JP5905358B2 - 障害リンク特定システムの監視用パス設定方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、障害リンク特定システムの監視用パス設定方法および装置に係り、特に、監視対象のネットワークを模した組合せグラフを利用して、任意の単一リンクを保守している間に発生し得る他の全ての単一リンク障害の発生箇所を特定可能な監視用パスを、少ない計算量で設定する監視用パス設定方法および装置に関する。

監視対象のネットワークに生じる単一リンク障害の発生箇所は、ネットワークに複数の監視用パスを設定し、各監視用パスで試験パケットを送受して得られる疎通状態を集計することにより特定できる。

特許文献１には、ネットワーク内の監視用パスを終端する品質監視装置において、監視用パスの品質劣化が検知された場合、障害監視装置は、品質劣化が検知された監視用パスが共通に通過するリンクを障害リンクと推定する技術が開示されている。

特許文献２には、監視対象ネットワークの各リンクを通過する監視用パス組を表す組合せグラフを用いることにより、全ての単一リンク障害および二重リンク障害を特定できる監視用パス群の経路を容易に決定する技術が開示されている。

特許第３８８５９３１号公報 特願２０１１−２５８８５４号

特許文献１では、監視対象とする全てのリンク障害を正確に特定できるような監視用パス群の経路を算出することが、計算量の観点から困難である。

特許文献２では、任意の単一リンクを保守している間に発生する他の単一リンク障害のみを特定すれば良い場合に、設定される監視用パス数が必要以上に多くなる。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、任意の単一リンクを保守している間に発生する他の単一リンク障害を、少ない監視用パス数で正確に特定できる監視用パス群の経路を、少ない計算量で設定できる障害リンク特定システムの監視用パス設定方法および装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、ネットワーク上の一部のノードに、監視データの送信機能および受信機能の少なくとも一方を備えた複数の品質監視装置を接続し、前記送信機能から受信機能へ複数の監視用パスを通して監視データを送信し、その到達性に基づいて障害リンクを特定する障害リンク特定システムの監視用パス設定装置において、監視用パスが頂点で表現され、各監視用パスの通過するリンクが前記各頂点を結ぶ辺で表現される組合せグラフに基づいて監視用パス群を設定する障害管理装置を設けた。

前記障害管理装置は、任意の単一リンクの保守中に発生し得る他の全ての単一リンク障害を特定できる制約条件を満足するレベル０の基準組合せグラフを読み込む基準組合せグラフ読込手段と、基準組合せグラフを、その辺の総数が少なくとも前記ネットワークのリンク数に達するまで、３本以下の辺で構成される閉路を含まないという制約条件下で順次に拡張して対応組合せグラフを生成する組合せグラフ拡張手段と、対応組合せグラフに基づいて監視用パス群を決定する監視経路決定手段とを備える。

本発明によれば、以下のような効果が達成される。

(1)任意の単一リンクを保守している間に発生し得る他の全ての単一リンク障害の発生箇所を、小さな監視用トラヒックの負荷で特定できる、少ない本数の監視用パス群の経路を少ない計算量で設定できる。

(2)任意の単一リンクを保守している間に発生し得る他の全ての単一リンク障害を特定できる、各リンクを通過する監視用パスの組合せが自動的に判明する。

(3)任意の規模の監視対象ネットワークに対して、各リンクを通過する監視用パスの組合せを即座に示すことができる。

(4)各リンクにおける監視用トラヒック負荷を小さく保ちつつ、監視対象ネットワーク上での連続性が保障された最少の監視用パス群の経路が示される。

本発明の監視用パス設定方法及び装置が適用されるネットワークの構成を示したブロック図である。 障害管理装置２の主要部の構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態の処理手順の概要を示したフローチャートである。 制約条件を満足する組合せグラフの構成手順を示した図である。 制約条件を説明するための模式図である。 監視対象の実ネットワークNWおよびその組合せグラフの一例を示した図である。 初期組合せ表の一例を示した図である。 初期組合せ表から最終組合せ表を作成する手順を示したフローチャートである。 初期組合せ表から最終組合せ表を作成する方法を示した図である。 各監視用パスおいてパスセグメント数が変化する様子を一覧表示した図である。 最終組合せ表の一例を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の障害リンク特定システムの監視用パス設定方法及び装置が適用されるネットワークの構成を示したブロック図であり、監視対象の実ネットワークNWは、多数のノード装置nと、各ノード装置nを相互に接続する多数のリンクとから構成されている。

本発明では、監視データの送信機能(t)および受信機能(r)の少なくとも一方を備えた複数の品質監視装置１が、それぞれ任意のノード装置nに接続されており、送信機能を備えた品質監視装置１(t)から受信機能を備えた品質監視装置１(r)まで監視用パスが設定される。なお、本実施形態では全ての品質監視装置１が監視データの送信機能(r)および受信機能(r)のいずれも備えているものとして説明する。

障害管理装置２は、監視データ送信機能(t)を備えた各品質監視装置１(t)に対して、監視用パスの設定および当該監視用パスを通した監視データの送信を指示する。監視データ受信機能を備えた品質監視装置１(r)は、監視用パスを通して受信した監視データの品質を監視し、品質劣化が検知されると障害管理装置２へ通報する。障害管理装置２は、品質劣化が検知された監視用パス情報、および各監視用パスが通過するリンクに関する監視用パス経路情報から障害リンクを特定する。

これにより、リンク毎に品質監視装置１を設ける場合と比較して、必要な品質監視装置数の削減が図られる。前記障害管理装置２は、実ネットワークNW上の各品質監視装置1と通信するための入出力インターフェースおよびそのアプリケーションが実装されたコンピュータで実現できる。

本発明では、任意の単一リンクが保守中であっても、他の全ての単一リンク障害の発生箇所を特定できるような監視用パス群が、前記障害管理装置２において経路計算により設定される。すなわち、本発明では任意の単一リンクを保守している間に発生し得る他の全ての単一リンク障害を特定するための、監視用トラヒック負荷を小さくできる、少ない本数の監視用パス群が、後述する組合せグラフを利用することで設定される。

図２は、前記障害管理装置２の主要部の構成を示したブロック図であり、複数の監視用パス（監視用パス群）を設定する監視用パス設定部２１と、各品質監視装置１から各監視用パスに監視データを送信させて障害リンクを特定するリンク障害特定部２２とを含む。

前記リンク障害特定部２２は、前記設定された複数の監視用パスに各品質監視装置１(t)から監視データを送信させ、当該監視データが品質監視装置１(r)に到達しない経路上、および監視データの到達が非常に遅いか、到達した監視データの誤り率が非常に高い経路上に障害が発生したと判定し、障害が発生している監視用パスが通過し、かつ障害が発生していない監視用パスが通過していないリンクを障害リンクと特定する。

前記監視用パス設定部２１において、基準組合せグラフ読込部２０１は、後述するレベル０の基準組合せグラフを、記憶装置または入力インターフェース（いずれも、図示省略）から読み取る。組合せグラフ拡張部２０２は、前記基準組合せグラフを、監視対象のネットワークを模擬できる組合せグラフまで、前記「任意の単一リンクを保守している間に発生し得る他の全ての単一リンク障害を特定できる」を実現する所定の制約条件下で、その辺の数が少なくともネットワークのリンク数に達するまで、十分に拡張する。

トポロジ取得部２０３は、監視対象ネットワークNWの物理的な実トポロジを取得する。対応組合せグラフ取得部２０４は、前記拡張された組合せグラフから、ネットワークNWとリンク数が同一となる一部分（部分組合せグラフ）を、当該ネットワークNWを模擬する対応組合せグラフとして取り出し、ネットワークNWの各リンク、対応組合せグラフの各辺ならびに各リンクを通過する監視用パスおよび各監視用パスを構成する監視用パスセグメントの対応関係を表す初期の組合せ表を作成する。

監視用パス決定部２０５は、後に詳述するように、前記初期組合せ表で暫定的に定義されている、各監視用パスを構成している多数の監視用パスセグメントが、相互に連続することで、より少ない本数に集約されて各パスセグメント長がより長くなるように、前記初期組合せ表を操作して最終の組合せ表を作成し、この最終の組合せ表で定義される複数の監視用パスセグメントを新たに監視用パス群に決定して前記リンク障害特定部２２へ通知する。

図３は、本発明の一実施形態の処理手順の概要を示したフローチャートであり、その詳細については後述する。

ステップＳ１では、任意の単一リンクが保守中であっても他の全ての単一リンク障害を特定できる監視用パス群に関して、各監視用パスのネットワーク上での連続性を無視して、各リンクを通過する監視用パス組を表す組合せグラフが構成される。

ステップＳ２では、監視対象ネットワークを構成するリンク数に基づき、前記ステップＳ１で構成した組合せグラフから部分グラフを取り出し、各リンクを通過する監視用パス組を表す初期組合せ表が作成される。

ステップＳ３では、後に詳述するように、ランダムに選択された２つのリンクの間で、通過する監視用パス組の交換を行うことで、全ての監視用パスの連続性が保障された状態で、各リンクを通過する監視用パス組を表す最終組合せ表が導出されて監視用パス群の経路が決定される。

本発明は、上記の各手順を備えたことにより、任意の単一リンクが保守中であっても他の全ての単一リンク障害を特定し、監視用トラヒック負荷を小さくできる、少ない本数の監視用パス群の経路を少ない計算量で決定できる。

次いで、上記の各手順について詳細に説明する。前記ステップＳ１では、各リンクを通過する監視用パス組を表す組合せグラフが以下の手順で構成される。但し、本実施形態では各リンクにおける監視用トラヒック負荷を抑えるために、各リンクを通過する監視用パス数が２本に限定される。また、組合せグラフにおいては、各監視用パスを当該グラフの頂点に対応させ、各リンクは、通過する２本の監視用パスに対応する２頂点を接続する辺によって表現する。監視用パス群によって、任意の単一リンクを保守している間に発生する全ての単一リンク障害が識別されるように、以下の制約条件を満足する組合せグラフを構成する。

図４は、制約条件を満足する組合せグラフの構成手順を示した図であり、本実施形態では、３本以下の辺で構成される閉路を含まない組合せグラフが、任意の単一リンクを保守している間に発生する他の単一リンク障害を正確に識別するための基準とされ、これが組合せグラフを想定されるネットワーク規模まで拡張する際の制約条件とされる。

本実施形態では、同図(a)に示したように、レベル０組合せグラフが、４個の頂点MPと４本の辺VLとによって構成され、各監視用パスは各頂点MPで表現され、各頂点MPに接続された各辺VLは、当該頂点MPで表現される監視用パスが通過する１本のリンクを表現している。

すなわち、組合せグラフが、図５(a)に示したように、３個の頂点MPと３本の辺VLとによって構成されていると、辺VL1に対応するリンクが保守中(××)であって２つの監視用パスMP2，MP3に品質劣化が生じているときに、さらに辺VL3に対応するリンクに障害（×）が発生して監視用パスMP1に品質劣化が新たに生じても、これが辺VL3に対応するリンクの障害に起因するものなのか、あるいは辺VL2に対応するリンクの障害に起因するものなのかを区別できない。

これに対して、図４(a)に示したように、組合せグラフが４個の頂点MPと４本の辺VLとにより構成されていると、図５(b)，(c)に示したように、辺VL1に対応するリンクが保守中(××)であって２つの監視用パスMP2，MP3に品質劣化が生じているときに、さらに辺VL4に対応するリンクに障害（×）が発生[同図(b)]すれば監視用パスMP1のみに品質劣化が生じる一方、辺VL2に対応するリンクに障害が発生[同図(c)]すれば監視用パスMP4のみに品質劣化が生じ、さらに辺VL3に対応するリンクに障害が発生すれば監視用パスMP1およびMP4に品質劣化が生じるので、障害の発生箇所を正確に特定できる。

図４へ戻り、同図(b)は、前記組合せグラフ拡張部２０２により、前記レベル０の組合せグラフを拡張して得られるレベル１の組合せグラフを示している。レベル１の組合せグラフは、４個のレベル０組合せグラフ（#1，#2，#3，#4）と、それらの内の２個を互いに接続する６つのレベル０グラフ接続とによって構成される。

同図(c)は、前記レベル０グラフ接続を示している。レベル０グラフ接続は、全部で８本の辺VL1〜VL8を含む。なお、同図(b)では、レベル０グラフ接続に含まれる一番左上の頂点と接続する６本の辺のみが点線で代表して図示されている。

同図(d)は、レベルiの組合せグラフを示している。前記レベル１の組合せグラフと同様に、レベルiの組合せグラフは、４個のレベルi-1の組合せグラフと、それらの内の２個を互いに接続する６つのレベルi-1グラフ接続によって構成される。

同図(e)は、レベルi-１グラフ接続を示している。レベルi-１グラフ接続は、全部で８つのレベルi-2グラフ接続を含む。この様な構成手順に基づき、自動的に組合せグラフのレベルを上げて行くことができ、十分大きな数の辺を含む組合せグラフを容易に構成することができる。なお、レベルiの組合せグラフにおける頂点数MP(i)および辺数VL(i)は次式で与えられる。但し、GC(i-1)は、i-1レベルグラフ接続に含まれる辺の数を示す。

前記ステップＳ２では、監視対象ネットワークNWを構成するリンク数と等しい数の辺を含む組合せグラフが、前記対応組合せグラフ取出部２０４により、前記ステップＳ１で構成した十分大きな規模の組合せグラフから取り出される。この時、できるだけ低レベルの組合せグラフのみを含む部分グラフを取り出すことによって、監視対象ネットワークを構成するリンク数に応じた本数の監視用パス群が各辺を通過する組合せが得られる。取り出した部分グラフ（対応組合せグラム）から、各辺を通過する監視用パス組を表形式で示す初期組合せ表が作成される。

さらに具体的に説明すれば、まず十分に大きな規模の組合せグラフを表形式で示す。この時、表の各行は辺に対応し、各列は監視用パスに対応させる。表の各行は、対応する辺が組合せグラフを拡張する際に現われた順番に上から並べる。また、表の各列は、対応する監視用パスが組合せグラフを拡張する際に現われた順番に左から並べる。

更に、表の各欄は、対応する辺を対応する監視用パスが通過する時に「１」、通過しない時「０」の値を取るものとする。監視対象ネットワークのリンク数Lが、VL(i - 1)<L≦VL(i)の時、十分大きな規模の組合せグラフから作成した表の内、上からL行、左からMP(i)列を取り出す。取り出した表の右側に、全ての欄の値が「０」であるような列が存在する場合には当該列を削除する。これによって、監視対象ネットワークを構成するリンク数に応じた本数の監視用パス群が各辺を通過する組合せを示す初期組合せ表を作成する。

初期組合せ表において、組合せグラフの各辺と監視対象のネットワークを構成する各リンクとは任意に対応させる。本発明では、予め十分大きな数の辺を含む組合せグラフを構成して置くことにより、任意の監視対象ネットワークに対する初期組合せ表を即座に作成できる。

図６は、監視対象のネットワークNW[同図(a)]および当該ネットワークNWに対応する組合せグラフ[同図(b)]の一例を示している。

同図(a)に示したように、ネットワークNWは８つのノードNと１６本のリンクによって構成されている。同図(b)に示した様に、対応する組合せグラフは、ネットワークNWのリンク数と同じ１６本の辺を含み、頂点数が８つなので必要な監視用パス数は８本になる。したがって、前記対応組合せグラフから作成した初期組合せ表は、図７の通りとなる。

図７の初期組合せ表には、組み合わせグラフの各辺と各リンクとの対応関係、ならびに各リンクを通過する監視用パスおよび当該各監視用パスを構成するパスセグメントの対応関係が登録されている。本実施形態では、各監視用パスが通過すべきリンクの場所には「１」が、通過すべきでないリンクの場所には「０」が、それぞれ記されている。したがって、例えば監視用パスEは、４本のリンク(2,4)、(2,6)、(3,6)、(7,8)を通ることになる。但し、リンク(2,4)、(2,6)、(3,6)は連続するもののリンク(7,8)は独立している。すなわち、監視用パスEは２本のパスセグメントを含むことになる。

このように、初期組合せ表を参照すれば、ネットワークを構成する各リンクと組合せグラフの各辺との対応関係、ならびに各リンクを通過すべき監視用パス組が明確になる。

前記ステップＳ３では、前記監視用パス決定部２０５により、図７の初期組合せ表を出発点として、ランダムに選択された２本のリンクの間で、通過する監視用パス組の交換を行うことで、全ての監視用パスの連続性が保障された状態で、各リンクを通過する監視用パス組を表す最終組合せ表が導出されて監視用パス群の経路が決定される。

図８は、前記ステップＳ３の手順を詳細に示したフローチャートであり、ステップＳ２１では、前記初期組合せ表において、監視対象ネットワーク上で連続する監視用パスのセグメント数M0がカウントされる。ステップＳ２２では、監視用パス組の交換回数Cをカウントする交換回数カウンタがリセットされる。ステップＳ２３では、ランダムに２本のリンクが選択される。ステップＳ２４では、選択された２本のリンクを通過する監視用パス組を交換した場合の、監視対象ネットワーク上で連続する監視用パスセグメント数M1がカウントされる。

例えば、ステップＳ２３において２つのリンク(2,7)，(4,5)が選択されると、ステップＳ２４では、前記初期組合せ表において、リンク(2,7)の監視用パス組[01000100]とリンク(4,5)の監視用パス組[00100010]とが交換される。これにより、図９に示したように、４つの監視用パスB，C，F，Gにおいてパスセグメントが変化する。

図１０は、各監視用パスB，C，F，Gおいてパスセグメント数が変化する様子を一覧表示した図であり、監視用パスBでは、交換前の連続した１つのパスセグメント[(1,2)、(2,7)、(7,1)]および独立した１つのパスセグメント(5,6)の計２つ[同図(a)]が、交換後は連続した２つのパスセグメント[(2,1)、(1,7)]および[(4,5)、(5,6)]となり[同図(b)]、増減数は「±０」となる。

監視用パスCでは、交換前の連続した１つのパスセグメント[(8,1)、(1,7)]および独立した２つのパスセグメント(2,6)、(4,5)の計３つ[同図(c)]が、交換後は連続した１つのパスセグメント[(8,1)、(1,7)、(7,2)、(2,6)]となり[同図(d)]、増減数は「−２」となる。

監視用パスFでは、交換前の連続した１つのパスセグメント[(2,7)、(7,4)、(4,3)、(3,6)]が[同図(e)]、交換後は連続した１つのパスセグメント[(5,4)、(4,3)、(3,6)]および独立した１つのパスセグメント(4,7)の計２つとなり[同図(f)]、増減数は「＋１」となる。このように、本実施形態では一筆書できないパスセグメント群は、一筆書できる部分とできない部分との複数のパスセグメントにカウントされる。

監視用パスGでは、交換前の連続した１つのパスセグメント[(3,8)、(8,5)、(5,4)、(4,7)]が、交換後は連続した２つのパスセグメント[(2,7)、(7,4)]および[(3,8)、(8,5)]となり、増減数は「＋１」となる。したがって、ステップＳ２４では、今回の監視用パス組交換によるパスセグメント数の変化は±０とされる。

ステップＳ２５では、パスセグメント数が減少したか否かが判定される。ここでは減少していないと判定されるのでステップＳ２６へ進み、前記カウント値がインクリメントされる。ステップＳ２７では、交換回数Cが所定の閾値Cthに達したか否かが判定され、C<CthであればステップＳ２３へ戻って上記の各処理が繰り返される。

これに対して、パスセグメント数が減少していれば、今回の交換によりパスセグメントが集約されたことになるのでステップＳ２８へ進み、前記交換が初期組合せ表に反映される。ステップＳ２９では、前記カウント値がリセットされる。

本実施形態では、上記の手順により最終的に得られた各パスセグメントを新たに監視用パスと見なすことにより、各リンクにおける監視用トラヒック負荷を小さく保ちつつ、各監視用パスが通過するリンクの連続性が保障された状態における、各リンクを通過する監視用パス組が得られる。

すなわち、導出された最終組合せ表によって、任意の単一リンクの保守中に発生し得る全ての単一リンク障害を特定し、かつ監視用トラヒック負荷を小さくできる、少ない本数の監視用パス群の経路が決定される。

図１１は、上記の処理を経て得られる最終組合せ表の一例を示した図であり、ここでは各監視用パスの連続性を保障するために、監視用パス数を増加させる必要はなく、最終的に必要な監視用パス数は８本となる。図１１の最終組合せ表によって、図６(b)に示された監視対象ネットワークにおける監視用パス群の経路が示される。

１…品質監視装置，２…障害管理装置，２１…監視経路設定部，２２…リンク障害特定部，２０１…基準組合せグラフ読込部，２０２…組合せグラフ拡張部，２０３…トポロジ取得部，２０４…対応組合せグラフ取出部，２０５…監視経路決定部

Claims (5)

1. ネットワーク上の一部のノードに、監視データの送信機能および受信機能の少なくとも一方を備えた複数の品質監視装置を接続し、前記送信機能から受信機能へ複数の監視用パスを通して監視データを送信し、その到達性に基づいて障害リンクを特定する障害リンク特定システムの監視用パス設定装置において、
   監視用パスが頂点で表現され、各監視用パスの通過するリンクが前記各頂点を結ぶ辺で表現される組合せグラフに基づいて監視用パス群を設定する障害管理装置を具備し、
   前記障害管理装置が、
   ３本以下の辺で構成される閉路を含まず、辺の総数が前記ネットワークのリンク数よりも少ないレベル０の基準組合せグラフを読み込む基準組合せグラフ読込手段と、
   前記基準組合せグラフを、その辺の総数が少なくとも前記ネットワークのリンク数に達するまで、３本以下の辺で構成される閉路を含まないという制約条件下で順次に拡張して対応組合せグラフを生成する組合せグラフ拡張手段と、
   前記対応組合せグラフに基づいて監視用パス群を決定する監視経路決定手段とを具備したことを特徴とする障害リンク特定システムの監視用パス設定装置。
2. 前記監視経路決定手段は、ネットワークの各リンク、対応組合せグラフの各辺ならびに各リンクを通過する監視用パスおよび当該各監視用パスを構成するパスセグメントの対応関係を示す初期組合せ表において、各監視用パスのパスセグメントが、相互に連続することで、より少ない本数に集約されて各パスセグメント長がより長くなるように、ランダムに選択した２つの辺の間で、通過する監視用パス組の交換を繰り返し、当該交換後の各パスセグメントを監視用パスに決定することを特徴とする請求項１に記載の障害リンク特定システムの監視用パス設定装置。
3. 前記組合せグラフ拡張手段は、４本の辺で構成される閉路によってレベル０の基準組合せグラフを構成し、４個のレベル０組合せグラフと、それらの内の２個を互いに接続する６つのレベル０グラフ接続によってレベル１の組合せグラフを構成し、レベル０グラフ接続は８本の辺を含み、任意のi (i > 1) に関して、４個のレベルi-１の組合せグラフと、それらの内の２個を互いに接続する６つのレベルi-１グラフ接続によってレベルiの組合せグラフを構成し、レベルi-１グラフ接続は８つのレベルi-2グラフ接続を含むことにより、自動的に組合せグラフの規模を拡張することを特徴とする請求項１または２に記載の障害リンク特定システムの監視用パス設定装置。
4. 前記組合せグラフ拡張手段は、前記拡張後の組合せグラフから、より低レベルの組合せグラフのみを含む部分グラフを、前記対応組合せグラフとして取り出すことを特徴とする請求項３に記載の障害リンク特定システムの監視用パス設定装置。
5. ネットワーク上の一部のノードに、監視データの送信機能および受信機能の少なくとも一方を備えた複数の品質監視装置を接続し、前記送信機能から受信機能へ複数の監視経路で監視データを送信し、その到達性に基づいて障害リンクを特定する障害リンク特定システムの監視用パス設定方法において、
   監視用パスが頂点で表現され、各監視用パスの通過するリンクが前記各頂点を結ぶ辺で表現される組合せグラフに基づいて監視用パス群を設定する障害管理手順を具備し、
   前記障害管理手順が、
   ３本以下の辺で構成される閉路を含まず、辺の総数が前記ネットワークのリンク数よりも少ないレベル０の基準組合せグラフを、その辺の総数が少なくとも前記ネットワークのリンク数に達するまで、３本以下の辺で構成される閉路を含まないという制約条件下で順次に拡張して対応組合せグラフを生成する手順と、
   前記対応組合せグラフに基づいて監視用パス群を決定する手順とを含むことを特徴とする障害リンク特定システムの監視用パス設定方法。