JP5418925B2 - 動的経路分岐システム、動的経路分岐装置、動的経路分岐方法、通信システム、ノード、制御装置、パケット転送方法およびプログラム - Google Patents

動的経路分岐システム、動的経路分岐装置、動的経路分岐方法、通信システム、ノード、制御装置、パケット転送方法およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、動的経路分岐システム、動的経路分岐装置、動的経路分岐方法、通信システム、ノード、制御装置、パケット転送方法およびプログラムに関し、特にマルチパス経路通信を採用するネットワークにおける動的経路分岐システムに関する。
従来は、ネットワーク内の経路上のリンク帯域が十分でなくネットワーク内でトラヒック(Traffic)が廃棄される場合の通信を改善するためにマルチパス経路通信を採用する場合において、以下の(1)〜(3)の問題があった。
(1)各端末のトラヒックの受信状況に応じて必要に応じてマルチパス経路を動的に採用することが困難であった。
(2)マルチパス経路を採用する場合に、ネットワークの状況に応じて分岐地点において、同一コピー(完全ミラーリング)・部分コピー(一部ミラーリング)、フローベース分割・ランダム分割等を選択することが困難であった。
(3)マルチパス経路をとることによってネットワークにかけるコストを最小化するような動的最適設計が困難であった。
(1)については、一般に用いられるマルチパス経路生成技術として、「OSPF ECMP技術」(Open Shortest Path First Equal Cost Multi Path)や、「MPLS Traffic Engineering技術」(Multi Protocol Label Switching Traffic Engineering)等がある。
「OSPF ECMP技術」では、ネットワーク内のネットワークトポロジー(Network Topology)、リンクコストに従いマルチパス経路を静的(Static)に生成するため、ネットワーク内に同一コストでのマルチパスの経路がある部分では複数経路が生成されるが、任意の位置において複数経路の設定は困難であり、かつマルチパスの分岐点ではハッシュ(Hash)関数によりフロー(Flow)ベースで経路を選択する形となるため、各端末のトラヒックの受信状況に応じた制御は困難である。
一方、「MPLS Traffic Engineering技術」では、ネットワークトポロジー、リンクコスト、リンクに流れているトラヒック量に従い、マルチパス経路を動的に生成するものの、ネットワークの途中のノードからマルチパスを生成することができず、かつ各端末のトラヒックの受信状況に応じた制御は困難である。
従って、各端末のトラヒックフローの受信状況に応じて必要に応じてマルチパス経路を動的に生成し、端末のトラヒック受信性能を向上する方式が求められている。
(2)については、特開2004−312153号公報(特許文献1)、特開2007−94681号公報(特許文献2)の記載に示されるように、事前にネットワークのエッジ(Edge)において、複数経路を事前に準備しておくものがある。なお、ネットワークのエッジとは、ネットワークの入り口(末端)のことである。
特開2004−312153号公報(特許文献1)では、IP網(Internet Protocl Network)とフォトニックネットワークとの両方に光エッジが接続されている環境で、2つの経路を事前に設定しておき、IP網をある一定値のトラヒック量が流れた段階で、フォトニックネットワーク側へ通信を切り替える方式が開示されている。本方式は、IP網の大容量通信では十分な性能が出ないため、大容量トラヒックが流れることを検出すると、フォトニックネットワークへ通信を切り替えるものである。このように、本方式は、単にネットワーク間を切り替える制御を行うものであるため、ネットワーク内の任意の位置において分岐する機能、ならびにコピーする内容を同一コピー・部分コピー・フローベース分割・ランダム分割のように分割することができない。
一方、特開2007−94681号公報(特許文献2)では、ネットワーク内で複数経路を持たせるときに冗長経路候補(リソース割り当てしていない経路)を準備しておき、必要な時点でリソースを割り当て直して切り替える方式が開示されている。本方式では、冗長パスについては事前にリソースを割り当てずに複数の送信サーバが経路を共有する。このように、本方式は、冗長パスのリソース共有方法に関するものであるため、ネットワーク内の任意の位置において分岐する機能、ならびにコピーする内容を同一コピー・部分コピー・フローベース分割・ランダム分割のように分割することができない。
更に、(2)において、特開2007−208953号公報(特許文献3)の記載に示されるように、ネットワークのエッジ(ネットワークの入り口)において、マルチキャストパスを複数動的に設定するものがある。特開2007−208953号公報(特許文献3)では、マルチキャストツリーを複数生成する方式が開示されている。本方式は、生成した後にそれを利用する際に、ハッシュ関数を用いるという方式であるが、マルチキャストの経路については、マルチキャストの送信元(エッジ)から分岐し、かつコンテンツに応じてどれに転送するかをハッシュ関数で選択する。このように、本方式は、マルチキャストツリーそのものの冗長化に関するものであるため、ネットワーク内の任意の位置において分岐する機能、ならびにコピーする内容を同一コピー・部分コピー・フローベース分割・ランダム分割のように分割することができない。
従って、マルチパス経路を採用する場合に、ネットワークの状況に応じて分岐地点において、同一コピー・部分コピー・フローベース分割・ランダム分割等を動的に選択し、端末のトラヒック受信性能を向上する方式が求められている。
(3)については、任意の経路から分岐させるマルチキャストを行う際に、マルチキャストさせるトラヒックによってネットワークに負荷をかけることになるため、その負荷をできるかぎり抑えながら、端末の受信性能を最大化する必要がある。しかし、そもそも上記のように、従来の方式では、ネットワーク内の任意の位置において分岐する機能がないために、このような端末の受信性能の最大化を行うための手法がなかった。
特開2004−312153号公報 特開2007−94681号公報 特開2007−208953号公報
"The OpenFlow Switch Consortium" <http://www.openflowswitch.org/> "OpenFlow Switch Specification Version 1.0.0 (Wire Protocol 0x01) December 31, 2009" <http://www.openflowswitch.org/documents/openflow−spec−v1.0.0.pdf>
本発明では、ネットワーク上の通信トラヒック(Traffic)の受信品質を監視することにより、受信品質の最大化、安定化を評価尺度に、最適化を図るため、トラヒックの分岐位置、コピー・分割等の分岐方法、分岐ルートを計算し、通信トラヒックの経由しているノードのうち1つ或いは複数の任意のノード位置において、コピー・分割等の分岐方法で複数の経路にトラヒックを動的に分岐し、受信側でトラヒックを修復する。
本発明の動的経路分岐システムは、管理装置と、動的経路分岐装置を含む。管理装置は、ネットワーク上のトラヒック(Traffic)の受信品質を監視し、ネットワーク上の任意のノードに対して動的な経路設定を行う。動的経路分岐装置は、ネットワーク上のトラヒックを中継するノード及びトラヒックの宛先である受信端末に配置可能である。また、動的経路分岐装置は、ネットワーク上の所定のノードに配置された場合、当該ノードに到達したトラヒックを観測し、観測結果を、ネットワーク上の任意のノードに対して動的な経路設定を行う管理装置に通知する観測処理部と、ネットワーク上のトラヒックを中継するノードに配置された場合、管理装置からの命令に応じて、トラヒックを初期経路と分岐経路とに分岐して送信する分岐処理部と、トラヒックを分岐したノードの後段以降のノードに配置された場合、初期経路及び分岐経路の各々を経由して到達したトラヒックを合流して修復する合流処理部と、のうち、少なくとも配置されたノードで使用するものを具備する。なお、ネットワークについては、有線ネットワーク、無線ネットワークを問わない。ネットワーク上のノードの例として、スイッチを想定している。但し、観測処理部と合流処理部は、受信端末や管理装置上に存在していても良い。
本発明の動的経路分岐装置は、ネットワーク上のトラヒックを中継するノード及びトラヒックの宛先である受信端末に配置可能な動的経路分岐装置であって、ネットワーク上の所定のノードに配置された場合、当該ノードに到達したトラヒックを観測し、観測結果を、ネットワーク上の任意のノードに対して動的な経路設定を行う管理装置に通知する観測処理部と、ネットワーク上のトラヒックを中継するノードに配置された場合、管理装置からの命令に応じて、トラヒックを初期経路と分岐経路とに分岐して送信する分岐処理部と、トラヒックを分岐したノードの後段以降のノードに配置された場合、初期経路及び分岐経路の各々を経由して到達したトラヒックを合流して修復する合流処理部と、のうち、少なくとも配置されたノードで使用するものを具備する。
本発明の動的経路分岐方法では、管理装置で、ネットワーク上のトラヒックの受信品質を監視し、ネットワーク上の任意のノードに対して動的な経路設定を行う。また、ネットワーク上の所定のノードで、当該ノードに到達したトラヒックを観測し、観測結果を管理装置に通知する。また、ネットワーク上のトラヒックを中継するノードで、管理装置からの命令に応じて、前段以前のノードから受信したトラヒックを初期経路と分岐経路とに分岐して送信する。また、トラヒックを分岐したノードの後段以降のノードで、初期経路及び分岐経路の各々を経由して到達したトラヒックを合流して修復する。
本発明のプログラムは、ネットワーク上のトラヒックを中継するノード及びトラヒックの宛先である受信端末のうち少なくとも1つに該当する計算機により実行される。このプログラムを実行した計算機は、トラヒックを観測し、観測結果を、ネットワーク上の任意のノードに対して動的な経路設定を行う管理装置に通知することが可能になる。また、管理装置からの命令に応じて、トラヒックを初期経路と分岐経路とに分岐して送信することが可能になる。また、初期経路及び分岐経路の各々を経由して到達したトラヒックを合流して修復することが可能になる。なお、本発明のプログラムは、記憶装置や記憶媒体に格納することが可能である。
ネットワーク内の状態変化によりトラヒック(Traffic)を主経路中で廃棄するような事象が発生しても、副経路中のトラヒックを用いてトラヒック全体を迅速に復元させ、受信端末のトラヒックの受信性能を向上できる。
本発明の動的経路分岐システムの基本構成例を示す概要図である。 本発明の第1実施形態を説明するための図である。 分岐方法を説明するための図である。 合流方法を説明するための図である。 本発明の第2実施形態を説明するための図である。 本発明の第3実施形態を説明するための図である。 本発明の第4実施形態を説明するための図である。 本発明の第5実施形態を説明するための図である。 本発明の第6実施形態を説明するための図である。 本発明の第7実施形態を説明するための図である。 本発明の第8実施形態を説明するための図である。 本発明の第9実施形態を説明するための図である。
<基本構成>
以下に、本発明の基本構成について添付図面を参照して説明する。
図1に示すように、本発明の動的経路分岐システムは、送信端末10と、スイッチ20(20−i、i=1〜n:nはスイッチの台数)と、ネットワーク制御装置30と、受信端末40を含む。
送信端末10は、ネットワーク上のノードに該当するスイッチ20(20−i、i=1〜n)のいずれかを経由して、文字データ、音声データ、動画データ等のパケットを受信端末40へ送信する。ネットワーク上を移動するパケットの情報量をトラヒック(Traffic)と呼ぶ。ネットワーク制御装置30は、ネットワーク上のトラヒックの受信品質を監視し、スイッチ20(20−i、i=1〜n)に対して動的な経路設定を行う管理装置である。ここでは、ネットワーク制御装置30は、スイッチ20(20−i、i=1〜n)の各々と通信可能であり、ネットワーク全体のトポロジー情報(ネットワークトポロジー)、ネットワークリンクの帯域情報等を管理し、分岐位置(分岐の起点となるスイッチ)、ならびに分岐ルートを最適設計する。
スイッチ20(20−i、i=1〜n)の各々は、動的経路分岐装置50を備える。すなわち、動的経路分岐装置50は、スイッチ20と同じ数だけ存在する。なお、実際には、動的経路分岐装置50は、スイッチ20自体でも良い。
動的経路分岐装置50は、観測(Monitor)処理部51と、分岐(Split)処理部52と、合流(Merge)処理部53を備える。従って、スイッチ20(20−i、i=1〜n)の各々が、観測処理部51と、分岐処理部52と、合流処理部53を備えることになる。但し、スイッチ20(20−i、i=1〜n)の各々は、観測処理部51と、分岐処理部52と、合流処理部53を全て備えている必要はなく、観測処理部51と、分岐処理部52と、合流処理部53のうち、少なくとも使用するものを備えていれば良い。
観測処理部51は、受信したパケットを観測し、観測結果をネットワーク制御装置30に通知する。
分岐処理部52は、受信したパケットを、ネットワーク制御装置30により選択された経路で送信する。このとき、分岐処理部52は、必要であれば、受信したパケットを分岐して、分岐したパケットの各々を、ネットワーク制御装置30により選択された経路毎に振り分けて送信する。
合流処理部53は、分岐したトラヒックを合流し、適切なトラヒックに修復する。このとき、合流処理部53は、受信したパケットが分岐したパケットであれば、分岐したパケットを合流して出力し、受信したパケットが分岐したパケットでなければ、そのまま出力する。
ネットワーク制御装置30は、分岐位置選択アルゴリズムに基づき、マルチパスの宛先までの経路の使用リソース最小化、宛先での受信品質の最大化/安定化を図る。具体的には、ネットワーク制御装置30は、分岐したパケットを合流した後の性能を最大化する経路の中で、経路全体のリソース使用量の合計が最小の経路、又はネットワークの安定性の高い経路を選択する。リソース使用量の例として、「Hop数×帯域」の計算結果、或いは「距離×帯域」の計算結果、等が考えられる。但し、実際には、これらの例に限定されない。なお、Hop数とは、パケット送信時に、送信端末10から受信端末40にパケットが到達するまでに経由したスイッチの数である。
[ハードウェアの例示]
なお、送信端末10及び受信端末40の例として、PC(パソコン)や携帯電話機を想定している。他にも、送信端末10及び受信端末40の例として、シンクライアント端末、ワークステーション、メインフレーム、スーパーコンピュータ、カーナビ(カーナビゲーションシステム)、携帯ゲーム機、家庭用ゲーム機、ガジェット(電子機器)、双方向テレビ、デジタルチューナー、デジタルレコーダー、情報家電(information home appliance)、POS(Point of Sale)端末、OA(Office Automation)機器等が考えられる。また、ネットワーク制御装置30の例として、PC、シンクライアントサーバ、ワークステーション、メインフレーム、スーパーコンピュータ等の計算機を想定している。送信端末10、ネットワーク制御装置30、及び受信端末40は、車両や船舶、航空機等の移動体に搭載されていても良い。
また、スイッチ20(20−i、i=1〜n)の例として、データリンク層(第2層)のデータを中継するレイヤ2スイッチ、ネットワーク層(第3層)のデータを中継するレイヤ3スイッチ、トランスポート層(第4層)のデータを中継するレイヤ4スイッチ、アプリケーション層(第7層)のデータを中継するレイヤ7スイッチ(アプリケーションスイッチ)、或いは、マルチレイヤスイッチ(multi−layer switch)等が考えられる。マルチレイヤスイッチは、サポートするOSI参照モデルの層毎に細かく分類されている。他にも、スイッチ20(20−i、i=1〜n)の例として、プロキシサーバ(proxy server)、ゲートウェイ(gateway)、ファイアウォール(firewall)、ロードバランサ(負荷分散装置)、又はこれらに相当する計算機や中継機器等が考えられる。
更に、スイッチ20(20−i、i=1〜n)が存在するネットワークの例として、インターネット、LAN(Local Area Network)、無線LAN(Wireless LAN)、WAN(Wide Area Network)、バックボーン(Backbone)、ケーブルテレビ(CATV)回線、固定電話網、携帯電話網、WiMAX(IEEE 802.16a)、3G(3rd Generation)、専用線(lease line)、IrDA(Infrared Data Association)、Bluetooth(登録商標)、シリアル通信回線、データバス等が考えられる。
観測処理部51、分岐処理部52、及び合流処理部53は、各々の機能に応じた電子回路によって実現される。或いは、観測処理部51、分岐処理部52、及び合流処理部53は、プログラムで駆動される処理装置等のハードウェアと、そのハードウェアを駆動して所望の処理を実行させるプログラム等のソフトウェアと、そのソフトウェアや各種データを格納する記憶装置によって実現される。
上記の処理装置の例として、CPU(Central Processing Unit)、マイクロプロセッサ(microprocessor)、マイクロコントローラ、或いは、同様の機能を有する半導体集積回路(Integrated Circuit(IC))等が考えられる。但し、実際には、これらの例に限定されない。
また、上記の記憶装置の例として、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)やフラッシュメモリ等の半導体記憶装置、HDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)等の補助記憶装置、又は、DVD(Digital Versatile Disk)やメモリカード等の記憶媒体(メディア)等が考えられる。
但し、実際には、これらの例に限定されない。
<第1実施形態>
以下に、本発明の第1実施形態について説明する。
本実施形態では、図2に示すように、ネットワーク内のスイッチ20(20−i、i=1〜n)のうち、受信端末40に最も近い最終段のスイッチ(Egress Switch:出口スイッチ)20のみで観測処理を行う事例(ケース)について説明する。本実施形態では、観測処理部51と合流処理部53が最終段のスイッチ(Egress Switch)20に存在し、分岐処理部52が任意のスイッチ20に存在する。すなわち、観測処理部51と合流処理部53が最終段のスイッチ(Egress Switch)20のみで機能し、分岐処理部52がネットワーク内の全てのスイッチで機能する。
図2の例では、観測処理部51は、送信端末10から受信端末40へ送信されている初期経路上を流れているトラヒック(Traffic)に対して、受信端末40に最も近い最終段のスイッチ(Egress Switch)20においてネットワーク品質を監視する。分岐処理部52は、中継のスイッチでトラヒックを分岐する。合流処理部53は、分岐したトラヒックを合流し、適切なトラヒックに修復してから受信端末40へ送信する。ネットワーク制御装置30は、ネットワーク全体のトポロジー情報、ネットワークリンクの帯域情報等を把握し、分岐位置、ならびに分岐ルートを最適設計する。
具体的な動作については、観測処理部51は、ネットワーク制御装置30からの指示により、送信端末10から受信端末40へ送信されている初期経路上を流れているトラヒックに対して、最終段のスイッチ(Egress Switch)20において、トラヒックフローを監視する。観測処理部51は、本トラヒックフローについて、ネットワーク内でロス、遅延の揺らぎ、スループットの低下がみられる場合に、ネットワーク制御装置30に対して、ネットワークの状況分析ならびにアラーム(警告)を通知する。
ネットワーク制御装置30は、ネットワーク内のトポロジー情報、ネットワークリンクの帯域情報、ならびにその変化を動的に把握しており、上記アラームに従い、フローの分岐方法、符号化方法、分岐位置、分岐ルートのそれぞれを決定する。
[分岐方法]
分岐方法については、ネットワーク制御装置30は、同一コピー(完全ミラーリング)・部分コピー(一部ミラーリング)・フローベース分割・ランダム分割といった異なる手法を選択することが可能である。このとき、ネットワーク制御装置30は、分岐方法として、全トラヒック一括で/トラヒック毎に、同一コピー・部分コピー・フローベース分割・ランダム分割のいずれを選択するかを決定し、分岐処理部52に分岐方法を設定する。なお、ネットワーク制御装置30は、パケットを受信した分岐処理部52からの問い合わせに対する応答として、分岐処理部52に分岐方法を設定するようにしても良い。また、分岐処理部52が自発的に(周期的に/条件に従って)ネットワーク制御装置30に記憶された分岐方法の情報を参照して処理を実施する場合も、本質的に同様である。
[事例による説明]
図3に、分岐方法の例として、「同一コピー(モデルA)」、「部分コピー(モデルB)」、「フローベース分割・ランダム分割(モデルC)」を記す。
[事例1]
まず、「同一コピー(モデルA)/部分コピー(モデルB)」の事例(ケース)について説明する。
例えば、ネットワーク制御装置30は、ネットワーク全体として負荷が高く、ネットワーク内でのロスがどの経路でも発生するような場合、或いはネットワークの障害が起こった場合に復旧に時間がかかる不安定なネットワークの系の場合には、分岐処理部52に対して、同一コピー(モデルA)又は部分コピー(モデルB)を実施するように設定する。
[同一コピー]
同一コピーの場合には、分岐処理部52は、全てのトラヒックを無条件にコピーして、初期経路と迂回経路(分岐経路)のような複数の経路で送信する。受信端末40側の最終段のスイッチ(Egress Switch)20では、合流処理部53は、初期経路と迂回経路のような複数の経路を経由して届いた(到達した)トラヒックの各々から、重複したトラヒックを廃棄して正しいトラヒックを修復し、正しいトラヒックを受信端末40へ送信する。或いは、合流処理部53は、初期経路と迂回経路のような複数の経路のうち、いずれかの経路を経由して届いた(到達した)正しいトラヒックのみを受信端末40へ送信する。この場合、初期経路で届いたトラヒックにロスやエラーが発生していても、いずれかの迂回経路で届いたコピーのトラヒックに基づいて、正しいトラヒックを復旧できるため、ネットワーク障害に対しても高速切り替えが可能となる。
[部分コピー]
部分コピーの場合には、分岐処理部52は、受信したトラヒックに対して部分的にミラーリングを施し、受信したトラヒックを初期経路で送信し、同時に、コピーしたトラヒックを迂回経路で送信する。ここでは、分岐処理部52は、受信したトラヒックのうち、優先度の高いトラヒック(優先度が高い旨を示す所定の情報を持つトラヒック、優先度の値が一定値以上のトラヒック)を抽出し、優先度の高いトラヒックのみコピーして複数の経路で送信する。また、分岐処理部52は、優先度の高くないトラヒックについては、ミラーリングを施さずに、受信したトラヒックをそのまま初期経路で送信する。優先度の高いトラヒックの例としては、特定の種類のデータのトラヒックや、特定の送信元/送信先を示すトラヒック等が考えられる。但し、優先度は一例に過ぎない。実際には、優先度以外の条件で部分コピーの可否を判断するようにしても良い。優先度の高いトラヒックのみに対してミラーリングを施すことにより、全てのトラヒックに対する同一コピーの場合よりもトラヒックの増加を抑制することができる。受信端末40側の最終段のスイッチ(Egress Switch)20では、合流処理部53は、初期経路と迂回経路のような複数の経路を経由して届いた(到達した)優先度の高いトラヒックの各々から、重複したトラヒックを廃棄して正しいトラヒックを修復し、正しいトラヒックを受信端末40へ送信する。或いは、合流処理部53は、初期経路と迂回経路のような複数の経路のうち、いずれかの経路を経由して届いた(到達した)優先度の高いトラヒックのうち、正しいトラヒックのみを受信端末40へ送信する。また、合流処理部53は、経路を経由して届いた(到達した)トラヒックが優先度の高くないトラヒックであれば、そのまま受信端末40へ送信する。この場合、優先度の高いトラヒックのみ、初期経路で届いたトラヒックにロスやエラーが発生していても、いずれかの迂回経路で届いたコピーのトラヒックに基づいて、正しいトラヒックを復旧できるため、ネットワーク障害に対しても高速切り替えが可能となる。
[事例2]
次に、「フローベース分割/ランダム分割(モデルC)」の事例(ケース)について説明する。
例えば、ネットワーク制御装置30は、ネットワーク全体としてロスについてはあまり問題にならないトラヒックの系で、ネットワーク全体の帯域が少ない場合には、分岐処理部52に対して、フローベース分割(モデルC)又はランダム分割(モデルC)を実施するように設定する。
[フローベース分割]
フローベース分割の場合には、分岐処理部52は、フロー情報に従って、フロー群毎に経路を変える。受信端末40側の最終段のスイッチ(Egress Switch)20では、合流処理部53は、全てのフロー群を受信し、受信端末40へ送信する。
[ランダム分割]
ランダム分割の場合には、分岐処理部52は、パケット毎にランダムに経路を変える。例えば、分岐処理部52は、2つの分岐経路に、受信したパケットを交互に/無作為に振り分けて送信する。2つ以上の分岐経路に対しても同様である。受信端末40側の最終段のスイッチ(Egress Switch)20では、合流処理部53は、全てのパケットを受信し、受信端末40へ送信する。但し、ランダム分割の場合には、受信端末40側の最終段のスイッチ(Egress Switch)20自体又は合流処理部53に、受信したパケットを蓄積しておくためのバッファを設け、受信端末40側の最終段のスイッチ(Egress Switch)20において、合流処理部53は、パケットの再組立て(Packet Reordering)処理を施した後で送信する必要がある。
[上記の分岐方法の組合せ(複合)]
なお、「同一コピー(モデルA)」、「部分コピー(モデルB)」、「フローベース分割・ランダム分割(モデルC)」を組み合わせて実施することも可能である。例えば、「同一コピー(モデルA)/部分コピー(モデルB)」を採用した場合に、コピーされたトラヒックに対して、更に「フローベース分割・ランダム分割(モデルC)」を採用することが考えられる。反対に、「フローベース分割・ランダム分割(モデルC)」を採用した場合に、分割されたトラヒックに対して、更に「同一コピー(モデルA)/部分コピー(モデルB)」を採用することも考えられる。但し、実際には、これらの例に限定されない。
[符号化方法]
符号化方法については、以下の2つの場合がある。
1つは、通常のパケット処理として何も特別な処理をしない場合である。この場合は、特に符号化は行わない。すなわち、ネットワーク制御装置30は、分岐処理部52に対して、何も設定しない。分岐処理部52は、全てのトラヒックをそのまま送信する。
もう1つは、送信端末10、或いはネットワーク内のいずれかのスイッチ20(20−i、i=1〜n)が通常トラヒックについて、あるポリシー毎に符号化を行い、ネットワーク内へ中継するという特別処理を行う場合である。この場合は、送信端末10、或いはネットワーク内のいずれかのスイッチ20(20−i、i=1〜n)が、階層化符号化、マルチレート符号化等、任意の経路でのパケットロスに対して強い(パケットロス耐性を持つ)方式を用いて、データの優先度を示す情報(Priority)を付加した符号化を行う。分岐処理部52は、優先度の高いトラヒックについてはミラーリングする分岐冗長性をとり、優先度の高くないトラヒックについてはいずれかの経路にしか通さない処理を施して送信する。
例えば、送信端末10、或いはネットワーク内のいずれかのスイッチ20(20−i、i=1〜n)が、階層化符号化及びマルチレート符号化の両方の符号化でデータのコーディングを行い、優先度の高い順に4つのデータA、B、C、Dに分割したとする。このとき、分岐処理部52は、トラヒックの分岐点(中継のスイッチ20)において、ネットワークの状況が安定している側の経路に、優先度の高いデータ(例えば、データA、B)を送信する。受信端末40側の最終段のスイッチ(Egress Switch)20で、合流処理部53は、冗長化受信制御を行い、トラヒックを合流する。
[分岐位置]
分岐位置については、例えば図2において、ネットワーク制御装置30は、分岐処理部52(52−1、52−2、52−3)のいずれかから分岐して、最終段のスイッチ(Egress Switch)20へ到達する迂回経路のうち、いずれの経路が最も性能ロスがないのかについて計算し決定する。
例えば、分岐処理部52(52−1)から最終段のスイッチ(Egress Switch)20までの経路が「4 Hop」(Hop数=4)であり、分岐処理部52(52−2)から最終段のスイッチ(Egress Switch)20までの経路が「3 Hop」(Hop数=3)であり、共に同一のパフォーマンスを出せるとする。評価尺度としては、迂回経路の距離がなるべく短い方がネットワークへの影響を最小化できるため、ネットワーク制御装置30は、Hop数で比較して、分岐処理部52(52−2)からの分岐経路1を採用する。
一方、ネットワーク内の全ての経路が、例えば輻輳でパケットロスが発生しやすい状態、或いは障害の確率が高く不安定な状態である場合、ネットワーク制御装置30は、分岐処理部52(52−2)からの分岐経路1、分岐処理部52(52−1)からの分岐経路2、の両方の分岐経路を共に採用する。分岐処理部52は、初期経路と共に、採用された分岐経路にトラヒックを送信する。受信端末40側の最終段のスイッチ(Egress Switch)20で、合流処理部53は、初期経路、分岐経路1、分岐経路2の3本の経路を経由して届いたトラヒックの合流(Merge)処理を実施することで性能を担保する。本決定方法において、ネットワーク制御装置30は、初期経路、分岐経路1、分岐経路2の全体のリソース使用量(Hop数×帯域、距離×帯域)の合計を最小にする、或いは受信端末40の品質の最大&安定化を図る等、他の評価尺度も利用可能である。
[分岐ルート]
分岐ルートについては、分岐処理部52(52−1、52−2)からの迂回経路がどのスイッチを経由するかを計算する処理であり、本処理も、ネットワーク制御装置30が、経由ネットワークの帯域、遅延、距離等を把握して設定する。
以上、ネットワーク制御装置30が、フローの分岐位置、分岐方法、分岐ルートを決定すると、分岐位置に相当するスイッチ20に対して命令を出し、分岐処理部52(52−1、52−2)等に対してどのような分岐方法をとるかの指示を出し、更に、その分岐処理部52から迂回する分岐経路1、分岐経路2等を設定する。このように、スイッチ20及び分岐処理部52に対し、分岐に関する設定を、ネットワーク制御装置30に集中させている。
本設定の方法として、送信先アドレス(Destination IP Address)ベースの静的ルーティング(Static Routing)方式、MPLSベースのパスルーティング(Path Routing)方式、オープンフロー(OpenFlow)技術を用いたフロースイッチング(Flow Switching)方式での設定等を用いることが可能である。
[オープンフロー技術]
なお、オープンフロー技術とは、コントローラ(ここではネットワーク制御装置30)が、ルーティングポリシーとして自身に設定されたフロー定義情報(フロー:ルール+アクション)に従い、マルチレイヤ及びフロー単位の経路情報(フローテーブル)をスイッチに設定し、経路制御やノード制御を行う技術を示す。オープンフロー技術では、コントローラが、ネットワーク内のスイッチを監視し、ネットワークの状況に応じて、ネットワーク内のスイッチにパケットの配送経路を動的に設定する。これにより、経路制御機能がスイッチから分離され、コントローラによる集中制御によって最適なルーティング、トラフィック管理が可能となる。オープンフロー技術が適用されるスイッチは、従来のスイッチのようにパケットやフレームの単位ではなく、エンド・ツー・エンド(End to End)のフローとして通信を取り扱う。
オープンフロー技術におけるフローは、TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)パケットのヘッダ領域に含まれるデスティネーションアドレス(Destination Address)、ソースアドレス(Source Address)、デスティネーションポート番号、ソースポート番号のいずれか又は全てを用いた様々な組み合わせにより定義され、区別可能である。なお、上記のアドレスには、MACアドレス(Media Access Control Address)やIPアドレス(Internet Protocol Address)を含むものとする。また、上記のポートには、論理ポートや物理ポートを含むものとする。
オープンフロー技術を用いたフロースイッチング方式の場合には、例えばレイヤ1(Layer 1)−レイヤ4(Layer 4)までの任意のヘッダ領域で認識される任意のトラヒックフロー群毎に明示的な経路を設定することが可能である。
オープンフロー技術の詳細については、非特許文献1、2に記載されている。
[受信端末側での合流処理]
図4に示すように、受信端末40側の最終段のスイッチ(Egress Switch)20では、上記の分岐処理によって、初期経路以外の複数の分岐経路、分岐経路1、2等から集まってくるトラヒックを、合流処理部53によって受信し、受信端末40に対して選択送信を行う。合流処理部53は、同一コピー・部分コピー、フローベース分割処理等の場合には、選択的採用/廃棄処理を実施し、ランダム分割の場合には、パケットの再組立て(Packet Reordering)処理を実施することで、合流(Merge)処理を実現する。
[受信端末側での観測処理]
観測処理部51は、受信端末40側の最終段のスイッチ(Egress Switch)20において、合流処理部53による合流(Merge)処理の前後のトラヒック(合流前/合流後のトラヒック)を観測し、観測結果をネットワーク制御装置30に通知する。
[その他:観測結果のトラヒックの分岐処理1]
なお、観測処理部51が観測結果をネットワーク制御装置30に通知する際に、分岐処理部52がネットワーク制御装置30に対する観測結果のトラヒックを分岐させるようにしても良い。このとき、ネットワーク制御装置30は、受信端末40に相当する。スイッチ20(観測処理部51)からネットワーク制御装置30への経路については、事前の観測結果に基づき、ネットワーク制御装置30が分岐処理部52に設定するものとする。例えば、観測処理部51は、観測処理を行った後、観測結果のトラヒックを分岐処理部52に送る。分岐処理部52は、当該スイッチ及び中継のスイッチにおいて、ネットワーク制御装置30により設定された複数の分岐経路に従って、観測結果のトラヒックを分岐する。合流処理部53は、ネットワーク制御装置30に最も近いスイッチにおいて、分岐したトラヒックを合流し、適切なトラヒックに修復してからネットワーク制御装置30へ送信する。すなわち、観測結果を、複数の異なるスイッチ20−ネットワーク制御装置30のリンクで送信することも可能である。
<第2実施形態>
以下に、本発明の第2実施形態について説明する。
本実施形態では、図5に示すように、ネットワーク内の全てのスイッチ20で観測処理を行う事例(ケース)について説明する。本実施形態では、合流処理部53が最終段のスイッチ(Egress Switch)20に存在し、観測処理部51及び分岐処理部52が任意のスイッチ20に存在する。すなわち、合流処理部53が最終段のスイッチ(Egress Switch)20のみで機能し、観測処理部51及び分岐処理部52がネットワーク内の全てのスイッチで機能する。
図5の例では、観測処理部51(51−1、51−2、51−3)は、送信端末10から受信端末40へ送信されている初期経路上を流れているトラヒックに対して、受信端末40に最も近い最終段のスイッチ(Egress Switch)20だけでなく、中継のスイッチ20においてネットワーク品質を監視する。分岐処理部52(52−1、52−2、52−3)は、中継のスイッチでトラヒックを分岐する。合流処理部53は、最終段のスイッチ(Egress Switch)20において、分岐したトラヒックを合流し、適切なトラヒックに修復してから受信端末40へ送信する。ネットワーク制御装置30は、ネットワーク全体のトポロジー情報、ネットワークリンクの帯域情報等を把握し、分岐位置、ならびに分岐ルートを最適設計する。
図2との違いは、上記のように、中継のスイッチ20にも観測処理部51(51−1、51−2、51−3)があるため、どのスイッチのリンク間でパケットがロスしているのか、輻輳しているのかといった状態を管理できることである。そのため、例えば、ネットワーク制御装置30において、観測処理部51(51−2)でロスが多いと検出した場合には、1段目のスイッチで迂回したほうが望ましく、分岐処理部52(52−1)で迂回をさせる経路として分岐経路2を採用する。或いは、観測処理部51(51−3)のところが性能が悪いとすれば、2段目―3段目の間のリンク間でパケットがロスしているか、輻輳していると認識できるため、分岐処理部52(52−2)或いは分岐処理部52(52−1)のいずれか、或いは両方で迂回をすることが望ましいと判断できる。この判断の結果、ネットワーク制御装置30は、図2と同等の方式により、フローの分岐方法、符号化方法、分岐位置、分岐ルートを決定できる。
[その他:観測結果のトラヒックの分岐処理2]
なお、本実施形態のように、ネットワーク内の全てのスイッチで観測処理を行う場合、各スイッチにおいて、観測処理部51が観測結果をネットワーク制御装置30に通知する際に、分岐処理部52がネットワーク制御装置30に対する観測結果のトラヒックを分岐させるようにしても良い。このとき、ネットワーク制御装置30は、受信端末40に相当する。スイッチ20(観測処理部51)からネットワーク制御装置30への経路については、事前の観測結果に基づき、ネットワーク制御装置30が分岐処理部52に設定するものとする。例えば、観測処理部51は、観測処理を行った後、観測結果のトラヒックを分岐処理部52に送る。分岐処理部52は、当該スイッチ及び中継のスイッチにおいて、ネットワーク制御装置30により設定された複数の分岐経路に従って、観測結果のトラヒックを分岐する。合流処理部53は、ネットワーク制御装置30に最も近いスイッチにおいて、分岐したトラヒックを合流し、適切なトラヒックに修復してからネットワーク制御装置30へ送信する。すなわち、各スイッチにおける観測結果を、複数の異なるスイッチ20−ネットワーク制御装置30のリンクで送信することも可能である。
<第3実施形態>
以下に、本発明の第3実施形態について説明する。
本実施形態では、図6に示すように、受信端末40で合流処理や観測処理を行う事例(ケース)について説明する。本実施形態では、観測処理部51及び合流処理部53が受信端末40に存在し、分岐処理部52が任意のスイッチ20に存在する。すなわち、観測処理部51及び合流処理部53が受信端末40のみで機能し、分岐処理部52がネットワーク内の全てのスイッチで機能する。
本実施形態では、スイッチ20(20−i、i=1〜n)に限らず、受信端末40も、動的経路分岐装置50を備えるものとする。
動的経路分岐装置50は、観測処理部51と、分岐処理部52と、合流処理部53を備える。従って、受信端末40も、スイッチ20(20−i、i=1〜n)の各々と同様に、観測処理部51と、分岐処理部52と、合流処理部53を備えることになる。但し、受信端末40は、観測処理部51と、分岐処理部52と、合流処理部53を全て備えている必要はなく、観測処理部51と、分岐処理部52と、合流処理部53のうち、少なくとも使用するものを備えていれば良い。
図6の例では、観測処理部51Aは、送信端末10から受信端末40へ送信されている初期経路上を流れているトラヒックに対して、受信端末40にネットワーク品質を監視する。分岐処理部52(52−1、52−2、52−3)は、ネットワーク内の最終段のスイッチ(Egress Switch)20ならびに中継のスイッチでトラヒックを分岐する。合流処理部53は、分岐したトラヒックを合流し、適切なトラヒックに修復してから受信端末40へ送信する。ネットワーク制御装置30は、ネットワーク全体のトポロジー情報、ネットワークリンクの帯域情報等を把握し、分岐位置、ならびに分岐ルートを最適設計する。
図2と比べると、観測処理部51及び合流処理部53が最終段のスイッチ(Egress Switch)20から受信端末40へ移動しただけであり、もともと最終段のスイッチ(Egress Switch)20がやっていた処理と同じ処理を、受信端末40の内部で実施することになる。他の処理については、図2と同様である。
また、図2の場合、受信端末40がネットワークに対して1つのスイッチ(最終段のスイッチ)20にのみ接続されているケースを表現しているため、分岐処理部52(52−1、52−2)で分岐した分岐経路1、分岐経路2、初期経路のトラヒックの全てが最終段のスイッチ20−受信端末40の1リンクに多重されて送信されてくる点が特徴であった。
[その他:ネットワーク制御装置30上での観測結果のトラヒックの合流処理]
なお、本実施形態を応用すれば、観測処理部51が観測結果をネットワーク制御装置30に通知する際に、分岐処理部52がネットワーク制御装置30に対する観測結果のトラヒックを分岐させた場合に、ネットワーク制御装置30に最も近いスイッチではなく、ネットワーク制御装置30上で合流(Merge)処理を行うようにすることも可能である。この場合、ネットワーク制御装置30も、動的経路分岐装置50を備えるものとする。但し、ネットワーク制御装置30は、観測処理部51と、分岐処理部52と、合流処理部53を全て備えている必要はなく、少なくとも合流処理部53を備えていれば良い。
<第4実施形態>
以下に、本発明の第4実施形態について説明する。
本実施形態では、図7に示すように、受信端末40が2つ以上のスイッチ20に直に接続されている状態で、受信端末40で合流処理や観測処理を行う事例(ケース)について説明する。本実施形態では、図6に示された本発明の第3実施形態において、更に、受信端末40がネットワークに対して2つ以上の最終段のスイッチ20に接続されている。
本実施形態では、第3実施形態と同様に、スイッチ20(20−i、i=1〜n)に限らず、受信端末40も、動的経路分岐装置50を備えるものとする。
更に、本実施形態では、受信端末40は、複数のスイッチ20(20−i、i=1〜n)と直に通信するため、複数の通信用インタフェース(通信用ポート)を備えているものとする。合流処理部53は、受信端末40において、複数の異なる通信用インタフェースを介して受信したトラヒックを合流する。
図7の例では、受信端末40と2つのスイッチ20(20−3、20−4)との接続であるが、実際には、受信端末40は3つ以上のスイッチ20と接続されていても良い。
本実施形態では、分岐処理部52(52−1、52−2)で分岐した分岐経路1、分岐経路2、初期経路のトラヒックの各々を、複数の異なるスイッチ20−受信端末40のリンクで送信することが可能である。どのリンクを使うかについては、ネットワーク制御装置30が、迂回経路の性能を考慮して決定する。
<第5実施形態>
以下に、本発明の第5実施形態について説明する。
本実施形態では、図8に示すように、有線ネットワークと無線ネットワークが混在する事例(ケース)について説明する。本実施形態では、図7に示された本発明の第4実施形態において、更に、受信端末40が有線ネットワークだけでなく、無線ネットワークにも接続されている。
図8の例では、受信端末40が、有線ネットワークに1つ或いは2つ以上のスイッチで接続され、無線ネットワークにも1つの基地局(BS:Base Station)を経由して接続される事例(ケース)を表現している。
本実施形態では、本発明の動的経路分岐システムは、更に、基地局60(60−k、k=1〜m:mは基地局の台数)を含む。すなわち、本実施形態では、本発明の動的経路分岐システムは、送信端末10と、スイッチ20(20−i、i=1〜n)と、ネットワーク制御装置30と、受信端末40と、基地局60(60−k、k=1〜m)を含む。
また、本実施形態では、第3及び第4実施形態と同様に、スイッチ20(20−i、i=1〜n)に限らず、受信端末40も、動的経路分岐装置50を備えるものとする。
基地局60(60−k、k=1〜m)は、無線ネットワークの最終段の中継装置として受信端末40と直に通信する。このとき、受信端末40は、スイッチ20(20−i、i=1〜n)と通信するための有線通信用インタフェースと、基地局60(60−k、k=1〜m)と通信するための無線通信用インタフェースを備えているものとする。
例えば、分岐処理部52(52−1)で分岐した経路のトラヒックは、無線ネットワークのバックボーンネットワーク内を通り、任意の1つの基地局60(60−1)を通して迂回する。分岐処理部52(52−2)で分岐した経路のトラヒックは、有線ネットワーク内を迂回する。受信端末40の合流処理部53は、これら全ての迂回経路のトラヒックを受信し合流する。このとき、合流処理部53は、受信端末40において、有線通信用インタフェースと無線通信用インタフェースという複数の異なる通信用インタフェースを介して受信したトラヒックを合流する。有線ネットワーク、無線ネットワークのどこの迂回経路、どのリンクを使うかについては、ネットワーク制御装置30が、迂回経路の性能を考慮して決定する。
<第6実施形態>
以下に、本発明の第6実施形態について説明する。
本実施形態では、図9に示すように、有線ネットワークと無線ネットワークが混在し、受信端末40が2つ以上の基地局60と直に通信可能な状態で、受信端末40で合流処理や観測処理を行う事例(ケース)について説明する。本実施形態では、図8に示された本発明の第5実施形態において、更に、受信端末40が、無線ネットワークにも2つ以上の基地局を経由して接続される。
本実施形態における動的経路分岐システムの基本的な構成は、図8に示された本発明の第5実施形態と同様である。
更に、本実施形態では、受信端末40は、複数の基地局60(60−k、k=1〜m)と直に通信するため、複数の無線通信用インタフェースを備えているものとする。同様に、受信端末40は、受信端末40は、複数のスイッチ20(20−i、i=1〜n)と直に通信するため、複数の有線通信用インタフェースを備えていても良い。合流処理部53は、受信端末40において、複数の異なる通信用インタフェースを介して受信したトラヒックを合流する。
図9の例では、受信端末40は、複数の無線ネットワーク内の2つ以上の基地局60(60−1、60−2、60−3、60−4)からのトラヒックを同時に受信できる。有線ネットワーク、無線ネットワークのどこの迂回経路、どのリンクを使うかについては、本発明の第5実施形態と同様に、ネットワーク制御装置30が、迂回経路の性能を考慮して決定する。
<第7実施形態>
以下に、本発明の第7実施形態について説明する。
本実施形態では、図10に示すように、ネットワーク内の全てのスイッチ20及び受信端末40で合流処理や観測処理を行う事例(ケース)について説明する。本実施形態では、図6に示された本発明の第3実施形態において、更に、中継のスイッチ20において観測処理部51が準備されている事例(ケース)について説明する。
図10の例では、図6の例に比べて、中継のスイッチ20においてネットワーク品質を監視する観測処理部51(51−1、51−2、51−3)が準備されている。ネットワーク制御装置30は、中継のスイッチ20上の観測処理部51(51−1、51−2、51−3)により、どのスイッチのリンク間でパケットがロスしているのか、輻輳しているのかといった状態を管理でき、これらの状態に基づいて、分岐(Split)する位置をより明確に選択することができる。
<第8実施形態>
以下に、本発明の第8実施形態について説明する。
本実施形態では、図11に示すように、本発明をマルチキャストパスへ適用する事例(ケース)について説明する。
他の実施形態では、送信端末10から受信端末40のトラヒックがユニキャストの場合を例に挙げていた。図11の例では、送信端末10から受信端末40のトラヒックがマルチキャストの場合を想定している。
マルチキャスト通信の場合には、送信端末10から受信端末40まで、トラヒックが、途中のスイッチで適宜分岐され、宛先まで送信される。しかしながら、従来は、例えば特定の中継リンクのみで、パケットロスが発生する、或いは輻輳するといった場合に、特にそのリンクに対してのみマルチパス経路制御を適用することはできなかった。
図11の例では、ネットワーク制御装置30は、初期経路における性能劣化パスを認識すると、そのパスの性能を向上させるため、分岐処理部52に対して、そのパスの前段の任意のスイッチからのトラヒックの分岐、或いはパス内のいずれかのスイッチからのトラヒックの分岐を施すように設定する。ここでは、性能劣化パスの使用も継続し、性能劣化パスと迂回経路の両方でトラヒックを送信する。
このとき、ネットワーク内の全てのスイッチ20に観測処理部51を用意し、ネットワーク内の全てのスイッチ20で観測処理を行うようにすれば、より正確に性能劣化パスを特定できると考えられる。
[性能劣化パスの前段の任意のスイッチの決定処理]
性能劣化パスの前段の任意のスイッチを決定する方法としては、単純に、ネットワーク制御装置30が、性能劣化パスの1つ前のスイッチを選択し、そのスイッチからの分岐経路を使用してもパスの性能が改善しない場合は更にもう1つ前のスイッチを選択するような、繰り上がり選択方法が考えられる。或いは、ネットワーク制御装置30が、観測結果と、ネットワーク全体のトポロジー情報に基づいて、現状における送信端末10から受信端末までの最適な分岐経路を算出し、その最適な分岐経路を実現するためのスイッチを選択する方法も考えられる。ただし、実際には、これらの例に限定されない。
図11の例では、性能劣化パスが一か所しかないが、実際には性能劣化パスが複数個所ある場合もある。このような場合、ネットワーク制御装置30は、分岐処理部52に対して、それぞれのパスの性能をあげられるように適宜分岐処理を実施するように設定する。
マルチキャストに対応した受信端末40側で、合流処理部53が分岐したトラヒックの選択受信をすることによって、トラヒック受信性能を向上させることができる。
<第9実施形態>
以下に、本発明の第9実施形態について説明する。
本実施形態では、図12に示すように、経路の分岐により、最終的な受信先を動的に変更する事例(ケース)について説明する。
他の実施形態では、分岐したトラヒックを全て同一の最終段のスイッチ(Egress Switch)20、或いは受信端末40へ送信する事例(ケース)を説明している。一方、本実施形態では、任意のスイッチ(Egress Switch)20でトラヒックを分岐し、受信端末40だけでなく、他の装置に対しても送信する。ここでは、他の装置は、トラヒック自体を解析してネットワーク状況を詳細に分析するネットワーク監視装置70であるものとする。なお、他の装置は、他の受信端末40でも良い。
図12の例では、本発明の動的経路分岐システムは、更に、ネットワーク監視装置70を含む。すなわち、本実施形態では、本発明の動的経路分岐システムは、送信端末10と、スイッチ20(20−i、i=1〜n)と、ネットワーク制御装置30と、受信端末40と、ネットワーク監視装置70を含む。
ネットワーク制御装置30は、任意のスイッチ20上の分岐処理部52に対して、受信端末40側への分岐経路と、ネットワーク監視装置70側への分岐経路を設定する。なお、受信端末40側への分岐経路は、初期経路でも良い。このとき、ネットワーク制御装置30は、ネットワーク監視装置70側への分岐経路を形成するスイッチ20上の分岐処理部52に対しても、ネットワーク監視装置70側への分岐経路を設定する。
中継のスイッチ20において、分岐処理部52は、ネットワーク制御装置30により設定された経路に従って、受信したトラヒックを分岐し、受信端末40側へ送信されるトラヒックと同一のトラヒックをネットワーク監視装置70へ送信する。
また、最終段のスイッチ(Egress Switch)20において、合流処理部53は、分岐したトラヒックを合流し、適切なトラヒックに修復し、このトラヒックを同じスイッチ上の分岐処理部52に送る。分岐処理部52は、ネットワーク制御装置30により設定された経路に従って、このトラヒックを分岐し、受信端末40側へ送信されるトラヒックと同一のトラヒックをネットワーク監視装置70へ送信する。
ここでは、分岐処理部52は、同一コピーにより、受信端末40側へ送信されるトラヒックと同一のトラヒックを、ネットワーク監視装置70側へ送信しているが、実際には、同一コピー以外の分岐方法を採用しても良い。例えば、分岐処理部52は、受信端末40側へ送信されるトラヒックのうち優先度の高いトラヒックのみ部分コピーして、部分コピーしたトラヒックを分岐経路でネットワーク監視装置70側へ送信しても良い。或いは、分岐処理部52は、受信端末40側へ送信されるトラヒックに対してフローベース分割を行い、所定のフローのみコピーして分岐経路でネットワーク監視装置70側へ送信しても良い。
ネットワーク監視装置70は、受信端末40側へ送信されるトラヒックと同一のトラヒックを受信し、このトラヒックを解析して、観測処理部51よりも詳細な観測結果を作成する。すなわち、ネットワーク監視装置70は、任意のスイッチ20が受けているトラヒック自体を詳細に分析することができる。ネットワーク制御装置30は、ネットワーク監視装置70から詳細な観測結果を取得する。なお、ネットワーク制御装置30とネットワーク監視装置70とは、同一の装置でも良い。
図12の例では、分岐処理部52は、ネットワーク監視装置70に送るトラヒックとして、中継のスイッチ、ならびに最終段のスイッチ(Egress Switch)20に流れている初期経路のトラヒック、或いは分岐経路に流れているトラヒックをネットワーク監視装置70へ分岐する。ネットワーク監視装置70は、分岐したトラヒックを分析する。或いは、合流処理部53が最終段のスイッチ(Egress Switch)20で分岐したトラヒックを合流(Merge)した後で、最終段のスイッチ(Egress Switch)20、或いは受信端末40において、分岐処理部52は、合流後の修復された状態(受信端末40での品質を確認できる状態)のトラヒックをネットワーク監視装置70へ分岐する。ネットワーク監視装置70は、分岐したトラヒックを分析する。その分析により、例えば受信端末40が受けるであろう品質が不十分であれば、ネットワーク制御装置30側に命令を送信し、アルゴリズムを変更することで最適化を図る。
<第10実施形態>
以下に、本発明の第10実施形態について説明する。
本実施形態では、ネットワーク内の任意のスイッチでの分岐経路が2つ以上の事例(ケース)について説明する。本実施形態では、分岐処理部52は、ネットワーク内の任意のスイッチにおいて、2つ以上の分岐経路にトラヒックを分岐する。
他の実施形態では、全て分岐処理部52では初期経路から分岐経路を生成するといった2分岐(分岐が2つ)の例を示しているが、実際には、N分岐(分岐がN:Nは2以上の数)することが可能である。また、分岐処理部52は、初期経路にのみ対応させるだけではなく、分岐経路1、分岐経路2等の迂回経路そのものを更にN分岐させるといったことも可能である。
<各実施形態の関連性>
なお、上記の各実施形態は、組み合わせて実施することも可能である。例えば、ネットワーク制御装置30が、異なる複数のネットワーク上に存在するスイッチ20(20−i、i=1〜n)の各々に対して、各実施形態に対応した分岐処理を実施するように個別に設定しても良い。
<まとめ>
以上のように、本発明では、マルチパス経路をとることによってネットワークにかけるコストを最小化するような動的最適設計をすることにより、ネットワークへ無駄な負荷を与えない機能を提供する。
本発明の動的経路分岐システムでは、ネットワーク上の通信トラヒックの受信品質を監視することにより、受信品質の最大化、安定化を評価尺度に、最適化を図るため、トラヒックの分岐位置、コピー・分割等の分岐方法、分岐ルートを計算し、通信トラヒックの経由しているノードのうち、1つ或いは複数の(少なくとも1つの)任意のノード位置において、コピー・分割等の分岐方法で複数の経路にトラヒックを動的に分岐し、受信側でトラヒックを修復することを特徴としている。
本発明の動的経路分岐システムでは、トラヒックフロー品質をリアルタイムに監視し、任意の上流位置から全トラヒックのミラーリングを行うミラーリング機能(同一コピー機能)により、ネットワーク内の状態変化によりトラヒックを主経路中で廃棄するような事象が発生しても、副経路中のトラヒックを用いてトラヒック全体を迅速に復元させ、受信端末のトラヒックの受信性能を向上できる。
また、本発明の動的経路分岐システムでは、トラヒックフロー品質をリアルタイムに監視し、任意の上流位置から部分的なトラヒック(優先度の高いトラヒック)のミラーリングのみ行うミラーリング機能(部分コピー機能)により、優先度の高いトラヒックを主経路上で廃棄するような事象が発生しても、副経路中のトラヒックを用いて優先度の高いトラヒックを迅速に復元させ、受信端末のトラヒックの受信性能を向上できる。
また、本発明の動的経路分岐システムでは、トラヒックフロー品質をリアルタイムに監視し、任意の上流位置からフローベースでの分岐、或いはランダムな分岐を実施する機能(フローベース分割機能、ランダム分割機能)があるので、ネットワークリンクが輻輳するような事象が発生しても、複数経路に分散させることで総帯域を増加させ、受信端末のトラヒックの受信性能を向上できる。
また、本発明の動的経路分岐システムでは、受信端末でのトラヒックフロー品質をリアルタイムに監視し、任意の上流位置からトラヒックを分岐する機能があるので、有線ネットワークが輻輳したり、無線ネットワークが輻輳したりするような事象が発生しても、動的にいずれかのネットワークを用いて受信端末のトラヒックの受信性能を向上できる。
また、本発明の動的経路分岐システムでは、マルチキャスト対応の受信端末でのトラヒックフロー品質をリアルタイムに監視し、マルチキャストパスの任意の経路上のツリーにおいて任意の上流位置からトラヒックを分岐する機能があるので、マルチキャストパスの一部の経路が輻輳し、一部のマルチキャスト対応の受信端末の受信性能が劣化するような事象が発生しても、動的にその経路のみのトラヒック性能を向上させ、悪化したマルチキャスト対応の受信端末のトラヒックの受信性能を向上できる。
また、本発明の動的経路分岐システムでは、分岐するトラヒックのあて先を受信端末以外の宛先、例えばネットワーク監視装置のアドレスへ動的に指定する機能があるので、冗長経路のミラーリング運用による受信端末のトラヒック性能の向上のみならず、必要な部分の状態監視を動的に実施することで、ネットワーク制御装置のアルゴリズム設定を最適化し、ひいては受信端末の受信性能を向上できる。
<追記>
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、実際には、上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。
なお、本出願は、日本出願番号2009−263342に基づく優先権を主張するものであり、日本出願番号2009−263342における開示内容は引用により本出願に組み込まれる。

Claims (36)

  1. ネットワーク上のトラヒックの受信品質を監視し、ネットワーク上の任意のノードに対して動的な経路設定を行う管理装置と、
    ネットワーク上のトラヒックを中継するノード及びトラヒックの宛先である受信端末に配置可能な動的経路分岐装置と
    を含み、
    前記動的経路分岐装置は、
    ネットワーク上の所定のノードに配置された場合、当該ノードに到達したトラヒックを観測し、観測結果を前記管理装置に通知する観測処理部と、
    ネットワーク上のトラヒックを中継するノードに配置された場合、前記管理装置からの命令に応じて、前段以前のノードから受信したトラヒックを初期経路と分岐経路とに分岐して送信する分岐処理部と、
    トラヒックを分岐したノードの後段以降のノードに配置された場合、初期経路及び分岐経路の各々を経由して到達したトラヒックを合流して修復する合流処理部と、
    のうち、少なくとも配置されたノードで使用するものを具備する
    動的経路分岐システム。
  2. 請求項1に記載の動的経路分岐システムであって、
    前記合流処理部は、受信側の最終段のノードで、初期経路及び分岐経路の各々を経由して到達したトラヒックを合流して修復し、
    前記受信側の最終段のノードは、前記受信端末、或いは、前記受信端末の直前のノード、のいずれかであり、
    前記観測処理部は、前記受信側の最終段のノードで、前記合流処理部により修復されたトラヒックを観測し、観測結果を前記管理装置に通知する
    動的経路分岐システム。
  3. 請求項1又は2に記載の動的経路分岐システムであって、
    前記観測処理部は、ネットワーク上の複数のノードで、当該ノードに到達したトラヒックを観測し、観測結果を前記管理装置に通知する
    動的経路分岐システム。
  4. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載の動的経路分岐システムであって、
    前記受信端末は、有線ネットワーク及び無線ネットワーク上の複数のノードと直に通信可能であり、
    前記合流処理部は、前記受信端末上で、複数のノードから到達したトラヒックを合流して修復し、
    前記観測処理部は、前記受信端末上で、前記合流処理部により修復されたトラヒックを観測し、観測結果を前記管理装置に通知する
    動的経路分岐システム。
  5. 請求項1乃至4のいずれか一項に記載の動的経路分岐システムであって、
    前記管理装置は、ネットワーク上でマルチキャスト通信が行われる場合、観測結果に基づいて、初期経路における性能劣化パスを認識すると、性能劣化パスの起点のノードの前段以前のノードに対して初期経路と分岐経路と
    を設定し、
    前記分岐処理部は、性能劣化パスの起点のノードの前段以前のノードで、トラヒックを初期経路と分岐経路とに分岐して送信する
    動的経路分岐システム。
  6. 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の動的経路分岐システムであって、
    前記分岐処理部は、
    トラヒック全体をコピーし、同一のトラヒックを初期経路と分岐経路とで送信する同一コピー手法と、
    トラヒックの一部をコピーし、元のトラヒックを初期経路で送信し、コピーした一部のトラヒックを分岐経路で送信する部分コピー手法と、
    トラヒックをフローという単位で分類し、フロー毎に初期経路と分岐経路とに振り分けて送信するフローベース分割手法と、
    トラヒックを構成するパケットを無作為に初期経路と分岐経路とに振り分けて送信するランダム分割手法とのいずれかの手法でトラヒックを分岐して送信する
    動的経路分岐システム。
  7. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の動的経路分岐システムであって、
    前記分岐処理部は、前記受信端末の直前のノードで、前記合流処理部により修復されたトラヒック全体をコピーし、同一のトラヒックを、初期経路で前記受信端末へ送信し、分岐経路で他の装置へ送信する
    動的経路分岐システム。
  8. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の動的経路分岐システムであって、
    前記観測処理部は、ネットワーク上の任意のノードで、当該ノードに到達したトラヒックを観測し、観測結果のトラヒックを生成し、
    前記分岐処理部は、当該ノード及び後段以降のノードのうち少なくとも1つのノードで、前記観測結果のトラヒックを初期経路と分岐経路とに分岐して送信し、
    前記合流処理部は、前記管理装置の直前のノード、或いは、前記管理装置上で、初期経路及び分岐経路の各々を経由して到達したトラヒックを合流して修復する
    動的経路分岐システム。
  9. ネットワーク上のトラヒックを中継するノード及びトラヒックの宛先である受信端末に配置可能な動的経路分岐装置であって、
    ネットワーク上の所定のノードに配置された場合、当該ノードに到達したトラヒックを観測し、観測結果を、ネットワーク上の任意のノードに対して動的な経路設定を行う管理装置に通知する観測処理部と、
    ネットワーク上のトラヒックを中継するノードに配置された場合、前記管理装置からの命令に応じて、トラヒックを初期経路と分岐経路とに分岐して送信する分岐処理部と、
    トラヒックを分岐したノードの後段以降のノードに配置された場合、初期経路及び分岐経路の各々を経由して到達したトラヒックを合流して修復する合流処理部と、
    のうち、少なくとも配置されたノードで使用するものを具備する
    動的経路分岐装置。
  10. 管理装置で、ネットワーク上のトラヒックの受信品質を監視し、ネットワーク上の任意のノードに対して動的な経路設定を行うことと、
    ネットワーク上の所定のノードで、当該ノードに到達したトラヒックを観測し、観測結果を前記管理装置に通知することと、
    ネットワーク上のトラヒックを中継するノードで、前記管理装置からの命令に応じて、前段以前のノードから受信したトラヒックを初期経路と分岐経路とに分岐して送信することと、
    トラヒックを分岐したノードの後段以降のノードで、初期経路及び分岐経路の各々を経由して到達したトラヒックを合流して修復することと
    を含む
    動的経路分岐方法。
  11. 請求項10に記載の動的経路分岐方法であって、
    トラヒックの宛先である受信端末、或いは、前記受信端末の直前のノード、のいずれかである受信側の最終段のノードで、初期経路及び分岐経路の各々を経由して到達したトラヒックを合流して修復することと、
    前記受信側の最終段のノードで、修復されたトラヒックを観測し、観測結果を前記管理装置に通知することと
    を更に含む
    動的経路分岐方法。
  12. 請求項10又は11に記載の動的経路分岐方法であって、
    ネットワーク上の複数のノードで、当該ノードに到達したトラヒックを観測し、観測結果を前記管理装置に通知することと
    を更に含む
    動的経路分岐方法。
  13. 請求項10乃至12のいずれか一項に記載の動的経路分岐方法であって、
    トラヒックの宛先であり、有線ネットワーク及び無線ネットワーク上の複数のノードと直に通信可能である受信端末上で、複数のノードから到達したトラヒックを合流して修復することと、
    前記受信端末上で、修復されたトラヒックを観測し、観測結果を前記管理装置に通知することと
    を更に含む
    動的経路分岐方法。
  14. 請求項10乃至13のいずれか一項に記載の動的経路分岐方法であって、
    ネットワーク上でマルチキャスト通信が行われる場合、前記管理装置において、観測結果に基づいて、初期経路における性能劣化パスを認識すると、性能劣化パスの起点のノードの前段以前のノードに対して初期経路と分岐経路と
    を設定することと、
    性能劣化パスの起点のノードの前段以前のノードで、トラヒックを初期経路と分岐経路とに分岐して送信することと
    を更に含む
    動的経路分岐方法。
  15. 請求項10乃至14のいずれか一項に記載の動的経路分岐方法であって、
    トラヒックを初期経路と分岐経路とに分岐して送信する際、
    トラヒック全体をコピーし、同一のトラヒックを初期経路と分岐経路とで送信する同一コピー手法と、
    トラヒックの一部をコピーし、元のトラヒックを初期経路で送信し、コピーした一部のトラヒックを分岐経路で送信する部分コピー手法と、
    トラヒックをフローという単位で分類し、フロー毎に初期経路と分岐経路とに振り分けて送信するフローベース分割手法と、
    トラヒックを構成するパケットを無作為に初期経路と分岐経路とに振り分けて送信するランダム分割手法とのいずれかの手法でトラヒックを分岐して送信すること
    を更に含む
    動的経路分岐方法。
  16. 請求項10乃至15のいずれか一項に記載の動的経路分岐方法であって、
    トラヒックの宛先である受信端末の直前のノードで、修復されたトラヒック全体をコピーし、同一のトラヒックを、初期経路で前記受信端末へ送信し、分岐経路で他の装置へ送信すること
    を更に含む
    動的経路分岐方法。
  17. 請求項10乃至16のいずれか一項に記載の動的経路分岐方法であって、
    ネットワーク上の任意のノードで、当該ノードに到達したトラヒックを観測し、観測結果のトラヒックを生成することと、
    当該ノード及び後段以降のノードのうち少なくとも1つのノードで、前記観測結果のトラヒックを初期経路と分岐経路とに分岐して送信することと、
    前記管理装置の直前のノード、或いは、前記管理装置上で、初期経路及び分岐経路の各々を経由して到達したトラヒックを合流して修復することと
    を更に含む
    動的経路分岐方法。
  18. 請求項10乃至17のいずれか一項に記載の動的経路分岐方法を計算機に実行させるためのプログラム。
  19. 端末間で送受信されるパケットを転送する複数のノードを含む通信システムであって、
    前記パケットの通信経路の状況に基づいて、前記パケットの通信経路を分岐させるノードを少なくとも1つ選択する制御装置
    を備え、
    前記選択されたノードは、
    前記制御装置からの指示に応じて、前記パケットを、第一の経路と、当該第一の経路の分岐経路となる第二の経路とに転送することが可能な転送手段
    を備えることを特徴とする
    通信システム。
  20. 前記転送手段は、前記第一の経路に転送する複数のパケットのうちの少なくとも一部を、前記第一の経路と前記第二の経路とに転送することが可能であることを特徴とする
    請求項19に記載の通信システム。
  21. 前記第一の経路と前記第二の経路に分岐されたパケットを合流する合流手段
    を備えることを特徴とする
    請求項19又は20に記載の通信システム。
  22. 前記パケットの通信経路の状況を監視し、前記制御装置に通知する観測手段
    を備えることを特徴とする
    請求項19乃至21のいずれか1項に記載の通信システム。
  23. 端末間で送受信されるパケットを転送するノードであって、
    前記パケットの通信経路の状況に基づいて前記パケットの通信経路を分岐させる前記ノードを少なくとも1つ選択する制御装置から、分岐指示を受信する第一の手段と、
    前記分岐指示に応じて、前記パケットを、第一の経路と、当該第一の経路の分岐経路となる第二の経路とに転送することが可能な第二の手段と
    を備えることを特徴とする
    ノード。
  24. 前記第二の手段は、前記第一の経路に転送する複数のパケットのうちの少なくとも一部を、前記第一の経路と前記第二の経路とに転送することが可能であることを特徴とする
    請求項23に記載のノード。
  25. 前記第一の経路と前記第二の経路に分岐されたパケットを合流する合流手段
    を備えることを特徴とする
    請求項23又は24に記載のノード。
  26. 前記パケットの通信経路の状況を監視し、前記制御装置に通知する観測手段
    を備えることを特徴とする
    請求項23乃至25のいずれか1項に記載のノード。
  27. 端末間で送受信されるパケットを転送するノードを制御する制御装置であって、
    前記パケットの通信経路の状況に基づいて、前記パケットの通信経路を分岐させるノードを少なくとも1つ選択する第一の手段と、
    前記パケットを、第一の経路と、当該第一の経路の分岐経路となる第二の経路とに転送することが可能な前記ノードに対して、前記パケットの通信経路を分岐することを指示する第二の手段と
    を備えることを特徴する
    制御装置。
  28. 前記第一の経路と前記第二の経路に分岐された前記パケットを合流する合流手段を備えるノードに対して、分岐された前記パケットを合流する指示をする第三の手段
    を備えることを特徴とする
    請求項27に記載の制御装置。
  29. 前記第一の手段は、前記パケットの通信経路の状況を監視する観測手段を備えるノードから、前記通信経路の状況を受信することを特徴とする
    請求項27又は28に記載の制御装置。
  30. 端末間で送受信されるパケットを転送するノードにおいて、
    前記パケットの通信経路の状況に基づいて前記パケットの通信経路を分岐させる前記ノードを少なくとも1つ選択する分岐指示を受信し、
    前記分岐指示に応じて、前記パケットを、第一の経路と、当該第一の経路の分岐経路となる第二の経路とに転送する
    ことを特徴とするパケット転送方法。
  31. 前記第一の経路に転送する複数のパケットのうちの少なくとも一部を、前記第一の経路と前記第二の経路とに転送する
    ことを特徴とする
    請求項30に記載のパケット転送方法。
  32. 前記第一の経路と前記第二の経路に分岐されたパケットを合流する
    ことを特徴とする
    請求項30又は31記載のパケット転送方法。
  33. 前記パケットの通信経路の状況を監視し、前記ノードを制御する制御装置に通知することを特徴とする
    請求項30乃至32のいずれか1項に記載のパケット転送方法。
  34. 端末間で送受信されるパケットを転送するノードを制御する制御装置で使用されるプログラムであって、
    前記パケットの通信経路の状況に基づいて、前記パケットの通信経路を分岐させるノードを少なくとも1つ選択し、
    前記パケットを、第一の経路と、当該第一の経路の分岐経路となる第二の経路とに転送することが可能な前記ノードに対して、前記パケットの通信経路を分岐することを指示する
    ことを特徴する
    プログラム。
  35. 前記第一の経路と前記第二の経路に分岐されたパケットを合流する合流手段を備えるノードに対して、分岐された前記パケットを合流する指示をする
    ことを特徴とする
    請求項34に記載のプログラム。
  36. 前記パケットの通信経路の状況を監視する観測手段を備えるノードから、前記通信経路の状況を受信することを特徴とする
    請求項34又は35に記載のプログラム。
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