JP4607903B2 - 通信ネットワーク内の回線を再経路指定するための方策を選択する方法と、この方法を用いるネットワーク - Google Patents

通信ネットワーク内の回線を再経路指定するための方策を選択する方法と、この方法を用いるネットワーク Download PDF

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Description

本発明はネットワーク内の回線の再経路指定のための方策(stragety)を選択する方法に関する。
伝送ネットワークにおいて接続性サービスが必要な場合、様々なパラメータに基づいて選択される最適化基準を用いてネットワークリソースが割り当てられる。
リソースの割り当ては一般に”回線経路指定(circuit routing)”と呼ばれる。
リソースの割り当てにおいては、要求されたサービスをデータ移送ネットワークで提供するための最適条件(主には帯域消費に関してだが、他のパラメータについても)が必要となる。しかし、長期的に見ると、様々な理由により、これらリソースは多少の差はあれ不効率な方法で使用される傾向にある。つまり、ネットワークが使用されている間に、変化しうる様々な状況が、経路指定がもはや最適でないとか、最悪の場合、もはや受け入れられないといったように、選択のパラメータを様変わりさせうる。経路指定を、当初計算されたときのように十分な状態でなくしうる理由の例には、以下のように様々なものがありうる。
− いくつかの回線がまず割り当てられ、それにより、他の引き続く回線が残りのリソースについてやむを得ず最適でない方法で経路指定されてしまった場合、その後最初の一連の回線がキャンセルされると、残りのリソースにおける最適でない回線については、改善の余地が残った状態になるであろう。より込み入った形では、ネットワークが長期にわたって使用するように作られている場合、このような事態は恒常的に発生する。
− 多数の回線が経路指定された後で新しいネットワークリソース(ノード及びファイバ)が実装され、利用可能なリソースを用いることによってそれら回線が改善されうる場合。
− メンテナンスのため、一部のリソースを解放しなければならない場合。
− 経路指定アルゴリズムを別の基準で最適化している間に、新しい経路指定アルゴリズムが開発された場合。
状況の変化は、多数の回線の再経路指定を必要としうる。
回線の全面的な再経路指定のための最も簡単な回答は、全てをキャンセルし、ネットワークをゼロから再構成することである。しかし、そのような手順は、多くの一連の回線を長期間使用不能にすることを意味する。さらに、再経路指定において何かがうまくいかなくなるという無視できないリスクが存在し、この場合、多くの回線が予測できない使用不能状態に巻き込まれる虞がある。
ある意味で、これはハードディスクに記憶されたファイルに見出されるのと同じ問題である。ある時間の経過後、ハードディスク上のファイルはひどく断片化される傾向にあり、効率の良い状態に戻すためには、長時間を要するかもしれず、またリスクもあるデフラグ操作が必要となる。
通信ネットワークにおけるデフラグの実現は、ハードディスクでの実現よりも難しくなりうる。それは、ネットワークが多数の顧客に対して重要なサービスを搬送しており、それら顧客はデフラグ中のサービス停止を受け入れないであろうことによる。
この問題の1つの解は、ネットワークにおけるリスク及び使用不能期間を最小化できるよう、1度に1つの回線を移動させることであろう。この方法は理論上は提案されているが、新しく理論的に計算される経路指定が、実際には常に得られると限らないので、この方法を実際に適用することの問題は未解決のままである。事実、割り当てられた複数の回線が相互に妨害することも起こりうるし、処置のための余裕(space)が存在しないこともあり得る。この場合、ソリティアゲーム(game of patience)のように、正しい移動を実現するいくつかの移動手順が存在するかも知れないが、それらを特定するという問題がある。最悪の場合、計算された通りの新しい経路指定を実現する手順が存在しないこともあり得る。
本発明の全体的な目的は、ネットワークにおけるリソース及びサービスの割り当てを望ましい新しい割り当てと比較し、望ましい割り当ての実現可能性を推定し、望ましい割り当てに最も近いと思われる実現可能な割り当てを計算し、リスクを制限するとともにトラフィックの中断を最小化するため、計算された新しい経路指定を、回線を1つずつ移動できるような順序に再編成する方法を利用可能とすることにより、上述した問題を改善することにある。換言すれば、本発明の目的は、所与の新旧経路指定について、新経路指定に最も近いと思われる実現可能な経路指定を見出し、複数の回線を1つずつ、旧経路指定から新しい実現可能な経路指定へ移すための実現可能な順序を見出すための手順を提供することにある。
しかし、本発明では、望ましい経路指定をどのように計算するかという点は取り扱わない(それは、任意の周知方法によって計算可能である)。また、本発明では、新しい経路指定は既知であり、かつ任意の基準により計算されているか、手動で設計されているものとする。
本発明は、周知の、SDHネットワークに対する50msecSNCPに似たプロテクションダイヤグラムを用いるネットワークに特に好適に適用可能である。この場合、実際、移動のための各回線の動作不能時間は、プロテクション回線調停時間に等しい。
この目的に照らして、本発明によれば、通信ネットワークにおいて、対応する要求R(i=1〜n)を満足する一連のn個の回線CAiによって構成される初期経路指定から、引き続き要求Rを満たす新しい一連の回線Cliで構成される、望ましい目標経路指定の最良の近似として特定される実現可能な目標経路指定もしくは、望ましい目標経路指定を特定し、依然として要求R(i=1〜n)を満たす一連の回線CTiから構成される実現可能な目標経路指定へ、1度に1つの回線を移動させてネットワークの再経路指定を行なうための回線移動方法の手順を特定するための方法であって、実現可能な経路指定が前記初期経路指定と等しいものと設定されることから始まり、
(a)依然として処理されるべき各要求Rについて、前記望ましい目標経路指定内に存在し、要求Rを満足するあろう回線CTiとのコスト差を削減すると思われる、置換え回線Cliを計算するステップと、
(b)ステップ(a)において計算された全ての置換え回線Cliの中から、最小コストを有する1つを選択し、現在の実現可能な経路指定において対応する要求Rを満足する回線を置換するステップと、
(c)置換された回線Cliによって満足される、対応する要求Rを、処理済みとしてマークするステップと、
(d)前記要求Rの全てが処理されるまで、ステップ(a)から(c)を繰り返すステップと、
(e)前記実現可能な目標経路指定が達成されるまで前記実現可能な経路指定内の回線を置換える手順を、ネットワークを再経路指定するための方法の手順として取得するステップとを含み、
前記ステップ(a)において、前記回線CTiと前記置換え回線Cliとの前記コスト差が、前記置換え回線Cliにおいて前記回線CTiと重ならない部分のコストとして計算されることを特徴とする方法が提供される。
本発明の革新的な原理の説明並びに従来技術と比較した利点を明確にするため、添付図面を用い、原理を適用する非限定的な例示を目的として、以下に本発明の可能性のある実施形態を説明する。
図1は、ネットワーク再経路指定処理の概要を図式的に示す図である。
再経路指定が求められる際(この決定は本発明の目的を超えるものである。)、ネットワークの”ネットワーク管理システム”又は”制御計画”が、ネットワークシミュレータへ、”ネットワーク設定(Network Config)”更新及び”現経路指定(Actual Routing)”、即ちその時点でネットワークが使用する経路指定を送信する。必要であれば、人間オペレータが与える他の入力パラメータ(param)もまたシミュレータへ到達する。
詳細については説明しない既知の方法及び手順を適用することにより、シミュレータは”目標経路指定”、即ち、予め定められたパラメータに従ってネットワークを最適化するために望ましいであろう経路指定を計算する。
この時点で本発明の方法が適用され、現経路指定及び望ましい経路指定から開始し、望ましい経路指定の最良の近似である、実現可能な目標経路指定(FTR)と、1度に1つの回線を移動させて再経路指定を実現するための再経路指定手順を与える
別の観点によれば、経路指定手順はまず現経路指定を発端として規定され、実現可能な目標経路指定に到達する。実現可能な目標経路指定は、その手順における各経路指定が、その前後の経路指定と、1つの回線によって分化されている。
必要ならば、新しいネットワーク設定がオペレータによって受け付けられた後、再経路指定手順が、ネットワークの安全な再経路指定を実現するために手順を実装するネットワーク管理者へ送信される。
本発明による方法は、何よりも、最良の実現可能な一連の経路指定回線、つまり、可能であれば望ましい目標経路指定、さもなくば利用可能なリソースで調達可能な目標経路指定の最近似を得ることを可能とする。本発明による方法はさらに、回線の最良な置換え順序、即ち、衝突を回避しながら、上述の一連の回線の割り当てを可能とする順序の取得を可能とする。
同一要求を満足する2つの回線のうち、どちらがより優れているであろうかを規定することができるよう、回線の”コスト”定義が用いられる。本技術分野における当業者に周知な表現に従って、ネットワークはリンクで互いに接続されたノードを用いたグラフにより表すことができる。各リンクには、そのリンクの利用コストを規定する複数のパラメータが付随する。これらのパラメータは、適用が望まれる経路指定基準に依存し、上述したようにどのような経路指定基準へも適用可能である本発明による方法には依存しないため、その詳細については説明しない。
また、ネットワークを表現するグラフのリンクに対するコストパラメータの割り当ては、本技術分野に属する当業者に周知であり、これ以上説明する必要はないものと見なされるべきである。便宜上ここでなされる唯一の仮定は、選択される経路指定アルゴリズムが、たとえどのようなものであっても、個別の経路指定回線に単独のコストを割り当てるコスト関数を用いることである。例えば、通常通りコストが各リンクに与えられているとすると、回線のコストはそれが横断するリンクのコストの合計であってよい。
ネットワークは一連のサービスを満足する必要があるため、トラフィックマトリックスも規定される。本技術分野に属する当業者に周知であるように、このマトリックスは、ソース、デスティネーション及びトラフィックの特性を示す一連の要求Rである。便宜上、トラフィックマトリックスがこの手順においては不変であるとする。
トラフィックマトリックスを満たす一連の回線は”経路指定”と呼ばれ、R番目(i=1〜n)の要求を満たすCi番目の回線を有する。
ネットワーク上に既に存在する一連のCAi(i=1〜n)回線は、”現経路指定”、つまりその時点でネットワークに使用されている経路指定である。
望ましい新経路指定、つまり”目標経路指定”は、やはり要求Rを満たす回線CTを有するであろう。上述の通り、目標経路指定は周知の手順に従ってシミュレータによりオフラインで計算され、その詳細については説明しない。従来技術の方法と異なり、実現可能な目標経路指定がここで取得可能である必要はない。
ここで、”実現可能な経路指定”は、トラフィックマトリックスを満足し、利用可能なネットワークリソースを用い、1度に1つの回線を移動させることによって現経路指定(あるいは後述するように他の実現可能な経路指定)から取得可能な経路指定として規定される。
回線A及びBのコスト差は、回線Bと重ならない回線部分Aのコストである。このコストは、ある回線が他の回線をどれくらいよく近似しているかを評価するのに用いられる。コストは常に正であること、2つの同一回線にコスト差がないことは明らかである。
回線Bがターゲット経路指定の一部であり、回線Aが実現可能な経路指定の一部であり、またA及びBがトラフィックマトリックス中同一の要求Rを満たすとすると、Aが使用し、Bが使用しないリソースのみが考慮される。Bリソースの不使用についての割引は許されない。
実現可能な経路指定G及び目標経路指定を所与のものとして、G,i(”ベストサティスファクション”の頭文字から、簡単にbs(i,G)と表す)において要求Rを最も良く満足する回線であり、以下を同時に満足する回線を最良の回線として規定する。
(a)要求Rを満足する。
(b)既存かつ他の要求に関連付けられているGの全回線に加えて割り当てが可能である。
(c)最適な回線CT、即ち目標経路指定に対応する回線とのコスト差を最小化する。
実現可能な経路指定は、1度に1つの回線を別の実現可能な経路指定に移動させることによって得ることができる。
簡単に言えば、本発明による方法は、現経路指定から一連の実現可能な経路指定を通じて目標経路指定へ移動する一連の移動の実現と、全ての要求Rが考慮された時点での停止を必要とする。最良の移動、つまり特定の要求に対する目標経路指定の最良近似を実現する移動の選択は、関連する回線のコストを最小化することによって実現される。
図2は、本発明による方法の、可能性のあるフローチャートを示す。この方法を実施するため、一方が他方にネストされた2つの反復的な処理が実現される。内部の反復処理は、変更すべき最良の回線(即ち、1つの回線の移動による、実現可能な経路指定と、望ましい目標経路指定への他の実現可能な経路指定との間の最良の遷移)を見出す。より詳細には、内部の反復処理は1度に1つの回線を取り除き、それを目標経路指定内の対応する回線によって置換えようとする。これは、目標経路指定内の回線とのコスト差が最小となる経路を探索することにより実現される。たとえリソースが無い場合であっても、取り除いた回線に使われているリソースが利用可能になるため、このようなやり方により、常に解が得られる。目標経路指定における回線によって使用されるリソースに加え、より少ないコストのリソースを用いる回線が選択されるであろう。
しかし、外部の繰り返しは1度に1つの回線を移動させ、全ての回線が処理されるまで内部の反復処理を繰り返す。
この方法に従ったフローチャートを実施する擬似コードは、以下のようになるかも知れない。
初期化
FTRを現経路指定に設定
トラフィックマトリックスの全要求を、未処理としてマーク
一連の空の再経路指定を宣言
インタラクション
Repeat
Repeat
bs(i,FTR)を計算:
FTR経路指定において、Rを満足する回線CIを取り除いた後、
についてCTそのコスト差が最小の回線を計算する
全ての未処理要求Rが考慮されるまで
最小コスト差bs(i,FTR)−CTを有する要求又は一連の要求{R}を探索する
これら要求{R}について
- CIをFTR内のbs(i,FTR)で置換える
- 再経路指定手順から、回線bs(i,FTR)をサスペンド
- 要求Rを処理済みとしてマーク
トラフィックマトリックスの要求Rの全てが処理済みとマークされるまで
結果
FTRは探索された実現可能な目標経路指定
再経路指定シーケンスを開始...
ネットワークシミュレータで方策がオフライン計算されると、(取り除かれるべき回線の順序と、その回線の新しい経路指定の形式の)方策が、計算された再経路指定方法を実行する、従前のネットワーク再経路指定手順に変換される。
基本的に、この方法手順は実現可能な目標経路指定及び、現経路指定から始まって実現可能な目標経路指定に至るまでの移動手順であり、この移動手順は、1度に1つの回線について、かつ回線あたり1つを超えない再経路指定を用いる。
結果として得られる実現可能な目標経路指定が、望ましい目標経路指定と異なる場合、よりよい結果、つまり望ましい目標経路指定により近い結果を得るため、その実現可能な目標経路指定を新しい現経路指定として用いて、同様の方法によって2度目の変更を行なうようにしても良い。
実現可能な目標経路指定と望ましい目標経路指定との差(全回線の差の合計)は、所定の現経路指定を用いる所定のネットワークにおいて、その方法の適用が有用であるかを決定するための重要なパラメータである。
ともかく、些細な変更であっても、それがこの方法の後に続く手順で、より重要な変更を可能としうることに留意しなければならない。
本発明に係る方法のコンセプトを一層明確にするため、簡単な動作例を以下に説明する。
図3に示すようなネットワークを仮定する。エンドポイントA−B−C及びD−E−F間で生じうる接続回線の”空間”は、点描した周囲の内部である。
トラフィックマトリックスを以下のようにする。
Figure 0004607903
また、このマトリックスを満足する現経路指定を、図4に示す。
図5は、新しいリソースXが図4のネットワークに追加された状態を図示する。従って、トラフィックマトリックスの要求R,R及びRを満たす回線をまっすぐにして得られる、より効率的な、図6に示される経路指定に変更することが好ましい。つまり、図6は目標経路指定を示している。
従って、問題は、図4の状態から図6の状態への変更である。
本発明の方法を適用することで、現経路指定において要求Rを満たす回線が取り除かれ、目標回線とのコスト差が最小の回線が探索される。本例において、今のところ(図5)、取り除かれた現在の回線A−Dを置換えることのできる唯一の回線が、取り除かれた回線と同一であることが分かる。つまり、コスト差は、取り除かされた回線A−Dの総コストと等しい。
そして、現経路指定において要求Rを満たす回線が取り除かれ、目標回線とのコスト差が最小である回線が探索される。要求Rについて直面した状況と同じく、現回線B−Eを置換え可能な唯一の回線はそれ自身であり、コスト差は取り除かれた回線B−Eの総コストに等しい。
最後に回線Rが取り除かれる。新しいリソースXのおかげで、現経路指定回線を目標経路指定で置換えることが可能であり、コスト差は0である。要求Rは”考慮済み”とマークされ、再経路指定リストに新しい回線C−Fが挿入される。従って、進展した経路指定は図7に示すようなものとなる。
考慮済みとマークされていない要求が残っているため、外部ループは内部ループの開始へ戻る。
内部ループは、発展させるべき新しい経路指定が図7に示されるようなRに対する新しい回線を用いる経路指定に等しいものとして、最初からやり直す。
従って、図7の経路指定において、要求Rを満たす回線が再び取り除かれる。しかし、要求Rについての状況は依然として変わらない(現回線を置換え可能な唯一の回線が自分自身であり、コスト差は取り除かれた回線の総コストに等しい)。
内部ループの次のステップにおいて、図7の経路指定のRの回線が取り除かれる。Rを満足する回線が図7の回線である事実により、図7の経路指定におけるRの回線を目標経路指定の回線と置換え、コスト差を0とすることができる。従って要求Rは”考慮済み”とマークされ、再経路指定リストに新しい回線B−Eが挿入される。
そして、発展させるべき新しい経路指定が図8の経路指定に等しいものとして、ループを再開始することができる。
従って、図8の経路指定において、要求Rを満たす回線が再び取り除かれる。今度こそその回線を目標経路指定で置換えることができる。そして、要求Rもまた”考慮済み”とマークされ、再経路指定リストに新しい回線A−Dが挿入される。この時点で、全要求が処理され、外部ループが終了する。
見出された実現可能な目標経路指定が望ましい目標経路指定と一致するため、結果をさらに向上させるために方法をさらに使用する必要はない。
ネットワークの既知の再経路指定ルーチンへ変換される、計算された再経路指定リスト又は手順は、以下の形式である。
1:Rを満たすC−Fを”まっすぐにする”
2:Rを満たすB−Eを”まっすぐにする”
3:Rを満たすA−Dを”まっすぐにする”
このリストはネットワークの再経路指定手順によって変換及び実行される。
実現可能な目標再経路指定が望ましい目標再経路指定と一致しない、あまり恵まれないケースにおいては、再経路指定手順を適用すべきか否かを判断するためのデータを提供するようにしても良い。例えば、現経路指定と実現可能な目標再経路指定との間の全体的な距離コスト(”現実的改善”とも呼べるコスト)及び、実現可能な目標再経路指定と望ましい目標経路指定との間の全体的な距離コスト(”取得不能な改善”とも呼べるコスト)が、より重要なデータであって良い。
例えば、実益を与えるには十分な現実的改善が必要である。一方、乏しい現実的改善と十分な”取得不能な”改善の組み合わせは、良い知らせではないけれども、わずかながらも現実的改善によりネットワークの悪い状態を軽減し、それ以降の段階における大幅な改善を可能にするかもしれない。取得された実現可能な目標経路指定へさらに方法を適用する場合も同様である。
実施するか否かに関する決定は、結果についての好適な文書のサポートのもとで、シミュレータで検証できるようにした上で、人間のオペレータに任せるべきである。
ネットワーク内のサービスの乱れとリスクを最小限しながら、予め定められた目標経路指定又はその最大限の近似に到達するために用いるべき手順を決定することを可能にする方法を利用可能としたことにより、上述した目的が達成されることが明らかになった。
上述したとおり、本発明による方法は、目標コスト関数を満足することができれば、様々な好ましい経路指定アルゴリズムを選択することができる。また、本発明による方法によれば、再経路指定を行なうため、経路指定アルゴリズムが、制御された方法によって多数の連続した回線の選択肢を実施することを可能にする。
当然の事ながら、本発明の革新的な原理を適用した上述の実施形態は、ここで請求される排他的権利の範囲に含まれる本発明の原理の非限定的な例示として与えられるものである。
本発明の方法を適用するネットワークの再経路指定処理の全体像を示す図である。 本発明の方法のフローチャートを示す図である。 簡単なネットワークの一例に適用された方法のステップを示す図である。

Claims (7)

  1. 通信ネットワークにおいて、対応する要求R(i=1〜n)を満足する一連のn個の回線CAiによって構成される初期経路指定から、引き続き要求Rを満たす新しい一連の回線Cliで構成される、望ましい目標経路指定の最良の近似として特定される実現可能な目標経路指定もしくは、望ましい目標経路指定を特定し、依然として要求R(i=1〜n)を満たす一連の回線CTiから構成される実現可能な目標経路指定へ、1度に1つの回線を移動させてネットワークの再経路指定を行なうための回線移動方法の手順を特定するための方法であって、実現可能な経路指定が前記初期経路指定と等しいものと設定されることから始まり、
    (a)依然として処理されるべき各要求Rについて、前記望ましい目標経路指定内に存在し、要求Rを満足するあろう回線CTiとのコスト差を削減すると思われる、置換え回線Cliを計算するステップと、
    (b)ステップ(a)において計算された全ての置換え回線Cliの中から、最小コストを有する1つを選択し、現在の実現可能な経路指定において対応する要求Rを満足する回線を置換するステップと、
    (c)置換された回線Cliによって満足される、対応する要求Rを、処理済みとしてマークするステップと、
    (d)前記要求Rの全てが処理されるまで、ステップ(a)から(c)を繰り返すステップと、
    (e)前記実現可能な目標経路指定が達成されるまで前記実現可能な経路指定内の回線を置換える手順を、ネットワークを再経路指定するための方法の手順として取得するステップとを含み、
    前記ステップ(a)において、前記回線CTiと前記置換え回線Cliとの前記コスト差が、前記置換え回線Cliにおいて前記回線CTiと重ならない部分のコストとして計算されることを特徴とする方法。
  2. 前記コスト差の計算においては、前記置換え回線Cliが使用し、前記回線CTiが使用しないリソースが考慮され、前記置き換え回線Cliが使用しない前記回線CTiリソースについて前記コスト差から割り引くことが許されないことを特徴とする請求項記載の方法。
  3. 回線の前記コストが、前記ネットワーク内で前記回線を規定する、前記ネットワークのグラフのブランチの前記コストの合計によって与えられることを特徴とする請求項1記載の方法。
  4. 前記ステップ(a)乃至(e)が、前記移動方法の手順を実際のネットワーク上で実施するネットワーク管理者に渡すため、前記ネットワーク内のシミュレータでオフラインで実行されることを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記ステップ(d)と(e)の間に設けられるステップであって、
    望ましい目標経路指定と、到達した実現可能な目標経路指定との間の差を表すデータに基づいて、前記実現可能な経路指定内の回線が前記実現可能な目標経路指定へ達するまで置換えられる手順を前記ネットワークの再経路指定手順として用いるか、既に取得されている実現可能な目標経路指定を初期経路指定として用いて前記方法を再び適用するかを判断するステップをさらに有することを特徴とする請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の方法。
  6. 前記差を表すデータが、経路指定と前記実現可能な目標経路指定との間の総距離コスト及び/又は前記実現可能な目標経路指定と前記望ましい目標経路指定との間の総距離コストを含むことを特徴とする請求項記載の方法。
  7. 一連のサービス要求を満足する複数の回線が実現され、再経路指定において請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載の方法を用いることを特徴とする電気通信ネットワーク。
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