JP7103883B2 - 通信システム、通信制御方法、及び通信装置 - Google Patents

通信システム、通信制御方法、及び通信装置 Download PDF

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Description

本発明は、ネットワーク内でバーストトラフィックなどによるパケット廃棄を抑止する通信システム、通信制御方法、及び通信装置に関する。
近年、動画配信サービス等の発展によるネットワークトラフィックの増大により、ネットワーク内におけるコアノードでは、より広帯域な回線を収容することが求められている。しかし、一般的にネットワーク内では、エッジノードがユーザ等を収容する回線はコアノードが収容する回線と比べ低速である。そのため、回線速度のギャップによるパケットの廃棄が、エッジノードでは問題となる。
上記問題を解決する機能を、コアノードとなるネットワークスイッチ等の通信装置に適用する技術として、例えば特許文献1に記載の技術が知られている。
特許文献1には、「サーバから配信されるユーザ宛てのパケットをネットワークへ送信するとともにネットワークを介して受信したパケットをサーバに送信する通信装置であって、前記ユーザ宛てのパケットは、前記ネットワークのエッジに位置するエッジ装置からユーザに送信されるものであり、通信装置は、前記サーバと前記ネットワーク間で送受信するパケットの中継およびパケットの帯域制御を行うとともにパケットに含まれるパケット関連情報を抽出するパケット中継部と、前記パケット関連情報と前記エッジ装置とユーザ間の回線の帯域情報に基づいて、ユーザ毎に前記エッジ装置における前記ユーザ宛ての送信キューのキュー長の推定値である仮想キュー長を計算して保持するとともに、前記仮想キュー長および予め定めた条件に基づいてユーザ毎に帯域制御の要否を判断する仮想キュー長計算部と、前記仮想キュー長計算部における判断結果に基づいて、前記パケット中継部においてユーザ毎に該ユーザ宛てのパケットの帯域制御を行うよう前記パケット中継部および前記仮想キュー長計算部を制御する制御部とを有する通信装置。」が記載されている。
特開2017-188870号公報
ネットワーク内において、サーバからユーザに向けたトラフィックは、高速であるサーバ回線を有する通信装置から、コアノードを含むネットワークを介して、ユーザ回線を収容するエッジノードに送信される。ユーザ回線を収容するエッジノードは、ユーザ回線に向けたトラフィックを蓄積するキューを有するが、ユーザ回線はネットワーク内の回線と比較し低速であるため、キューが溢れてパケットが廃棄される場合がある。
特許文献1では、コアノードとなる通信装置を介して送受信されるパケットの関連情報とエッジノードとユーザ間の回線の帯域情報に基づいて、ユーザ毎にエッジノードにおけるユーザ宛ての送信キューのキュー長の推定値である仮想キュー長を計算して保持するとともに、仮想キュー長および予め定めた条件に基づいてユーザ毎に帯域制御の要否を判断し、コアノードにおけるパケット中継部においてユーザ毎に当該ユーザ宛てのパケットの帯域制御を行う。
そのため、特許文献1の手法では、コアノード配下のネットワークにおけるトラフィックの揺らぎに対応できないという課題がある。また、特許文献1の手法は、コアノードを介さないエッジノード間の通信に対応できないという課題がある。なお、コアノードを介さないエッジノード間の通信とは、例えば、VoIP(Voice Over Internet Protocol)システム等でみられる、ユーザ間で直接通信を行うこと等を指す。
本発明の目的は、コアノードにおいて、トラフィックの経路及びコアノード以外の通信装置の機能の有無に関わらず、エッジノードにおけるパケット廃棄を抑止する通信システム、方法、及び装置を実現する。
本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。ユーザ端末にサービスを提供するサーバと前記ユーザ端末との間を接続するネットワークのデータの送受信を制御する通信装置と、前記通信装置を制御する管理装置とを備える通信システムであって、前記ネットワークは、前記ユーザ端末と前記通信装置との間に配置されるエッジ装置を含み、前記通信装置は、前記ユーザ端末及び前記サーバ間の通信フロー毎に、前記サーバから前記ユーザ端末に対して送信されるデータを一時的に蓄積するキューを保持し、前記キューを用いてデータの送受信を制御する中継部を有し、前記管理装置は、前記エッジ装置の稼働状態に関する情報である稼働状態情報を収集し、前記稼働状態情報に基づいて、前記エッジ装置においてデータ廃棄が発生している通信フローを特定し、前記特定された通信フローであって、前記ユーザ端末及び前記サーバの間の通信フローに対応するキューを用いた通信制御の設定の変更内容を算出し、前記変更内容を含む変更指示を前記通信装置に送信する監視部を有し、前記中継部は、前記変更指示を受信した場合、前記変更指示に含まれる前記変更内容に基づいて、前記特定された通信フローであって、前記ユーザ端末及び前記サーバの間の通信フローに対応するキューを用いた通信制御の設定を変更し、前記監視部によって特定されるデータ廃棄が発生している通信フローは、前記通信装置を介さない、第1エッジ装置に接続する前記ユーザ端末及び第2エッジ装置に接続する前記ユーザ端末の間の第1通信フローと、前記第1エッジ装置に接続する前記ユーザ端末及び前記サーバの間の第2通信フローとを含み、前記監視部は、前記第1通信フロー及び前記第2通信フローを考慮して前記変更内容を算出する。
本発明の一態様によれば、通信装置(コアノード)は、エッジ装置(エッジノード)におけるパケット廃棄を抑止することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
実施例1における通信システムの構成例を示す図である。 実施例1のコントローラの構成例を示す図である。 実施例1のコアノードの構成例を示す図である。 実施例1のコントローラのメモリに格納されるエッジノード情報のデータ構造の一例を示す図である。 実施例1のコントローラのメモリに格納されるコアノード情報のデータ構造の一例を示す図である。 実施例1のコントローラが実行する処理を説明するフローチャートである。 実施例1のコアノードが実行する処理を説明するフローチャートである。
以下、本発明に係る実施例を添付図面を用いて説明する。各図において共通の構成については同一の参照符号が付されている。
実施例1では、サーバからユーザ端末に対してサービスを提供するためのネットワークシステムを一例として本発明について説明する。例えば、サーバは、映像及び音楽等をユーザ端末に対して配信する。
図1は、実施例1のネットワークシステムの構成の一例を示す図である。
ネットワークシステムは、コントローラ100、コアノード200、複数のエッジノード300、複数のサーバ400、複数のユーザ端末500、及び複数の中継装置から構成されるエッジネットワーク700を含む。エッジネットワーク700は、一つ以上の中継装置から構成される。なお、エッジネットワーク700は、サーバ400及びユーザ端末500を接続するネットワークの一部を構成する。
コントローラ100及びコアノード200は、回線600を介して接続される。サーバ400-1及びコアノード200は、回線610-1を介して接続され、また、サーバ400-2及びコアノード200は、回線610-2を介して接続される。コアノード200及びエッジノード300-1は、回線620、エッジネットワーク700、及び回線630-1を介して接続され、また、コアノード200及びエッジノード300-2は、回線620、エッジネットワーク700、及び回線630-2を介して接続される。エッジノード300-1及びユーザ端末500-1は、回線640-1を介して接続され、エッジノード300-2及びユーザ端末500-2は、回線640-2を介して接続される。
なお、装置間の接続方式は、有線又は無線のいずれもよい。接続方式が有線である場合、装置間は、メタルケーブル及び光ケーブル等の接続線を用いて接続される。また、コアノード200及び各エッジノード300は、エッジネットワーク700を介せずに直接接続されてもよい。
サーバ400は複数のユーザ端末500に対してサービスを提供するため、回線610は、回線640よりも高速な回線が使用される。例えば、回線610-1、610-2は、それぞれ、10Gbps、40Gbpsであり、回線640-1、640-2は、それぞれ100Mbps、1Gbpsである。
サーバ400は、動画等のデータの配信サービス等を提供する。なお、ネットワーク内では、データはパケットとして送受信される。サーバ400は、図示しないCPU、メモリ、及びネットワークインタフェース等を備える。ユーザ端末500は、サービスを利用するユーザが操作する端末である。ユーザ端末500は、CPU、メモリ、及びネットワークインタフェース等を備える。一般的にサーバ400は、複数のユーザ端末500に対してサービスを提供するため、ユーザ端末500より処理能力が高い。
コントローラ100は、エッジノード300の状態を監視し、監視結果に基づいてコアノード200を制御する管理装置である。コントローラ100の構成の詳細については図2を用いて説明する。
コアノード200及びエッジノード300は、サーバ400及びユーザ端末500を接続するネットワークにおいて送受信されるデータ(パケット)の転送制御を行う通信装置である。
コアノード200は、パケット中継装置210を備える。コアノード200の構成の詳細については図3を用いて説明する。
エッジノード300は、図示しないCPU、メモリ、及びネットワークインタフェース等を備える。エッジノード300は、ユーザ端末500毎にユーザキュー310を保持する。エッジノード300は、サーバ400から送信されたパケットをユーザキュー310に蓄積し、回線640の帯域及びユーザ端末500の負荷に応じて、ユーザキュー310からパケットを読み出し、ユーザ端末500に送信する。
エッジノード300のメモリには、ポートの回線速度の設定情報、VLANの設定情報、パケット送信に使用する情報、並びに、受信パケット数、送信パケット数、及び廃棄パケット数等の統計データを管理するログ等、エッジノード300の稼働状態に関する情報が格納される。以下の説明では、エッジノード300の稼働状態に関する情報を稼働状態情報とも記載する。なお、パケット送信に使用する情報は、レイヤ2のネットワークの場合、FDB(Forwarding Data Base)であり、レイヤ3のネットワークの場合、IP経路情報である。また、SNMP(Simple Network Management Protocol)に対応するネットワークの場合、ログは、MIB(Management Information Base)として蓄積される。
実施例1では、エッジノード300は、稼働状態情報に対するアクセスを管理する機能を有するものとする。例えば、各エッジノード300に管理用のIPアドレスを割り当て、各エッジノード300のポートからIPアドレスに対してアクセスすることで、エッジノード300の管理を行うことができるものとする。
エッジノード300に設定するIPアドレスは、手動で設定してもよいし、ネットワークに設置されたDHCP(Dynamic Host Configuration Protocol)サーバを用いて自動的に設定してもよい。
また、管理者以外のユーザによるアクセスからエッジノード300を保護するために、当該IPアドレスにアクセスできるVLANを制限してもよい。例えば、管理用のIPアドレスにアクセスできるVLANを管理VLANとして設定すればよい。コントローラ100は、全IPアドレスに対するping(ブロードキャストping)を行うことでエッジノード300を発見できる。
実施例1では、コアノード200は、通信フローの宛先情報と、出力ポート及びユーザキュー211(図3参照)の識別情報との対応関係を示す情報を保持するものとする。以下の説明では当該情報をキュー割当情報とも記載する。レイヤ2のネットワークの場合、宛先情報はMACアドレスであり、レイヤ3のネットワークの場合、宛先情報はIPアドレスである。また、コアノード200は、キュー割当情報に対するアクセスを管理する機能を有するものとする。例えば、コアノード200に管理用のIPアドレスを割り当て、コアノード200のポートからIPアドレスに対してアクセスすることで、コアノード200の管理を行うことができるものとする。
コアノード200の管理用のIPアドレスの設定方法及び管理方法は、エッジノード300に設定するIPアドレスと同一の方法を適用することができる。
コントローラ100は、コアノード200及びエッジノード300にアクセスするためのIPアドレスの情報を予め保持しているものとする。
図2は、実施例1のコントローラ100の構成例を示す図である。
コントローラ100は、CPU110、メモリ120、及び通信インタフェース130を備える。各ハードウェアは内部バスを介して互いに接続される。
CPU110は、メモリ120に格納されるプログラムを実行する。CPU110が、プログラムにしたがって処理を実行することによって、特定の機能を実現する機能部(モジュール)として動作する。以下の説明では、特定の機能を実現するプログラムを主語に処理を説明する場合、CPU110がプログラムを実行していることを示す。
メモリ120は、CPU110が実行するプログラム及びプログラムが使用する情報を格納する。また、メモリ120は、プログラムが一時的に使用するワークエリアを含む。メモリ120に格納されるプログラム及び情報については後述する。
通信インタフェース130は、コアノード200、エッジノード300、及び中継装置等の外部装置と通信するためのインタフェースである。コントローラ100は、通信インタフェース130を用いて、外部装置からパケットを受信し、また、外部装置にパケットを送信する。
ここで、メモリ120に格納されるプログラム及び情報について説明する。メモリ120は、監視プログラム121、ノード情報収集プログラム122、キュー制御プログラム123、エッジノード管理情報124、及びコアノード管理情報125を保持する。
監視プログラム121は、コントローラ100全体を制御するプログラムである。監視プログラム121は、処理の契機の監視し、また、コアノード200が有するユーザキュー211(図3参照)を用いた通信制御の設定の変更が必要か否かを判定する。
ノード情報収集プログラム122は、SNMP等を利用して、エッジノード300及びコアノード200から情報を収集し、エッジノード管理情報124及びコアノード管理情報125を生成する。
キュー制御プログラム123は、エッジノード管理情報124及びコアノード管理情報125を参照し、ユーザキュー211(図3参照)を用いた通信制御の設定の変更内容を決定する。本実施例では、ユーザキュー211のキュー長と、ユーザキュー211からのパケット送信時に行われる帯域制御に使用する制御帯域とが決定される。
エッジノード管理情報124は、エッジノード300で発生したパケット廃棄に関する情報を格納する。エッジノード管理情報124の詳細については図4を用いて説明する。
コアノード管理情報125は、ユーザキュー211を用いた通信制御の設定に関する情報を格納する。コアノード管理情報125の詳細については図5を用いて説明する。
なお、コントローラ100が保持するプログラムは、機能毎に複数のプログラムに分けてもよいし、複数のプログラムを一つのプログラムにまとめてもよい。例えば、ノード情報収集プログラム122及びキュー制御プログラム123を監視プログラム121に包含するようにしてもよい。
図3は、実施例1のコアノード200の構成例を示す図である。
コアノード200は、パケット中継装置210、CPU220、メモリ230、及び複数の通信インタフェース240を備える。なお、コアノード200が備える通信インタフェース240は一つでもよい。
パケット中継装置210は、内部バスを介して複数の通信インタフェース240と接続する。また、パケット中継装置210、CPU220、及びメモリ230は、内部バスを介して互いに接続する。
CPU220及びメモリ230は、CPU110及びメモリ120と同一のものである。CPU220は、コントローラ100が決定した通信制御の設定に基づいて、パケット中継装置210にキュー長及び制御帯域の変更を指示する。
通信インタフェース240は、外部装置からパケットを受信した場合、パケット中継装置210にパケットを出力する。このとき、通信インタフェース240は、受信したパケットに制御情報を付与する。制御情報は、例えば、通信インタフェース240の識別情報及びVLAN(Virtual LAN)の識別番号等である。また、通信インタフェース240は、パケット中継装置210から出力されたパケットを外部装置に送信する。
パケット中継装置210は、コアノード200が受信したパケットの転送及び廃棄等の転送制御を行う。パケット中継装置210は、パケット転送に使用する転送情報の高速な検索、パケットのワイヤレートでの通信等、単純かつ高速な命令を実行するため、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアで構成される。
パケット中継装置210は、複数のユーザキュー211、複数の帯域制御部212、及び調停部213から構成されるキュー制御機構を複数含む。一つのユーザキュー211に対して一つの帯域制御部212がひも付くように管理される。また、一つの出力ポートに対して一つのキュー制御機構がひも付くように管理される。すなわち、パケット中継装置210は、出力ポートの数と同数のキュー制御機構を含む。
ユーザキュー211は、エッジノード300に接続される複数のユーザ端末500宛てのパケットを蓄積するキューである。実施例1では、ユーザキュー211のキュー長の初期値は予め定められているものとする。ただし、コントローラ100からの指示によって、ユーザキュー211のキュー長は動的に変更される。また、実施例1では、一つのユーザ端末500に対して一つのユーザキュー211が割り当てられるように管理されるものとする。
帯域制御部212は、ユーザキュー211に格納されるパケットの送信時の帯域制御を行う。具体的には、帯域制御部212は、制御帯域に基づいてユーザキュー211からパケットを読み出し、通信インタフェース240に対してパケットを出力する。制御帯域の初期値は予め設定されているものとする。ただし、コントローラ100からの指示によって、制御帯域は動的に変更される。
調停部213は、各ユーザキュー211から出力されるパケットの衝突等を回避するための調整を行う。
ユーザキュー211及び帯域制御部212は、エッジノード300で発生するパケットの廃棄を回避するための構成である。実施例1では、コントローラ100が、エッジノード300の状態に応じて、キュー長及び制御帯域を動的に変更する。
ここで、コアノード200がサーバ400からパケットを受信した場合の処理について説明する。
パケット中継装置210は、任意のユーザ端末500宛てのパケットをサーバ400から受信した場合、パケットを転送するために使用されるヘッダ情報等に基づいて、転送先のエッジノード300行きの出力ポートを特定し、また、ハッシュ値を算出する。例えば、レイヤ2のネットワークの場合、パケット中継装置210は、宛先MACアドレス(Destination_MAC_Address)からハッシュ値を算出し、レイヤ3のネットワークの場合、パケット中継装置210は、宛先IPアドレス(Destination_IP_Address)からハッシュ値を算出する。
パケット中継装置210は、特定された出力ポートにひも付くキュー制御機構に含まれるユーザキュー211の中から、ハッシュ値に対応するユーザキュー211を特定し、当該ユーザキュー211にパケットを格納する。
なお、受信したパケットに対応する通信フローの設定が存在しない場合、パケット中継装置210は、受信したパケットの格納先を特定されたユーザキュー211に設定し、また、当該ユーザキュー211にひも付く帯域制御部212の制御帯域に初期値を設定することによって、通信フローの設定を行う。例えば、パケット中継装置210は、宛先情報と、出力ポート及びユーザキュー211の識別情報との対応関係を示す情報を保持する。以下の説明では当該情報をキュー割当情報とも記載する。レイヤ2のネットワークの場合、宛先情報はMACアドレスであり、レイヤ3のネットワークの場合、宛先情報はIPアドレスである。
帯域制御部212は、設定された制御帯域にしたがって、ユーザキュー211からパケットを読み出し、エッジノード300に読み出されたパケットを送信する。
図4は、実施例1のコントローラ100が保持するエッジノード管理情報124のデータ構造の一例を示す図である。
エッジノード管理情報124は、一つのユーザ端末500向けの通信フローにおけるパケット廃棄の発生状況を把握するための情報を含むエントリを格納する。図4に示すエッジノード管理情報124にはn個のエントリが格納される。
エッジノード管理情報124に格納されるエントリは、装置ID12401、出力ポート12402、回線帯域12403、廃棄パケット数12404、Destination_IP_Address12405、及びDestination_MAC_Address12406から構成される。なお、前述したエントリの構成は一例であってこれに限定されない。
装置ID12401は、パケット廃棄の発生が検出されたエッジノード300を一意に識別するための識別情報を格納するフィールドである。例えば、コントローラ100がエッジノード300に設定されたIPアドレスを把握している場合、装置ID12401には当該IPアドレスが格納される。
出力ポート12402は、パケット廃棄が発生した通信フローを流れるパケットの送信先であるエッジノード300のポート(出力ポート)の識別情報を格納するフィールドである。実施例1の出力ポート12402には出力ポートの番号が格納される。
回線帯域12403は、出力ポートの回線帯域を格納するフィールドである。
廃棄パケット数12404は、通信フローに対応するユーザキュー310におけるパケットの廃棄数を格納するフィールドである。
Destination_IP_Address12405及びDestination_MAC_Address12406は、通信フローを特定するための情報を格納するフィールドである。具体的には、Destination_IP_Address12405は、パケットの宛先を示すIPアドレスを格納するフィールドである。Destination_MAC_Address12406は、パケットの宛先を示すMacアドレスを格納するフィールドである。
なお、エントリは、Destination_IP_Address12405及びDestination_MAC_Address12406のいずれか一方のみを含んでもよい。
図5は、実施例1のコントローラ100が保持するコアノード管理情報125のデータ構造の一例を示す図である。
コアノード管理情報125は、パケット廃棄の発生した一つの通信フローに対するユーザキュー211の制御内容を管理するための情報を含むエントリを格納する。図5に示すコアノード管理情報125にはn個のエントリが格納される。
コアノード管理情報125に含まれるエントリは、Destination_IP_Address12501、Destination_MAC_Address12502、出力ポート12503、キュー番号12504、Limitキュー長12505、及びキュー帯域12506から構成される。なお、前述したエントリの構成は一例であってこれに限定されない。
Destination_IP_Address12501、Destination_MAC_Address12502は、Destination_IP_Address12405及びDestination_MAC_Address12406と同一のフィールドである。Destination_IP_Address12501及びDestination_MAC_Address12502の少なくともいずれかによって特定される通信フローに対して一つのエントリが生成される。
出力ポート12503は、パケット廃棄が発生した通信フローを流れるパケットの送信先であるコアノード200のポート(出力ポート)の識別情報を格納するフィールドである。実施例1の出力ポート12503には出力ポートの番号が格納される。キュー番号12504は、パケット廃棄が発生した通信フローを流れるパケットを格納するユーザキュー211の識別番号を格納するフィールドである。実施例1のキュー番号12504にはユーザキュー211の番号が格納される。
なお、キュー番号12504に同一の値が設定されたエントリが二つ以上存在する場合があるが、実施例1のユーザキュー211は、出力ポート及びキューの番号の組によって一意に定まるため特に問題とはならない。
Limitキュー長12505は、ユーザキュー211のキュー長の最大値を格納するフィールドである。実施例1では、ユーザキュー211は、Limitキュー長12505に設定された値以下となるように調整される。
キュー帯域12506は、制御帯域を格納するフィールドである。
複数のコアノード200が存在するネットワークの場合、コントローラ100は、コアノード200毎にコアノード管理情報125を保持する。
次に、図6及び図7を用いて、コントローラ100及びコアノード200が実行する処理の詳細について説明する。
図6は、実施例1のコントローラ100が実行する処理を説明するフローチャートである。
監視プログラム121は、実行契機を検知した場合、以下で説明する処理を開始する。例えば、監視プログラム121は、あらかじめ設定された実行周期を経過したか否かを判定し、実行周期を経過した場合、実行契機を検知したと判定する。なお、監視プログラム121は、管理者等から実行指示を受けた場合、実行契機を検知したと判定してもよい。
まず、監視プログラム121はノード情報収集プログラム122を呼び出す。ノード情報収集プログラム122は、ターゲットエッジノード300を選択して、選択されたターゲットエッジノード300にアクセスして稼働状態情報を取得し(ステップS101)、パケット廃棄が発生しているか否かを判定する(ステップS102)。
具体的には、ノード情報収集プログラム122は、エッジノード300のIPアドレスの情報に基づいてターゲットエッジノード300を選択する。また、ノード情報収集プログラム122は、ターゲットエッジノード300にアクセスして、当該エッジノード300の稼働状態情報を取得する。ノード情報収集プログラム122は、稼働状態情報の一つであるMIB等に基づいて、ターゲットエッジノード300においてパケット廃棄が発生している通信フローが存在するか否かを判定する。
パケット廃棄が発生していないと判定された場合、ノード情報収集プログラム122は、ステップS104に進む。
パケット廃棄が発生していると判定された場合、ノード情報収集プログラム122は、エッジノード管理情報124にエントリを追加し(ステップS103)、その後、ステップS104に進む。ステップS103では、以下のような処理が実行される。
ノード情報収集プログラム122は、エッジノード管理情報124にエントリを追加し、追加されたエントリの装置ID12401にターゲットエッジノード300の識別情報を格納する。ターゲットエッジノード300の識別情報は、例えば、MIBに含まれる。
ノード情報収集プログラム122は、稼働状態情報の一つであるMIBから、出力ポート、出力ポートに設定される回線帯域、及びパケットの廃棄数を取得し、出力ポート12402、回線帯域12403、及び廃棄パケット数12404に取得した値を設定する。また、ノード情報収集プログラム122は、稼働状態情報の一つである経路情報から、出力ポートにひも付けられたIPアドレス及びMacアドレスを、通信フローを特定する情報として取得し、Destination_IP_Address12405及びDestination_MAC_Address12406に取得した値を設定する。
なお、一つのエッジノード300においてパケット廃棄が発生している通信フローが複数存在する場合、エッジノード管理情報124には、通信フロー毎にエントリが追加される。以上がステップS103の処理の説明である。
ステップS104では、ノード情報収集プログラム122は、全てのエッジノード300へのアクセスが完了したか否かを判定する(ステップS104)。
全てのエッジノード300へのアクセスが完了していないと判定された場合、ノード情報収集プログラム122は、ステップS101に戻り、同様の処理を実行する。
全てのエッジノード300へのアクセスが完了したと判定された場合、ノード情報収集プログラム122は、処理の終了を監視プログラム121に通知する。監視プログラム121は、当該通知を受信した場合、パケット廃棄が発生しているか否かを判定する(ステップS105)。
具体的には、監視プログラム121は、エッジノード管理情報124にエントリが存在するか否かを判定する。エッジノード管理情報124にエントリが存在する場合、監視プログラム121は、パケット廃棄が発生していると判定する。
パケット廃棄が発生していないと判定された場合、監視プログラム121は、処理を終了する。
パケット廃棄が発生していると判定された場合、監視プログラム121は、ターゲット通信フローを選択する(ステップS106)。
具体的には、監視プログラム121は、エッジノード管理情報124からエントリを一つ選択する。
次に、監視プログラム121は、コアノード200からターゲット通信フローに対応するユーザキュー211に関する情報を取得するための問合せを行い、コアノード200から取得した情報に基づいてコアノード管理情報125を更新する(ステップS107)。具体的には、以下のような処理が実行される。
監視プログラム121は、ターゲット通信フローを特定するための情報として、ステップS106において選択されたエントリのDestination_IP_Address12405及びDestination_MAC_Address12406からアドレスを取得する。以下の説明では、ターゲット通信フローを特定するための情報をターゲット通信フロー情報と記載する。
なお、ターゲット通信フロー情報には、宛先のIPアドレス及びMACアドレスの他に、送信元のIPアドレス及びMACアドレス(Source_IP_Address、Source_MAC_Address)、並びに、TCP(Transmission Control Protocol)及びUDP(User Datagram Protocol)におけるポート番号のいずれかが含まれてもよい。
監視プログラム121はノード情報収集プログラム122を呼び出す。ノード情報収集プログラム122は、ターゲット通信フロー情報を含む問合せをコアノード200に行う。
このとき、コアノード200は、ターゲット通信フロー情報及び経路情報に基づいて出力ポートの識別情報を取得する。コアノード200は、ターゲット通信フロー情報及び出力ポートの識別情報に基づいてキュー割当情報からユーザキュー211の識別情報を取得する。また、コアノード200は、出力ポートの識別情報に基づいて、出力ポートの設定情報から出力ポートのLimitキュー長を取得する。コアノード200は、前述の問合せに対する応答として、出力ポートの識別情報、ユーザキュー211の識別情報、及びLimitキュー長をコントローラ100に送信する。
ノード情報収集プログラム122は、Destination_IP_Address12501及びDestination_MAC_Address12502を参照して、ターゲット通信フロー情報に一致するエントリを検索する。エントリが存在しない場合、ノード情報収集プログラム122は、エントリを追加し、追加されたエントリのDestination_IP_Address12501及びDestination_MAC_Address12502に通信フローの宛先情報であるアドレスを設定する。
ノード情報収集プログラム122は、追加又は検索されたエントリの出力ポート12503、キュー番号12504、及びLimitキュー長12505に、コアノード200から取得した値を設定する。
ノード情報収集プログラム122は、ユーザキュー211に対応する帯域制御部212に設定する新規制御帯域を算出し、追加又は検索されたエントリのキュー帯域12506に算出された値を設定する。ここで、帯域の算出方法について説明する。
(1)パケット廃棄が発生したエッジノード300の出力ポートにひも付く通信フローが一つである場合、ノード情報収集プログラム122は、式(1)に基づいて制御帯域を算出する。
Figure 0007103883000001
なお、エッジノード管理情報124の装置ID12401及び出力ポート12402の値の組合せが同一であるエントリの数が、パケット廃棄が発生したエッジノード300の出力ポートにひも付く通信フローの数となる。
(2)パケット廃棄が発生したエッジノード300の出力ポートにひも付く通信フローが複数である場合、ノード情報収集プログラム122は、通信フローの数を考慮して、新規制御帯域を算出する。例えば、ノード情報収集プログラム122は、式(2)に基づいて制御帯域を算出する。
Figure 0007103883000002
なお、統計多重効果を考慮する場合、ノード情報収集プログラム122は、式(3)に基づいて制御帯域を算出する。SQRTは正の平方根を返す関数である。
Figure 0007103883000003
なお、各通信フローでバーストトラフィックの発生頻度が稀であり、かつ、エッジノード300の出力ポートにひも付く複数の通信フロー間においてバーストトラフィックが同時に発生しないと推定される場合、ノード情報収集プログラム122は、式(1)に基づいて制御帯域を算出してもよい。
なお、前述の算出式は一例であってこれに限定されない。
ノード情報収集プログラム122は、監視プログラム121に処理の完了を通知する。以上がステップS107の処理の説明である。
次に、監視プログラム121は、キュー制御プログラム123を呼び出す。キュー制御プログラム123は、コアノード200にユーザキュー211の変更指示を送信する(ステップS108)。
具体的には、キュー制御プログラム123は、ステップS107において更新されたエントリから、出力ポート12503、キュー番号12504、Limitキュー長12505、及びキュー帯域12506の値を取得し、取得した値を含むユーザキュー211の変更指示をコアノード200に送信する。その後、キュー制御プログラム123は、処理の完了を監視プログラム121に通知する。
なお、コアノード200がコントローラ100の機能を有する場合、キュー制御プログラム123のユーザキュー211の変更指示は、独自の制御フレームを介して出力されてもよい。
実施例1では、ユーザキュー211のキュー長をLimitキュー長に設定するための変更指示を送信しているが、これに限定されない。キュー制御プログラム123が任意のアルゴリズムに基づいて新規キュー長を算出し、Limitキュー長の代わりに、新規キュー長を変更指示に含めてもよい。
次に、監視プログラム121は、エッジノード管理情報124からターゲット通信フローに対応するエントリを削除する(ステップS109)。
次に、監視プログラム121は、全ての通信フローについて処理が完了したか否かを判定する(ステップS110)。
具体的には、監視プログラム121は、エッジノード管理情報124が空であるか否かを判定する。エッジノード管理情報124が空である場合、監視プログラム121は、全ての通信フローについて処理が完了したと判定する。
全ての通信フローについて処理が完了していないと判定された場合、監視プログラム121は、ステップS106に戻り、同様の処理を実行する。
全ての通信フローについて処理が完了したと判定された場合、監視プログラム121は、処理を終了する。
図7は、実施例1のコアノード200が実行する処理を説明するフローチャートである。
CPU220は、実行契機を検知した場合、以下で説明する処理を開始する。実施例1では、コントローラ100からユーザキュー211の変更指示を受信した場合、コアノード200は実行契機を検知したと判定する。
CPU220は、ユーザキュー211の変更指示に含まれる出力ポート及びキュー番号に基づいてターゲットユーザキュー211を特定する(ステップS201)。
次に、CPU220は、ユーザキュー211の変更指示に含まれるキュー長及び帯域に基づいて、ターゲットユーザキュー211のキュー長及び帯域を変更する(ステップS202、ステップS203)。その後、CPU220は処理を終了する。
具体的には、CPU220は、ユーザキュー211の変更指示に含まれる出力ポート12503及びキュー番号12504の値に基づいて、ターゲットユーザキュー211を特定する。CPU220は、ユーザキュー211の変更指示に含まれるLimitキュー長12505の値に基づいて、ターゲットユーザキュー211のキュー長を変更する。また、CPU220は、ユーザキュー211の変更指示に含まれるキュー帯域12506の値に基づいて、ターゲットユーザキュー211にひも付く帯域制御部212に設定する帯域を変更する。
なお、コアノード200は、変更されたユーザキュー211の設定を初期値に戻すための処理を実行してもよい。例えば、以下のような処理が考えられる。
監視プログラム121は、ステップS108において、コアノード管理情報125のターゲット通信フローに対応するエントリにフラグ及び更新日時を付与する。更新日時は、例えば、キュー制御プログラム123を呼び出した日時である。
監視プログラム121は、ステップS110の処理が完了した後、フラグが付与されているエントリを検索し、当該エントリに付与された更新日時及び現在の日時に基づいて経過時間を算出する。監視プログラム121は、経過時間が閾値より大きい場合、当該エントリのLimitキュー長12505及びキュー帯域12506に初期値を設定し、さらに、フラグ及び更新日時を削除する。その後、監視プログラム121は、キュー制御プログラム123を介して、コアノード200にユーザキュー211の変更指示を送信する。
なお、コントローラ100及びコアノード200は、別々の装置として記載したが、コアノード200がコントローラ100と同等の機能を有する構成でもよい。
以上で説明したように、実施例1によれば、エッジノード300のユーザキュー310のパケットあふれに起因するパケット廃棄の発生が検知された場合、コントローラ100は、パケット廃棄が発生した通信フロー(パケットの宛先)に対応するユーザキュー211のキュー長及び帯域制御部212に設定する制御帯域を変更する。
エッジノード300の状態に合わせて、ユーザキュー211のキュー長及び制御帯域を変更できるため、リソースを効率的に利用して、パケット廃棄の抑止することができる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために構成を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成に追加、削除、置換することが可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部をハードウェアで実現してもよい。また、本発明は、実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。
100 コントローラ
110、220 CPU
120、230 メモリ
121 監視プログラム
122 ノード情報収集プログラム
123 キュー制御プログラム
124 エッジノード管理情報
125 コアノード管理情報
130、240 通信インタフェース
200 コアノード
210 パケット中継装置
211、310 ユーザキュー
212 帯域制御部
213 調停部
300 エッジノード
400 サーバ
500 ユーザ端末
600、610、620、630、640 回線
700 ネットワーク

Claims (12)

  1. ユーザ端末にサービスを提供するサーバと前記ユーザ端末との間を接続するネットワークのデータの送受信を制御する通信装置と、前記通信装置を制御する管理装置とを備える通信システムであって、
    前記ネットワークは、前記ユーザ端末と前記通信装置との間に配置されるエッジ装置を含み、
    前記通信装置は、前記ユーザ端末及び前記サーバ間の通信フロー毎に、前記サーバから前記ユーザ端末に対して送信されるデータを一時的に蓄積するキューを保持し、前記キューを用いてデータの送受信を制御する中継部を有し、
    前記管理装置は、
    前記エッジ装置の稼働状態に関する情報である稼働状態情報を収集し、前記稼働状態情報に基づいて、前記エッジ装置においてデータ廃棄が発生している通信フローを特定し、前記特定された通信フローであって、前記ユーザ端末及び前記サーバの間の通信フローに対応するキューを用いた通信制御の設定の変更内容を算出し、前記変更内容を含む変更指示を前記通信装置に送信する監視部を有し、
    前記中継部は、前記変更指示を受信した場合、前記変更指示に含まれる前記変更内容に基づいて、前記特定された通信フローであって、前記ユーザ端末及び前記サーバの間の通信フローに対応するキューを用いた通信制御の設定を変更し、
    前記監視部によって特定されるデータ廃棄が発生している通信フローは、前記通信装置を介さない、第1エッジ装置に接続する前記ユーザ端末及び第2エッジ装置に接続する前記ユーザ端末の間の第1通信フローと、前記第1エッジ装置に接続する前記ユーザ端末及び前記サーバの間の第2通信フローとを含み、
    前記監視部は、前記第1通信フロー及び前記第2通信フローを考慮して前記変更内容を算出することを特徴とする通信システム。
  2. 請求項1に記載の通信システムであって、
    前記監視部は、
    前記稼働状態情報を参照して、前記エッジ装置においてデータ廃棄が発生しているか否かを判定し、
    前記エッジ装置においてデータ廃棄が発生していると判定された場合、前記稼働状態情報に基づいて、データ廃棄が発生している通信フローを特定し、
    前記特定された通信フローに関する情報を含む問合せを前記通信装置に行うことによって、前記特定された通信フローであって、前記ユーザ端末及び前記サーバの間の通信フローに対応するキューを特定することを特徴とする通信システム。
  3. 請求項2に記載の通信システムであって、
    前記中継部は、前記キュー毎に、制御帯域に基づいて、前記キューに蓄積されたデータの送信時に帯域制御を行う帯域制御部を有し、
    前記監視部は、前記特定された通信フローであって、前記ユーザ端末及び前記サーバの間の通信フローに対応するキューの新規キュー長及び前記特定された通信フローであって、前記ユーザ端末及び前記サーバの間の通信フローに対応するキューの前記帯域制御部に設定する新規制御帯域を、前記変更内容として算出することを特徴とする通信システム。
  4. 請求項3に記載の通信システムであって、
    前記監視部は、前記エッジ装置及び前記ユーザ端末を接続する回線の帯域に基づいて前記新規制御帯域を算出することを特徴とする通信システム。
  5. ユーザ端末にサービスを提供するサーバと前記ユーザ端末との間を接続するネットワークのデータの送受信を制御する通信装置と、前記通信装置を制御する管理装置とを備えるネットワークシステムにおける通信制御方法であって、
    前記ネットワークは、前記ユーザ端末と前記通信装置との間に配置されるエッジ装置を含み、
    前記通信装置は、前記ユーザ端末及び前記サーバ間の通信フロー毎に、前記サーバから前記ユーザ端末に対して送信されるデータを一時的に蓄積するキューを保持し、前記キューを用いてデータの送受信を制御する中継部を有し、
    前記管理装置は、前記エッジ装置の稼働状態に関する情報である稼働状態情報を収集し、前記キューを用いた通信制御の設定を変更する監視部を有し、
    前記通信制御方法は、
    前記監視部が、前記稼働状態情報に基づいて、前記エッジ装置においてデータ廃棄が発生している通信フローを特定する第一のステップと、
    前記監視部が、前記特定された通信フローであって、前記ユーザ端末及び前記サーバの間の通信フローに対応するキューを用いた通信制御の設定の変更内容を算出する第二のステップと、
    前記監視部が、前記変更内容を含む変更指示を前記通信装置に送信する第三のステップと、
    前記中継部が、前記変更指示を受信した場合、前記変更指示に含まれる前記変更内容に基づいて、前記特定された通信フローであって、前記ユーザ端末及び前記サーバの間の通信フローに対応するキューを用いた通信制御の設定を変更する第四のステップと、を含み、
    前記監視部によって特定されるデータ廃棄が発生している通信フローは、前記通信装置を介さない、第1エッジ装置に接続する前記ユーザ端末及び第2エッジ装置に接続する前記ユーザ端末の間の第1通信フローと、前記第1エッジ装置に接続する前記ユーザ端末及び前記サーバの間の第2通信フローとを含み、
    前記第二のステップは、前記監視部が、前記第1通信フロー及び前記第2通信フローを考慮して前記変更内容を算出するステップを含むことを特徴とする通信制御方法。
  6. 請求項5に記載の通信制御方法であって、
    前記第一のステップは、
    前記監視部が、前記稼働状態情報を参照して、前記エッジ装置においてデータ廃棄が発生しているか否かを判定するステップと、
    前記監視部が、前記エッジ装置においてデータ廃棄が発生していると判定された場合、前記稼働状態情報に基づいて、データ廃棄が発生している通信フローを特定するステップと、
    前記監視部が、前記特定された通信フローに関する情報を含む問合せを前記通信装置に行うことによって、前記特定された通信フローであって、前記ユーザ端末及び前記サーバの間の通信フローに対応するキューを特定するステップと、を含むことを特徴とする通信制御方法。
  7. 請求項6に記載の通信制御方法であって、
    前記中継部は、前記キュー毎に、制御帯域に基づいて、前記キューに蓄積されたデータの送信時に帯域制御を行う帯域制御部を有し、
    前記第二のステップは、前記監視部が、前記特定された通信フローであって、前記ユーザ端末及び前記サーバの間の通信フローに対応するキューの新規キュー長及び前記特定された通信フローであって、前記ユーザ端末及び前記サーバの間の通信フローに対応するキューの前記帯域制御部に設定する新規制御帯域を、前記変更内容として算出するステップを含むことを特徴とする通信制御方法。
  8. 請求項7に記載の通信制御方法であって、
    前記第二のステップは、前記監視部が、前記エッジ装置及び前記ユーザ端末を接続する回線の帯域に基づいて前記新規制御帯域を算出するステップを含むことを特徴とする通信制御方法。
  9. ユーザ端末にサービスを提供するサーバと前記ユーザ端末との間を接続するネットワークのデータの送受信を制御する通信装置であって、
    前記ネットワークは、前記ユーザ端末と前記通信装置との間に配置されるエッジ装置を含み、
    前記通信装置は、
    前記ユーザ端末及び前記サーバ間の通信フロー毎に、前記サーバから前記ユーザ端末に対して送信されるデータを一時的に蓄積するキューを保持し、前記キューを用いてデータの送受信を制御する中継部と、
    前記エッジ装置の稼働状態に関する情報である稼働状態情報を収集し、前記稼働状態情報に基づいて、前記エッジ装置においてデータ廃棄が発生している通信フローを特定し、前記特定された通信フローであって、前記ユーザ端末及び前記サーバの間の通信フローに対応するキューを用いた通信制御の設定の変更内容を算出し、前記中継部に前記変更内容を出力する監視部と、を有し、
    前記中継部は、前記変更内容が入力された場合、当該変更内容に基づいて、前記特定された通信フローであって、前記ユーザ端末及び前記サーバの間の通信フローに対応するキューを用いた通信制御の設定を変更し、
    前記監視部によって特定されるデータ廃棄が発生している通信フローは、前記通信装置を介さない、第1エッジ装置に接続する前記ユーザ端末及び第2エッジ装置に接続する前記ユーザ端末の間の第1通信フローと、前記第1エッジ装置に接続する前記ユーザ端末及び前記サーバの間の第2通信フローとを含み、
    前記監視部は、前記第1通信フロー及び前記第2通信フローを考慮して前記変更内容を算出することを特徴とする通信装置。
  10. 請求項9に記載の通信装置であって、
    前記監視部は、
    前記稼働状態情報を参照して、前記エッジ装置においてデータ廃棄が発生しているか否かを判定し、
    前記エッジ装置においてデータ廃棄が発生していると判定された場合、前記稼働状態情報に基づいて、データ廃棄が発生している通信フローを特定し、
    前記特定された通信フローに関する情報を含む問合せを前記中継部に行うことによって、前記特定された通信フローであって、前記ユーザ端末及び前記サーバの間の通信フローに対応するキューを特定することを特徴とする通信装置。
  11. 請求項10に記載の通信装置であって、
    前記中継部は、前記キュー毎に、制御帯域に基づいて、前記キューに蓄積されたデータの送信時に帯域制御を行う帯域制御部を有し、
    前記監視部は、前記特定された通信フローであって、前記ユーザ端末及び前記サーバの間の通信フローに対応するキューの新規キュー長及び前記特定された通信フローであって、前記ユーザ端末及び前記サーバの間の通信フローに対応するキューの前記帯域制御部に設定する新規制御帯域を、前記変更内容として算出することを特徴とする通信装置。
  12. 請求項11に記載の通信装置であって、
    前記監視部は、前記エッジ装置及び前記ユーザ端末を接続する回線の帯域に基づいて前記新規制御帯域を算出することを特徴とする通信装置。
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