JP5914570B2 - 回線切替システム - Google Patents

Description

本発明は、回線を切り替える技術に関する。

近年、通信サービスにおいて、３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）により、ＩＰ化による呼制御と音声と映像・データ通信を組み合わせたマルチメディアサービスを提供するＩＭＳ（IP Multimedia Subsystem）が策定及び標準化され、ＮＧＮ（Next Generation Network）のアーキテクチャに採用された。ＮＧＮでは呼制御プロトコルとしてＳＩＰ（Session Initiation Protocol）を採用し、ＩＰ化されたＳＩＰ信号がＳＩＰサーバによって処理される。

ＳＩＰサーバはＮＧＮ内に通常設置されるが、図７に示すように企業通信網等の内部に設置される場合もある。このようなＳＩＰサーバは、ユーザインタフェースを介して、企業や個人等のユーザがＮＧＮにアクセスするためのサービスエッジ（Service Edge）に接続される。サービスエッジはＮＧＮの入り口に設置されたルータであり、ユーザに対する帯域制御等に重要な役割を果たしている。

サービスエッジに接続されるインタフェースはオープン化され、ＵＮＩ（User Network Interface）、ＮＮＩ（Network Network Interface）、ＳＮＩ（Application Server Network Interface）が規定されている。特に複数の回線を収容するＵＮＩ／ＳＮＩのユーザ回線は、企業通信網を有する事業者等の多くの端末を収容するＳＩＰサーバとＮＧＮ内のサービスエッジとを接続する論理多重回線であるため、サービスの継続維持の観点から非常に高い信頼性が要求される。以下、ユーザ回線の切替方法について説明する。

図８は、ユーザ回線切替システムの構成例を示す図である。ＮＧＮ側は第１のサービスエッジ１と第２のサービスエッジ２で構成され、企業通信網側はスイッチ３とロードバランサ４とＳＩＰサーバ５で構成される。ユーザ回線故障時の信頼性を確保するため、第１のサービスエッジ１に収容される第１のユーザ回線Ｃ１を現用回線として使用していた場合、予備回線としている第３のユーザ回線Ｃ３に切り替える。同様に第２のサービスエッジ２に収容される第２のユーザ回線Ｃ２を現用回線とした場合には、予備回線としている第４のユーザ回線Ｃ４に切り替える。しかし、予備回線へのユーザ回線の切り替えは、同じサービスエッジに収容された運用／予備の回線間に限られていた。

また、各ユーザ回線Ｃ１〜Ｃ４の監視はロードバランサ４で行われ、ロードバランサ４から定期的にｐｉｎｇを第１のサービスエッジ１及び第２のサービスエッジ２にそれぞれ送信し、応答信号の有無により各ユーザ回線の死活を監視する。一定時間内に応答がなければ疎通ＯＦＦ、応答があれば疎通ＯＮと判定する。しかし、疎通の確認頻度が高いとその応答処理によりサービスエッジの処理能力が低下してしまう。

また、ロードバランサ４は、回線監視機能以外に、受信した通常信号パケットのＳＩＰヘッダの発番号をもとに対応するユーザ回線のＩＰアドレス（発番号とユーザ回線のＩＰアドレスが１対１対応）を割り出す機能を有している。このため、ユーザ回線が故障して死活監視により疎通ＯＦＦとなったユーザ回線については、そのユーザ回線の状態変化（ＯＮ→ＯＦＦ）を保守者にＳＮＭＰトラップとして通知する必要がある。しかし、ユーザ回線の状態変化をＳＩＰサーバ５に伝える手段がないため、ユーザ回線を変更する場合はＳＩＰサーバ５において保守者が手動でＳＩＰヘッダの発番号を変更しなければならない。発番号を変更せずに故障したユーザ回線を継続して使用する場合は、故障が回復するまでユーザ回線を使用できない状態となる。

特開２０１３−４６１６４号公報

以上より、従来のユーザ回線切替方法では、ユーザ回線故障時及び通常使用時に、（１）ロードバランサで検知したユーザ回線の状態変化をＳＩＰサーバに伝える手段がないため、ＳＩＰサーバにおいて保守者が手動でＳＩＰヘッダの発番号を変更しなければならず、（２）ｐｉｎｇを用いてユーザ回線を死活監視するため、ｐｉｎｇの送信頻度が高いとその応答処理によりサービスエッジの処理能力が低下してしまい、（３）ユーザ回線の切り替えは同じサービスエッジに収容された運用／予備の回線間に限られるという課題があった。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、ユーザ回線の信頼性を改善することを目的とする。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の回線切替システムは、ネットワークドメインを区分するスイッチを介して接続されたＳＩＰサーバとエッジルータとの間の回線を切り替える回線切替システムにおいて、前記ＳＩＰサーバは、到達性確認の要求信号を前記スイッチへ送信し、当該要求信号に対する応答信号とともに送信された各回線の死活監視結果を受信する手段と、前記各回線の死活監視結果に基づきＳＩＰ信号のヘッダ部に含まれる発番号を変更する又は変更しないことにより回線を切り替える手段と、を有することを要旨とする。

請求項２に記載の回線切替システムは、請求項１に記載の回線切替システムにおいて、前記スイッチは、前記ＳＩＰサーバによる間接的な死活監視とは無関係に到達性確認の要求信号を複数の回線をそれぞれ介して前記エッジルータへ送信し、応答信号の有無を回線毎に検出する手段と、前記ＳＩＰサーバからの要求信号に対して応答信号を送信する際に前記回線毎の応答信号の有無を各回線の死活監視結果として送信する手段と、を有することを要旨とする。

請求項３に記載の回線切替システムは、請求項２に記載の回線切替システムにおいて、前記スイッチは、前記ＳＩＰサーバによる間接的な死活監視の周期よりも長い周期で各回線の死活を検出することを要旨とする。

請求項４に記載の回線切替システムは、請求項１乃至３のいずれかに記載の回線切替システムにおいて、前記ＳＩＰサーバは、故障した回線が収容されたエッジルータと異なるエッジルータに収容された回線に切り替えることを要旨とする。

本発明によれば、ユーザ回線の信頼性を向上できる。

本発明の概要を説明するための図である。 ユーザ回線切替システムの全体構成例を示す図である。 レイヤ３スイッチの機能ブロック構成例を示す図である。 ＮＡＴ機能を説明するための図である。 ＳＩＰサーバの機能ブロック構成例を示す図である。 ユーザ回線の切替状態の遷移例を示す図である。 本発明のネットワークの位置付けを説明するための図である。 ユーザ回線切替システムの従来構成例を示す図である。

本発明では、図１に示すユーザ回線切替方法を用いることにより前述の課題を解決する。すなわち、ロードバランサ４の代わりにＳＩＰサーバ５からスイッチ３のユーザ回線毎のループバックＩＦへ定期的にｐｉｎｇによる死活監視を行うとともに、スイッチ３から各ユーザ回線Ｃ１〜Ｃ４を介して第１のサービスエッジ１及び第２のサービスエッジ２へ定期的にｐｉｎｇによる死活監視を行う。また、スイッチ３での死活監視結果をＳＩＰサーバ５からの死活監視によりＳＩＰサーバ５へ返すようにする。

そして、ＳＩＰサーバ５は、スイッチ３での死活監視結果から各ユーザ回線の状態変化を検出すると、ＳＩＰヘッダの発番号を変更することにより第１のユーザ回線Ｃ１〜第４のユーザ回線Ｃ４のうちいずれかに切り替える。なお、ここでいう自動切替とは、ＳＩＰサーバ５で行われた発番号の変更に基づき、ロードバランサ４で行われる変更後の発番号に対応するユーザ回線のＩＰアドレスへの送信をいう。

すなわち、ユーザ回線の監視主体をＳＩＰサーバ５に変更し、ＳＩＰサーバ５と各サービスエッジ１，２との間のｐｉｎｇ到達区間をスイッチ３で分割し、スイッチ３と各サービスエッジ１，２との間で行われたユーザ回線の死活監視結果をＳＩＰサーバ５からの死活監視に応じてスイッチ３からＳＩＰサーバ５へ送信するため、ＳＩＰサーバ５は各ユーザ回線の死活監視を間接的に実施でき、その監視結果に基づきユーザ回線を自動で切り替える（ＳＩＰヘッダの発番号を変更する）ことが可能となり、課題（１）を解決できる。

また、スイッチ３から各サービスエッジ１，２への死活監視周期をＳＩＰサーバ５からスイッチ３への死活監視周期よりも長くすることにより、第１のサービスエッジ１及び第２のサービスエッジ２の負荷を低減できるので、課題（２）を解決できる。

更に、ＳＩＰサーバ５がユーザ回線の状態変化を検出すると、検出されたユーザ回線を収容するサービスエッジ以外のサービスエッジのユーザ回線のＩＰアドレスに対応する発番号にＳＩＰヘッダの発番号を変更することにより、収容される各サービスエッジ１，２を跨いで運用／予備のユーザ回線の自動切り替えができるので、課題（３）も解決できる。これにより回線故障時の不稼働率を低減できるため、ユーザ回線の信頼性を更に向上可能となる。

以下、本発明を実施する一実施の形態について図面を用いて説明する。本実施の形態に係るユーザ回線切替システムの全体構成を図２に示す。ＮＧＮ側の構成は従来と同様であり、第１のサービスエッジ１及び第２のサービスエッジ２で構成される。

第１のサービスエッジ１は、発番号“0422-59-0001”を収容する第１のユーザ回線Ｃ１と発番号“0422-59-0003”を収容する第３のユーザ回線Ｃ３を収容している。また、第２のサービスエッジ２は、発番号“0422-59-0002”を収容する第２のユーザ回線Ｃ２と発番号“0422-59-0004”を収容する第４のユーザ回線Ｃ４を収容している。第１のユーザ回線Ｃ１と第２のユーザ回線Ｃ２が現用回線であり、残りのユーザ回線Ｃ３，Ｃ４が予備回線である。これら４つのユーザ回線Ｃ１〜Ｃ４には、図２に示すようなグローバルＩＰアドレス（Ｃ１→10.87.111.64、Ｃ２→10.87.111.65、Ｃ３→10.87.111.66、Ｃ４→10.87.111.67）が各回線番号と１対１で対応して付与されている。

一方、企業通信網側は、レイヤ３スイッチ３とファイアウォール６とロードバランサ４とＳＩＰサーバ５とＷｅｂ端末７で構成される。ｐｉｎｇの到達区間をスイッチで分割するため、本実施例ではレイヤ３スイッチを利用している。レイヤ３スイッチ３は、第１のユーザ回線Ｃ１〜第４のユーザ回線Ｃ４を介して第１のサービスエッジ１と第２のサービスエッジ２にそれぞれ接続され、ファイアウォール６を介してロードバランサ４に接続されている。

ここで、レイヤ３スイッチ３の機能を説明する。図３は、レイヤ３スイッチ３の機能ブロック構成を示す図である。レイヤ３スイッチ３は、回線監視実行部３１と回線監視結果応答部３２を備えて構成される。ユーザ回線毎にループバックＩＦを設定し、更にこのループバックＩＦへの返答経路を設定しておく。回線監視実行部３１では、４つのユーザ回線Ｃ１〜Ｃ４の死活監視をｐｉｎｇによるループバックＩＦにより行い、その結果をメモリに保持しておく。一方、回線監視結果応答部３２は、ＳＩＰサーバ５から自機の各ループバックＩＦへｐｉｎｇがそれぞれ送信されると、メモリに保持されている各ユーザ回線Ｃ１〜Ｃ４の死活監視結果をそれぞれ送信する。

引き続き、ファイアウォール６とロードバランサ４の機能を説明する。ファイアウォール６は、ＩＰアドレスの送信元がＳＩＰサーバ５であるｐｉｎｇを通過することを許容させるため、そのｐｉｎｇをＮＧＮ側へ通過させるようにフィルタリングが設定されている。

ロードバランサ４は、通常の信号パケットに対してはＮＡＴ（Network Address Translation）機能を有している。図４に示すように、ＳＩＰサーバ５ａからの通常信号パケットＰＡのプライベートＩＰアドレスをグローバルＩＰアドレスに変換し、第２のサービスエッジ２に通常信号パケットＰＡ’を送信する。サービスエッジ側のユーザ回線番号とグローバルＩＰアドレスは１対１で対応しており、ＳＩＰヘッダの回線番号をもとにユーザ回線のグローバルＩＰアドレスを割り出す。一方、ＳＩＰサーバ５からレイヤ３スイッチ３向けのループバックＩＦ用のｐｉｎｇについては、ＮＡＴ機能を利用することなく転送するように設定されている。

続いて、ＳＩＰサーバ５の機能を説明する。図５は、ＳＩＰサーバ５の機能ブロック構成を示す図である。ＳＩＰサーバ５は、回線監視実行部５１と回線状態判定部５２と回線切替部５３を備えて構成される。回線監視実行部５１では、スイッチ３の各ループバックＩＦへｐｉｎｇによる死活監視を行い、その死活監視に応じてスイッチ３から送信される各ユーザ回線の死活監視結果を受信する。回線状態判定部５２は、受信した回線死活監視結果から各ユーザ回線の状態変化の有無を判定する。回線切替部５３は、ＳＩＰ信号を受信すると、状態変化のあったユーザ回線を収容するサービスエッジ又はそれ以外のサービスエッジのユーザ回線のＩＰアドレスに対応する発番号にＳＩＰヘッダの発番号を変更する。

最後に、Ｗｅｂ端末７の機能を説明する。Ｗｅｂ端末７は、ＳＩＰサーバ５が提供する保守用のインタフェースを画面に表示する。これにより、保守者はコマンドを投入でき、ユーザ回線の死活監視結果等を確認できる。

次に、ユーザ回線切替システムで行うユーザ回線の監視切替方法を説明する。まず、ユーザ回線の監視方法について説明する。

最初に、ステップＳ１０１において、ＳＩＰサーバ５は、５秒間隔でレイヤ３スイッチ３の各ループバックＩＦに対してｐｉｎｇを送信し、各ユーザ回線Ｃ１〜Ｃ４の死活を間接的に監視する。ＳＩＰサーバ５からｐｉｎｇ送信後に１６秒のタイマ値を設定し、１６秒経過してもレイヤ３スイッチ３からの応答がない場合にはタイムアウト（１回失敗）とする。

なお、ｐｉｎｇの送信周期やタイマ値はプロパティに設定され、任意に変更可能である。また、前述したようにｐｉｎｇによる死活監視のため、ＳＩＰサーバ５とレイヤ３スイッチ３との間のＩＣＭＰ（Internet Control Message Protocol）でのｐｉｎｇを透過させるようにロードバランサ４、ファイアウォール６及びレイヤ３スイッチ３が適宜設定されている。

一方、ステップＳ１０１とは別に、レイヤ３スイッチ３は、各ユーザ回線のループバックＩＦに対してｐｉｎｇを送信し、各ユーザ回線Ｃ１〜Ｃ４の死活を直接監視する。この死活監視も定期的に行うが、ＳＩＰサーバ５とレイヤ３スイッチ３との間の死活監視周期（５秒）よりも長い時間で設定する。例えば６０秒間隔で死活監視を行う。ｐｉｎｇによる死活監視で疎通がない場合は、ＳＩＰサーバ５に死活監視が失敗であることを通知するため、レイヤ３スイッチ３からＳＩＰサーバ５への経路を無効化する。例えば、該当の回線経路にｎｕｌｌを挿入した死活監視結果を送信する。

次に、ステップＳ１０２において、ＳＩＰサーバ５は、レイヤ３スイッチ３からの死活監視結果に基づき各ユーザ回線の状態（現用、予備、故障、閉塞）を管理し、保守者からのコマンド要求に応じて各ユーザ回線の現在の状態をＷｅｂ端末７の画面に表示する。

次に、ステップＳ１０３において、ＳＩＰサーバ５は、ｐｉｎｇが３回連続して失敗又は成功したら、該当のユーザ回線が異常又は正常になったと判断する。現用状態又は予備状態のユーザ回線が異常と判断された場合は、故障状態に変更する。故障状態のユーザ回線が正常と判断された場合は、現用状態に変更する。条件によっては即座に予備状態に変更してもよい。過渡的状態を除き回線状態を変更した場合には、ユーザ回線毎にその旨を示すメッセージをＷｅｂ端末７の画面に出力する。

なお、ｐｉｎｇによる死活監視は、コマンドにてユーザ回線毎にＯＮ／ＯＦＦできる。ＯＮからＯＦＦにした場合は、その時点の状態に関わらず当該ユーザ回線を閉塞状態にし、死活監視を停止したことを示すメッセージをＷｅｂ端末７に出力する。閉塞状態のユーザ回線は利用の対象には含めない。一方、ＯＦＦからＯＮにした場合は、当該ユーザ回線を故障状態にし、死活監視を開始したことを示すメッセージをＷｅｂ端末７に出力する。その後の状態変更は死活監視の結果による。

続いて、ユーザ回線の切替方法について説明する。各ユーザ回線Ｃ１〜Ｃ４の現用、予備、及び故障状態でのユーザ回線の切替状態遷移を図６に示す。回線を切り替える場合はユーザ回線の発番号を切り替えるが、これはＳＩＰサーバ５にて通常信号パケットのＳＩＰヘッダの発番号を変更することにより実現する。これによりユーザ回線の切り替えを自動化できる。例えば、第１のユーザ回線Ｃ１が故障し、第３のユーザ回線Ｃ３に切り替える場合、第１のユーザ回線Ｃ１の発番号“0422-59-0001”を第３のユーザ回線Ｃ３の発番号“0422-59−0003”に変更する。以下詳述する。

最初に、ステップＳ２０１において、ＳＩＰサーバ５は、Ｗｅｂ端末７から発番号で指定された２本のユーザ回線をプライマリ、残りの２本のユーザ回線を予備のセカンダリとし、１本のプライマリと１本のセカンダリをペア化した、２組のペアを形成する。通常はプライマリを現用状態とする。図６における状態ＳＴ１が該当する。

次に、ステップＳ２０２において、ＳＩＰサーバ５は、現用状態のユーザ回線が故障状態となった場合、ペアに予備状態のユーザ回線があれば現用状態にする。ペアに予備状態のユーザ回線がない場合、他ペアに予備状態のユーザ回線があれば現用状態にする。これにより、収容されるサービスエッジ１，２を跨いで運用／予備のユーザ回線の切り替えを可能とする。図６の状態ＳＴ７及び状態ＳＴ８が該当する。予備状態のユーザ回線が１本もなければ切り替えは行わない。現用のユーザ回線が切り替わる際は、どのユーザ回線からどのユーザ回線に切り替わったのかのメッセージをＷｅｂ端末７に出力する。

次に、ステップＳ２０３において、ＳＩＰサーバ５は、故障状態のユーザ回線が運用状態となった場合、当該ユーザ回線がプライマリであればそのままとする。その際に運用状態のセカンダリがあれば予備状態にする。また、セカンダリが２本あった場合はペアを優先する。当該ユーザ回線がセカンダリであれば即座に予備状態にする。但し、現用状態のユーザ回線が１本だけの場合、又は１本もない場合は、当該ユーザ回線はそのままとする。過渡的状態を除き現用のユーザ回線が切り替わる際は、どのユーザ回線からどのユーザ回線に切り替わったかを示すメッセージをＷｅｂ端末７に出力する。

次に、ステップＳ２０４において、ＳＩＰサーバ５は、運用状態のユーザ回線を通常２本とするが、１本しか運用状態がなくてもサービスを継続する。図６では、状態ＳＴ２、状態ＳＴ３、状態ＳＴ４、状態ＳＴ５が該当する。

その後、ステップＳ２０５において、ＳＩＰサーバ５は、全てのユーザ回線が故障状態及び／又は閉塞状態になった場合、Ｗｅｂ端末７からのサービス要求を拒否する。逆に、その状態から１本でも運用状態となった場合は許可する。それらの際には、サービス要求が拒否／許可されたことを示すメッセージをＷｅｂ端末７に出力する。

本実施の形態によれば、企業通信網内等のユーザのＳＩＰ信号を生成するＳＩＰサーバ５が各ユーザ回線Ｃ１〜Ｃ４の死活を監視するので、ユーザ回線の切替を自動で実施できる。また、ＳＩＰサーバ５とレイヤ３スイッチ３との間での死活監視と、レイヤ３スイッチ３と各サービスエッジ１，２との間での死活監視を独立して実行するので、後者の周期を前者のそれより長くすることによりサービスエッジの負荷を低減できる。また、他のサービスエッジに収容されているユーザ回線へ切り替えるので、切り替え可能なユーザ回線の制約が排除され、ユーザ回線の有効活用が図れるとともにユーザ回線故障への信頼性を向上できる。

１…第１のサービスエッジ
２…第２のサービスエッジ
３…スイッチ、レイヤ３スイッチ
３１…回線監視実行部
３２…回線監視結果応答部
４…ロードバランサ
５…ＳＩＰサーバ
５１…回線監視実行部
５２…回線状態判定部
５３…回線切替部
６…ファイアウォール
７…Ｗｅｂ端末
Ｃ１…第１のユーザ回線（現用回線）
Ｃ２…第２のユーザ回線（予備回線）
Ｃ３…第３のユーザ回線（現用回線）
Ｃ４…第４のユーザ回線（予備回線）
ＰＡ，ＰＡ’…パケット
ＳＴ…回線状態
Ｓ１０１〜Ｓ１０３、Ｓ２０１〜Ｓ２０５…ステップ

Claims (4)

1. ネットワークドメインを区分するスイッチを介して接続されたＳＩＰサーバとエッジルータとの間の回線を切り替える回線切替システムにおいて、
   前記ＳＩＰサーバは、
   到達性確認の要求信号を前記スイッチへ送信し、当該要求信号に対する応答信号とともに送信された各回線の死活監視結果を受信する手段と、
   前記各回線の死活監視結果に基づきＳＩＰ信号のヘッダ部に含まれる発番号を変更する又は変更しないことにより回線を切り替える手段と、
   を有することを特徴とする回線切替システム。
2. 前記スイッチは、
   前記ＳＩＰサーバによる間接的な死活監視とは無関係に到達性確認の要求信号を複数の回線をそれぞれ介して前記エッジルータへ送信し、応答信号の有無を回線毎に検出する手段と、
   前記ＳＩＰサーバからの要求信号に対して応答信号を送信する際に前記回線毎の応答信号の有無を各回線の死活監視結果として送信する手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の回線切替システム。
3. 前記スイッチは、
   前記ＳＩＰサーバによる間接的な死活監視の周期よりも長い周期で各回線の死活を検出することを特徴とする請求項２に記載の回線切替システム。
4. 前記ＳＩＰサーバは、
   故障した回線が収容されたエッジルータと異なるエッジルータに収容された回線に切り替えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回線切替システム。

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