JP4344346B2 - ノード装置 - Google Patents

Description

本発明は、ノード装置に関する。

大容量コンテンツを利用するアプリケーションとＧＭＰＬＳ（Generalized Multi-Protocol Label Switching）をはじめとする光ネットワーク制御技術とを連携させて、アプリケーショントリガでパスを動的に設定するような検討がなされている。

従来、コンテンツ種別ごとに適したパス設定を行うために、ネットワークトポロジ情報およびリンクごとの空き帯域情報を、ルータなどのノード装置からユーザの端末（クライアント）へ通知することで、ユーザは、このように通知された利用可能なネットワーク帯域情報に基づいて、希望するコンテンツの種別に適したネットワークルーティングの設定をノード装置に行うようなパス設定方法が提案されている（特許文献１参照）。すなわち、ネットワークの状況をクライアントが知っているため、適したパス設定が可能となる、というものである。

しかしながら、従来の方法にはネットワークを運用する事業者の運用ポリシーに起因する問題がある。例えば、セキュリティの観点や運用負荷の観点から、ネットワーク事業者が運用するネットワークのトポロジや空き帯域情報をユーザヘ提供することは非常に難しい。

一方、クライアントもしくはサーバがネットワークの情報を知らずに、パスの種別や必要とするビットレートを指定することも可能である。パス設定要求を受けたノード装置は、ルーティングプロトコルなどで収集したネットワークリソースの空き状況を参照して、要求されたパスを設定可能か否か判断し、設定可能な場合は設定し、設定不可能な場合はクライアントにリジェクトメッセージ（reject message）を送る。すなわち、クライアントは、設定するパス種別やビットレートなどを判断して決めて、ノード装置は単純に要求されたパスを受け付けることができるかどうかを判定するだけである。
特開２００３−２８３５４４号公報

しかしながら、この方法にも問題がある。クライアントが要求するパス種別もしくはビットレートは、ネットワークの空き状況を知らずに決定されているものであるため、使用率の低い既存の波長パスを乗り継げば、クライアントおよびサーバ間に満足できるパケットパスを設定できるにもかかわらず、波長パスを要求してリジェクトされるといったことが発生する可能性がある。

そこで、本発明は、前記した問題を解決し、クライアントおよびサーバがネットワークの情報を知ることなく、コンテンツに応じたパス設定を実現することを主な目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、クライアントにコンテンツを送信する旨のコンテンツ要求に応じたサーバが、前記コンテンツを前記クライアントに送信するためのネットワークを構成するノード装置であって、前記コンテンツ要求によって指定された前記コンテンツのコンテンツ容量および前記ネットワークの空きリソースをもとに、設定すべきパス種別を選択する経路計算部と、前記経路計算部により選択されたパス種別にしたがって、前記ネットワーク上にパス設定を行うパス設定部と、前記パス設定部により設定されたパスを用いて前記コンテンツを転送する通信部と、を有することを特徴とする。

これにより、パスの種別選択にコンテンツ容量を考慮することによって、ネットワーク側で適切なパス選択が可能となり、ネットワークリソース（波長やルータのインターフェースなど）をより有効に利用することができる。

本発明は、前記経路計算部が、前記コンテンツ要求に含まれる許容時間を参照し、前記通信部により前記コンテンツの転送にかかる時間が、前記許容時間を超えないようにパス種別を選択することを特徴とする。

これにより、クライアントから許容時間を送信するためには、クライアント、サーバ、ノード装置での正確な時間管理を行うことで許容時間を得られ、パスの経路選択時に考慮すべき制限条件を増やすことができ、効率的なネットワークの利用が可能となる。

本発明は、前記経路計算部が、前記コンテンツ容量が大きく、かつ、前記ネットワークの空きリソースが多いときには波長パスを選択し、そうでないときにはパケットパスを選択することを特徴とする。

これにより、本数の多く低品質なパケットパスと、本数の少なく高品質な波長パスとを混在させることで、ネットワークの利用効率を高めることができる。

本発明は、前記パス設定部が、パス設定が完了すると、完了通知を前記サーバに通知し、前記サーバに前記コンテンツの送信を開始させることを特徴とする。

これにより、コンテンツの転送について、転送開始時点から適切なパスで行うことができる。

本発明は、前記パス設定部が、パス設定が完了すると、既に送信が開始されている前記コンテンツを、設定が完了したパスへとリルートすることを特徴とする。

これにより、パス設定完了までデータ転送を待つ必要がなくなるため、応答の向上が期待される。

本発明は、前記経路計算部が、前記サーバから送信されるパス設定要求から前記コンテンツ容量を抽出して、設定すべきパス種別を選択するときに参照することを特徴とする。

これにより、クライアントは、コンテンツ要求を行うだけで、パスを利用することができる。

本発明は、前記サーバおよび前記クライアントが、前記サーバからクライアントへコンテンツ容量を通知する手段を有し、前記経路計算部が、前記クライアントから送信される前記コンテンツ要求から前記コンテンツ容量を抽出して、設定すべきパス種別を選択するときに参照することを特徴とする。

これにより、クライアントおよびサーバの間であらかじめコンテンツ容量を共有しておくことによって、クライアントのコンテンツ要求に対してより高速にパス設定を行い、データ転送を開始することが可能となり、応答時間の短縮効果が見込まれる。また、ネットワークにおいて広帯域なパスを用いる場合は、データ転送を行っている時間が非常に短時間であることが想定される。このとき、シグナリングなどのパス設定時間が全体に占める割合が大きくなることが予想される。よって、クライアント側からパス設定を要求することで、ネットワークを占有する時間を短縮する効果も見込まれる。

本発明は、前記サーバからクライアントへコンテンツ容量を通知する手段が、前記サーバおよび前記クライアントが実行するＰ２Ｐ（Peer to Peer）ソフトによって構築されたオーバレイネットワークを介して、前記コンテンツ容量を共有するように構成されることを特徴とする。

これにより、既に普及しているコンテンツ通信を実現する標準的なアプリケーションの枠組みを活用することができ、開発コストを低減できる。

本発明は、前記サーバからクライアントへコンテンツ容量を通知する手段が、前記サーバおよび前記クライアントが接続している前記ノード装置間にパスを設定することにより構築されたパスネットワークを介して、前記コンテンツ容量を共有するように構成されることを特徴とする。

これにより、サーバおよびクライアントには共有のためのソフトをインストールしなくて済むので、ユーザに負担をかけずに済む。

本発明により、ネットワーク側で最適なパスの設定が可能となり、ネットワークリソースの有効利用が可能になる。つまり、クライアントは設定するパスの種別やビットレートを判断せず、送信したいコンテンツの情報をノードに通知して、この情報をもとにノードが設定するパスの種別やビットレートをノードが判断する。これにより、コンテンツを送信するのに適しており、かつ、ネットワークの空き状況を考慮したパス設定が可能となる。例えば、ＧＭＰＬＳノードはクライアントのデータ転送量の要求を満たしたパスを設定することができる。

さらに、従来技術ではパス設定をクライアントにさせるために、ネットワークの情報を開示しなければならなかったが、本発明により、ネットワーク側でパスを設定することができるので、ネットワークの情報がクライアント側に隠蔽でき、セキュリティが向上する。

以下に、本発明が適用されるネットワークシステムの一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

以下、第１実施形態を説明する。第１実施形態は、ノード装置がパス設定をするために参照する要求メッセージが、サーバ側から送信されることを特徴とする。

図１は、ＧＭＰＬＳで制御されるバックボーンネットワークＮＷと、これに接続されるクライアントＣとサーバＳについて、構成例および情報のやり取りのシーケンスを示す。バックボーンネットワークＮＷは、例えば、波長ネットワークを含むマルチレイヤネットワークである。クライアントＣとサーバＳとの間にはＩＰ（Internet Protocol）の到達可能性（Reachability）は確保されていることを前提とする。この到達可能性は、ＧＭＰＬＳが動作するバックボーンネットワークＮＷとは別ネットワークで構築されていたり、ＧＭＰＬＳネットワークに専用のパスを設定することで実現されていたりする。ＩＰの到達可能性を確保するためのネットワークは、ネットワークの制御メッセージやコンテンツの要求およびその応答、コンテンツ情報などがやり取りされるネットワークであるため、必ずしも広帯域である必要はない。

次に、ＧＭＰＬＳのネットワークにおいてＲＳＶＰ（Resource reSerVation Protocol）シグナリングプロトコルによる双方向パス設定の例を示す。ノード装置ＮＳは、データを送信する側に設置され、パス設定のイニシエータである。一方、ノード装置ＮＣは、データを受信する側に設置され、パス設定のターミネータである。イニシエータからパス設定の要求をスタートする。イニシエータがターミネータ宛にパス設定のメッセージ（ＰＡＴＨ）を送信して（後記のＳ１０６など）、ターミネータがイニシエータにＡｃｋ（ＲＥＳＶ）を返信して（後記のＳ１０８など）、これをイニシエータが受信した時点で双方向のパスが設定される。このとき、ＰＡＴＨによって上流（upstream）方向のラベルが割り当てられ、ＲＥＳＶによって下流（downstream）方向のラベルが割り当てられる。すなわち、波長パスの場合では、ＰＡＴＨによって上流パスが設定され、ＲＥＳＶで下流パスが設定される。

バックボーンネットワークＮＷに接続される各装置は、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、通信を行うためのネットワークインタフェー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。

図２は、図１のノード装置ＮＳの構成図を示す。ノード装置ＮＳは、データを転送するためのパスを制御する制御部１０と、データの転送を行う通信部２０に分かれている。制御部１０は、パス設定要求受付部１２、経路計算部１４、ネットワークＤＢ１６、および、パス設定部１８を有している。ノード装置ＮＳのＣＰＵは、プログラムを実行することにより、パス設定要求受付部１２、経路計算部１４、および、パス設定部１８を実現する。

パス設定要求受付部１２は、パス設定要求などの制御メッセージを取り扱う。経路計算部１４は、パス設定要求受付部１２が受信した制御メッセージを元に、リンクステート型ルーティングプロトコルなどに基づき、パスの経路を計算する。そして、経路計算部１４は、ネットワークの空き状況およびコンテンツ容量に基づき、設定するパス種別を選択する。

ネットワークＤＢ１６は、リンクステート型ルーティングプロトコルにより計算されたネットワークトポロジ情報、および、ネットワークリソースの使用状況の情報を格納する。ネットワークＤＢ１６が格納する情報は、ノード装置ＮＳ，ＮＣ間で共有され、定期的または情報変更時に、リンクステート型ルーティングプロトコルにより随時更新される。パス設定部１８は、経路計算部１４の計算結果に従ってパスを設定し、その結果であるパス設定完了をパス設定の要求元に通知する。

以下、図１および図２を参照して、パス設定およびデータ送信の動作を説明する。クライアントＣは、サーバＳに対してコンテンツ要求を送信する（Ｓ１０２）。これを受信したサーバＳは、Ｓ１０２で要求されているコンテンツに対応するコンテンツ容量をパス設定要求メッセージに付加し、新たなパスの設定をバックボーンネットワークＮＷ側に要求する（Ｓ１０４）。なお、コンテンツ容量は、送信するコンテンツを有しているサーバＳが管理している。

ノード装置ＮＳのパス設定要求受付部１２は、Ｓ１０４のパス設定要求を受信する。経路計算部１４は、ネットワークの空き状況および転送されるコンテンツ容量から適切なパス種別と経路を選択する。具体的には以下のような動作を行う。パス設定要求受付部１２は、パス設定要求のコンテンツ容量情報およびパスの宛先を、経路計算要求として経路計算部１４に引き継ぐ（図２のＳ１０５ａ）。経路計算部１４は、ネットワークＤＢ１６を参照して（Ｓ１０５ｂ）、設定するパスの種別および経路を選択する。選択されたパス情報は、パス設定部１８に引継がれる（Ｓ１０５ｃ）。

パス設定部１８は、シグナリングによって、ノード装置ＮＣに対してパスメッセージ（ＰＡＴＨ）を送信してパスを設定する（Ｓ１０６）。パスが設定されると、ノード装置ＮＣからリザーブメッセージであるＡｃｋ（ＲＥＳＶ）を受信してパス設定が成功したことを確認する（Ｓ１０８）。ノード装置ＮＳは、パス設定が成功すると、サーバＳ宛にパス設定が成功したことをＡｃｋで通知する（Ｓ１１０）。サーバＳは、受信したＡｃｋをトリガとして、データの送信を始める（Ｓ１１２）。

以上説明した動作（Ｓ１０２〜Ｓ１１２）において、クライアントＣが送信するＳ１０２のコンテンツ要求に、Ｓ１０２の送信時刻からＳ１１２のコンテンツのデータ送信が完了するまでに許容される待ち時間情報（以下、許容時間とする）を付加した場合の動作を示す。クライアントＣは、コンテンツ容量および許容時間を付与したコンテンツ要求をサーバＳに対して送信する（Ｓ１０２）。サーバＳは、パス設定要求にコンテンツ容量および許容時間を含めて送信する（Ｓ１０４）。

Ｓ１０４のパス設定要求を受信したノード装置ＮＳは、ネットワークの空き状況と転送されるコンテンツ容量および許容時間から適切なパス種別と経路を選択して、パスの設定を行う（Ｓ１０６）。パス種別および経路の選択処理は、例えば、コンテンツ容量が大きい場合は、大容量のデータ転送が可能な波長パスを設定し、コンテンツ容量が小さい場合は、低ビットレートのパケットパスを設定する処理である。

しかしながら、バックボーンネットワークＮＷがあまり使われていない場合は、コンテンツ容量が比較的小さくとも、ノード装置ＮＳは、ノード装置ＮＣまで波長パスをダイレクトに設定して高速な転送を行う。一方、バックボーンネットワークＮＷの使用率が上昇してくると、ノード装置ＮＳは、コンテンツ容量を許容される待ち時間で除算して得られる帯域を満たすことができるパス種別を設定可能な経路を、ネットワークの空き状況をもとに調査する。

以下、第２実施形態を説明する。第２実施形態は、ノード装置がパス設定をするために参照する要求メッセージが、クライアント側から送信されることを特徴とする。

図３は、ＧＭＰＬＳで制御されるバックボーンネットワークＮＷと、これに接続されるクライアントＣおよびサーバＳについて、構成例および情報のやり取りのシーケンスを示す。図４は、図３のノード装置ＮＣの構成図を示す。なお、構成については第１実施形態および第２実施形態で共通である。

以下、図３および図４を参照して、シーケンスを説明する。まず、クライアントＣは、サーバＳよりコンテンツ容量を含むコンテンツ情報の通知を受ける（Ｓ２０２）。なお、Ｓ２０２で、サーバからクライアントにコンテンツ容量を通知するための通信手段は、例えば、サーバクライアント間のＰ２Ｐによるオーバレイネットワーク、ノード装置ＮＣ，ＮＳ間のパスなどが挙げられる。

次に、クライアントＣは、コンテンツ容量を含むコンテンツ要求をバックボーンネットワークＮＷに送信する（Ｓ２０４）。ノード装置ＮＣは、Ｓ２０４のコンテンツ要求を検出すると、図２のＳ１０５ａ〜Ｓ１０５ｃと同様に、ネットワークの空き状況と転送されるコンテンツ容量から適切なパス種別と経路を選択する（Ｓ２０５ａ〜Ｓ２０５ｃ）。そして、ノード装置ＮＣは、ノード装置ＮＳとの間にパス設定（ＰＡＴＨ：Ｓ２０６）およびＡｃｋ（ＲＥＳＶ：Ｓ２１０）のやりとりを行い、パスを設定する。

パスの設定およびそのＡｃｋ（Ｓ２０６，Ｓ２１０）と並行して、コンテンツ要求は、サーバＳへ転送される（Ｓ２０８）。仮に、新たに設定されるパスが設定される（Ｓ２１０）前にコンテンツ要求がサーバＳに届いている（Ｓ２０８）場合は、サーバＳからのコンテンツ送信は、ＩＰルーティングもしくはパスの設定およびそのＡｃｋ（Ｓ２０６，Ｓ２１０）とは異なる既存のパスを用いたルーティングによって転送される。そして、Ｓ２１０でコンテンツ用に新たにパスが設定されたときは、ノード装置ＮＳが、既存のパスから新しいパスヘリルートを行い、新しいパスでデータを送信する（Ｓ２１２）。

一方、Ｓ２１０で新しいパスが設定された後にコンテンツのデータ転送が始まる（Ｓ２１２）場合は、はじめから新しいパスヘルーティングされる。新しいパス設定に関しては、ノード装置ＮＣをイニシエータとすると、ノード装置ＮＳまでシグナリングメッセージが送信された段階で、サーバＳからクライアントＣ方向の上流パスはすでに設定されており、データの転送が可能な状態にある。

以上説明した動作（Ｓ２０２〜Ｓ２１２）において、クライアントＣが送信するＳ２０４のコンテンツ要求に、Ｓ２１２のコンテンツのデータ送信が完了するまでの許容時間を付加した場合の動作を示す。まず、クライアントＣはサーバＳに対してコンテンツ容量情報および許容時間を付与したコンテンツ要求を送信する（Ｓ２０４）。ノード装置ＮＣは、ネットワークの空き状況と転送されるコンテンツ容量および許容時間から適切なパス種別および経路を選択して（Ｓ２０５ａ〜Ｓ２０５ｃ）、パスの設定を行う（Ｓ２０６，Ｓ２１０）。設定されたパスによるデータ転送（Ｓ２１２）は、前記の通り、既存のパスからリルートされた、または、新規に設定されたパスを介して行われる。

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。

図５は、経路計算部１４がパス種別を選択するときに参照する、ネットワークの空き状況およびコンテンツ容量（コンテンツサイズ）と設定するパス種別との関係の一例を示すグラフである。このグラフを参照することにより、経路計算部１４は、例えば、コンテンツ容量が大きく、かつ、前記ネットワークの空きリソースが多いときには波長パスを選択し、そうでないときにはパケットパスを選択する。通常は、コンテンツ容量が大きい場合は、大容量のデータ転送が可能な波長パスを設定し、コンテンツ容量が小さい場合は、低ビットレートのパケットパスを設定する。一般的に、ＯＳＩ（Open Systems Interconnection）参照モデルの第２層を限定しないパケットパスは、第２層を限定する波長パスよりも、設定できるパス本数が多いが通信品質は劣る。

また、図５において、ネットワークがあまり使われていない場合は、コンテンツ容量が比較的小さくとも、クライアントＣ側のノード装置ＮＣまで波長パスをダイレクトに設定して高速な転送を行う。一方、ネットワーク使用率が上昇してくると、大容量コンテンツ転送が要求されていても、パケットパスを設定してデータ転送に用いる。

経路計算部１４は、図５のグラフに限定されず、様々なパス種別の選択処理を行ってもよい。例えば、図５に示すように２本（２種類）のパスから１本（１種類）を選ぶだけでなく、２本以上の複数本のパスを選択対象としてもよい。また、経路計算部１４は、パス種別の選択肢として、例えば、図５に示すようにパケットパス、波長パスを選択対象とするだけでなく、様々な種別のパスを選択対象としてもよい。選択対象のパスは、例えば、異なるレイヤに属する複数本のパス、同一のレイヤ２に属する通信品質が異なる複数本のパスなどが挙げられる。パスの種別には、例えば、光ファイバ上のパス、レイヤ２スイッチが設定するパス、ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ（Synchronous Optical NETwork／Synchronous Digital Hierarchy）のパスなどがある。

ノード装置ＮＳおよびノード装置ＮＣは、所定のコンテンツの通信方向に着目したノード装置の分類である。しかし、ネットワークには、サーバＳおよびクライアントＣが異なる場所に混在していることが一般的である。そこで、バックボーンネットワークＮＷに属する各ノード装置は、ノード装置ＮＳおよびノード装置ＮＣの両方の構成を兼ね備え、コンテンツの送受信に対応できるように構成されていることが望ましい。

本発明の第１実施形態に関するサーバおよびクライアントのコンテンツ通信を行うネットワークシステムにおいてサーバ側よりパス設定を行う旨を示す構成図である。 本発明の第１実施形態に関するサーバ側のノード装置を示す構成図である。 本発明の第２実施形態に関するサーバおよびクライアントのコンテンツ通信を行うネットワークシステムにおいてクライアント側よりパス設定を行う旨を示す構成図である。 本発明の第２実施形態に関するクライアント側のノード装置を示す構成図である。 本発明の第１実施形態および第２実施形態に関するネットワーク空きリソースおよびコンテンツ容量に応じて設定されるパス種別を示す説明図である。

符号の説明

Ｃ クライアント
ＮＣ，ＮＳ ノード装置
Ｓ サーバ
１０ 制御部
１２ パス設定要求受付部
１４ 経路計算部
１６ ネットワークＤＢ
１８ パス設定部
２０ 通信部

Claims (9)

1. クライアントにコンテンツを送信する旨のコンテンツ要求に応じたサーバが、前記コンテンツを前記クライアントに送信するためのネットワークを構成するノード装置であって、
   前記コンテンツ要求によって指定された前記コンテンツのコンテンツ容量および前記ネットワークの空きリソースをもとに、設定すべきパス種別を選択する経路計算手段と、
   前記経路計算手段により選択されたパス種別にしたがって、前記ネットワーク上にパス設定を行うパス設定手段と、
   前記パス設定手段により設定されたパスを用いて前記コンテンツを転送する通信手段と、
   を有することを特徴とするノード装置。
2. 前記経路計算手段は、前記コンテンツ要求に含まれる許容時間を参照し、前記通信手段により前記コンテンツの転送にかかる時間が、前記許容時間を超えないようにパス種別を選択することを特徴とする請求項１に記載のノード装置。
3. 前記経路計算手段は、前記コンテンツ容量が大きく、かつ、前記ネットワークの空きリソースが多いときには波長パスを選択し、そうでないときにはパケットパスを選択することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のノード装置。
4. 前記パス設定手段は、パス設定が完了すると、完了通知を前記サーバに通知し、前記サーバに前記コンテンツの送信を開始させ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項に記載のノード装置。
5. 前記パス設定手段は、パス設定が完了すると、既に送信が開始されている前記コンテンツを、設定が完了したパスへとリルート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項に記載のノード装置。
6. 前記経路計算手段は、前記サーバから送信されるパス設定要求から前記コンテンツ容量を抽出して、設定すべきパス種別を選択するときに参照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項に記載のノード装置。
7. 前記サーバおよび前記クライアントは、前記サーバからクライアントへコンテンツ容量を通知する手段を有し、
   前記経路計算手段は、前記クライアントから送信される前記コンテンツ要求から前記コンテンツ容量を抽出して、設定すべきパス種別を選択するときに参照すること
   を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のノード装置。
8. 前記サーバからクライアントへコンテンツ容量を通知する手段は、前記サーバおよび前記クライアントが実行するＰ２Ｐソフトによって構築されたオーバレイネットワークを介して、前記コンテンツ容量を共有するように構成されることを特徴とする請求項７に記載のノード装置。
9. 前記サーバからクライアントへコンテンツ容量を通知する手段は、前記サーバおよび前記クライアントが接続している前記ノード装置間にパスを設定することにより構築されたパスネットワークを介して、前記コンテンツ容量を共有するように構成されることを特徴とする請求項７に記載のノード装置。

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