JP5892155B2

JP5892155B2 - 障害予測判定方法および装置

Info

Publication number: JP5892155B2
Application number: JP2013505802A
Authority: JP
Inventors: 昌洋林谷
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2016-03-23
Anticipated expiration: 2032-03-14
Also published as: JPWO2012127818A1; US20140010070A1; WO2012127818A1; US9246753B2

Description

本発明は通信ネットワークシステムに係り、特に障害発生を予測して判定する方法および装置に関する。

通信ネットワークでは、信号品質の劣化や伝送路の障害などによりデータ通信ができなくなる可能性を常に考慮する必要がある。その対策の一つとして、障害が発生した際にデータ通信経路を切り替えて通信を回復させる障害回復技術がある。

障害回復技術では、実際に障害が発生してから経路を切り替えるので、通信遮断時間が長くなる可能性がある。特に、今後、ネットワーク大容量化によって超高画質動画配信などの広帯域を必要とするアプリケーションが出現することを考えると、短時間の通信遮断でも失われるデータ量が大きくなり、通信遮断によるアプリケーションに与える影響は甚大となる。したがって、今後のネットワークのさらなる大容量化に備えて通信遮断時間をできるだけ短縮させることが必要である。

そこで、障害が発生する前に伝送路の信号品質を予測してデータ通信経路を切り替えることで、通信遮断時間を最小限にする手法が提案されている（特許文献１）。特許文献１では、無線ネットワークにおいて気象状況（降雨量）により無線信号の品質劣化が生じる現象を利用して、降雨量予測によって信号品質の劣化を予測し、実際に信号品質の劣化で障害が発生する前に経路を切り替えることを可能にしている。

また、特許文献２には、予測系列と過去の障害履歴パターンとの相関をとることで伝送品質の劣化の発生を事前に判定して伝送路を切り替える方法が開示されている。

特開２００９−０４９５９３号公報特開平１１−１６８４１０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、予測降水量が予め設定されている閾値を超過した時に経路に障害が発生すると予想しているために、予想が外れる場合がある。予想が外れると、障害が発生すると予想して伝送路を切り替えたにも拘わらず実際には障害が発生しなかったことになる。したがって、ネットワーク内で切替が過剰に発生しネットワークリソースが過剰に使用される結果となり、ネットワークリソースの有効活用が阻害される。

また、特許文献２に開示された方法では、過去の障害時のパターンを参照することで伝送品質劣化をより正確に予測できるものの、予測の外れは常にあり得ることであり、予測が外れたときに結果的に伝送路の過剰な切替となる可能性は依然として高い。

言い換えれば、特許文献１および２に開示されたような方法では、伝送品質劣化が予測される場合の対策は伝送路の切替だけであるために、過剰な切替発生を防止することは困難である。

そこで本発明の目的は、障害予測による過剰な経路切替を抑制でき、ネットワークの信頼性を維持しつつネットワークリソースの効率的利用を達成できる障害予測判定方法および装置を提供することにある。

本発明による障害予測判定装置は、通信ネットワークのノードに設けられた障害予測判定装置であって、前記ノードに接続された各リンクの信号品質をモニタする信号モニタ手段と、与えられた予報情報と一のリンクに関してモニタされた信号品質情報とを用いて当該リンクの今後の信号品質の変化を予測する信号品質予測手段と、前記リンクに関する予測信号品質の低下と過去の障害発生に到る信号品質の低下との差異の大きさに応じて、当該リンクの回避あるいは当該リンクのシンボルレートの低下を判定する判定手段と、を有することを特徴とする。

本発明による障害予測判定方法は、通信ネットワークのノードにおける障害予測判定方法であって、信号モニタ手段が前記ノードに接続された各リンクの信号品質をモニタし、信号品質予測手段が与えられた予報情報と一のリンクに関してモニタされた信号品質情報とを用いて当該リンクの今後の信号品質の変化を予測し、判定手段が前記リンクに関する予測信号品質の低下と過去の障害発生に到る信号品質の低下との差異の大きさに応じて、当該リンクの回避あるいは当該リンクのシンボルレートの低下を判定する、ことを特徴とする。

本発明によれば、障害予測による過剰な経路切替を抑制でき、ネットワークの信頼性を維持しつつネットワークリソースの効率的利用を達成できる。

図１は本発明の一実施形態による障害予測判定装置を備えたノードを接続したネットワークの一例を示す模式図である。図２は本実施形態による障害予測判定装置を備えたノードの構成を示すブロック図である。図３は本実施形態による障害予測判定方法を示すフローチャートである。図４Ａは本実施形態における障害情報データベースの登録データと予測データとの比較を説明するためのグラフである。図４Ｂは差異度の算出を説明するためのデータ系列をテーブル形式で示す模式図である。

本発明によれば、障害予測に複数の段階を設け、リンク回避に到らない障害予測状態では通信のシンボルレートを低下させる通知を生成する。シンボルレートを低下させることで信号の耐性が向上するので、信号のある程度の劣化に対応することが可能となる。すなわち、信号が大きく劣化すると予測されるとリンク回避を通知し、ある程度の劣化があると予測されるとシンボルレート低下を通知することで、信号の劣化の程度に対応することができ、予測失敗による過剰な切替の可能性をさらに低減することができる。以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

１．一実施形態
１．１）構成
図１に示すように、複数のノード１からなるネットワークにおいて、各ノードが互いに隣のノードとリンク２で接続されると共に制御プレーン３に接続されている。各ノード１はデータの送受信および中継を行う通信装置であり、ノード間が伝送路となるリンク２で接続されている。リンク２は有線、無線を問わない。たとえばリンク２は光信号を伝送する光伝送路でもよいし、無線信号を伝送する無線リンクであってもよい。

各ノード１には、後述する本実施形態による障害予測判定装置が設けられ、制御プレーン３から気象予報や災害予報などの予報情報を受信し、予報情報をもとにノード１が障害予測した結果を制御プレーン３に通知する。ただしノード１が接続するのは制御プレーン３でなくても、予報情報や障害予測結果がやりとりできるネットワークであればよい。

図２に示すように、各ノード１に設けられた障害予測判定装置は、予報情報受信部１０１、通信信号モニタ１０２、信号品質予測部１０３、障害情報データベース１０４および障害予測判定部１０５を有する。

予報情報受信部１０１は制御プレーン３からリンク２の信号品質に影響を与える項目に関する予報情報を受信する。通信信号モニタ１０２は当該ノード１に接続している各リンクの信号品質をモニタしている。通信信号モニタ１０２はノード外にあってもよく、信号品質のモニタ項目は複数あってもよい。例えば、Ｓ／Ｎ比（Signal to Noise ratio）と信号強度の複数項目をモニタすることもできる。

信号品質予測部１０３は、予報情報受信部１０１からの予報情報と通信信号モニタ１０１からの信号品質情報とを用いて、ある時間までの信号品質を予測する。障害情報データベース１０４には、ノード１が接続されている各リンクに関して、過去に障害が発生するまで信号品質がどのように変化したかを示す情報が蓄積されている。

障害予測判定部１０５は、信号品質予測部１０３により予測された信号品質情報と障害情報データベース１０４に登録された過去の障害情報（障害発生に到る信号品質の経時変化情報）とを比較することで当該リンクで障害が発生する可能性を複数段階で判定し、制御プレーン３へ判定結果を通知する。具体的には後述するが、障害発生がある程度以上確かであれば制御プレーン３に障害発生予測の通知を行い、障害発生がそれほど高くなければ、制御プレーン３にシンボルレート低下の通知を行う。

なお、信号品質予測部１０３および障害予測判定部１０５の機能は、ノード１の全体的動作を制御するＣＰＵ(Central Processing Unit)等のプログラム制御プロセッサ（図示せず。）上で図示しないメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現することもできる。以下、本実施形態の動作について説明する。

１．２）動作
次に、本実施形態による障害予測判定方法について図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。

図３において、信号品質予測部１０３は、予測情報受信部１０１から予報情報を、通信信号モニタ１０２から各リンクの信号品質情報をそれぞれ入力し当該リンクの信号品質を予測する（ステップ２０１）。ここで信号品質はＳ／Ｎ比などであるが、光信号の品質としてはＰＭＤ（Polarization Mode Dispersion）やＳ／Ｎ比などである。予報情報は、リンクの信号品質に影響を与える気象予報や災害予報などの情報であり、無線信号であれば降水量であり、光信号であれば風、地震などが挙げられる（光信号が高速になるほど、このような気象条件に光信号品質が左右される）。信号品質予測部１０３は、通信信号モニタ１０２からの信号品質情報で現状の信号品質状態を把握し、予測情報受信部１０１からの予報情報に基づいてある時間まで信号品質を予測し、予測信号品質情報を障害予測判定部１０５へ出力する。信号品質の予測は各リンクにおいて並行して行われるものとする。

障害予測判定部１０５は、信号品質予測部１０３からある時間まで予測した信号品質情報を入力すると、障害情報データベース１０４に蓄積されている各信号品質情報と予測した信号品質情報とを比較して信号品質の差異度を算出する（ステップ２０２）。

ここで、障害情報データベース１５０は、予測信号品質のリンクに関する過去の障害発生に到る信号品質情報を検索するが、登録された信号品質情報が膨大である場合は、パラメータを設けて比較対象を制限してもよい。差異度の算出方法は次の通りである。

図４Ａにおいて、実線で示す曲線３０１が予測した信号品質であり、２点鎖線で示す曲線３０２が障害情報データベース１０４に蓄積されている登録信号品質であり、信号品質については時点ｔ１からｔｎまでのｎ回比較を行うとする。この場合、図４Ｂに示すように、予測信号品質３０１と登録信号品質３０２との間の値の差および微分係数の差を求め、それらの絶対値をそれぞれｎ回分合計する。差の絶対値をとるのは差が合計の際に相殺されないためである。値の差の時系列（ａ，ｂ，…）の合計Ｖと、微分係数の差の時系列（ｘ，ｙ，…）の合計Ｄとを加算することで差異度が算出される。

図３に戻って、このようにして予測信号品質と障害情報データベース１０４の登録信号品質との差異度が算出されると、障害予測判定部１０５は差異度が最小となる信号品質の組み合わせを抽出する（ステップ２０３）。すなわち、図４Ａのグラフを参照すれば、障害情報データベース１０４から、予測した信号品質３０１との間で差異度が最も小さくなる登録信号品質３０２を決定する。

続いて、障害予測判定部１０５はこの最小の差異度を２つのしきい値Ａ、Ｂ（Ａ＜Ｂ）と比較することで制御プレーン３への通知内容が変える。

まず、障害予測判定部１０５は差異度がしきい値Ａより大きいか否かを判定する（ステップ２０４）。差異度がしきい値Ａ以下であれば（ステップ２０４のＮＯ）、予測信号品質が障害情報データベース１０４に蓄積されている信号品質と同様の経過をたどって障害が発生すると予想されるため、障害予測判定部１０５はモニタ対象のリンクを回避するように制御プレーン３へ通知する（ステップ２０５）。

差異度がしきい値Ａを超過する場合には（ステップ２０４のＹＥＳ）、障害予測判定部１０５は差異度が他のしきい値Ｂより大きいか否かを判定する（ステップ２０６）。差異度がしきい値Ｂ以下であれば（ステップ２０６のＮＯ）、今後障害が発生する可能性は高くないが、該当リンクで信号の劣化が発生すると予測し、障害予測判定部１０５は信号のシンボルレートを低下させるように制御プレーン３へ通知する（ステップ２０７）。シンボルレートを低下させることにより信号耐力が向上するため、信号劣化にある程度対応することが可能である。当該リンクが光伝送路である場合、複数光パスがＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）やＴＤＭ（Time Division Multiplexing）などで多重されたシステムでは、シンボルレート低下によって光パスのビットレートが低下する場合は、光パスを複数チャネルで伝送するように障害予測判定部１０５が通知してもよい。

差異度がしきい値Ｂを超過する場合（ステップ２０６のＹＥＳ）、障害予測判定部１０５は今後すぐに障害が発生しないと判断し予測の動作を継続する（ステップ２０８）。

なお、信号品質において複数項目をモニタする場合は、障害予測判定部１０５において複数項目のすべてまたは一部で差異度としきい値Ａ，Ｂとの比較判断を行う。ネットワークのリンク内のサービスなどによって複数項目のすべてで判断するか、または一部で判断するか決定してもよい。

１．３）効果
以上説明したように、本実施形態では、ネットワーク内のノードは気象予測情報と通信信号モニタ情報とを用いて信号品質を予測し、データベースに蓄積されている信号品質と比較して差異度を算出し、差異度をベースにして障害が予想されるか、シンボルレートの低下が対応可能かを判断する。信号が大きく劣化すればリンク回避を通知し、ある程度の劣化であればシンボルレート低下を通知することで、信号の劣化の程度に対応することができ、予測失敗による過剰な切替の可能性を低減することができる。

特に、光通信システムでは、高速な光信号の特性に対応するためにしきい値を複数設けることによって予測失敗可能性をさらに低減可能である。したがって、光ファイバネットワークの信頼性を維持しつつ、ネットワークリソースを効率的に活用することが可能である。

本発明は障害を予測して回避する機能を有する通信ネットワークに適用可能である。

１ノード
２リンク
３制御プレーン
１０１予報情報受信部
１０２通信信号モニタ
１０３信号品質予測部
１０４障害情報データベース
１０５障害予測判定部

Claims

通信ネットワークのノードに設けられた障害予測判定装置であって、
前記ノードに接続された各リンクの信号品質をモニタする信号モニタ手段と、
与えられた予報情報と一のリンクに関してモニタされた信号品質情報とを用いて当該リンクの今後の信号品質の変化を予測する信号品質予測手段と、
前記リンクに関する予測信号品質の低下と過去の障害発生に到る信号品質の低下との差異の大きさに応じて、当該リンクの回避あるいは当該リンクのシンボルレートの低下を判定する判定手段と、
を有することを特徴とする障害予測判定装置。
前記各リンクで過去に発生した障害の信号品質の変化情報を蓄積する蓄積手段を更に有し、
前記判定手段は、前記予測された信号品質の変化情報と、前記蓄積された信号品質の変化情報のうち前記予測された信号品質の変化情報に最も近い蓄積された信号品質の変化情報と、の差異を算出し、当該差異の大きさに応じて、前記リンクの回避あるいは前記シンボルレートの低下を判定する、ことを特徴とする請求項１記載の障害予測判定装置。
前記判定手段は、前記差異の大きさが第１しきい値以下であれば、前記リンクの回避を判定し、前記差異の大きさが前記第１しきい値より大きい第２しきい値以下であれば、前記リンクを伝送する信号のシンボルレートの低下を判定する、ことを特徴とする請求項２記載の障害予測判定装置。
通信ネットワークのノードにおける障害予測判定方法であって、
信号モニタ手段が前記ノードに接続された各リンクの信号品質をモニタし、
信号品質予測手段が与えられた予報情報と一のリンクに関してモニタされた信号品質情報とを用いて当該リンクの今後の信号品質の変化を予測し、
判定手段が前記リンクに関する予測信号品質の低下と過去の障害発生に到る信号品質の低下との差異の大きさに応じて、当該リンクの回避あるいは当該リンクのシンボルレートの低下を判定する、
ことを特徴とする障害予測判定方法。
蓄積手段が前記各リンクで過去に発生した障害の信号品質の変化情報を蓄積し、前記判定手段が、記予測された信号品質の変化情報と、前記蓄積された信号品質の変化情報のうち前記予測された信号品質の変化情報に最も近い蓄積された信号品質の変化情報と、の差異を算出し、当該差異の大きさに応じて、前記リンクの回避あるいは前記シンボルレートの低下を判定する、ことを特徴とする請求項４記載の障害予測判定方法。
前記判定手段が、前記差異の大きさが第１しきい値以下であれば、前記リンクの回避を判定し、前記差異の大きさが前記第１しきい値より大きい第２しきい値以下であれば、前記リンクを伝送する信号のシンボルレートの低下を判定する、ことを特徴とする請求項５記載の障害予測判定方法。
通信ネットワークのノードに設けられたプログラム制御プロセッサを障害予測判定装置として機能させるプログラムであって、
信号モニタ手段が前記ノードに接続された各リンクの信号品質をモニタし、
信号品質予測手段が与えられた予報情報と一のリンクに関してモニタされた信号品質情報とを用いて当該リンクの今後の信号品質の変化を予測し、
判定手段が前記リンクに関する予測信号品質の低下と過去の障害発生に到る信号品質の低下との差異の大きさに応じて、当該リンクの回避あるいは当該リンクのシンボルレートの低下を判定する、
ように前記プログラム制御プロセッサを機能させることを特徴とするプログラム。
蓄積手段が前記各リンクで過去に発生した障害の信号品質の変化情報を蓄積し、前記判定手段が、記予測された信号品質の変化情報と、前記蓄積された信号品質の変化情報のうち前記予測された信号品質の変化情報に最も近い蓄積された信号品質の変化情報と、の差異を算出し、当該差異の大きさに応じて、前記リンクの回避あるいは前記シンボルレートの低下を判定する、ことを特徴とする請求項７記載のプログラム。
前記判定手段が、前記差異の大きさが第１しきい値以下であれば、前記リンクの回避を判定し、前記差異の大きさが前記第１しきい値より大きい第２しきい値以下であれば、前記リンクを伝送する信号のシンボルレートの低下を判定する、ことを特徴とする請求項８記載のプログラム。