JP4492606B2 - パス設定システム、パス設定方法、パス設定プログラム及びネットワーク構造構築システム - Google Patents

Description

本発明は、パス設定システム、パス設定方法、パス設定プログラム及びネットワーク構造構築システムに関し、例えば、ネットワーク構造構築するネットワーク構造構築システムに適用でき、ネットワーク全体の負荷分散を考慮して、パスの設定・変更を行なうパス設定システム、パス設定方法及びパス設定プログラムに適用し得る。

昨今のインターネットトラヒック爆発的な増加に対して、ネットワーク全体で効率的なデータ転送を実現することが強く望まれている。

例えば、光ネットワークにおいては、１つの光ファイバリンク中に光波長の異なる搬送波を並列的に多重することにより、大容量のデータ転送を可能とする波長分割多重（ＷＤＭ；Wavelength Division Multiplex）技術が注目されている。

近年、このＷＤＭを採用した応用システムとして、ノード（ＩＰルータ）・パスの輻輳、障害に応じて動的にＯＳＷ（Optical Switch）を変更し、輻輳ノードをカットスルーし、障害区間を迂回することにより、通信を妨げるパスの輻輳、障害を回避又は普及するシステムが提案されている。このようなシステムにおいては、パスの輻輳、障害などが生じた部位を特定し、必要に応じてノードのＯＳＷを切り替え、物理的に固定された網トポロジーとは異なる光パスを設定することが可能である。

また、現用光パスに対し、予備光パスを用いて障害区間を復旧する方式には、専有プロテクション方式（１つの光パスを、他の１つの光パスで代用する方式）と、共有プロテクション方式（複数の光パスを、他の１つの光パスで代用する方式）とがあるが、いずれも部分的に障害が発生した際の対応手段であり、障害区間を迂回する手法である。

なお、カットスルーに関する技術としては、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１には、周期的にパスを切り替える光カットスルーに関する技術が記載されている。

特開２００２−３７４２９１号公報

ところで、特許文献１の記載のような従来のカットスルー技術は、トラヒックが集中したルータの処理負荷を低減するために、当該ルータを回避するようカットスルーパスの設定をしている。

しかしながら、特定のルータのみの処理負荷を低減できたとしても、他のルータの処理負荷が集中する可能性がある。これは、新たなカットスルーパスが設定されることにより、ＩＰレイヤでのルーティング情報が変更され、カットスルーパスが最適経路となってしまい、トラヒックの転送経路が変わり、カットスルーパスの終端ノードでの処理負荷が増加する場合があるからである。

このため、カットスルーパスを設定する際には、ＩＰレイヤでの経路変更も考慮した上で、ネットワーク全体での処理負荷を低減するような光パス設定手法の実現が望まれている。

ところが、そのようなネットワーク全体での処理負荷の低減を考えた場合、カットスルーパスの設定パターンはノード数や使用可能な波長数が増加するにつれて、その組合せパターン数は指数関数的に増加する。

そのため、ネットワーク規模の増大に伴い、ネットワーク全体での光カットスルーパスの設定パターンを検索し、最良の設定パターンを見つけることはより困難になる。

よって、ノード数が数百、数千の大規模ネットワークを対象とする際には、すべてのカットスルーパスの設定パターンを全検索せずに、適切なカットスルー設定パターンを見つける近似アルゴリズムやヒューリスティックな手法が望まれる。

また、大規模なネットワークに対してパス設定、変更に効果的なネットワーク構造を構築することも望まれている。

なお、上記の課題は、光ネットワークを例に挙げて説明したが、上記で説明した課題は、光ネットワーク以外のネットワーク全般に対しても同様にもつものである。

以上のように、本発明は、ネットワークにおいて、ネットワーク全体の負荷分散を考慮して、パスの設定・変更を行なうことができるパス設定システム、パス設定方法、パス設定プログラム及びネットワーク構造構築システムを提供する。

かかる課題を解決するために、第１の本発明のパス設定システムは、それぞれ伝送路を介して接続する複数のノードを有して構成されるネットワークのパスを設定するパス設定システムにおいて、（１）各ノード間の各伝送路に予め設定された伝送路の負荷を決定するための所定の物理リンクコストに基づいて、ノード間の物理リンクコストの合計値が所定値以内となるように、ノードのグルーピングを行ない、１又は複数のノードからなる複数のノードクラスタを生成すると共に、各ノードクラスタの空き論理次数を導出するクラスタ化処理手段と、（２）各ノードに到着するデータに基づいて、各ノードのトラヒック情報を計測するトラヒック情報計測手段と、（３）トラヒック情報計測手段により計測された各ノードのトラヒック情報を用いて、各ノードクラスタ間の最適パスを検索するものであって、各ノードクラスタを仮想ノードとみなし、クラスタ化処理手段が導出した各ノードクラスタの空き論理次数を用いて、所定の方法により、仮想ノード化した各ノードクラスタ間のパスを選択するパス検索手段と、（４）パス検索手段により検索された各ノードクラスタ間の最適パスに応じて、各ノードクラスタ間のパスを設定管理するパス設定管理手段とを備えることを特徴とする。

第２の本発明のネットワーク構造構築システムは、それぞれ伝送路を介して接続する複数のノードを有して構成されるネットワークの論理的な構造を構築するネットワーク構造構築システムにおいて、（１）各ノード間の伝送路のそれぞれに予め設定された伝送路の負荷を決定するための所定の物理リンクコストを記憶する伝送路負荷情報記憶手段と、（２）各ノード間の伝送路の物理リンクコストに基づいて、ノード間の物理リンクコストの合計値が所定値以内となるように、ノードのグルーピングを行ない、１又は複数のノードからなる複数のノードクラスタを生成すると共に、各ノードクラスタの空き論理次数を導出するノードクラスタ生成手段と、（３）各ノードに到着するデータに基づいて、各ノードのトラヒック情報を計測するトラヒック情報計測手段と、（４）トラヒック情報計測手段により計測された各ノードのトラヒック情報を用いて、各ノードクラスタ間の最適パスを検索するものであって、各ノードクラスタを仮想ノードとみなし、ノードクラスタ生成手段が導出した各ノードクラスタの空き論理次数を用いて、所定の方法により、仮想ノード化した各ノードクラスタ間のパスを選択するパス検索手段と、（５）パス検索手段により検索された各ノードクラスタ間の最適パスにより、各ノードクラスタ間の連結処理を行ない、ネットワーク構造を構築するネットワーク構造構築手段とを備えることを特徴とする。

第３の本発明のパス設定方法は、それぞれ伝送路を介して接続する複数のノードを有して構成されるネットワークのパスを設定するパス設定方法において、（１）クラスタ化処理手段が、各ノード間の各伝送路に予め設定された伝送路の負荷を決定するための所定の物理リンクコストに基づいて、ノード間の物理リンクコストの合計値が所定値以内となるように、ノードのグルーピングを行ない、１又は複数のノードからなる複数のノードクラスタを生成すると共に、各ノードクラスタの空き論理次数を導出するクラスタ化処理工程と、（２）トラヒック情報計測手段が、各ノードに到着するデータに基づいて、各ノードのトラヒック情報を計測するトラヒック情報計測工程と、（３）パス検索手段が、トラヒック情報計測手段により計測された各ノードのトラヒック情報を用いて、各ノードクラスタ間の最適パスを検索するものであって、各ノードクラスタを仮想ノードとみなし、クラスタ化処理手段が導出した各ノードクラスタの空き論理次数を用いて、所定の方法により、仮想ノード化した各ノードクラスタ間のパスを選択するパス検索工程と、（４）パス設定管理手段が、パス検索手段により検索された各ノードクラスタ間の最適パスに応じて、各ノードクラスタ間のパスを設定管理するパス設定管理工程とを備えることを特徴とする。

第４の本発明のパス設定プログラムは、それぞれ伝送路を介して接続する複数のノードを有して構成されるネットワークのパスを設定するパス設定プログラムにおいて、コンピュータに、（１）各ノード間の各伝送路に予め設定された伝送路の負荷を決定するための所定の物理リンクコストに基づいて、ノード間の物理リンクコストの合計値が所定値以内となるように、ノードのグルーピングを行ない、１又は複数のノードからなる複数のノードクラスタを生成すると共に、各ノードクラスタの空き論理次数を導出するクラスタ化処理手段、（２）各ノードに到着するデータに基づいて、各ノードのトラヒック情報を計測するトラヒック情報計測手段、（３）トラヒック情報計測手段により計測された各ノードのトラヒック情報を用いて、各ノードクラスタ間の最適パスを検索するものであって、各ノードクラスタを仮想ノードとみなし、クラスタ化処理手段が導出した各ノードクラスタの空き論理次数を用いて、所定の方法により、仮想ノード化した各ノードクラスタ間のパスを選択するパス検索手段、（４）パス検索手段により検索された各ノードクラスタ間の最適パスに応じて、各ノードクラスタ間のパスを設定管理するパス設定管理手段として機能させるものである。

本発明のパス設定システム、パス設定方法及びパス設定プログラムによれば、ネットワークを構成する各ノードのトラヒック情報に基づいて、ネットワーク全体での処理負荷を低減するような最適なパスを設定することができる。

また、本発明のネットワーク構造構築システムによれば、所定の伝送路負荷情報に基づいて、１又は複数のノードを有する複数のノードクラスタを生成し、階層構造を構築することができるので、論理的なパス配置の最適化に適したネットワーク構造を構築することができる。

（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明のパス設定システム、パス設定方法、パス設定プログラム及びネットワーク構造構築システムの第１の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

第１の実施形態は、光ファイバで構成された光伝送路を備え、波長分割多重（ＷＤＭ；Wavelength Division Multiplex）を採用した光ネットワークにおける適用を例に挙げて説明する。

第１の実施形態の光ネットワークは、例えば、光分岐挿入機能（ＯＡＤＭ：Optical Add Drop Multiplexing）を有するノード、及び又は、光クロスコネクト機能（ＯＸＣ：Optical Cross Connect）を有するノードを有して構成し、これらのノードを制御することによりリソースの有効活用を実現するものである。

（Ａ−１）第１の実施形態の構成
図２は、第１の実施形態の光ＩＰコアネットワークのデータプレーンの構成を示す構成図である。図２において、光ＩＰコアネットワークは、複数（図２では１６台）のノード１〜１６を有して構成されており、隣接するノード間を光ファイバで双方向に接続されている。

ノード１〜１６は、光ファイバを通じて隣接ノードから受信した光信号を他のノードに中継するものである。ノード１〜１６が備える中継機能としては、例えば、ＩＰルータ機能、ＯＳＷ（Optical Switch）機能を備える。なお、各ノード１〜１６の内部構成については後述する。

各光ファイバは、複数のノード間を結ぶ光パスを導通することができるものであり、各光ファイバ間には物理リンクコスト（すなわち、性能評価）が付与されている。ここで、物理リンクコストは、光ファイバの負荷を決定する量であり、光ファイバに沿って隣接するノード間距離や何らかの運用ポリシー等に依存して設定されるものである。

図３は、図２に示すノード１〜１６間に接続する光ファイバの物理リンクコストを示す物理リンクコストマトリクスを説明する説明図である。図３において、最左列及び最上行の項目はノード１〜ノード１６の番号を示す。光ファイバの物理リンクコストの読み方としては、例えば、ノード１とノード２との間の光ファイバについては、最左列「１」の列グループと最上行「２」の行グループとの交差セルを見て、当該光ファイバの物理リンクコストは「１」と判断する。なお、図３において、ノード１とノード２との間の光ファイバと、ノード２とノード１との間の光ファイバとは同じであるため対称性を有している。

図１は、第１の実施形態の光ネットワークの制御プレーンの構成を示す構成図である。

図１において、第１の実施形態の制御プレーンは、複数（図１では１６台）のノード１〜１６と接続する制御ネットワーク２０１及び２０２、トラヒック計測管理装置２０３、最適光パス配置検索装置２０４、光パス設定管理装置２０５、を少なくとも有して構成される。

なお、第１の実施形態のネットワークの制御プレーンは、制御信号を伝達するネットワークであり、制御信号の伝達ができるのであれば、制御信号としては、電気信号、光信号を問わず広く適用することができる。

トラヒック計測管理装置２０３は、制御ネットワーク２０１を通じて各ノード１〜１６と接続するものである。トラヒック計測管理装置２０３は、各ノード１〜１６からトラヒック情報を受け取り、各ノード１〜１６からのトラヒック情報を集計・管理するものである。また、トラヒック計測管理装置２０３は、集計した各ノード１〜１６のトラヒック情報を所定のデータフォーマットに整えて、最適光パス配置検索装置２０４に与えるものである。

ここで、トラヒック計測管理装置２０３は、例えば、各ノードが隣接ノードに与えるトラヒック量（例えば、パケット数、データサイズ等）を所定時間毎に集計したり、また例えば、Ingress、Engressノード単位でのトラヒック量を集計したりする。

最適光パス配置検索装置２０４は、トラヒック計測管理装置２０３から各ノード１〜１６からのトラヒック情報を受け取り、各ノード１〜１６のトラヒック情報に基づいて、適切な光パス配置を求めるものである。また、最適光パス配置検索装置２０４は、求めた最適な光パス配置とする情報を光パス設定管理装置２０５に与えるものである。

図４は、最適光パス配置検索装置２０４の内部構成を示すブロック図である。図４において、最適光パス配置検索装置２０４は、受信処理部４０１、クラスタ化装置命令部４０２、パス検索処理部４０３、送信処理部４０４、を少なくとも有して構成される。

受信処理部４０１は、トラヒック計測管理装置２０３からトラヒック情報を受信するものである。

クラスタ化装置命令部４０２は、各ノード間の物理リンクコストを参照して、光ＩＰコアネットワークを構成する複数のノードに対して、所定のルールに従ってグルーピングを行ない、ノードのクラスタ化を行なうものである。

クラスタ化の方法としては、種々の方法を適用することができるが、例えば、物理的に距離が近いノード同士をグルーピングしてクラス化する方法を適用することができる。また例えば、ある特定のノードからのリンク数に応じてグルーピングしてクラス化するようにしてもよい。

パス検索処理部４０３は、クラスタ化装置命令部４０２によりクラスタ化されたクラスタ化情報を保存し、このクラスタ化に基づいて所定の方法により最適なパスの検索するものである。

送信処理部４０４は、パス検索処理４０３により検索された検索結果を、光パス設定管理装置２０５に与えるものである。

光パス設定管理装置２０５は、最適光パス配置検索装置２０４から最適な光パス配置を示す情報を受け取り、この最適な光パス配置を示す情報に基づく制御信号を、制御ネットワーク２０２を通じて各ノード１〜１６のＯＳＷ制御装置３０７に与えるものである。これにより、各ノード１〜１６のＯＳＷを切り替えることができるので、最適な光パス配置に応じた所望の光パス状態を実現することができる。

図２に戻り、各ノード１〜１６の内部構成について説明する。図５は、各ノード１〜１６を代表してノード３の内部構成を示すブロック図である。

図５において、第１の実施形態のノードは、ＥＤＦＡ３０１、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）３０２、ＯＳＷ３０３、光送受信機３０４（３０４−１〜３０４−４）、ＩＰルータ３０５、トラヒック計測装置３０６（３０６−１、３０６−２）、ＯＳＷ制御装置３０７、を少なくとも有して構成される。

ＥＤＦＡ（Erbium Doped Fiber Amplifier）３０１は、入出力光信号を増幅する増幅器である。第１の実施形態において、ＥＤＦＡ３０１は、入力側にある場合、光ファイバを通じて他ノードから入力した入力光信号を増幅してＡＷＧ３０２に与え、出力側にある場合、ＡＷＧ３０２からの出力光信号を増幅して光ファイバを通じて他ノードに与えるものである。なお、光信号を増幅することができれば、ＥＤＦＡに限定されず、他の機器を用いるようにしてもよい。

ＡＷＧ３０２は、光信号を合分波する光合分波器である。第１の実施形態において、ＡＷＧ３０２は、入力側にある場合、ＥＤＦＡ３０１からの入力光信号を波長に応じて分波してＯＳＷ３０３に与え、出力側にある場合、ＯＳＷ３０３から出力光信号を合波してＥＤＦＡ３０１に与えるものである。なお、光信号を合分波するものであれば、種々の光合分波器を適用することができる。

なお、第１の実施形態では、４波長多重伝送の場合であり、ＡＷＧ３０２は、入力光信号を４波長に分波、合波する場合を示す。

ＯＳＷ３０３は、光スイッチである。第１の実施形態において、ＯＳＷ３０３は、入力した光信号から波長毎に振り分けをし、光路の切り替えを行なうものである。なお、光信号の光路切り替えが可能であれば、種々の光スイッチを適用することができる。また、場合によっては、光スイッチでなく、一旦電気信号にして切り替え制御をした後、光信号に変換するスイッチ機器を適用してもよい。

光送受信機３０４−１〜３０４−４は、内部ネットワークと外部ネットワークとの間で伝送を行なう際に、内部ネットワーク又は外部ネットワークのモードに変換するものである。第１の実施形態では、光送受信機３０４−１〜３０４−４は、波長毎の光信号を電気信号に変換してＩＰルータ３０５に与えたり、ＩＰルータ３０５からの電気信号を波長毎の光信号に変換してＯＳＷ３０３に与えるものである。なお、光送受信機３０４−１〜３０４−４はそれぞれ、ＩＰルータ３０５の内部ＩＦ１〜内部ＩＦ４に接続している。

ＩＰルータ３０５は、内部インターフェース（内部ＩＦ１〜内部ＩＦ４）と外部インターフェース（外部ＩＦ５〜外部ＩＦ６）とを繋ぐものである。第１の実施形態では、ＩＰルータ３０５は、内部ＩＦ１〜内部ＩＦ４からの信号が外部ネットワーク宛である場合、その外部ネットワークのインタフェースに出力したり、外部ネットワークのインタフェースからの信号が内部ネットワーク宛である場合、対応する内部ＩＦ１〜内部ＩＦ４に出力したりするものである。なお、各内部ＩＦ１〜内部ＩＦ４は、それぞれ可変長光源が設けられており、内部ＩＦ１〜内部ＩＦ４毎に送信する波長を変更できる。また、ＩＰルータ３０５は、制御ネットワーク２０２を通じて光パス設定管理装置２０５から制御信号を受信し、その制御信号に応じたパス設定を行なうものである。

トラヒック計測装置３０６−１及び３０６−２は、それぞれ外部ネットワーク１及び２に接続しており、外部ＩＦ５及び６を通じてＩＰルータ３０５からの外部ネットワーク宛の信号のトラヒック情報を計測するものである。また、トラヒック計測装置３０６−１及び３０６−２は、制御ネットワーク２０１を通じてトラヒック計測管理装置２０３と接続しており、計測したトラヒック情報を周期的に与えるものである。

ＯＳＷ制御装置３０７は、制御ネットワーク２０２を通じて光パス設定管理装置２０５から制御信号を受け取り、その制御信号に応じてＯＳＷ３０３を制御するものである。

（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、第１の実施形態の光ネットワークにおけるパス設定処理の動作を図面を参照しながら詳細に説明する。

図６は、制御プレーンを構成するトラヒック計測管理装置２０３、最適光パス配置検索装置２０４及び光パス設定管理装置２０５により、ノード間パスを検索、設定する全体動作を示すフローチャートである。

図６において、まず、物理リンクコストマトリクスが設定されると、最適光パス配置検索装置２０４のクラスタ化装置命令部４０２により、各ノード間の物理リンクコストが参照され、所定の方法によりノードのグルーピングが行なわれ、ノードのクラスタ化が行なわれる（ステップＳ１、Ｓ２）。なお、クラスタ化装置命令部４０２により行なわれたクラスタ化情報は、パス検索処理部４０３に保存される。

ここで、クラスタ化装置命令部４０２によるクラスタ化の処理を、図７〜図１０を参照して説明する。図７は、クラスタ化装置命令部４０２によるクラスタ化の処理を示すフローチャートである。

第１の実施形態においては、物理的に距離が近いノード間を優先的にクラスタ化するものとし、物理リンクコストは物理ファイバの距離に比例した値とし、物理リンクコストマトリクスは予め設定されているものとする。

図７において、まず、クラスタ化装置命令部４０２により変数Ｉ、Ｊが初期化されＩ＝１、Ｊ＝１とする（Ｓ１１）。例えば、Ｉはノードを識別するノード識別情報（例えばノードＩＤ）とし、Ｊはクラスタを識別するクラスタ識別情報（例えばクラスタ識別情報）とする。

Ｉ及びＪの初期化後、クラスタ化装置命令部４０２により既存クラスタに属さないノードが選択され、そのノードからＭＡＸＣＯＳＴ以内のノードを選択してクラスタを生成し、この生成したクラスタにクラスタＩＤとしてＪを割り振る（ステップＳ１２）。なお、ＭＡＸＣＯＳＴは、予め設定されている値であり、変更することもできるものである。

例えば、ＭＡＸＣＯＳＴを「３」とする。クラスタ化装置命令部４０２により、クラスタに属さない「ノード１（Ｉ＝１）」が選択され、「クラスタ１（Ｊ＝１）」とする。

この場合、ノード１とノード２との間の物理リンクコストは、物理リンクコストマトリクス（図３）より「１」であり、ＭＡＸＣＯＳＴ以内である。

しかし、ノード２とノード３との間の物理リンクコストは「３」であるから、ノード１からノード２を経由してノード３までの物理リンクコストの合計は「４」となり、ＭＡＸＣＯＳＴを超えてしまう。

従って、ノード１とノード２とは同一のクラスタと構成するが、ノード１、ノード２とノード３とは同一のクラスタを構成しない、と判断する。

同様にして、ノード１が接続するノード５及びノード５のリンク先についてもノード間の物理リンクコストを算出すると、ノード１、ノード２、ノード５及びノード６が同一のクラスタを構成すると判断する。そして、このクラスタを「クラスタ１（Ｊ＝１）」とする。

次に、クラスタ化装置命令部４０２により、クラスタに属さないノードの存在を確認する（ステップＳ１３）。そして、クラスタに属さないノードが存在する場合にはＳ１４に移行し、そうでない場合にはＳ１６に移行する。

ステップＳ１３において、クラスタに属さないノードが存在する場合、クラスタ化装置命令部４０２により、既存のクラスタに属さないノードのうちノードＩＤ（Ｉ）が最小のノードを選択され、当該ノードＩＤがＩに代入される（ステップＳ１４）。そして、Ｊがインクリメントされ（Ｊ＝Ｊ＋１）、ステップＳ１２に戻って処理が繰り返される（ステップＳ１５）。

例えば、上記の例の場合、クラスタ１の作成後は、ノードＩＤが最小である「ノード３」が選択され、「Ｉ＝３」、「Ｊ＝２」として、ノード３についてステップＳ１２の処理が行なわれる。そして、これにより得られたクラスタをクラスタ２（Ｊ＝２）として生成する。

図８は、上記の処理を繰り返すことにより、クラスタ化装置命令部４０２によるクラスタ化の結果を示す図である。

図８において、第１の実施形態では、クラスタ化装置命令部４０２により、「ノード１、２、５及び６がクラスタ１」を構成し、「ノード３、４及び７がクラスタ２」を構成し、「ノード８、１２及び１６がクラスタ３」を構成し、「ノード９、１０及び１１がクラスタ４」を構成し、「ノード１３、１４及び１５がクラスタ５」を構成するものとする。

一方、ステップＳ１３において、クラスタに属さないノードが存在しない場合、クラスタ化装置命令部４０２により、すべてのクラスタが生成された時点で、各クラスタ内において、隣接ノード間には最小波長ＩＤを用いた光パスが設定される（ステップＳ１６）。

次に、クラスタ間の連結性を保つために、クラスタ化装置命令部４０２により、物理的に異なり、隣接するクラスタ間で接続するノード間には最小波長ＩＤを用いた光パスが設定される（ステップＳ１７）。

このとき、クラスタペア間に複数の光ファイバがある場合、クラスタとクラスタとを結ぶ光ファイバの物理リンクコストが最小コストの光ファイバを選択するものとする。また、同一の最小コストの光ファイバが複数ある場合は、ランダムに選択するものとする。このパス設定により、作成されたクラスタ単位での光パストポロジのグラフ連結性が確保される。図９は、クラスタ間の連結を示す説明図である。

次に、クラスタを仮想的なノードとみなすために、クラスタ化装置命令部４０２により、クラスタを構成するノードの空きインタフェース数が導出される（ステップＳ１８）。

ここで、クラスタを構成するノードの空きインタフェース数の導出方法としては、例えば、各クラスタを構成する全ノードで使用可能な内部インタフェース数のうち、クラスタ内の隣接ノード間に設定されている光パスにより使用されているインタフェース数を引いた数を算出することにより求める方法を適用できる。

また、このクラスタを構成するノードの空きインタフェース数は、１クラスタ当たりの空きインタフェース数（すなわち、空き論理次数）とする。

図１０は、クラスタ化装置命令部４０２により構成された各クラスタの空き論理次数を示す図である。図１０に示すように、例えば、クラスタ１について見ると、クラスタ１の空き論理次数は、クラスタ化生成時には「１６」であり（図１０（Ａ））、クラスタ内隣接ノード間にパスを設定した時には（図１０（Ｂ））「８」であり、隣接クラスタ間にパスを設定した時には「６」である（図１０（Ｃ））。同様に、クラスタ２〜クラスタ５についても、図１０に示すような空き論理次数となる。

以上のようにして、最適光パス配置検索装置２０４のクラスタ化装置命令部４０２によるクラスタ化が行なわれる。

図６に戻り、各ノード１〜１６においてはトラヒック計測装置３０６−１及び３０６−２によりトラヒック情報の計測が行なわれ、トラヒック情報が、定期的に、制御ネットワーク２０１を通じてトラヒック計測管理装置２０３に与えられる。そして、トラヒック計測管理装置２０３において、各ノード間のトラヒック情報の収集が行なわれ、そのトラヒック情報が、最適光パス配置検索装置２０４の受信処理部４０１を通じてパス検索処理部４０３に与えられる（ステップＳ３）。

このとき、最適光パス配置検索装置２０４において、目的関数値が規定値を満たしているか否かが判断され（ステップＳ４）、満たしている場合（規定値以下）には、カットスルーパスの設定は不要であるとし、ステップＳ３に戻りトラヒック情報の計測、収集が行なわれ、満たしていない場合（規定値超）には、カットスルーパスの設定が必要であるとし、ステップＳ５に移行し、クラスタ間のカットスルーパスの検索、設定が行なわれる（ステップＳ５）。

ここで、最適光パス配置検索装置２０４のパス検索処理部４０３による最適なパス配置の検索動作について図１１を参照して説明する。

図１１は、パス検索処理部４０３によるパス検索動作を示すフローチャートである。図１２及び図１３は、パス検索処理部４０３により変換されるトラヒック情報結果を示す図である
まず、図１１において、各ノード間のトラヒック情報が、トラヒック計測管理装置２０３から最適光パス配置検索装置２０４の受信処理部４０１を介してパス検索処理部４０３に与えられると、パス検索処理部４０３によりクラスタ間トラヒックマトリックスが生成される（ステップＳ２１）。例えば、図１２（Ａ）は、クラスタ間トラヒックマトリクスの生成例を示す。

ここでのトラヒック情報は、トラヒック計測管理装置２０３が、各ノード１〜１６から収集したトラヒック情報に基づいてノード間で送受信されるトラヒックの分布情報である。

次に、パス検索処理部４０３により、クラスタ間トラヒックマトリクスが参照され、各クラスタ毎のトラヒックの合計が求められ、各クラスタ間のトラヒック関係を示すクラスタペアが作成される。また、パス検索処理部４０３により、クラスタペアの中から、両クラスタ間交流トラヒックの合計値が大きい順にソーティングがなされる（ステップＳ２２）。

例えば、パス検索処理部４０３は、図１２（Ａ）に示すクラスタ間トラヒックマトリクスに基づいて、ノード間トラヒックマトリクスをクラスタ毎に変換する。この変換後のマトリクス例を図１２（Ｂ）に示す。

そして、パス検索処理部４０３は、図１２（Ｂ）に示すノード間トラヒックマトリクスに基づいて、クラスタ間トラヒックマトリクスに変換する。この変換後のクラスタ間トラヒックマトリクスを図１２（Ｃ）に示す。

パス検索処理部４０３は、図１２（Ｃ）に示すクラスタ間トラヒックマトリクスに基づいて、図１３に示すように、クラスタペア間の交流トラヒックの合計値を算出し、その合計値が大きい順にソーティングする。

例えば、クラスタ間の交流トラヒックの合計値としては、図１３（Ａ）に示すクラスタ１とクラスタ５のトラヒック合計値より、「クラスタ１−クラスタ５」及び「クラスタ５−クラスタ１」のトラヒックの合計値を求めるものとする。そして、各クラスタ間の交流トラヒック合計値をソーティングすることで、図１３（Ｂ）に示すような結果を得る。

図１１に戻り、パス検索処理部４０３により、物理トポロジ上でクラスタ間の最短経路が所定の方法により導出される（ステップＳ２３）。

ここで、各クラスタ間の最短経路の導出方法としては、種々の方法を適用することができるが、例えば、既存技術としてのDijkstra法などを適用することができる。これにより、仮想ノード化したクラスタ間の物理的な接続状態を求めることができる。図１４は、仮想ノード化したクラスタ間の物理的な接続状態を示す図である。

次に、パス検索処理部４０３により、所定の制約条件が参照され、選択された経路上に波長λｎが設定可能かどうかの判断が行なわれる。（ステップＳ２４）
ここで、パス検索処理部４０３が参照する制約条件としては、例えば、クラスタの論理次数に空きがあるか、波長λｎが波長衝突を起こさずに設定可能であるか、使用可能な波長の上限数を満たしているかなどの条件とする。

例えば、パス検索処理部４０３は、ソーティングしたクラスタペアの交流トラヒック合計値（図１３（Ｂ））を参照して、交流トラヒック合計値の高いクラスタペアから順に、選択波長が光パスに設定可能かどうかを判断する。

この場合、例えば、パス検索処理部４０３は、図１０に示す各クラスタの論理次数を参照して、クラスタの論理次数の空きを検索し、その検索結果に応じて経路を選択するようにする。

また、クラスタに光パスを割り当てる選択波長について、パス検索処理部４０３は、クラスタ内部でのファイバ上での波長衝突が起こらないように、すでに設定されているクラスタ内及び隣接クラスタ間パスの波長ＩＤよりも大きいものから予め選択するようにする。また、パス検索処理部４０３が新たな経路（パス）を選択する際、パス検索処理部４０３は、クラスタ内で波長衝突が起こらないように、そのパスに割り当てる波長ＩＤは、そのパスが終端されるクラスタ内及びカットスルーされるクラスタ内で一度も使用されていないものを選択するようにする。このようにして、波長を選択することにより、クラスタ内部で波長衝突を起こすことがなくなる。

また、クラスタ間を繋ぐ複数のファイバがある場合、パス検索処理部４０３は、光ファイバの利用率が偏らないように、使用されている光パス数が少ない光ファイバから優先的に光ファイバを選択するものとする。また、同一数の光パスが使用されている場合、パス検索処理部４０３は、より小さな波長ＩＤを選択するものとする。さらに、複数の光ファイバで使用されている波長ＩＤの上限値が同一である場合、パス検索処理部４０３は、ランダムに光ファイバを選択するものとする。ここで、クラスタ間を結ぶ光パスが別のクラスタをカットスルーする場合、そのクラスタ内での経路もDijkstra法等の従来技術を適用して決定するものとする。

以上のようにして、クラスタ間の経路上に波長λｎを設定できる場合（すなわち、制約条件を満足した場合）、ステップＳ２５に移行し、光パスを追加候補として確保する。

一方、クラスタ間の経路上に波長λｎを設定できない場合（すなわち、制約条件を満足しなかった場合）、ステップＳ２３に戻り、クラスタ間の交流トラヒック合計値の次に高いクラスタ間について、経路上への波長が設定可能かどうか判断する。

ステップＳ２５では、ステップＳ２４において確保された光パスを追加し、光パストポロジを更新する。

そして、すべてのクラスタ間に光パスの割り当てが終了した場合、若しくは、これ以上選択クラスタの論理次数制約を満たすパスの追加が不可能な場合（すなわち、クラスタの空き論理次数に対し、設定不可能な段階の１つ手前の段階までパスが割り当てられた場合）、処理を終了する（ステップＳ２６）。

なお、まだ、すべてのクラスタで使用可能なインタフェース数を満たす光パスが割り当てられていない場合（ステップＳ２４のＮｏ）は、再度、クラスタペアの選択を行なう。

以上のようにして、クラスタ間トラヒックの結びつきが多い順（交流トラヒック合計値が高い順）に、光カットスルーパスを割り当てることができる。図１５は、パス検索処理部４０３によるクラスタ間の光パスの割り当て例を示す図である。

図６に戻り、クラスタ間の交流トラヒックの高い順に光カットスルーパスの検索、割り当てがなされると、最適光パス配置検索装置２０４によるノード間の光パスの割り当て、光パス設定管理装置２０５による光パスの配置変更が行なわれる（ステップＳ６）。

図１６は、ノード間の光パスの割り当て動作を説明するフローチャートである。

図１６において、まず、パス検索処理部４０３は、クラスタを構成するノードのインタフェースに、クラスタ間に割り当てられた光パスをランダムに割り当てる（ステップＳ３１）。このとき、パス検索処理部４０３は、各ノードの空きインタフェースを考慮し、空きのあるノードを選択するものとする。

次に、パス検索処理部４０３は、クラスタを構成するノードから他のクラスタまでの最短経路を探索する（ステップＳ３２）。

次に、クラスタペアの各クラスタ内のノード間の光パスについてのトラヒック量を計算し（ステップＳ３３）、その同一クラスタ内のノード間の最短経路を探索する（ステップＳ３４）。

このとき、パス検索処理部４０３は、異なるクラスタペア間に複数の光パスが設定されている場合は、その中からランダムに１つの光パスを選択するものとする。つまり、クラスタの内部にあるノードから他のクラスタまでの経路は、必ず分割されず一意に決定されるように選択する。この処理を、すべてのノード間で行なう。ただし、同一クラスタに属するノード間のトラヒックは、Dijkstra方法に基づき、クラスタ内の隣接ノード間に設定された光パスを転送されるものとする。

以上のようにして、クラスタ単位で準最適化されたパス配置が構成される。図１７及び図１８は、クラスタ間の光パスの割り当て状態及びノード間の光パスの割り当て状態を示す。

そして、最適光パス配置検索装置２０４の送信処理部４０４から光パス設定管理装置２０５に、所定のデータフォーマットに従って光カットスルーパスの設定パターンを、所定のデータフォーマットに従い送信処理部４０４から光パス管理装置２０５へ送信することにより、パス設定変更が実現する。

（Ａ−３）第１の実施形態の効果
以上のように、第１の実施形態によれば、各ノードを物理リンク間コスト値に基づく優先度を用いてグルーピング化したノードクラスタを構築することができる。また、ネットワークに階層構造を導入することができるので、パス検索に係るスケーラビリティの向上をはかることができる。

また、第１の実施形態によれば、各ノード観測したトラヒック量に基づいて、グルーピング化されたクラスタ（ノード集合体）間で送受信されるクラスタ間トラヒックマトリクスを作成することにより、クラスタ間の交流トラヒック情報に基づいて、クラスタ間に設定される光カットスルーパスを設定、変更することができる。

さらに、第１の実施形態によれば、カットスルーパスの設定パターンを決定する手法としては、仮想的にクラスタをノードとみなし、このクラスタ間に論理的にパスを設定し、ＩＰレイヤでの経路情報に基づいて、ルータでの処理量などを計算することで、適切なカットスルーパスの配置パターンを高速に検索することができる。

また、第１の実施形態によれば、トラヒックの結びつきが強いクラスタどうしが優先的に光パスにより連結されやすいパス配置が解として現れ、結果として余分なトラヒックが他のクラスタを中継する割合が少なくなり、平均的にクラスタを構成するノードにかかるレイヤ３処理量を減らすことが可能となる。

また、このようなクラスタ化により、ノード数が数百、数千となった場合に、ノード単位で最適なパス配置を導出するよりも高速にトラヒックに即した光パス配置を導出することが可能となる。

（Ｂ）他の実施形態
第１の実施形態では、光ネットワークに本発明を適用した場合を例に挙げて説明した。しかし、ノードがトラヒック情報を観測でき、そのトラヒック情報を計測、収集することができれば、光ネットワークに限定されず、電気通信ネットワークにも広く適用することができる。

第１の実施形態で説明したノードの内部構成は、特に限定されるものではなく、ネットワークの運用に応じて、適宜各構成要素を変えることができる。また、ノードは、トラヒック計測装置を具備するものとして説明したが、ノードのトラヒック情報を計測することができれば、ノードが直接トラヒック計測装置を備える必要はなく、外部に備えるようにしてもよい。

図１に示す制御プレーンにおいて、トラヒック計測管理装置、最適光パス配置検索装置、光パス設定管理装置は、それぞれ別構成として示している。しかし、第１の実施形態で説明した各処理（クラスタ化処理、クラスタ間光パスに関する処理、ノード間光パスに関する処理等）を実現することができれば、物理的に同一の装置（例えば、サーバ等）に各構成機能を備えるようにしてもよいし、各構成機能をそれぞれ適宜組み合わせて備えるようにしてもよい。

少なくとも、第１の実施形態で説明したトラヒック計測管理装置、最適光パス配置検索装置、光パス設定管理装置は、ソフトウェア処理により実現するものとする。すなわち、各種処理プログラムをコンピュータが読み出し、コンピュータが各種処理プログラムを実行することにより各種機能を実現するものである。勿論、ハードウェア処理で実現できるようにしてもよい。

第１の実施形態の光ＩＰコアネットワークの制御プレーンの構成図である。 第１の実施形態の光ＩＰコアネットワークのデータプレーンの構成図である。 第１の実施形態の物理リンクコストマトリクスを示す説明図である。 第１の実施形態の最適光パス配置検索装置の内部構成図である。 第１の実施形態のノードの内部構成図である。 第１の実施形態の光パスの配置変更の全体動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態のクラスタ化処理のフローチャートである。 第１の実施形態のクラスタ化による処理結果を示す図である。 第１の実施形態のクラスタ間の連結を示す図である。 第１の実施形態の各クラスタの空き論理次数を示す図である。 第１の実施形態のパス検索処理のフローチャートである。 第１の実施形態のクラスタ間トラヒックマトリクスを示す図である。 第１の実施形態のクラスタ間トラヒックマトリクスのソーティング結果を示す図である。 第１の実施形態のクラスタ間の論理的な接続を示す図である。 第１の実施形態のクラスタ間の光パスの割り当てを示す図である。 第１の実施形態のノード間の光パスの割り当てのフローチャートである。 第１の実施形態のクラスタ間の光パスの割り当て状態を示す図である。 第１の実施形態のノード間の光パスの割り当て状態を示す図である。

符号の説明

ノード１〜ノード１６、２０１、２０２…制御ネットワーク、２０３…トラヒック計測管理装置、２０４…最適光パス配置検索装置、２０５…光パス設定管理装置、４０１…受信処理部、４０２…クラスタ化装置命令部、４０３…パス検索処理部、４０４…送信処理部、３０１…ＥＤＦＡ、３０２…ＡＷＧ、３０３…ＯＳＷ、３０４−１〜３０４−４…光送受信機、３０５…ＩＰルータ、３０６−１〜３０６−２…トラヒック計測装置、３０７…ＯＳＷ制御装置。

Claims (7)

1. それぞれ伝送路を介して接続する複数のノードを有して構成されるネットワークのパスを設定するパス設定システムにおいて、
   上記各ノード間の各伝送路に予め設定された伝送路の負荷を決定するための所定の物理リンクコストに基づいて、上記ノード間の上記物理リンクコストの合計値が所定値以内となるように、上記ノードのグルーピングを行ない、１又は複数の上記ノードからなる複数のノードクラスタを生成すると共に、上記各ノードクラスタの空き論理次数を導出するクラスタ化処理手段と、
   上記各ノードに到着するデータに基づいて、上記各ノードのトラヒック情報を計測するトラヒック情報計測手段と、
   上記トラヒック情報計測手段により計測された上記各ノードのトラヒック情報を用いて、上記各ノードクラスタ間の最適パスを検索するものであって、上記各ノードクラスタを仮想ノードとみなし、上記クラスタ化処理手段が導出した上記各ノードクラスタの空き論理次数を用いて、所定の方法により、仮想ノード化した上記各ノードクラスタ間のパスを選択するパス検索手段と、
   上記パス検索手段により検索された上記各ノードクラスタ間の最適パスに応じて、上記各ノードクラスタ間のパスを設定管理するパス設定管理手段と
   を備えることを特徴とするパス設定システム。
2. 上記ネットワークが波長分割多重を採用した光ネットワークであり、
   上記クラスタ化処理手段が、隣接する上記ノードクラスタ間で接続するノード間の光パスに、最小波長を設定することを特徴とする請求項１に記載のパス設定システム。
3. 上記パス検索手段が、所定の制約条件を判断して、上記ノードクラスタ間の光パス上に所定の選択波長を設定するものであり、上記所定の選択波長の設定の際、上記隣接する上記ノードクラスタ間で接続するノード間に設定した上記最小波長よりも大きいものを設定することを特徴とする請求項２に記載のパス設定システム。
4. 上記パス検索手段が、上記各ノードからのトラヒック情報に基づき上記各ノードクラスタ毎のトラヒック情報を求め、この上記各ノードクラスタ間のトラヒック情報に基づいて上記ノードクラスタ間の交流トラヒック情報の合計値を求め、上記ノードクラスタ間の交流トラヒック情報の合計値の高い順から、上記ノードクラスタ間の光パスに上記選択波長の設定を行なうことを特徴とする請求項２又は３に記載のパス設定システム。
5. それぞれ伝送路を介して接続する複数のノードを有して構成されるネットワークの論理的な構造を構築するネットワーク構造構築システムにおいて、
   上記各ノード間の上記伝送路のそれぞれに予め設定された伝送路の負荷を決定するための所定の物理リンクコストを記憶する伝送路負荷情報記憶手段と、
   上記各ノード間の上記伝送路の上記物理リンクコストに基づいて、上記ノード間の上記物理リンクコストの合計値が所定値以内となるように、上記ノードのグルーピングを行ない、１又は複数の上記ノードからなる複数のノードクラスタを生成すると共に、上記各ノードクラスタの空き論理次数を導出するノードクラスタ生成手段と、
   上記各ノードに到着するデータに基づいて、上記各ノードのトラヒック情報を計測するトラヒック情報計測手段と、
   上記トラヒック情報計測手段により計測された上記各ノードのトラヒック情報を用いて、上記各ノードクラスタ間の最適パスを検索するものであって、上記各ノードクラスタを仮想ノードとみなし、上記ノードクラスタ生成手段が導出した上記各ノードクラスタの空き論理次数を用いて、所定の方法により、仮想ノード化した上記各ノードクラスタ間のパスを選択するパス検索手段と、
   上記パス検索手段により検索された上記各ノードクラスタ間の最適パスにより、上記各ノードクラスタ間の連結処理を行ない、ネットワーク構造を構築するネットワーク構造構築手段と
   を備えることを特徴とするネットワーク構造構築システム。
6. それぞれ伝送路を介して接続する複数のノードを有して構成されるネットワークのパスを設定するパス設定方法において、
   クラスタ化処理手段が、上記各ノード間の各伝送路に予め設定された伝送路の負荷を決定するための所定の物理リンクコストに基づいて、上記ノード間の上記物理リンクコストの合計値が所定値以内となるように、上記ノードのグルーピングを行ない、１又は複数の上記ノードからなる複数のノードクラスタを生成すると共に、上記各ノードクラスタの空き論理次数を導出するクラスタ化処理工程と、
   トラヒック情報計測手段が、上記各ノードに到着するデータに基づいて、上記各ノードのトラヒック情報を計測するトラヒック情報計測工程と、
   パス検索手段が、上記トラヒック情報計測手段により計測された上記各ノードのトラヒック情報を用いて、上記各ノードクラスタ間の最適パスを検索するものであって、上記各ノードクラスタを仮想ノードとみなし、上記クラスタ化処理手段が導出した上記各ノードクラスタの空き論理次数を用いて、所定の方法により、仮想ノード化した上記各ノードクラスタ間のパスを選択するパス検索工程と、
   パス設定管理手段が、上記パス検索手段により検索された上記各ノードクラスタ間の最適パスに応じて、上記各ノードクラスタ間のパスを設定管理するパス設定管理工程と
   を備えることを特徴とするパス設定方法。
7. それぞれ伝送路を介して接続する複数のノードを有して構成されるネットワークのパスを設定するパス設定プログラムにおいて、
   コンピュータを、
   上記各ノード間の各伝送路に予め設定された伝送路の負荷を決定するための所定の物理リンクコストに基づいて、上記ノード間の上記物理リンクコストの合計値が所定値以内となるように、上記ノードのグルーピングを行ない、１又は複数の上記ノードからなる複数のノードクラスタを生成すると共に、上記各ノードクラスタの空き論理次数を導出するクラスタ化処理手段、
   上記各ノードに到着するデータに基づいて、上記各ノードのトラヒック情報を計測するトラヒック情報計測手段、
   上記トラヒック情報計測手段により計測された上記各ノードのトラヒック情報を用いて、上記各ノードクラスタ間の最適パスを検索するものであって、上記各ノードクラスタを仮想ノードとみなし、上記クラスタ化処理手段が導出した上記各ノードクラスタの空き論理次数を用いて、所定の方法により、仮想ノード化した上記各ノードクラスタ間のパスを選択するパス検索手段、
   上記パス検索手段により検索された上記各ノードクラスタ間の最適パスに応じて、上記各ノードクラスタ間のパスを設定管理するパス設定管理手段
   として機能させることを特徴とするパス設定プログラム。

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