JP7322951B2 - 経路制御装置、経路制御方法、プログラム、および、ネットワークシステム - Google Patents

Description

本発明は、経路制御装置、経路制御方法、プログラム、および、ネットワークシステムに関する。
本明細書において、ネットワークを「ＮＷ」と表記する場合がある。

5G（第５世代移動通信システム）に代表されるように、低遅延が要求される通信ネットワークにおいては通信ネットワーク内での伝送遅延がなるべく小さくなる経路、つまり、伝送距離が短い経路を選択する必要がある。

例えば、通信ネットワーク内の経路制御で用いられるOSPF（Open Shortest Path First）では、経路上の各リンクに設定されるリンクコストの合計が最小となるような経路を選択する。このため、OSPFに従うと、必ずしも伝送距離が最小となる経路を選択することができない。このとき、リンクコストを伝送距離に比例する値として設定すればOSPFのみを用いて伝送距離が最小となる最短経路を選択することができる。しかし、実際のネットワーク運用では各リンクの優先度や冗長構成を考慮してリンクコストが設定される。このため、リンクコストを伝送距離に比例する値として設定することは困難である。また、通信ネットワーク内の遅延状態は一定では無く、時間経過で変化する場合がある。このため、伝送距離に比例した値として固定的に設定されたリンクコストによる経路制御では、遅延最小の経路が選択されるとは限らない。その結果、サービスに悪影響を与える可能性がある。

また、各フロー単位で経路制御が可能なOpenflowを用いることでネットワークの状態に合わせて遅延最小となるように経路制御を行う手法が提案されている（非特許文献１参照）。しかし、この手法では全てのフローに対して経路制御を行う必要があるため、経路計算や制御の負荷が高くなってしまう。その結果、Openflowを用いた経路制御を、とりわけ大規模なネットワークへ適用することは難しい。

Uppal, Hardeep, and Dane Brandon. "OpenFlow based load balancing." CSE561: Networking Project Report, University of Washington (2010).

このような事情に鑑みて、本発明は、通信ネットワーク内の伝送遅延を低減し、計算負荷を低減する経路制御を実現することを課題とする。

前記した課題を解決するため、本発明は、所定のサービスが提供される通信ネットワークに対する経路制御を行う経路制御装置であって、前記通信ネットワークの構成を示すＮＷ構成情報を生成する構成管理部と、前記ＮＷ構成情報に基づいて、前記通信ネットワークに配置されているノード間の伝送遅延が最小になる経路を最短経路情報として計算する計算部と、前記サービスのうち、伝送遅延の許容値が所定値以下であることを要求される低遅延サービスに対し、前記計算した経路を設定する設定部と、を備え、前記通信ネットワークの構成変更があった場合、前記構成管理部は、前記ＮＷ構成情報を更新し、前記計算部は、前記更新されたＮＷ構成情報に基づいて、計算した前記最短経路情報が示す経路のうち、変更の可能性がある経路となる変更候補を所定の抽出条件に基づき抽出し、抽出された変更候補としての経路に対して伝送遅延が最小となる経路を最短経路改情報として再計算し、前記設定部は、前記最短経路改情報と前記最短経路情報とを比較して差分経路情報を生成し、前記低遅延サービスに対し、前記差分経路情報に基づき経路を設定することを特徴とする。

本発明によれば、通信ネットワーク内の伝送遅延を低減し、計算負荷を低減する経路制御を実現することができる。

本実施形態における経路制御装置の例の機能構成図である。 初期の経路設定に関する処理のフローチャートである。 通信ネットワークの構成変更時の経路設定に関する処理のフローチャートである。 初期の経路設定の具体例におけるＮＷ構成情報と、サービス情報と、最短経路情報と、通信経路情報との説明図である。 初期の経路設定をした通信ネットワークの説明図である。 通信ネットワークの構成変更時の経路設定の具体例におけるＮＷ構成情報と、通信経路情報と、最短経路情報と、変更候補情報と、最短経路改情報と、差分経路情報と、更新後の通信経路情報と、更新後の最短経路情報との説明図である。 通信ネットワークの構成変更時の経路設定をした通信ネットワークの説明図である。 経路制御装置の機能を実現するコンピュータの一例を示すハードウェア構成図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」という）について説明する。

＜構成＞
本実施形態の経路制御装置は、所定のサービスが提供される通信ネットワークに対する経路制御を行う計算機である。通信ネットワークには、複数のノードと、ノード間をつなぐリンクとを備える。ノードおよびリンクは物理的でもよいし、仮想的でもよい。なお、経路制御装置と通信ネットワークとを備えるネットワークシステムが構成される。

図１に示すように、本実施形態の経路制御装置１は、構成管理部１１、計算部１２、および、設定部１３といった機能部を備える。また、本実施形態の経路制御装置１は、ＮＷ構成情報ｔ１、サービス情報ｔ２、最短経路情報ｔ３、通信経路情報ｔ４、変更候補情報ｔ５、最短経路改情報ｔ６、差分経路情報ｔ７といった情報を記憶する。

構成管理部１１は、通信ネットワークから、具体的には通信ネットワークに配置されるノードから情報を取得する。取得した情報は、例えば、通信ネットワークのトポロジを示すトポロジ情報や、伝送遅延の値または伝送距離を示す遅延情報であるが、これらに限定されない。トポロジ情報は、例えば、ＬＬＤＰ（Link Layer Discovery Protocol）のネイバ情報やＯＳＰＦのネイバ情報であるがこれらに限定されない。遅延情報は、例えば、ノード間で検査パケット（例：ping, DM（Delay Measurement））を送信し、測定して得られる情報である。構成管理部１１は、通信ネットワークから取得した情報からＮＷ構成情報ｔ１を生成する。

通信ネットワークの構成変更があった場合、構成管理部１１は、ＮＷ構成情報ｔ１を更新する。通信ネットワークの構成変更の要因は、例えば、伝送遅延変化、リンクの追加、リンクの削除、ノードまたはリンクの故障があるが、これらに限定されない。ノードの故障を、当該ノードにつながるリンクの故障とみなした場合、故障を、リンクの故障に一元化することができる。

計算部１２は、ＮＷ構成情報ｔ１に基づいて、各ノード間の伝送遅延が最小になる経路を計算する。計算部１２は、計算した経路を最短経路情報ｔ３として生成する。

通信ネットワークの構成変更があった場合、計算部１２は、更新されたＮＷ構成情報ｔ１と、生成済みの最短経路情報ｔ３とに基づいて、最短経路情報ｔ３が示す経路のうち、変更の可能性がある経路となる変更候補を抽出する。なお、変更候補を抽出するための抽出条件は、後記する。計算部１２は、抽出した変更候補を示す変更候補情報ｔ５を生成する。また、計算部１２は、抽出された変更候補としての経路に対して、伝送遅延が最小になる経路を再計算する。計算部１２は、再計算した経路を最短経路改情報ｔ６として生成する。

なお、計算部１２が変更候補となる経路を抽出するための抽出条件には、主に、以下の抽出条件［１］～［３］があるが、これらに限定されない。

抽出条件［１］：通信ネットワークの構成変更としてリンクの追加があった場合、追加されたリンクの伝送遅延の値よりも大きい値を持つ経路（追加されたリンクの伝送遅延の値が10msであった場合、10msより大きな値を持つ経路）。
抽出条件［２］：通信ネットワークの構成変更として特定経路の伝送遅延の値が大きくなった場合、伝送遅延が大きくなったリンクが含まれる経路。故障または削除したリンクも「伝送遅延が大きくなったリンク」に該当する（伝送遅延値∞として扱うため）。または、伝送遅延の現在値が構成変更前の値より大きい経路を抽出するとしてもよい（特定経路の伝送遅延の値が30ms→40msとなった場合、30msよりも大きい経路を変更候補として抽出）。
抽出条件［３］：通信ネットワークの構成変更として特定経路の伝送遅延の値が小さくなった場合、伝送遅延の現在値が構成変更後の値より大きい経路（特定経路の伝送遅延の値が30ms→20msとなった場合、20msよりも大きい経路を変更候補として抽出）。または、現在の最短経路に伝送遅延が小さくなったリンクを含まない経路を抽出するとしてもよい。

抽出条件［１］～［３］に鑑みれば、変更候補となる、「最短経路情報ｔ３が示す経路のうち、変更の可能性がある経路」とは、通信ネットワークの構成変更によって伝送遅延が変更する経路といえる。

設定部１３は、サービス情報ｔ２と最短経路情報ｔ３とに基づいて、通信ネットワークに配置されているノードの各々に、計算部１２が計算した経路を設定する（経路設定）。経路の設定は、サービスごとに行われる。ここで、保守者端末から経路設定の指示をし、計算部１２は、当該指示を契機にして経路設定を行うこともできる。

なお、ノードに対する経路の設定そのものは周知であり、詳細な説明は省略する。また、設定部１３は、ノードに設定した経路を通信経路情報ｔ４として生成する。通信経路情報ｔ４は、サービスごとに生成される。

通信ネットワークの構成変更があった場合、設定部１３は、最短経路改情報ｔ６と通信経路情報ｔ４とを比較し、経路設定の変更箇所となるノードを差分として示す差分経路情報ｔ７を生成する。差分経路情報ｔ７は、該当の経路設定が行われるサービスの識別子を含んでおり、サービスごとに生成される。設定部１３は、差分経路情報ｔ７に基づいて、各ノードに経路を設定する。設定部１３は、経路の設定が完了すると、差分経路情報ｔ７で通信経路情報ｔ４を更新する。また、計算部１２は、差分経路情報ｔ７で（または最短経路改情報ｔ６で）最短経路情報ｔ３を更新する。

なお、設定部１３による差分経路情報ｔ７に基づく経路の設定は、通信ネットワークの構成変更に対して差分が発生しないサービス、または、低遅延サービス以外のサービスに対しては行わない。つまり、当該サービスに対しては、差分経路情報ｔ７は生成されない。このように、経路の再設定の対象を限定することにより、計算負荷低減を図ることが好ましい。
また、保守者端末から経路設定の指示をし、設定部１３は、当該指示を契機にして、差分経路情報ｔ７の生成や、差分経路情報ｔ７に基づく経路設定を行うこともできる。

ＮＷ構成情報ｔ１は、通信ネットワークの構成を示す情報であり、トポロジ情報や遅延情報を含む。また、ＮＷ構成情報ｔ１は、構成管理部１１が生成するのではなく、保守者が操作する保守者端末から入力された情報としてもよい。

サービス情報ｔ２は、通信ネットワーク上で提供されるサービスに関する情報である。サービス情報ｔ２は、サービスごとに生成される。サービス情報ｔ２は、例えば、対象サービスが低遅延を要求するか否かを示す情報、つまり、対象サービスについての伝送遅延許容値が所定値以下であることを要求されるか否かを示す情報を含む。また、サービス情報ｔ２は、例えば、設定部１３による経路の設定を自動で行うか、保守者端末から入力するかを示す情報を含む。また、サービス情報ｔ２は、例えば、対象のサービス用のパケットの、送信元ノードおよび宛先ノードを示す情報を含む。

経路制御装置１は、低遅延を要求するサービス（低遅延サービス）に対する経路制御としてSR（Segment Routing）を利用することができる。一方、低遅延を要求しないサービス（通常サービス）に対する経路制御としてＯＳＰＦによる自律制御の経路設定を行うことができる。

最短経路情報ｔ３は、ＮＷ構成情報ｔ１に基づいて計算された、各ノード間の伝送遅延が最短となる経路、および、当該経路による伝送遅延値を含む。

通信経路情報ｔ４は、通信ネットワークの各ノードに設定された経路を示す情報である。

変更候補情報ｔ５は、通信ネットワークの構成変更に伴い、更新されたＮＷ構成情報ｔ１と、生成済みの最短経路情報ｔ３とに基づいて、変更の可能性がある経路となる変更候補を示す情報である。

最短経路改情報ｔ６は、通信ネットワークの構成変更に伴い、変更候補情報ｔ５が示す変更候補に対して、伝送遅延が最小になる経路を計算部１２が計算することで、生成される情報である。

差分経路情報ｔ７は、通信ネットワークの構成変更に伴い、最短経路改情報ｔ６と通信経路情報ｔ４との差分を示す情報である。

＜処理＞
経路制御装置１の処理について説明する。経路制御装置１の処理は、初期の経路設定に関する処理（図２）と、通信ネットワークの構成変更時の経路設定に関する処理（図３）とに分けることができる。本処理については、通信ネットワーク上ではOSPF、SRが動作しており、各ノードではLLDPやDM等によりリンクの接続状態や遅延情報が取得できるという前提で説明する。しかし、本処理は、当該前提に限らず適用することができる。例えば、情報取得ができない通信ネットワークに対しても、保守者が必要な情報を入力するなどして、本処理を適用することができる。まず、初期の経路設定に関する処理（図２）について説明する。

図２に示すように、まず、経路制御装置１は、構成管理部１１によって、通信ネットワークから情報収集する（ステップＡ０）。構成管理部１１による情報収集は定期的に行うことができる。次に、経路制御装置１は、構成管理部１１によって、収集した情報から、ＮＷ構成情報ｔ１を生成する（ステップＡ１）。また、構成管理部１１は、保守者端末からの入力によってＮＷ構成情報ｔ１を生成することもできる。この場合、例えば、保守者端末からは既知の伝送距離や事前に測定した伝送遅延値が入力される。

次に、経路制御装置１は、計算部１２によって、ＮＷ構成情報ｔ１に基づいて、最短経路情報ｔ３として生成する（ステップＡ２）。

次に、経路制御装置１は、設定部１３によって、サービス情報ｔ２と最短経路情報ｔ３とに基づいて、サービスごとの経路設定を行う（ステップＡ３）。例えば、経路制御装置１は、保守者端末からの入力によって、サービス情報ｔ２をあらかじめ記憶している。

ここで、設定部１３は、サービス情報ｔ２に登録されているサービスのうち低遅延サービスに限定して経路設定を行うことができる。これにより、通信ネットワーク上で提供されているサービスのうち低遅延サービスについては、例えば、最短経路情報ｔ３に基づいてSRを利用した経路設定がなされる。一方、低遅延サービス以外のサービスについては、例えば、OSPFによる自律制御の経路設定がなされる。よって、経路設定の負荷を低減させることができる。
なお、設定部１３は、最短経路情報ｔ３の生成（ステップＡ２）を契機にする代わりに、運用者端末からの経路設定指示の入力を契機にして経路設定を行うこともできる。

最後に、経路制御装置１は、設定部１３によって、最短経路情報ｔ３に示される経路のうち、経路設定がなされた経路を示す通信経路情報ｔ４を生成する（ステップＡ４）。通信経路情報ｔ４では、経路設定がなされた経路と、当該経路を用いて提供されるサービス（サービス情報ｔ２から特定されるサービス）とが対応付けられて登録される。低遅延サービス以外のサービスに対して、例えば、OSPFによる自律制御の経路設定がなされた場合には、当該サービスについて通信経路情報ｔ４を生成しないようにすることもできる。

以上で、初期の経路設定に関する処理（図２）が終了する。
初期の経路設定に関する処理（図２）によれば、サービスごとの要求遅延レベルに応じた経路制御を実現することができる。

続いて、通信ネットワークの構成変更時の経路設定に関する処理（図３）について説明する。図３の処理は、図２の処理の後に実行される処理であり、経路制御装置１は、図２の処理で生成された各種情報を記憶している。
図３に示すように、まず、経路制御装置１は、構成管理部１１によって、通信ネットワークから情報収集する（ステップＢ０）。構成管理部１１による情報収集は定期的に行うことができる。また、収集される情報には、通信ネットワーク上のリンクの故障通知が含まれる場合がある。

次に、経路制御装置１は、構成管理部１１によって、通信ネットワークのトポロジの変更があったか否かを判定する（ステップＢ１）。トポロジの変更があった場合（ステップＢ１でＹｅｓ）、経路制御装置１は、構成管理部１１によって、トポロジの変更に応じて、ＮＷ構成情報ｔ１のトポロジ情報を更新する（ステップＢ２）。一方、トポロジの変更がなかった場合（ステップＢ１でＮｏ）、通信ネットワーク上で伝送遅延の変更があったことを意味する。このため、経路制御装置１は、構成管理部１１によって、伝送遅延の変更に応じて、ＮＷ構成情報ｔ１の遅延情報を更新する（ステップＢ７）。具体的には、特定経路の伝送遅延の値がＹms（「ms」は、ミリ秒の意味する）からＺmsに更新されたとする。

なお、伝送遅延には揺らぎがあるため、伝送遅延の変更の判定は、当該揺らぎの影響を低減することができるような判定であることが好ましい。例えば、伝送遅延に関するＮ回の連続した測定の平均値が、伝送遅延の現在値からＫ％以上変化した場合、当該平均値がＭ回連続で閾値を超えた場合に、伝送遅延の変更があったと判定することが好ましい。このような判定により、一時的な揺らぎに起因した、計算部１２の計算結果のずれ（ばたつき）を極めて小さくすることができる。

ステップＢ２の後、経路制御装置１は、構成管理部１１によって、トポロジの変更として、リンクの追加があったのかリンクの削除があったのかを判定する（ステップＢ３）。リンクの追加があった場合（ステップＢ３で「追加」）、経路制御装置１は、構成管理部１１によって、追加リンクの遅延測定をする（ステップＢ４）。遅延測定は、例えば、ping, DMで行うことができるがこれらに限定されない。遅延測定の結果、追加リンクの伝送遅延の値は、Ｘmsであったとする。一方、故障等によってリンクの削除があった場合（ステップＢ３で「削除」）、処理は、後記のステップＳ９に進む。なお、リンクの故障は、当該リンクの伝送遅延が∞として扱う。

ステップＢ４の後、経路制御装置１は、構成管理部１１によって、リンクの追加に応じて、ＮＷ構成情報ｔ１の遅延情報を更新する（ステップＢ５）。次に、経路制御装置１は、計算部１２によって、抽出条件［１］に従い、最短経路情報ｔ３から、Ｘmsより大きい伝送遅延を持つ経路を変更候補として抽出する（ステップＢ６）。

一方、ステップＢ７の後、経路制御装置１は、計算部１２によって、ＹmsからＺmsに更新された伝送遅延について、Ｙ＜Ｚの関係を満たすか否か判定する（ステップＢ８）。Ｙ＜Ｚの関係を満たす場合（ステップＢ８でＹｅｓ）、つまり、特定経路の伝送遅延の値が大きくなった場合、経路制御装置１は、計算部１２によって、抽出条件［２］に従い、最短経路情報ｔ３から、Ｙmsより大きい伝送遅延の経路を抽出する（ステップＢ９）。また、故障等によってリンクの削除があった場合（ステップＢ３で「削除」）、経路制御装置１は、計算部１２によって、抽出条件［２］に従い、最短経路情報ｔ３から、削除したリンクを含む経路を抽出する（ステップＢ９）。

一方、Ｙ＜Ｚの関係を満たさない場合（ステップＢ８でＮｏ）、つまり、特定経路の伝送遅延の値が小さくなった場合、経路制御装置１は、計算部１２によって、抽出条件［３］に従い、最短経路情報ｔ３から、Ｚmsより大きい伝送遅延の経路を抽出する（ステップＢ１０）。

次に、経路制御装置１は、計算部１２によって、ステップＢ６，Ｂ９，Ｂ１０にて抽出した経路を変更候補として示す変更候補情報ｔ５を生成する（ステップＢ１１）。次に、経路制御装置１は、計算部１２によって、抽出された変更候補としての経路に対して、伝送遅延が最小になる経路を再計算し、再計算した経路を最短経路改情報ｔ６として生成する（ステップＢ１２）。

次に、経路制御装置１は、設定部１３によって、最短経路改情報ｔ６と通信経路情報ｔ４とを比較し、差分経路情報ｔ７を生成する（ステップＢ１３）。次に、経路制御装置１は、設定部１３によって、差分経路情報ｔ７に基づいて経路設定を行う（ステップＢ１４）。

次に、経路制御装置１は、設定部１３によって、差分経路情報ｔ７で通信経路情報ｔ４を更新し、最短経路改情報ｔ６で最短経路情報ｔ３を更新する（ステップＢ１５）。これにより、差分経路情報ｔ７の内容が通信経路情報ｔ４に反映され、最短経路改情報ｔ６の内容が最短経路情報ｔ３に反映される。

以上で、通信ネットワークの構成変更時の経路設定に関する処理（図３）が終了する。
通信ネットワークの構成変更時の経路設定に関する処理（図３）によれば、経路変更を伴うサービスについて、伝送遅延が最小となる経路制御を実現することができる。

＜具体例＞
次に、経路制御装置１による経路制御の具体例を説明する。

初期の経路設定を行う際、経路制御装置１が記憶するＮＷ構成情報ｔ１は、図４に示す通りであったとする。通信ネットワークには、「１」～「４」の番号を持つノード１～ノード４が配置されており、リンク１～リンク４が形成されている。図４のＮＷ構成情報ｔ１の図示中、「リンク１：１⇔２，5ms」という表記は、リンク１が、ノード１とノード２とをつなぐ、伝送遅延が5msであることを示す。
また、「リンク２：１⇔３，10ms」という表記は、リンク２が、ノード１とノード３とをつなぐ、伝送遅延が10msであることを示す。
また、「リンク３：２⇔４，30ms」という表記は、リンク３が、ノード２とノード４とをつなぐ、伝送遅延が30msであることを示す。
また、「リンク４：３⇔４，20ms」という表記は、リンク４が、ノード３とノード４とをつなぐ、伝送遅延が20msであることを示す。

通信ネットワーク上には、３種類のサービスＳ１～Ｓ３（図５参照）が提供されている。
説明の便宜上、「ノード１」～「ノード４」をそれぞれ、ノードＮ１～Ｎ４と表記する場合がある。また、リンク１～リンク４をそれぞれＬ１～Ｌ４と表記する場合がある。また、サービスＳ１～Ｓ３をそれぞれ、「サービス１」～「サービス３」と表記する場合がある。

経路制御装置１が記憶するサービス情報ｔ２は、図４に示す通りであったとする。図４のサービス情報ｔ２の図示中、「サービス１：低遅延 ノード１→ノード４」という表記は、サービスＳ１が低遅延を要求するサービスであり、ノードＮ１がサービスＳ１用のパケットの送信元ノードであり、ノードＮ４がサービスＳ１用のパケットの宛先ノードであることを示す。
また、「サービス２：低遅延 ノード２→ノード３」という表記は、サービスＳ２が低遅延を要求するサービスであり、ノードＮ２がサービスＳ２用のパケットの送信元ノードであり、ノードＮ３がサービスＳ２用のパケットの宛先ノードであることを示す。
また、「サービス３：通常 ノード１→ノード４」という表記は、サービスＳ３が低遅延を要求しないサービスであり、ノードＮ１がサービスＳ３用のパケットの送信元ノードであり、ノードＮ４がサービスＳ３用のパケットの宛先ノードであることを示す。

経路制御装置１は、計算部１２によって、最短経路情報ｔ３を生成する（図２のステップＡ２参照）。図４の最短経路情報ｔ３の図示中、「ノード１→ノード２：１→２，5ms」という表記は、ノードＮ１を始点とし、ノードＮ２を終点とし、ノードＮ１，Ｎ２をこの順で経由する経路の伝送遅延が5msであることを示す。
また、「ノード１→ノード３：１→３，10ms」という表記は、ノードＮ１を始点とし、ノードＮ３を終点とし、ノードＮ１，Ｎ３をこの順で経由する経路の伝送遅延が10msであることを示す。
また、「ノード１→ノード４：１→３→４，30ms」という表記は、ノードＮ１を始点とし、ノードＮ４を終点とし、ノードＮ１，Ｎ３，Ｎ４をこの順で経由する経路の伝送遅延が30（=10+20）msであることを示す。
また、「ノード２→ノード３：２→１→３，15ms」という表記は、ノードＮ２を始点とし、ノードＮ３を終点とし、ノードＮ２，Ｎ１，Ｎ３をこの順で経由する経路の伝送遅延が15（=5+10）msであることを示す。
また、「ノード２→ノード４：２→４，30ms」という表記は、ノードＮ２を始点とし、ノードＮ４を終点とし、ノードＮ２，Ｎ４をこの順で経由する経路の伝送遅延が30msであることを示す。
また、「ノード３→ノード４：３→４，20ms」という表記は、ノードＮ３を始点とし、ノードＮ４を終点とし、ノードＮ３，Ｎ４をこの順で経由する経路の伝送遅延が20msであることを示す。

経路制御装置１は、設定部１３によって経路設定をし、経路設定の結果として、通信経路情報ｔ４を生成する（図２のステップＡ４参照）。図４の通信経路情報ｔ４の図示中、「サービス１：低遅延 ノード１→ノード４ １→３→４」という表記は、サービス情報ｔ２のサービスＳ１による通信に用いられる経路が、ノードＮ１，Ｎ３，Ｎ４をこの順で経由する経路であることを示す。
また、「サービス２：低遅延 ノード２→ノード３ ２→１→３」という表記は、サービス情報ｔ２のサービスＳ２による通信に用いられる経路が、ノードＮ２，Ｎ１，Ｎ３をこの順で経由する経路であることを示す。

具体例に示す最短経路情報ｔ３に対して、図５に示すように、通信ネットワークにサービスＳ１～Ｓ３に対する初期の経路設定がなされ経路制御が実現する。低遅延が要求されるサービスＳ１については、最短経路情報ｔ３に基づいて、SRを利用した経路（１→３→４）が設定される。また、低遅延が要求されるサービスＳ２については、最短経路情報ｔ３に基づいて、SRを利用した経路（２→１→３）が設定される。また、「通常」であるサービス３については、OSPFによる自律制御の経路（１→２→４）が設定される。

通信ネットワークの構成変更として、図６のＮＷ構成情報ｔ１に示すように、リンク３の伝送遅延の値が30msから20msに変更したとする。つまり、（リンク３は、伝送遅延が小さくなったリンクであり、リンク３を含む経路は、伝送遅延が小さくなった経路である。なお、サービス情報ｔ２は、図４のサービス情報ｔ２と同じである。

経路制御装置１は、計算部１２によって、抽出条件［３］に従い、図６の最短経路情報ｔ３（図４の最短経路情報ｔ３と同じ）から、変更後の20msより大きい伝送遅延の経路を抽出する（図３のステップＢ１０参照）。また、経路制御装置１は、計算部１２によって、抽出した経路を変更候補として示す変更候補情報ｔ５を生成する（図３のステップＢ１１参照）。結果的に、図６の変更候補情報ｔ５に示すように、「ノード１→ノード４：１→３→４，30ms」と「ノード２→ノード４：２→４，30ms」との２つの経路が抽出される。

経路制御装置１は、計算部１２によって、抽出された２つの経路に対して、伝送遅延が最小になる経路を再計算し、最短経路改情報ｔ６を生成する（図３のステップＢ１１，Ｂ１２参照）。図６に示すように、最短経路改情報ｔ６では、「ノード１→ノード４：１→３→４，30ms」が「ノード１→ノード４：１→２→４，25ms」に変更し、「ノード２→ノード４：２→４，30ms」が「ノード２→ノード４：２→４，20ms」に変更する。

経路制御装置１は、設定部１３によって、図６の最短経路改情報ｔ６と図４の通信経路情報ｔ４とを比較し、差分経路情報ｔ７を生成する（図３のステップＢ１３参照）。本具体例では、設定部１３は、図６の最短経路改情報ｔ６の「ノード１→ノード４：１→２→４，25ms」と、図４の通信経路情報ｔ４の「サービス１：低遅延 ノード１→ノード４ １→３→４」とから、経路「１→３→４」を「１→２→４」に変更するとともに、経路「１→３→４」を用いていたサービスＳ１を抽出することで、図６に示す差分経路情報ｔ７を生成する。図６の差分経路情報ｔ７の図示中、「サービス１：低遅延 ノード１→ノード４ 現：１→３→４ 新：１→２→４」という表記は、サービス情報ｔ２のサービスＳ１による通信に用いられる経路が、「１→３→４」から「１→２→４」に変更することを示す。

設定部１３は、図６の差分経路情報ｔ７に基づいて経路設定を行う（図３のステップＢ１４参照）。

経路制御装置１は、設定部１３によって、図６の差分経路情報ｔ７で通信経路情報ｔ４を更新する（図３のステップＢ１５参照）。結果的に、図４の通信経路情報ｔ４は、図６の通信経路情報ｔ４ａに示すように書き換えられる。図６の通信経路情報ｔ４ａの図示中、「サービス１：低遅延 ノード１→ノード４ １→３→４⇒１→２→４」という表記は、サービス情報ｔ２のサービスＳ１による通信に用いられる経路が、「１→３→４」から「１→２→４」に変更したことを示す。
なお、伝送遅延が変更したリンクＬ３を含まない経路を用いるサービスＳ２は、図６の差分経路情報ｔ７に抽出されないため、図示の便宜上、図６の通信経路情報ｔ４ａの図示において、「サービス２：低遅延 ノード２→ノード３ ２→１→３」という表記は省略している。

また、経路制御装置１は、設定部１３によって、図６の最短経路改情報ｔ６で最短経路情報ｔ３を更新する（図３のステップＢ１５参照）。結果的に、図６の最短経路情報ｔ３（図４の最短経路情報ｔ３と同じ）は、図６の最短経路情報ｔ３ａに示すように書き換えられる。

図６の最短経路情報ｔ３ａの図示中、「ノード１→ノード４：１→３→４，30ms⇒１→２→４，25ms」という表記は、ノードＮ１を始点とし、ノードＮ４を終点とし、ノードＮ１，Ｎ３，Ｎ４をこの順で経由する経路からノードＮ１，Ｎ２，Ｎ４をこの順で経由する経路に変更され、当該変更後の経路の伝送遅延が25（=5+20）msに変更したことを示す。
また、図６の最短経路情報ｔ３ａの図示中、「ノード２→ノード４：２→４，30ms⇒２→４，20ms」という表記は、ノードＮ２を始点とし、ノードＮ４を終点とし、ノードＮ２，Ｎ４をこの順で経由する経路の伝送遅延が20msに変更したことを示す。
なお、図示の便宜上、図６の最短経路情報ｔ３ａにおいて、他の最短経路の表記は省略する。

具体例に示す、更新された最短経路情報ｔ３ａに対して、図７に示すように、通信ネットワークにサービスＳ１～Ｓ３に対する、通信ネットワークの構成変更時の経路設定がなされ経路制御が実現する。リンクＬ３の伝送遅延が小さくなったことに伴い、経路（１→３→４）が設定されていたサービスＳ１は、伝送遅延がより小さくなった経路（１→２→４）が設定される。

＜ハードウェア構成＞
また、上述してきた経路制御装置１は、例えば図８に示すようなハードウェア構成で示されるコンピュータｚによって実現される。コンピュータｚは、ＣＰＵ１ｚ、ＲＡＭ２ｚ、ＲＯＭ３ｚ、ＨＤＤ４ｚ、通信Ｉ／Ｆ（インターフェイス）５ｚ、入出力Ｉ／Ｆ６ｚ、およびメディアＩ／Ｆ７ｚを有する。

ＣＰＵ１ｚは、ＲＯＭ３ｚまたはＨＤＤ４ｚに格納されたプログラムに基づいて動作し、各部（構成管理部１１、計算部１２、設定部１３を含む）の制御を行う。ＲＯＭ３ｚは、コンピュータｚの起動時にＣＰＵ１ｚによって実行されるブートプログラムや、コンピュータｚのハードウェアに依存するプログラム等を格納する。

ＨＤＤ４ｚは、ＣＰＵ１ｚによって実行されるプログラム、および、かかるプログラムによって使用されるデータ等を格納する。通信Ｉ／Ｆ５ｚは、通信網９ｚを介して他の機器からデータを受信してＣＰＵ１ｚへ送り、ＣＰＵ１ｚが生成したデータを通信網９ｚを介して他の機器へ送信する。

ＣＰＵ１ｚは、入出力Ｉ／Ｆ６ｚを介して、ディスプレイやプリンタ等の出力装置、および、キーボードやマウス等の入力装置を制御する。ＣＰＵ１ｚは、入出力Ｉ／Ｆ６ｚを介して、入力装置からデータを取得する。また、ＣＰＵ１ｚは、生成したデータを入出力Ｉ／Ｆ６ｚを介して出力装置へ出力する。

メディアＩ／Ｆ７ｚは、記録媒体８ｚに格納されたプログラムまたはデータを読み取り、ＲＡＭ２ｚを介してＣＰＵ１ｚに提供する。ＣＰＵ１ｚは、かかるプログラムを、メディアＩ／Ｆ７ｚを介して記録媒体８ｚからＲＡＭ２ｚ上にロードし、ロードしたプログラムを実行する。記録媒体８ｚは、例えばＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＰＤ（Phase change rewritable Disk）等の光学記録媒体、ＭＯ（Magneto Optical disk）等の光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、または半導体メモリ等である。

例えば、コンピュータｚが経路制御装置１として機能する場合、コンピュータｚのＣＰＵ１ｚは、ＲＡＭ２ｚ上にロードされたプログラムを実行することにより、各部の機能を実現する。プログラム実行の際、ＨＤＤ４ｚが格納するデータ等が使用される。コンピュータｚのＣＰＵ１ｚは、これらのプログラムを記録媒体８ｚから読み取って実行するが、他の例として、他の装置から通信網９ｚを介してこれらのプログラムを取得してもよい。

＜効果＞
上述してきたように、本実施形態の経路制御装置１は、所定のサービスが提供される通信ネットワークの構成を示すＮＷ構成情報ｔ１を生成する構成管理部１１と、ＮＷ構成情報ｔ１に基づいて、通信ネットワークに配置されているノード間の伝送遅延が最小になる経路を計算する計算部１２と、サービスのうち、伝送遅延の許容値が所定値以下であることを要求される低遅延サービスに対し、計算した経路を設定する設定部１３と、を備える、ことを特徴とすることを特徴とする。

これにより、サービスに用いる経路としては、伝送遅延が最小になる経路が確実に選択されるため、通信ネットワークの伝送遅延を低減することができる。また、通信ネットワーク上のすべてのサービスのうち、低遅延を要求される低遅延サービスに限定して、計算した経路が設定される。このとき、低遅延サービス以外のサービスについては、例えば、計算負荷の小さいOSPFを利用した自律制御の経路設定がなされる。このため、すべてのサービスに対する計算負荷全体は低減される。
したがって、通信ネットワーク内の伝送遅延を低減し、計算負荷を低減する経路制御を実現することができる。
その結果、通信ネットワークが大規模であっても、本実施形態の経路設定を適用することができる。

また、本実施形態の経路制御装置１は、通信ネットワークの構成変更があった場合、構成管理部１１は、ＮＷ構成情報ｔ１を更新し、計算部１２は、更新されたＮＷ構成情報ｔ１に基づいて、計算した経路のうち、構成変更によって伝送遅延が変更する経路について再計算し、設定部１３は、低遅延サービスに対し、再計算した経路を設定する、ことを特徴とする。

これにより、再計算が必要となる経路を限定することができるため、経路設定の計算負荷を低減することができる。また、経路設定の処理量も低減することができ、通信ネットワークの構成変更への追従に要する時間を短縮することができる。

また、本実施形態の経路制御装置１は、構成管理部１１は、通信ネットワークから定期的に情報を収集し、ＮＷ構成情報ｔ１を更新する、ことを特徴とする。

これにより、ネットワークの構成変更にリアルタイムで追従することができ、最新のＮＷ構成情報ｔ１に応じて、伝送遅延が最小となる経路が確実に選択される。その結果、サービスに悪影響を与える可能性を極めて小さくすることができる。

＜その他＞
本実施形態では、サービスを「低遅延」および「通常」の２種類に分類し、「低遅延」のサービスに対して最短経路を設定するようにした。しかし、伝送遅延値の許容値を複数種類用意することで、伝送遅延のレベルを複数用意してもよい。つまり、伝送遅延レベルに基づいて、サービスを３種類以上に分類してもよい。その結果、設定される経路として、最短経路だけでなく、伝送遅延レベルの異なる複数種類の経路を設定し、複数種類の伝送遅延レベルに応じた経路制御を実現することができる。これにより、伝送遅延レベルに応じた料金体系を用意し、ユーザの要望に合ったサービスを提供することができる。例えば、比較的高遅延であるが比較的低料金となるサービスを提供することができる。

また、複数種類の許容値を用いた遅延条件を作り出すことができ、当該遅延条件を選択した場合、選択した遅延条件を満たす経路のうち、最も遅延が大きい経路を選択することができる。選択した遅延条件を満たす経路が存在しない場合は、最も遅延が小さい経路を選択することができる。また、選択した経路の設定は、保守者端末からの設定指示を契機に行うようにしてもよい。

また、構成管理部１１と、計算部１２と，設定部１３とを備える経路制御装置１に代えて、互いに通信可能な複数の計算機を備えたネットワークシステムを用意し、ネットワークシステムが、構成管理部１１と、計算部１２と、設定部１３とを備えるようにしてもよい。この場合、複数の計算機が構成管理部１１、計算部１２、および、設定部１３の少なくともいずれかを備え、結果としてネットワークシステムが、構成管理部１１と、計算部１２と、設定部１３とを備えるようにしてもよい。
本実施形態で説明した種々の技術を適宜組み合わせた技術を実現することもできる。

１ 経路制御装置
１１ 構成管理部
１２ 計算部
１３ 設定部
ｔ１ ＮＷ構成情報
ｔ２ サービス情報
ｔ３ 最短経路情報
ｔ４ 通信経路情報
ｔ５ 変更候補情報
ｔ６ 最短経路改情報
ｔ７ 差分経路情報

Claims (9)

1. 所定のサービスが提供される通信ネットワークの構成を示すＮＷ構成情報を生成する構成管理部と、
   前記ＮＷ構成情報に基づいて、前記通信ネットワークに配置されているノード間の伝送遅延が最小になる経路を最短経路情報として計算する計算部と、
   前記サービスのうち、伝送遅延の許容値が所定値以下であることを要求される低遅延サービスに対し、前記計算した経路を設定する設定部と、を備え、
   前記通信ネットワークの構成変更があった場合、
   前記構成管理部は、前記ＮＷ構成情報を更新し、
   前記計算部は、前記更新されたＮＷ構成情報に基づいて、計算した前記最短経路情報が示す経路のうち、変更の可能性がある経路となる変更候補を所定の抽出条件に基づき抽出し、抽出された変更候補としての経路に対して伝送遅延が最小となる経路を最短経路改情報として再計算し、
   前記設定部は、前記最短経路改情報と前記最短経路情報とを比較して差分経路情報を生成し、前記低遅延サービスに対し、前記差分経路情報に基づき経路を設定する
   ことを特徴とする経路制御装置。
2. 前記所定の抽出条件として、
   前記通信ネットワークの構成変更においてリンクの追加があった場合、追加されたリンクの伝送遅延の値よりも大きい値をもつ経路を抽出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の経路制御装置。
3. 前記所定の抽出条件として、
   前記通信ネットワークの構成変更において特定経路の伝送遅延の値が構成変更前の値よりも大きくなった場合、当該伝送遅延が大きくなったリンクが含まれる経路を抽出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の経路制御装置。
4. 前記所定の抽出条件として、
   前記通信ネットワークの構成変更において特定経路の構成変更後の伝送遅延の値が構成変更前の値よりも小さくなった場合、前記構成変更後の伝送遅延の値よりも大きい経路を抽出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の経路制御装置。
5. 前記構成管理部は、前記通信ネットワークから定期的に情報を収集し、前記ＮＷ構成情報を更新する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の経路制御装置。
6. 経路制御装置が、
   所定のサービスが提供される通信ネットワークの構成を示すＮＷ構成情報を生成するステップと、
   前記ＮＷ構成情報に基づいて、前記通信ネットワークに配置されているノード間の伝送遅延が最小になる経路を最短経路情報として計算するステップと、
   前記サービスのうち、伝送遅延の許容値が所定値以下であることを要求される低遅延サービスに対し、前記計算した経路を設定するステップと、を実行し、
   前記通信ネットワークの構成変更があった場合、前記経路制御装置が、
   前記ＮＷ構成情報を更新するステップと、
   前記更新されたＮＷ構成情報に基づいて、計算した前記最短経路情報が示す経路のうち、変更の可能性がある経路となる変更候補を所定の抽出条件に基づき抽出し、抽出された変更候補としての経路に対して伝送遅延が最小となる経路を最短経路改情報として再計算するステップと、
   前記最短経路改情報と前記最短経路情報とを比較して差分経路情報を生成し、前記低遅延サービスに対し、前記差分経路情報に基づき経路を設定するステップとを、実行する、
   ことを特徴とする経路制御方法。
7. 前記経路制御装置が、
   前記ＮＷ構成情報を更新するステップにおいて、前記通信ネットワークから定期的に情報を収集する、前記ＮＷ構成情報を更新する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の経路制御方法。
8. コンピュータを、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の経路制御装置として機能させるためのプログラム。
9. 所定のサービスが提供される通信ネットワークの構成を示すＮＷ構成情報を生成する構成管理部と、
   前記ＮＷ構成情報に基づいて、前記通信ネットワークに配置されているノード間の伝送遅延が最小になる経路を最短経路情報として計算する計算部と、
   前記サービスのうち、伝送遅延の許容値が所定値以下であることを要求される低遅延サービスに対し、前記計算した経路を設定する設定部と、を備え、
   前記通信ネットワークの構成変更があった場合、
   前記構成管理部は、前記ＮＷ構成情報を更新し、
   前記計算部は、前記更新されたＮＷ構成情報に基づいて、計算した前記最短経路情報が示す経路のうち、変更の可能性がある経路となる変更候補を所定の抽出条件に基づき抽出し、抽出された変更候補としての経路に対して伝送遅延が最小となる経路を最短経路改情報として再計算し、
   前記設定部は、前記最短経路改情報と前記最短経路情報とを比較して差分経路情報を生成し、前記低遅延サービスに対し、前記差分経路情報に基づき経路を設定する
   ことを特徴とするネットワークシステム。

Images