JP4589342B2 - クラスタに基づくネットワークプロビジョニング - Google Patents
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Description
トランスポートネットワークに対する、単純なサービスモデルもしくはトラフィックプロビジョニングモデルは専用線サービスをエミュレートするものである。このために、クライアントのノードは可能なすべての発着地の対(ペア)に対する帯域幅への要求条件を規定する必要がある。このモデル、すなわちトランクモデルは図1に示される。
別のトラフィックプロビジョニングモデルであるホースモデルでは、顧客は接続される端点の集合を規定する必要がある。ネットワーク内の端点間の接続性は以下を含むホースで規定される。
・ネットワークから端点に入る(他の端点発の)入トラフィックの総和に対して必要な容量
トランスポートネットワークのディメンショニングがホースモデルに基づく場合、顧客の端点は、ホースというプロバイダのアクセスルータへのただ1つの論理インタフェースを保持する。図2はホースにエッジ間のパイプを用いた代表的な構成を示したものである。
さらに、別の種類のトラフィックプロビジョニングモデルとして測定に基づく承認制御(MBAC)がある。特に端点間の測定に基づく承認制御の例として、脱落に基づくMBACは参考文献[1]及び[2]によって知られている。MBACでは、ノードがネットワーク性能を測定して承認制御の判断の指針を与える。例えば、データ受信機は遠隔サイトごとにユーザプレーンのパケットフローを監視し、リアルタイムトランスファープロトコル(RTP)のシーケンス番号を比較することによって脱落したパケットを検出する。脱落したパケットは、IPバックボーンでの輻輳を示し、RTPは、脱落した、もしくは、シーケンスから外れたパケットを検出する仕組みを提供する。ノードは、相手側に向かうパケット損失の比率が所定の閾値より少ない場合に限り新しい呼を承認する。待ち行列による時間遅れが非常に少ないような場合には、サービス品質はパケット損失によって厳密に測定される。
文献には、ホースもしくはトランクモデルに基づくネットワークディメンショニングを扱った論文があげられている。
・イントラ−トランク、インター−トランク(イントラ−トランク&インター−トランク)
・イントラ−ホース、インター−トランク(イントラ−ホース&インター−トランク)
・イントラ−トランク、インター−ホース(イントラ−トランク&インター−ホース)
・イントラ−ホース、インター−ホース(イントラ−ホース&インター−ホース)
である。
・管理の複雑さがスケーラブルである。
・スケーラビリティと帯域幅効率のほぼ最適なトレードオフが得られる。
・提案されたプロビジョニングモデルは、オペレータがネットワークのトラフィック分布の情報を正確に知らない場合でも使うことができる。
所定のクラスタCkとノードuがそのクラスタにあるとする。このとき、このノードのクラスタ内トラフィックを、例えば次の2つの代表的な方法で求めることができる。
再びノードuがクラスタCkにあるとする。このときも、クラスタCkの外にあるuのトラフィックを記述するための代表的な2つの方法を以下のように紹介することができる。
・イントラ−ホース&インター−トランク:2M
・イントラ−トランク&インター−ホース:2N/M
・イントラ−ホース&インター−ホース:4
・トラフィック:
ノード間のトラフィック分布に基づくクラスタ選択。
IPサブネットアドレス計画に基づくクラスタ選択。
ネットワークの空間配置(トポロジ)に基づくクラスタ選択。
ノードにおけるCAC項目(エントリ)/パラメータの数を最小にするクラスタ選択。
帯域幅効率を最大にするクラスタ選択。
所定のクラスタCkとそのクラスタにあるノードuを考える。このとき、このノードのクラスタ内トラフィックを次の2つの代表的な方法で求めることができる。
再び、クラスタCkにあるノードuを考える。ここでも、クラスタCkの外にあるuのトラフィックを記述するために以下のような2つの代表的な方法を導入することができる。
・クラスタ間では最短経路/クラスタ間ではツリー
・クラスタ内ではツリー/クラスタ間では最短経路
・クラスタ内ではツリー/クラスタ間ではツリー
特にモバイルコアネットワークに適合させた本発明の代表的な実施例では、トランク、ホース及びMBACに基づくものを統合したネットワークプロビジョニングが用いられる。承認制御は以下のように分けられることが好ましい。
前に記されたのと同様の方法で、メディアゲートウェイノード(MGW)のあるコアネットワークが大規模な空間配置(トポロジ)におけるMGWでの設定パラメータ数を制限するために、クラスタもしくは論理資源領域に分割される。承認制御の設定は、次のフォーマットの記載項目を含むことが好ましい。すなわち、
<クラスタ規定(定義)><帯域幅制限(複数個の場合もある)>
ここで、クラスタ規定はIPサブネットのリストであってよく、クラスタはMGWの集合として規定される。
説明用のコアトランスポートネットワークにおけるクラスタ規定(定義)として可能なものを図7に示す。2つ以上のレベル、すなわち、対象となるノードとクラスタ、を論理ネットワーク表現に含むことができることを理解すべきである。図7の例では、楕円で示される任意選択のスーパークラスタがある。サイトもまた、クラスタと考えられることに注意されたい。
クラスタ間:
<クラスタA><BW>
<クラスタB1><BW>
<クラスタB2><BW>
クラスタ内:
<サイトルータ0><BW>
<サイトルータ3><BW>
<サイトルータ10><BW>
クラスタ間:
<クラスタA><BW>
<クラスタB1><BW>
<クラスタB2><BW>
クラスタ内:
<クラスタC><BW>
他のプロビジョニングモデルの例として以下を含む。
クラスタ間:
<クラスタA、B1、B2><BW>(共通の複数のホースパラメータ)
クラスタ内:
<サイトルータ0><BW>
<サイトルータ3><BW>
<サイトルータ10><BW>
<クラスタ間−ホース&クラスタ内−ホースのモデル>
クラスタ間:
<クラスタA、B1、B2><BW>
クラスタ内:
<クラスタC><BW>
他の多くのクラスタの組合せをMGWにおいて設定することが可能であり、この設定は、リンクにおける異なるディメンショニングを本質的に意味する。
上のネットワークモデルを用いる場合の基本的な基準は、MGWの承認制御においてクラスタを区別することである。この区別は、例えばIPサブネットアドレスを用いて、もしくは、他の基準に基づいて実行することができる。
2.単一のリンク障害
3.単一のノード障害
以下に、トラフィックパラメータが既知の現実的なモバイルコアネットワークの場合に提案されたプロビジョニングモデルの簡単な性能解析が示される。
所要帯域幅から見ると、イントラ−トランク&インター−トランクモデルが最良であるが、イントラ−ホース&インター−トランクモデルも大いに魅力的な結果を出している。容量総計から見ると、過剰プロビジョニング係数の目標が20%前後のとき、適切なクラスタ数は3であることに注意することが重要である。
一般に、仮想プライベートネットワーク(VPN)は企業ビジネスにおいて重要な役割を果たす。これは、主としてネットワークを運用する際の顧客に対する大きな柔軟性があるからである。限られた資源とネットワーク管理基盤のもとで、顧客にとって魅力のあるシステム商品も開発されている。簡単で柔軟性のある帯域幅管理モデルを顧客に提案することも、VPNプロバイダの重要な目的であると考えられている。しかし、顧客にとって簡単ということは、オペレータにとってしばしば管理作業の増大とネットワークの利用効率低下を意味する。他方で、ネットワーク効率の低下と管理作業の増大は、運用コストの増大と高価なサービスを生むことになる。
シミュレーションにおいて、AT&Tの一般用として利用できる空間配置つきの基準バックボーンネットワークが性能解析のベースとして用いられた。44リンクで結ばれた25サイトで構成されるテストネットワークを得るために主に考慮したのは、N OC48リンクとN OC192リンクに接続されたゲートウェイノード、バックボーンノードからなるネットワークの一部だけである。
・’st’:クラスタ内最短経路/クラスタ間ツリー
・’ts’:クラスタ内ツリー/クラスタ間最短経路
・’tt’:クラスタ内ツリー/クラスタ間ツリー
・方法’ht’に対してルーティング’ts’
・方法’th’に対してルーティング’st’
・方法’tt’に対してルーティング’ss’
ATM 非同期トランスファーモード Asynchronous Transfer Mode
BW 帯域幅 Bandwidth
CAC 接続承認制御 Connection Admission Control
CSPF 拘束条件に基づく最短経路優先 Constraint based Shortest Path First
GGSN ゲートウェイGPRSサポートノード Gateway GPRS Support Node
HLR ホームロケーションレジスタ Home Location Register
LSP ラベルスイッチ経路 Label Switched Path
MBAC 測定に基づく接続承認制御Measurement Based Connection Admission Control
MGW メディアゲートウェイ Media Gateway
MPLS 多プロトコルラベルスイッチング Multiple Protocol Label Switching
O&M 運用及び保守 Operation and Maintenance
QoS サービス品質 Quality of Service
RNC 無線ネットワーク制御装置 Radio Network Controller
RTP リアルタイムトランスファープロトコルReal-time Transfer Protocol
SGSN 在圏GPRSサポートノード Serving GPRS Support Node
TIPI トランスポートIPインフラストラクチャ Transport IP Infrastructure
UMTS 汎用移動通信システム Universal Mobile Telecommunications System
VC/VP 仮想回線/仮想経路 Virtual Circuit / Virtual Path
<参考文献>
[1] I. Szabo,「ベストエフォートネットワークにおけるIP 電話の呼承認制御について」, Computer Communications, 26 (2003) pp. 304-313.
[2] I.Szabo,「IP電話をサポートする新しいエンドトゥエンド測定に基づく呼承認制御法の性能評価」, SCS, International Symposium on Performance Evaluation of Computer and Telecommunication Systems, Orlando, Florida, July 2001.
[3] J. A. Fingerhut, S. Suri, J. S. Turner, 「最小コスト非ブロッキング広帯域ネットワークの設計」, Journal of Algorithms, Vol. 24, no. 2, pp. 287-309, August 1997.
[4] N. G. Duffield and P. Goyal and A. Greenberg and P. Mishra and K. K. Ramakrishnan and J. E. Van der Merwe, 「仮想プライベートネットワークにおける資源管理のための柔軟なモデル」, ACM Sigcomm, San Diego, California, USA, August 1999.
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[7] AlparJuttner,Istv nSzabo, and Aron Szentesi. 「仮想プライベートネットワークにおけるホース資源管理モデルの帯域幅効率について」, IEEE Infocom, April 2003.
[8] M. Minoux, 「ネットワーク合成及び最適ネットワーク設計問題:モデル、解決方法及び応用」, Networks, vol. 13, pp. 313-360, 1989.
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[11] M. Piro and P. Gajowniczek, 「配分シミュレーションによる多物資総フロー問題の解法」, Telecommunication Systems, vol. 1, no.13, pp. 17 28,1997.
[12] T. Cinkler, T. Henk, and G. Gordos, 「単一障害から保護された効率的ネットワーク設計のための統計アルゴリズム」, DRCN 2000,2000.
[13] M. Maliosz and T. Cinkler, 「多ファイバ波長ルーティングネットワークにおける最適VPN設計手法」, in Proc. ONDM, Budapest, Hungary, February 2003.
[14] M. Maliosz and T. Cinkler,「仮想プライベートネットワークの設定の最適化について」, in Proc. Polish-Czech-Hungarian Workshop, September 2001, pp.241 247.
[15] T. Cinkler and M. Maliosz, 「Configuration of Protected Virtual Private
保護された仮想プライベートネットワークの設定について」, in Proc. Third International Workshop on DESIGN OF RELIABLE COMMUNICATION NETWORKS, October 2001.
[16] K. G. Ramakrishnan, D. Mitra, and J. A.Morrison,「VPN DESIGNER:マルチサービス仮想プライベートネットワークのための設計ツール」, in Proc. 8th
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Italy, 1998, pp. 153-158.
[17] Chen-Nee Chuah, 「IPネットワーク資源プロビジョニングのための集約かつ階層的な制御によるスケーラブルな枠組み」, University of California, Berkeley, 2001.
[18] M. Berkelaar and J. Dirks,「lpsolve 4.0」、FTPサーバ ftp://ftp. es. ele. tue. nl/pub/lp~solve.に発表予定。
Claims (15)
- ネットワークノードの集合を含む通信ネットワークのためのプロビジョニングの方法であって、
多数の前記ネットワークノードを、各々が少なくとも2つのノードを含むクラスタに分割するステップと、
クラスタ内レベル及びクラスタ間レベルを含む少なくとも2つのレベルにおいて、クラスタ間のトラフィックのためのノード−クラスタ間の少なくとも1つのトラフィック制限を含む、トラフィック制限を規定するステップと、
前記トラフィック制限に基づき、クラスタに基づくプロビジョニングを実行するステップと、
前記クラスタ内レベルにおいて、トラフィックのプロビジョニングモデルを選択するステップと、
を備え、
前記クラスタに基づくプロビジョニングを実行するステップは、前記クラスタ間レベルにおいて、前記ノード−クラスタ間の少なくとも1つのトラフィック制限に関連する、クラスタに基づくトランクモデル及びクラスタに基づくホースモデルのうちの一方を適用するステップを備える
ことを特徴とする方法。 - 前記クラスタに基づくプロビジョニングを実行するステップは、前記クラスタ内レベルにおいて、補助的な少なくとも1つのトラフィック制限に関連する、トランクモデル及びホースモデルのうちの少なくとも一方を適用するステップをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ノード−クラスタ間の少なくとも1つのトラフィック制限は、所定のクラスタにおける少なくとも1つの所定のクラスタに対し、少なくとも1つの他のクラスタに関するトラフィックの量を制限するように規定されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- クラスタに基づくトランクモデルが前記クラスタ間レベルに適用されており、
前記ノード−クラスタ間の少なくとも1つの制限は、
所定のクラスタにおける所定のノードに対し、他のクラスタの第1の集合それぞれへのトラフィックの量を制限するように規定された制限の第1の集合と、
前記所定のクラスタにおける前記所定のノードに対し、他のクラスタの第2の集合それぞれからのトラフィックの量を制限するように規定された制限の第2の集合と、
を含むことを特徴とする請求項3に記載の方法。 - 前記クラスタに基づくプロビジョニングは、クラスタに基づく承認制御を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記クラスタに基づくプロビジョニングは、クラスタに基づくディメンショニングを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- トラフィックのプロビジョニングモデルを選択する前記ステップは、前記クラスタ内レベルにおいて、各々のクラスタのために個々に選択するステップをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- クラスタ内ルーティング及びクラスタ間ルーティングを含む少なくとも2つのレベルにおいて、クラスタに基づくルーティングを実行するステップをさらに備え、
前記クラスタに基づくプロビジョニングを実行するステップは、
前記クラスタ間レベルにおいて、クラスタに基づくトランクモデルを適用するステップと、
前記クラスタ内レベルにおいて、ホースモデルを適用するステップと、
を備え、
前記クラスタに基づくルーティングを実行するステップは、
前記クラスタ間レベルにおいて、最短経路ルーティングを適用するステップと、
前記クラスタ内レベルにおいて、ツリールーティングを適用するステップと、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記多数の前記ネットワークノードをクラスタに分割するステップは、以下に列挙するもののうちの少なくとも1つに基づいて前記クラスタを定義するステップを備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
・ノード間のトラフィックの分散
・サブネットアドレスプランニング
・ネットワークトポロジ
・ノードにおける承認制御パラメータの数を最小限にすること
・帯域幅の効率を最大限にすること - リンクによって相互に接続されているネットワークノードの集合を含む通信ネットワークのためのプログラムであって、当該プログラムはコンピュータを、
多数の前記ネットワークノードを、各々が少なくとも2つのノードを含むクラスタに論理的に分割する手段と、
クラスタ内のトラフィックのための少なくとも1つの制限とクラスタ間のトラフィックのためのノード−クラスタ間の少なくとも1つの制限とを含む、クラスタに基づくサービスレベルの規定を規定する手段と、
前記クラスタに基づくサービスレベルの規定における前記トラフィック制限に基づいて多数の前記リンクの容量をディメンショニングする手段と、
前記サービスレベルの規定において対応するトラフィック制限と共に使用するために、(a)クラスタ間のトラフィックの記述のためにクラスタに基づくトランクモデル及びクラスタに基づくホースモデルのうちの一方を選択し、かつ、(b)クラスタ内のトラフィックの記述のためにトランクモデル及びホースモデルのうちの一方を選択する手段と、
して機能させることを特徴とするプログラム。 - 前記ディメンショニングする手段は、前記トラフィック制限によって規定される制約に従って、前記リンクのトラフィックの量の最大値を計算する手段を備えることを特徴とする請求項10に記載のプログラム。
- 前記多数の前記ネットワークノードをクラスタに分割する手段は、承認制御パラメータの数を最小限にすること及び帯域幅の効率を最大限にすることの間の所定の重み付けに基づいて前記クラスタを選択する手段を備えることを特徴とする請求項10に記載のプログラム。
- 前記プログラムは、前記コンピュータを、前記選択されたトラフィックの記述モデルに従ってルーティング方式を選択する手段として更に機能させ、
前記ルーティング方式を選択する手段は、(a)前記クラスタ内レベルにおいて最短経路ルーティング及びツリールーティングのうちの一方を選択し、かつ、(b)前記クラスタ間レベルにおいて最短経路ルーティング及びツリールーティングのうちの一方を選択する手段を備える
ことを特徴とする請求項10に記載のプログラム。 - 多数のネットワークノードがクラスタに論理的に分割されていて各々のクラスタが少なくとも2つのノードを含む、リンクによって相互に接続されている前記ネットワークノードの集合を含む通信ネットワークにおいて動作する承認制御装置であって、
クラスタ内のトラフィックのための少なくとも1つの制限とクラスタ間のトラフィックのためのノード−クラスタ間の少なくとも1つの制限とを含む、クラスタに基づくサービスレベルの規定を規定する手段と、
クラスタ内の承認制御及びクラスタ間の承認制御を含む少なくとも2つのレベルにおいて、前記クラスタに基づくサービスレベルの規定における前記トラフィック制限に基づき、クラスタに基づく承認制御を実行する手段と、
を備え、
前記クラスタに基づく承認制御を実行する手段は、前記クラスタ間の承認制御のレベルにおいて、クラスタに基づくトランクモデル及びクラスタに基づくホースモデルのうちの一方に従って動作可能に構成され、
前記クラスタに基づく承認制御を実行する手段は、前記クラスタ内の承認制御のレベルにおいて、トランクモデル及びホースモデルのうちの一方を適用するように構成される
ことを特徴とする承認制御装置。 - 前記クラスタに基づく承認制御を実行する手段は、
前記クラスタ間の承認制御のための前記ノード−クラスタ間の少なくとも1つの制限に関連する、クラスタに基づくトランクモデルと、
前記クラスタ内の承認制御のための前記クラスタ内のトラフィックの少なくとも1つの制限に関連する、ホースモデルと、
を適用するように構成されることを特徴とする請求項14に記載の承認制御装置。
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