算出される。   FIG. 7 is a flowchart showing a procedure in which the minimum cost route group creation unit 30b creates a plurality of virtual network candidates that satisfy all traffic flows for each slice and differ in each route. The belonging traffic flows are randomly selected one by one, and the routes of the selected traffic flows are sequentially calculated.

本実施形態では、経路算出の対象となるトラヒックフローの順番を変えることにより、経路の異なる複数の仮想ネットワーク候補が作成される。また、各トラヒックフローの経路算出に先立って、各リンクのコストが、仮に経路算出対象のトラヒックフローが当該リンクを通過した時のスライス間スケジューリングコスト期待値の増加量に設定される。   In the present embodiment, a plurality of virtual network candidates with different routes are created by changing the order of traffic flows to be subjected to route calculation. Prior to route calculation for each traffic flow, the cost of each link is set to an increase amount of the expected value of inter-slice scheduling cost when the traffic flow to be calculated passes through the link.

すなわち、ステップS101ではリンク帯域の共用対象となるスライスのリストが作成される。ステップS102では、前記スライスリストから今回注目する一のスライス(注目スライス)が取り出される。ステップS103では、仮想ネットワーク候補数Ncadに初期値として「1」がセットされる。   That is, in step S101, a list of slices to be shared with the link band is created. In step S102, one slice (target slice) of interest is extracted from the slice list. In step S103, “1” is set as the initial value in the virtual network candidate number Ncad.

ステップS104では、前記注目スライスのフローリストがトラヒックフロー情報に基づいて作成される。ステップS105では、前記フローリストからランダムに一のトラヒックフローが選択されて今回の注目トラヒックフロー、すなわち経路算出対象トラヒックフローとされる。   In step S104, the flow list of the target slice is created based on the traffic flow information. In step S105, one traffic flow is selected at random from the flow list and is set as the current traffic flow of interest, that is, the route calculation target traffic flow.

ステップS106では、各リンクに対して、当該リンクを通過するトラヒックフローが負担することになるリンクコストが設定される。本実施形態では、後に式(1)〜(5)を参照して詳述するように、各リンクのコストが、注目トラヒックフローがコスト設定対象リンクを通過すると仮定した場合のスライス間スケジューリングコスト期待値(0~1)の増加量に設定される。   In step S106, the link cost that the traffic flow passing through the link bears is set for each link. In this embodiment, as will be described in detail later with reference to equations (1) to (5), the cost of each link is assumed to be the inter-slice scheduling cost expectation when the traffic flow of interest passes through the cost setting link. It is set to the increment of the value (0-1).

ステップS107では、注目トラヒックフローの最小コスト経路が算出される。ステップS108では、前記フローリストに登録されている全てのトラヒックフローに関して最小コスト経路の割り当てが完了したか否かが判定される。完了していなければステップS105へ戻り、注目トラヒックフローを切り替えながら前記最小コスト経路の割当およびリンクコストの更新が繰り返される。   In step S107, the minimum cost route of the traffic flow of interest is calculated. In step S108, it is determined whether or not the allocation of the minimum cost path has been completed for all traffic flows registered in the flow list. If not completed, the process returns to step S105, and the allocation of the minimum cost path and the update of the link cost are repeated while switching the traffic flow of interest.

その後、フローリストに登録されている全てのトラヒックフローに関する処理が完了したと判定されるとステップS109へ進み、今回の注目スライスにおいて算出された全ての最小コスト経路を合成して仮想ネットワークが構成され、これが当該注目スライスに関する仮想ネットワーク候補の一つとして登録される。ステップS110では、仮想ネットワーク候補数Ncadがインクリメントされる。   Thereafter, when it is determined that the processing related to all the traffic flows registered in the flow list has been completed, the process proceeds to step S109, and a virtual network is configured by synthesizing all the minimum cost paths calculated in the current slice of interest. This is registered as one of the virtual network candidates related to the target slice. In step S110, the virtual network candidate number Ncad is incremented.

ステップS111では、仮想ネットワーク候補数Ncadが所定の候補数に達したか否かが判定される。所定の候補数に達していなければ、ステップS104へ戻って上記の各処理が繰り返され、今回の注目スライスについて別の仮想ネットワーク候補が更に作成される。   In step S111, it is determined whether the virtual network candidate number Ncad has reached a predetermined number of candidates. If the predetermined number of candidates has not been reached, the process returns to step S104 and the above processes are repeated to further create another virtual network candidate for the current target slice.

その後、前記ステップS111において、今回の注目スライスに関して所定数の仮想ネットワーク候補が取得できたと判定されるとステップS112へ進み、これらの仮想ネットワーク候補が当該注目スライスの仮想ネットワーク候補群として登録される。   Thereafter, when it is determined in step S111 that a predetermined number of virtual network candidates have been acquired for the current attention slice, the process proceeds to step S112, and these virtual network candidates are registered as a virtual network candidate group of the attention slice.

ステップS113では、全てのスライスに関して仮想ネットワーク候補群の抽出が完了したか否かが判定される。完了していなければステップS102へ戻り、注目スライスを切り替えながら上記の各処理が繰り返され、スライスごとにNcad個の仮想ネットワーク候補群が抽出される。   In step S113, it is determined whether or not extraction of the virtual network candidate group has been completed for all slices. If not completed, the process returns to step S102, and the above processes are repeated while switching the target slice, and Ncad virtual network candidate groups are extracted for each slice.

次いで、前記ステップS106におけるリンクコストの設定方法について詳細に説明する。本実施形態では、各注目スライスの仮想ネットワーク候補算出における各リンクコストCostが、今回の注目トラヒックフローがコスト設定対象リンクを通過すると仮定した場合のスライス間スケジューリングコスト期待値(0~1)の増加量に設定され、当該リンクの属性に応じて以下の3つの値のいずれかを取る。   Next, the link cost setting method in step S106 will be described in detail. In this embodiment, each link cost Cost in the calculation of virtual network candidates for each slice of interest increases the expected value of inter-slice scheduling cost (0 to 1) when it is assumed that the current traffic flow passes the cost setting link. It is set to a quantity and takes one of the following three values depending on the attribute of the link.

ケース1 通過トラヒックフローの無いリンク:Cost=LC0
ケース2 注目トラヒックフローと異なる1つの優先クラスに属するトラヒックフローのみが通過するリンク:Cost=1.0-LC0
ケース3 その他のリンク:Cost=ε(εは十分に小さな値)
Case 1 Link without passing traffic flow: Cost = LC0
Case 2 A link through which only a traffic flow belonging to one priority class different from the traffic flow of interest passes: Cost = 1.0-LC0
Case 3 Other links: Cost = ε (ε is a sufficiently small value)

すなわち、コストの設定対象であるリンクをトラヒックフローが全く通過していない状態から、注目トラヒックフローが最初に通過する場合(ケース1)、総スライス数がS個であれば、仮想ネットワーク候補を求めようとしている今回の注目スライス以外のS-1個のスライスの内、i(=0~S-1)個のスライスと当該リンクについて帯域の共用が期待できる場合は、当該リンクにおけるスライス間スケジューリングコストの増加量は1/(i+1)になる。   That is, when the traffic flow of interest first passes from the state where no traffic flow passes through the link whose cost is to be set (case 1), if the total number of slices is S, a virtual network candidate is obtained. Of the S-1 slices other than the current slice of interest, i (= 0 to S-1) slices and the link can be expected to share the bandwidth for the link. The amount of increase is 1 / (i + 1).

例えば、仮想ネットワーク候補を求めようとしている今回の注目スライス以外のS-1個のスライスとの当該リンクの帯域共用が全く期待できない場合(i=0)は、当該リンクにおけるスライス間スケジューリングコストの増加量は、そのまま1になる。   For example, if bandwidth sharing of the link with S-1 slices other than the current target slice for which a virtual network candidate is to be obtained cannot be expected (i = 0), the inter-slice scheduling cost in the link increases. The amount becomes 1 as it is.

一方、当該リンク帯域の共用が可能であるスライスとは、注目トラヒックフローと同一の優先クラスに属するトラヒックフローのみが1本以上当該リンクを通過するようなスライスである。   On the other hand, the slice that can share the link band is a slice in which only one or more traffic flows belonging to the same priority class as the traffic flow of interest pass through the link.

ここで、m個のスライスからn個のスライスを選択する組み合わせ数をmCn、注目トラヒックフローと同一の優先クラスに属するトラヒックフローのみが1本以上当該リンクを通過する確率をPとすれば、仮想ネットワーク候補を求めようとしている注目スライス以外のS-1個のスライスの内、i(=0 ~ S-1)個のスライスとの当該リンク帯域の共用が期待できる確率は、次式(1)で表せる。   Here, if the number of combinations for selecting n slices from m slices is mCn and the probability that only one or more traffic flows belonging to the same priority class as the traffic flow of interest passes through the link is P, The probability that the link bandwidth can be shared with i (= 0 to S-1) slices of S-1 slices other than the target slice for which a network candidate is to be obtained is expressed by the following equation (1). It can be expressed as

従って、注目スライス以外のS-1個のスライスの内、i(=0 ~ S-1)個のスライスとリンク帯域を共用できる場合のスライス間スケジューリングコスト増加量は、上式(1)の計算結果を使ってi(=0 ~ S-1)に関して平均すれば良いので、次式(2)で表せる。   Therefore, when the link bandwidth can be shared with i (= 0 to S-1) slices out of S-1 slices other than the target slice, the increase in the inter-slice scheduling cost is calculated by the formula (1) above. Since it is sufficient to average i (= 0 to S-1) using the result, it can be expressed by the following equation (2).

一方、前記確率Pに関して、トラヒックフローの平均経由ホップ数をH、リンク数をLとすれば、各トラヒックフローがコスト設定対象であるリンクを通過する確率は(H/L)で与えられる。ただし、本実施形態では前記平均経由ホップ数Hが、先に求めた全トラヒックフローの最小ホップ数経路の平均経由ホップ数で代用される。   On the other hand, regarding the probability P, if the average number of hops through traffic flows is H and the number of links is L, the probability that each traffic flow passes through a link whose cost is to be set is given by (H / L). However, in the present embodiment, the average via hop count H is substituted with the average via hop count of the minimum hop count route of all traffic flows obtained previously.

そして、各スライスがFs本のトラヒックフローを収容しているとすれば、Fs本のトラヒックフローの内、1本以上のi(=1 ~ Fs)本のトラヒックフローが当該リンクを通過する確率は、次式(3)で表せる   If each slice contains Fs traffic flows, the probability that one or more i (= 1 to Fs) traffic flows out of the Fs traffic flows will pass through the link. And can be expressed by the following equation (3)

更に、i(=1 ~ Fs)本のトラヒックフローが当該リンクを通過して、当該リンクを通過するi(=1 ~ Fs)本のトラヒックフローの全てが、注目トラヒックフローと同一の優先クラスに属する確率は、優先クラス数をKとすれば、次式(4)で表せる。   In addition, i (= 1 to Fs) traffic flows pass through the link, and all i (= 1 to Fs) traffic flows that pass through the link have the same priority class as the traffic flow of interest. The probability of belonging can be expressed by the following equation (4), where K is the number of priority classes.

以上より、各スライスにおいて、注目トラヒックフローと同一の優先クラスに属するトラヒックフローのみが1本以上当該リンクを通過する前記確率Pは、i(=1 ~ Fs)に関する和を取って、次式(5)で表せる。但し、各優先クラスに属するトラヒックフローの数は均等であると仮定している。   From the above, in each slice, the probability P that only one or more traffic flows belonging to the same priority class as the traffic flow of interest passes through the link is obtained by taking the sum of i (= 1 to Fs) and calculating the following equation ( It can be expressed in 5). However, it is assumed that the number of traffic flows belonging to each priority class is equal.

前記ケース2においては、仮に注目トラヒックフローが当該リンクを通過した場合、その時点で、当該スライスは他スライスとリンク帯域を共用できない独立したスライスとなる。従って、当該リンクを通過するトラヒックフローが存在しない状態からのスライス間スケジューリングコスト期待値の増加量は1.0となり、LC0は当該リンクの直前のコストを表す。   In case 2, if the traffic flow of interest passes through the link, at that time, the slice becomes an independent slice that cannot share the link bandwidth with other slices. Therefore, the increase amount of the inter-slice scheduling cost expectation value from the state where there is no traffic flow passing through the link is 1.0, and LC0 represents the cost immediately before the link.

前記ケース3の場合、仮に注目トラヒックフローが当該リンクを通過しても、スライス間スケジューリングコスト期待値は増加しない。従って、εは十分小さな実数であり、例えばネットワークの総リンク数Lの逆数よりも小さな数である。   In the case 3, even if the traffic flow of interest passes through the link, the expected value of the scheduling cost between slices does not increase. Therefore, ε is a sufficiently small real number, for example, a number smaller than the reciprocal of the total link number L of the network.

本リンクコストの下で、最小コスト経路を算出することにより、スライス間のパケット転送スケジューリングコスト期待値の増加を最小化するような経路を算出できる。当該スライスに属する全てのトラヒックフローの経路算出が終了した時点で、各トラヒックフローの経路を合成することにより、仮想ネットワーク候補が構成される。   By calculating the minimum cost route under this link cost, it is possible to calculate a route that minimizes the increase in the expected value of the packet transfer scheduling cost between slices. When the route calculation of all the traffic flows belonging to the slice is completed, the virtual network candidates are configured by combining the routes of the traffic flows.

次いで、前記トラヒックフロー割当計算部40が、前記トポロジー情報および各スライスの仮想ネットワーク候補情報を入力とする整数計画法モデルを解いて、スライス間のパケット転送のスケジューリングコストを最小化する、仮想ネットワーク候補の組み合わせおよびトラヒックフローの割当結果を出力する。   Then, the traffic flow allocation calculation unit 40 solves an integer programming model having the topology information and virtual network candidate information of each slice as inputs, and minimizes the scheduling cost of packet transfer between slices. And the traffic flow allocation result are output.

ネットワークのトポロジー情報は、ネットワークを構成するノード集合およびリンク集合を含む。仮想ネットワーク候補情報は、各仮想ネットワーク候補を構成する、当該スライスに含まれるトラヒックフローの経路に関する情報である。整数計画法モデルにおける定数および集合は以下のように定義される。
Node:ノード集合
node:ノード
s:発ノード
d:着ノード
t:中継ノード
Link:リンク集合
link:リンク
node inout:ノードnodeに接続するリンクの集合
Flow:トラヒックフロー集合
f:トラヒックフロー
Pr:優先クラス集合
pr:優先クラス
Sl:スライス集合
sl:スライス
FPr (pr):優先クラスprに属するトラヒックフロー集合
FSl (sl):スライスslに属するトラヒックフロー集合
MCad:各スライスにおける仮想ネットワーク候補数
cad:仮想ネットワーク候補。
X f, cad (link):トラヒックフローfを含むスライスにおいて、仮想ネットワーク候補cadが選択される時、トラヒックフローfがリンクlinkを通過する時に「1」、そうでない時に「0」であるバイナリー定数
A:十分大きな値を持つ定数
The topology information of the network includes a node set and a link set constituting the network. The virtual network candidate information is information relating to a traffic flow path included in the slice, which constitutes each virtual network candidate. Constants and sets in the integer programming model are defined as follows:
Node: Node set
node: Node
s: Originating node
d: destination node
t: Relay node
Link: Link set
link
node inout: A set of links connected to the node node
Flow: Traffic flow set
f: Traffic flow
Pr: Priority class set
pr: Priority class
Sl: Slice set
sl: Slice
FPr (pr): Traffic flow set belonging to the priority class pr
FSl (sl): traffic flow set belonging to slice sl
MCad: Number of virtual network candidates in each slice
cad: Virtual network candidate.
X f, cad (link): When a virtual network candidate cad is selected in a slice including traffic flow f, a binary constant that is “1” when traffic flow f passes through link link and “0” otherwise.
A: Constant with a sufficiently large value

また、各変数は以下のように定義される。
Y sl, cad:スライスslにおいて、仮想ネットワーク候補cadが選択される時に「1」、そうでない時に「0」であるバイナリー変数
Q pr, sl (link):スライスslにおいて優先クラスpr に属するトラヒックフローが、リンクlink を通過する時に「1」、そうでない時に「0」であるバイナリー変数
Q1 sl (link):スライスslにおいて1つ以上の優先クラスに属するトラヒックフローが、リンクlink を通過する時に「1」、そうでない時に「0」であるバイナリー変数
Q2 sl (link):スライスslにおいて2つ以上の優先クラスに属するトラヒックフローが、リンクlink を通過する時に「1」、そうでない時に「0」であるバイナリー変数
NQ pr (link):あるスライスにおいて、優先クラスpr に属するトラヒックフローのみが、リンクlink を通過する時に「1」、そうでない時に「0」であるバイナリー変数
SQ (link):2つ以上のスライスに属するトラヒックフローが、リンクlink を通過する時に「1」、そうでない時に「0」であるバイナリー変数
Each variable is defined as follows.
Y sl, cad: Binary variable that is “1” when virtual network candidate cad is selected in slice sl, and “0” otherwise
Q pr, sl (link): A binary variable whose traffic flow belonging to priority class pr in slice sl is “1” when passing through link link, and “0” otherwise.
Q1 sl (link): A binary variable that is “1” when a traffic flow belonging to one or more priority classes in the slice sl passes the link link, and “0” otherwise.
Q2 sl (link): A binary variable that is “1” when a traffic flow belonging to two or more priority classes in slice sl passes the link link, and “0” otherwise.
NQ pr (link): A binary variable that is “1” when only traffic flows belonging to the priority class pr pass through the link link and “0” otherwise.
SQ (link): A binary variable that is “1” when a traffic flow belonging to two or more slices passes through the link link, and “0” otherwise.

整数計画法モデルにおいて、各スライスにおいて選択される仮想ネットワーク候補の条件は次式(6)で与えられる。   In the integer programming model, the condition of the virtual network candidate selected in each slice is given by the following equation (6).

次式(7)は、各スライスにおいて各優先クラスに属するトラヒックフローが各リンクを通過する条件であり、Q pr, sl (link)は、ΣΣ(X f, cad (link)×Y sl, cad)が0以下であれば「0」、1以上であれば「1」となる。   The following equation (7) is a condition that traffic flows belonging to each priority class pass through each link in each slice, and Q pr, sl (link) is ΣΣ (X f, cad (link) × Y sl, cad ) Is 0 or less, it is “0”, and if it is 1 or more, it is “1”.

次式(8)は、各スライスにおいて、1つ以上の優先クラスに属するトラヒックフローがリンクを通過する条件であり、Q1 sl (link)は、ΣQ pr, sl (link)が0以下であれば「0」、1以上であれば「1」となる。   The following equation (8) is a condition that traffic flows belonging to one or more priority classes pass through the link in each slice, and Q1 sl (link) is ΣQ pr, sl (link) is 0 or less “0”, “1” if 1 or more.

次式(9)は、各スライスにおいて、2つ以上の優先クラスに属するトラヒックフローがリンクを通過する条件であり、Q2 sl (link)は、ΣQ pr, sl (link)-1が0以下であれば「0」、1以上であれば「1」となる。   The following equation (9) is a condition that traffic flows belonging to two or more priority classes pass through the link in each slice, and Q2 sl (link) is ΣQ pr, sl (link) -1 is 0 or less “0” if present, “1” if greater than or equal to “1”.

次式(10)は、あるスライスにおいて、各優先クラスに属するトラヒックフローのみがリンクを通過する条件である。   The following equation (10) is a condition that only a traffic flow belonging to each priority class passes through the link in a certain slice.

次式(11)は、2つ以上のスライスに属するトラヒックフローがリンクを通過する条件であり、SQ (link)は、ΣQ2 sl (link)+ΣNQ pr (link)-1が0以下であれば「0」、1以上であれば「1」となる。   The following equation (11) is a condition that traffic flows belonging to two or more slices pass through the link, and SQ (link) is ΣQ2 sl (link) + ΣNQ pr (link) -1 if it is 0 or less “0”, “1” if 1 or more.

最小化すべきスライス間のパケット転送のスケジューリングコストは、次式(12)のように表される。   The scheduling cost of packet transfer between slices to be minimized is expressed by the following equation (12).

上式(12)において、定数Wは、リンク帯域の共用が図られた後のスライス数をスライス間スケジューリングコストに換算する比例定数を表している。   In the above equation (12), the constant W represents a proportional constant for converting the number of slices after the sharing of the link bandwidth into the inter-slice scheduling cost.

前記定数Wに乗じられる項において、第1項(ΣQ2 sl…)は、今回の注目リンクlink(∈Link)に、同一スライス内で優先クラスの異なる複数のトラヒックフローが流れるスライス総数、すなわち当該注目リンクに関して、単独でスライス間スケジューリングが必要となるスライス総数であり、前記図5のスライス#1,#2に相当する。   In the term multiplied by the constant W, the first term (ΣQ2 sl...) Is the total number of slices in which a plurality of traffic flows having different priority classes flow in the same slice in the current target link link (∈Link), that is, the target This is the total number of slices that require independent inter-slice scheduling for the link, and corresponds to slices # 1 and # 2 in FIG.

第2項(ΣNQ…)は、今回の注目リンクlink(∈Link)に、当該優先クラスに属するトラヒックフローのみが流れるスライスが存在するような優先クラス(pr)の総数であり、前記スライス[ #3+#4],[ #5+#6]に対応する優先クラスに相当する。すなわち、当該注目リンクに関して、1つの優先クラスに属するトラヒックフローのみが流れるリンク帯域共用の対象と成り得るスライスについて、リンク帯域の共用が図られた後のスライス総数を表す。   The second term (ΣNQ...) Is the total number of priority classes (pr) in which there is a slice in which only the traffic flow belonging to the priority class exists in the current link of interest (link), and the slice [# This corresponds to the priority class corresponding to [3 + # 4] and [# 5 + # 6]. That is, regarding the link of interest, the total number of slices after the sharing of the link bandwidth is represented for a slice that can be a link bandwidth sharing target in which only traffic flows belonging to one priority class flow.

各トラヒックフローの割当結果は、各スライスにおいて選択された仮想ネットワーク候補を表す変数Y sl, cadの値から、定数X f, cad (link)の値よって知ることができる。   The assignment result of each traffic flow can be known from the values of the variables Y sl and cad representing the virtual network candidates selected in each slice by the values of the constants X f and cad (link).

本実施形態によれば、SDNの各スライスにおいて、予め与えられた複数の仮想ネットワーク候補の中から、最もパケット転送スケジューリングコストを削減する仮想ネットワーク候補を選択するために整数計画法モデルの求解を行うのみなので、大量の計算リソースを必要とせず、規模の大きなSDNにも適用できる。   According to the present embodiment, in each slice of the SDN, an integer programming model is solved to select a virtual network candidate that reduces the packet transfer scheduling cost most from a plurality of virtual network candidates given in advance. Therefore, it does not require a large amount of computing resources and can be applied to large-scale SDN.

また、本実施形態によれば、スライス間のパケット転送スケジューリングコスト期待値の逐次的増加が最小化される仮想ネットワーク候補が構成されるので、スライス間のパケット転送スケジューリングコストを削減するトラヒックフロー割当を精度良く実現できる。   In addition, according to the present embodiment, virtual network candidates are configured in which the sequential increase of the expected value of the packet transfer scheduling cost between slices is minimized, so traffic flow allocation that reduces the packet transfer scheduling cost between slices is performed. Can be realized with high accuracy.

なお、上記の実施形態では、リンク帯域の共用対象となるスライス組を、リンクを通過するトラヒックフローの優先クラスが唯一かつ同一のスライス同士とし、優先クラスの異なる複数のトラヒックフローが通過するスライス同士は共用の対象外であるものとして説明した。   In the above-described embodiment, the slice set that is the target of sharing the link band is the same and the same slice of the priority class of the traffic flow passing through the link, and the slices through which a plurality of traffic flows of different priority classes pass. Was described as being out of scope for sharing.

しかしながら、優先クラスの異なる複数のトラヒックフローが通過するスライス同士であっても、図8に示したように、スライス内の各優先クラスにリンク帯域が固定的に割り当てられていれば、対応する優先クラス同士でパケット転送キューを一つにまとめて共用させることで、優先クラスごとに各リンク帯域の総和を共用させても良い。このとき、各スライスの対応する優先クラスに割り当てられていた帯域は必ずしも同一でなくて良い。   However, even if the slices pass through a plurality of traffic flows with different priority classes, as shown in FIG. 8, if the link band is fixedly assigned to each priority class in the slice, the corresponding priority is set. By summarizing and sharing the packet transfer queue between classes, the sum of the link bandwidths may be shared for each priority class. At this time, the bandwidth allocated to the corresponding priority class of each slice does not necessarily have to be the same.

このようにすれば、優先クラスが同一のパケット同士は公平に扱われ、一方のスライスの高優先トラヒックフローが増加しても、他方のスライスの低優先トラヒックフローに割り当てられるべき帯域は確保される。したがって、サービス品質を不公平に低下させることなくリンク帯域の利用効率を向上させることができる。   In this way, packets with the same priority class are treated fairly, and even if the high-priority traffic flow of one slice increases, the bandwidth to be allocated to the low-priority traffic flow of the other slice is secured. . Therefore, link bandwidth utilization efficiency can be improved without unfairly degrading service quality.

1…トラヒックフロー割当装置,10…入力インタフェース,10a…トポロジー情報受付部,10b…トラヒックフロー情報受付部,20…最小ホップ数経路算出部,30…仮想ネットワーク候補作成部,30a…リンクコスト設定部,30b…最小コスト経路算出部,40…トラヒックフロー割当計算部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Traffic flow allocation apparatus, 10 ... Input interface, 10a ... Topology information reception part, 10b ... Traffic flow information reception part, 20 ... Minimum hop number path | route calculation part, 30 ... Virtual network candidate creation part, 30a ... Link cost setting part , 30b ... minimum cost route calculation unit, 40 ... traffic flow allocation calculation unit

Claims (7)

SDNの各スライス間でパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用を実現するトラヒックフロー割当を算出するトラヒックフロー割当装置において、
ネットワークのトポロジー情報およびトラヒックフロー情報に基づいて、スライスごとに各経路が異なる複数の仮想ネットワーク候補を作成する手段と、
各スライスから選択される仮想ネットワーク候補のスライス数分の組み合わせを対象に、トラヒックフローが通過する各リンクのパケット転送に関するスケジューリングコストの総和を最小化する組み合わせを整数計画法モデルの解として計算する手段とを具備し、
前記組み合わせを計算する手段は、各リンクを通過するトラヒックフローの優先クラスが1種類である複数のスライスのうち、当該優先クラスが同一のスライス同士にリンク帯域を共用させる条件下で、仮想ネットワーク候補の組み合わせを計算することを特徴とするトラヒックフロー割当装置。
In a traffic flow allocation device that calculates traffic flow allocation that realizes link bandwidth sharing by sharing packet transfer queues between each slice of SDN,
Means for creating a plurality of virtual network candidates with different paths for each slice based on network topology information and traffic flow information;
A method for calculating a combination that minimizes the sum of scheduling costs related to packet forwarding of each link through which traffic flows pass as a solution of an integer programming model for combinations of virtual network candidates selected from each slice. And
The means for calculating the combination is a virtual network candidate under a condition in which, among a plurality of slices having a single priority class of traffic flow passing through each link, a link band is shared between slices having the same priority class. A traffic flow allocation apparatus characterized by calculating a combination of
前記仮想ネットワーク候補を作成する手段は、
各リンクのコストを、経路算出対象トラヒックフローがコスト設定対象リンクを通過すると仮定した場合のスライス間スケジューリングコスト期待値の増加量に設定する手段と、
各リンクコストにしたがって、スライスごとに全てのトラヒックフローを満たして各経路が異なる複数の経路群を作成する手段とを含み、
各経路群の全ての経路を合成してスライスごとに複数の仮想ネットワーク候補を作成することを特徴とする請求項1に記載のトラヒックフロー割当装置。
The means for creating the virtual network candidate is:
Means for setting the cost of each link to an increase in the expected value of the inter-slice scheduling cost when the path calculation target traffic flow is assumed to pass through the cost setting link;
Means for satisfying all the traffic flows for each slice according to each link cost and creating a plurality of route groups in which each route is different,
2. The traffic flow allocation apparatus according to claim 1, wherein a plurality of virtual network candidates are created for each slice by synthesizing all paths in each path group.
前記複数の経路群を作成する手段は、スライス間のパケット転送スケジューリングコスト期待値の増加を最小化するトラヒックフローの経路を逐次的に算出することを特徴とする請求項2に記載のトラヒックフロー割当装置。   The traffic flow allocation according to claim 2, wherein the means for creating the plurality of path groups sequentially calculates a traffic flow path that minimizes an increase in an expected value of a packet transfer scheduling cost between slices. apparatus. 前記経路群の各経路が最小コスト経路であることを特徴とする請求項2または3に記載のトラヒックフロー割当装置。   4. The traffic flow allocation apparatus according to claim 2, wherein each path of the path group is a minimum cost path. 前記整数計画法モデルは、優先クラスの異なるトラヒックフロー同士にリンク帯域を共用させないことを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載のトラヒックフロー割当装置。   5. The traffic flow allocation apparatus according to claim 1, wherein the integer programming model does not share a link bandwidth among traffic flows having different priority classes. SDNの各スライス間でパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用を実現するトラヒックフロー割当を算出するトラヒックフロー割当方法において、
ネットワークのトポロジー情報およびトラヒックフロー情報に基づいて、スライスごとに経路の異なる複数の仮想ネットワーク候補を作成する手順と、
各スライスから選択される仮想ネットワーク候補のスライス数分の組み合わせを対象に、トラヒックフローが通過する各リンクのパケット転送に関するスケジューリングコストの総和を最小化する組み合わせを整数計画法モデルの解として計算する手順とを含み、
前記組み合わせを計算する手順では、各リンクを通過するトラヒックフローの優先クラスが1種類である複数のスライスのうち、当該優先クラスが同一のスライス同士にリンク帯域を共用させる条件下で、仮想ネットワーク候補の組み合わせを計算することを特徴とするトラヒックフロー割当方法。
In a traffic flow allocation method for calculating traffic flow allocation that realizes sharing of a link bandwidth by sharing a packet transfer queue between slices of SDN,
Based on the network topology information and traffic flow information, creating a plurality of virtual network candidates with different paths for each slice;
A procedure for calculating a combination that minimizes the sum of scheduling costs related to packet forwarding of each link through which traffic flows pass as a solution of the integer programming model for combinations of virtual network candidates selected from each slice. Including
In the procedure for calculating the combination, a virtual network candidate is used under a condition in which, among a plurality of slices having one kind of priority class of traffic flow passing through each link, a link band is shared between slices having the same priority class. A traffic flow allocation method characterized by calculating a combination of
前記仮想ネットワーク候補を作成する手順は、
各リンクのコストを、経路算出対象トラヒックフローがコスト設定対象リンクを通過すると仮定した場合のスライス間スケジューリングコスト期待値の増加量に設定する手順と、
各リンクコストにしたがって、スライスごとに全てのトラヒックフローを満たして各経路が異なる複数の経路群を作成する手順とを含み、
各経路群の全ての経路を合成してスライスごとに複数の仮想ネットワーク候補を作成することを特徴とする請求項6に記載のトラヒックフロー割当方法。
The procedure for creating the virtual network candidate is as follows:
A procedure for setting the cost of each link to an increase in the expected value of the inter-slice scheduling cost when the path calculation target traffic flow is assumed to pass through the cost setting target link;
According to each link cost, creating a plurality of route groups that satisfy all traffic flows for each slice and each route is different,
The traffic flow allocation method according to claim 6, wherein a plurality of virtual network candidates are created for each slice by synthesizing all the routes in each route group.
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