JP7335530B2 - トラヒック印加量算出装置、トラヒック印加量算出方法、および、トラヒック印加量算出プログラム - Google Patents

トラヒック印加量算出装置、トラヒック印加量算出方法、および、トラヒック印加量算出プログラム Download PDF

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Description

本発明は、トラヒック印加量算出装置、トラヒック印加量算出方法、および、トラヒック印加量算出プログラムに関する。
キャリアにおけるNW(ネットワーク)運用業務では、故障発生時の迅速な故障箇所特定や影響把握が求められる。これらは全て、構成情報をもとに実施されている。構成情報とは、NW構成の現況(NW装置とNW装置間の接続関係)に関する情報であり、最新の構成情報を管理することを構成管理と呼ぶ。NWの現況は増設・減設・切り替えなどでその構成が動的に変化するため、これらを維持運用していくためには正しい構成管理が重要となる。
構成管理を行う場合、例えば、LLDP(Link Layer Discovery Protocol)が用いられる。LLDPは、機器の隣接情報を取得することに用いるL2プロトコルである(非特許文献1参照)。情報を提供する側の機器は、LLDPパケットをマルチキャストアドレス宛てに定期的に送信し、情報を収集する側の機器は、LLDPパケットを受信することにより情報を収集する。しかし、LLDPは、一部のベンダ製品への実装に留まり、機器の運用ポリシーによっては利用が制限されている。
また、同様の目的でCDP(Cisco Discovery Protocol)が用いられる(非特許文献2参照)。しかし、CDPは、シスコ社製のNW装置で実行可能なデバイス検出プロトコルであり、他のベンダ製品では利用できない。
そこで、特許文献1及び特許文献2は、NW装置間のIF(インタフェース)接続関係を推定するトポロジ推定装置を開示する。トポロジ推定装置は、各NW装置の各IFからそれぞれ取得した時系列データの送受信トラヒック量を、各取得時刻(例えば、10時00分、10時15分、…)ごとに差分をとって比較し、最も差分の小さい又は一致しているIF同士をIF接続関係と推定する。
例えば、トポロジ推定装置は、トラヒック収集装置から各NW装置の各IFの送信トラヒック量(in)及び受信トラヒック量(out)を取得し、異なる2つのIF、IFについて、{IF(t).in-IF(t).out}と{IF(t).in-IF(t).out}を計算し、2つの差分値の差分を計算する。トポロジ推定装置は、同様の計算を異なるNW装置間の全てのIFについて行い、最も差分の小さいIF同士をIF接続関係と推定する。
上記トポロジ推定装置は、トラヒック量の差分を比較してIF接続関係を推定するため、特徴的な時間変化のあるトラヒックが流れているIF間であれば、高い精度で推定可能である。一方で、似た特徴の時間変化のある少ないトラヒックが流れるIFが複数ある場合や、時間帯に関係なくほぼ一定値のトラヒックが流れているIF(例えば、予備系装置のIF)がある場合には、正しい推定が困難である。
そこで、非特許文献3は、トラヒック印加装置により、トラヒック印加IF判定装置で判定されたトラヒック印加対象のIFに対して試験トラヒックを印加して特徴量を与えることで、トポロジ推定技術の推定精度を向上させる手法が提案されている。例えば、各IFで一定値のトラヒックが流れているNW装置において、タイミングをずらしながら試験トラヒックを印加していくことで、異なる特徴量を付与する。
特許第5695767号公報 特許第5723334号公報
"LLDPの機能説明"、ApresiaNPシリーズ ユーザーズガイド、[2020年1月10日検索]、インターネット<URL : https://www.apresia.jp/products/ent/np/usersguide/management/top.html?p=NP_lldp_c_fc.html> "CDPの概要"、Cisco Aironetアクセスポイント Cisco IOSソフトウェア コンフィギュレーションガイド、[2020年1月10日検索]、インターネット<URL : https://www.cisco.com/c/ja_jp/td/docs/wl/accesspoint/aironet1260/cg/001/12-4-25d/scg12-4-25d-ja-chap17-cdp.html> 中村、外4名、"トラフィック情報を用いたトポロジ推定における推定精度向上手法の検討"、一般社団法人電子情報通信学会、信学技報、2019年総合大会、B-14-11, 2019年3月、p.59-p.64
しかしながら、非特許文献1に開示されたトラヒック印加装置は、試験トラヒックを印加して特徴を与えるにすぎない。それ故、試験トラヒックの印加量によっては、過剰な印加量となる場合や、特徴を与えるには不十分な印加量となる場合がある、という課題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、適正なトラヒック印加量を算出可能な技術を提供することである。
本発明の一態様のトラヒック印加量算出装置は、NW装置のIFに流れるトラヒックデータを用いて、前記IFでの送信方向の平均トラヒック量と受信方向の平均トラヒック量を算出する算出部と、前記送信方向と前記受信方向のうち平均トラヒック量が小さい方向を選択し、選択した選択方向のトラヒック量の標準偏差を算出する第1演算部と、前記標準偏差を所定倍したトラヒック量を前記選択方向のトラヒックに印加するトラヒック印加量として決定する第2演算部と、を備える。
本発明の一態様のトラヒック印加量算出方法は、NW装置のIFに流れるトラヒックデータを用いて、前記IFでの送信方向の平均トラヒック量と受信方向の平均トラヒック量を算出するステップと、前記送信方向と前記受信方向のうち平均トラヒック量が小さい方向を選択し、選択した選択方向のトラヒック量の標準偏差を算出するステップと、前記標準偏差を所定倍したトラヒック量を前記選択方向のトラヒックに印加するトラヒック印加量として決定するステップと、を行う。
本発明の一態様は、上記トラヒック印加量算出装置としてコンピュータを機能させるトラヒック印加量算出プログラムである。
本発明によれば、適正なトラヒック印加量を算出可能な技術を提供できる。
図1は、本実施形態に係るトポロジ推定システムの全体を示す構成図である。 図2は、トラヒック印加量算出装置の機能構成を示すブロック図である。 図3は、トラヒック印加量算出装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図4は、トラヒック印加量算出装置の動作説明時の参照図である。 図5は、トラヒック印加量算出装置の動作説明時の参照図である。 図6は、トラヒック情報の保存機能説明時の参照図である。 図7は、本実施形態の効果説明時の参照図である。 図8は、トラヒック印加量算出装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付し説明を省略する。
[発明の概要]
上記課題を解決するには、NWへの負荷やNW装置への負荷を考慮し、実際に流れているトラヒック量に合わせた適正なトラヒック印加量の決定方法が必要となる。そこで、本発明は、実際に流れているトラヒック量から、適正なトラヒック印加量を算出する機能を持つトラヒック印加量算出装置を開示する。
IFに流れているトラヒック量が一定値である場合は、各IF間でトラヒック流量の差分が小さく、かつ、おおよそ等しい値になると想定できる。よって、トラヒック流量の差分が、識別可能になるだけの最少のトラヒック量のトラヒックを印加すればよい。そこで、トラヒック印加量算出装置は、トラヒック印加IF判定装置で判定されたトラヒック印加対象のIFについて、実際にIFに流れているトラヒックデータを用いて、当該トラヒック印加対象のIFで送受信されたトラヒックの平均量や分散値を解析し、他のIF間と比較して区別可能となる最小限のトラヒック印加量を算出する。その後、トラヒック印加量算出装置は、算出した最小限のトラヒック印加量をトラヒック印加装置へ通知する。トラヒック印加装置は、通知を受けた最小限のトラヒック印加量の試験トラヒックをトラヒック印加対象のIFに印加する。
[トポロジ推定システム]
図1は、本実施形態に係るトポロジ推定システム1の全体を示す構成図である。トポロジ推定システム1は、トラヒック収集装置11と、トポロジ推定装置12と、トラヒック印加IF判定装置13と、トラヒック印加量算出装置14と、トラヒック印加装置15と、を備える。
トラヒック収集装置11は、トポロジ推定対象の各NW装置から各IFのトラヒックデータ(送受信トラヒック量)を収集する装置である。
トポロジ推定装置12は、各NW装置の各IFからそれぞれ収集された時系列データの送受信トラヒック量を、各取得時刻(例えば、10時00分、10時15分、…)ごとに差分をとって比較し、最も差分の小さい又は一致しているIF同士をIF接続関係と推定する装置である。例えば、トポロジ推定装置12は、トラヒック収集装置11から各NW装置の各IFの送信トラヒック量(in)及び受信トラヒック量(out)を取得し、異なる2つのIF、IFについて、{IF(t).in-IF(t).out}と{IF(t).in-IF(t).out}を計算し、2つの差分値の差分を計算する。トポロジ推定装置12は、同様の計算を異なるNW装置間の全てのIFについて行い、最も差分の小さいIF同士をIF接続関係と推定する。
トラヒック印加IF判定装置13は、トポロジ推定装置12においてIF接続関係の推定時に計算された各IF間のトラヒック量の差分をもとに、トラヒック収集装置11から取得したトラヒックデータを用いて、トラヒック印加対象のIFを判定し、判定したトラヒック印加対象のIF及びトラヒックデータをトラヒック印加量算出装置14へ送信する装置である。
トラヒック印加量算出装置14は、トラヒック印加IF判定装置13で判定されたトラヒック印加対象のIFについて、上記トラヒックデータを用いて、当該トラヒック印加対象のIFで送受信されたトラヒックの平均量や分散値を解析し、他のIF間と比較して区別可能となる最小限のトラヒック印加量を算出する装置である。
トラヒック印加装置15は、トラヒック印加IF判定装置13で判定されたトラヒック印加対象のIFに対し、トラヒック印加量算出装置14で算出された最小限のトラヒック印加量の試験トラヒックを印加して特徴量を与える装置である。
[トラヒック印加量算出装置の構成]
図2は、本実施形態に係るトラヒック印加量算出装置14の機能構成を示すブロック図である。トラヒック印加量算出装置14は、第1記憶部141と、第2記憶部142と、算出部143と、比較部144と、第1演算部145と、第2演算部146と、送信部147と、を備える。
第1記憶部141は、トラヒック印加IF判定装置13から送信された、トラヒック印加対象のIFのIF情報と、複数のNW装置の各IFにそれぞれ流れるトラヒックデータと、を記憶する機能を備える。尚、トラヒックデータについては、トラヒック収集装置11又はトポロジ推定装置12から取得してもよい。
第2記憶部142は、トラヒック情報等を記憶する機能を備える。トラヒック情報とは、例えば、第2演算部146で算出された最小限のトラヒック印加量と、当該トラヒック印加量の試験トラヒックを印加したIFのIF情報と、当該トラヒック印加量の試験トラヒックを印加したIFの印加方向と、それらをトラヒック印加装置15へ送信した送信時刻(試験トラヒックの印加時刻)と、を関連付けた情報である。
算出部143は、第1記憶部141からトラヒックデータを読み出して、当該トラヒックデータに含まれる各時刻のトラヒック量を用いて、IFでの送信方向の平均トラヒック量と受信方向の平均トラヒック量を算出する機能を備える。
比較部144は、算出部143で算出された送信方向の平均トラヒック量と受信方向の平均トラヒック量を比較する機能を備える。
第1演算部145は、比較部144で行われた平均トラヒック量の比較の結果、送信方向と受信方向のうち平均トラヒック量が小さい方向を選択し、選択した選択方向のトラヒック量の標準偏差を算出する機能を備える。
第2演算部146は、第1演算部145で算出された標準偏差を所定倍したトラヒック量を上記選択方向のトラヒックに印加するトラヒック印加量として決定する機能を備える。また、第2演算部146は、当該決定したトラヒック印加量が上記IFのNW帯域の上限量を超えている場合、当該上限量から上記選択方向に流れるトラヒック量の最大値を引いた値をトラヒック印加量として決定する機能を備える。
送信部147は、第2演算部146で決定されたトラヒック印加量のデータを、トラヒック印加対象のIFのIF情報及び選択方向(試験トラヒックの印加方向)とともに、トラヒック印加装置15へ送信する機能を備える。
[トラヒック印加量算出装置の動作]
図3は、トラヒック印加量算出装置14の動作の一例を示すフローチャートである。
ステップS1;
まず、第1記憶部141は、トラヒック印加量算出装置14がトラヒック印加IF判定装置13から取得した、トラヒック印加対象のIFのIF情報と、複数のNW装置の各IFにそれぞれ流れるトラヒックデータと、を記憶する。トラヒック印加量算出装置14は、トラヒックデータをトラヒック収集装置11又はトポロジ推定装置12から取得してもよい。
ステップS2;
次に、算出部143は、第2記憶部142にトラヒック情報(第2演算部146で算出された最小限のトラヒック印加量と、当該トラヒック印加量の試験トラヒックを印加したIFのIF情報と、当該トラヒック印加量の試験トラヒックを印加したIFの印加方向と、それらをトラヒック印加装置15へ送信した送信時刻(試験トラヒックの印加時刻)と、を関連付けた情報)があるか否かを判定する。第2記憶部142にトラヒック情報がない場合、ステップS3~ステップS11の処理を行う。第2記憶部142にトラヒック情報がある場合、ステップS12の処理を行う。
ステップS3;
次に、算出部143は、第1記憶部141からトラヒックデータを読み出して、当該トラヒックデータに含まれる各時刻のトラヒック量を用いて、複数のNW装置の各IFのそれぞれについて、IFでの送信方向の平均トラヒック量と受信方向の平均トラヒック量を算出する(図4(a)参照)。
ステップS4;
次に、比較部144は、複数のNW装置の各IFのそれぞれについて、送信方向の平均トラヒック量と受信方向の平均トラヒック量を比較する(図4(b)参照)。
ステップS5;
次に、第1演算部145は、複数のNW装置の各IFのそれぞれについて、送信方向と受信方向のうち平均トラヒック量が小さい方向を選択し、選択した選択方向のトラヒック量の標準偏差σを算出する(図4(c)参照)。例えば、選択方向における時刻tのトラヒック量をx、トラヒック量の個数をnとしたとき、(1/n)Σt=1 を計算することで平均μを求める。そして、(1/n)Σt=1 (x-μ)を計算することで分散σを求め、当該分散σの平方根を計算することで標準偏差σを求める。尚、送信方向の平均トラヒック量と受信方向の平均トラヒック量が互いに等しい場合(例えば、全て0bpsなど)は、どちらか一方を選択する。事前に決めてもよいし、ランダムにしてもよい。
ステップS6;
次に、第1演算部145は、ステップS5で算出された各IFのトラヒック量の標準偏差σを第2記憶部142に格納する。
ステップS7;
次に、第2演算部146は、複数のNW装置の各IFのそれぞれについて、ステップS5で算出された標準偏差σをn倍(nは任意の定数)し、当該n×σ分のトラヒック量を上記選択方向のトラヒックに印加するトラヒック印加量として決定する(図4(d)参照)。このとき、ステップS5で算出された標準偏差σが0の場合には、トラヒック印加対象のIFであるにも関わらずトラヒック印加量が0になることを避けるため、予め設定された定数量のトラヒック量をトラヒック印加量として決定する。尚、nの値は、管理するNWによって任意に設定する。例えば、第2演算部146は、トポロジ推定装置12に設定されているnの値を取得して用いる。
これにより、平均トラヒック量とトラヒック量のばらつきに対する指標分の試験トラヒックを印加可能になるため、過剰なトラヒック量のトラヒック印加を防止できる。
ステップS8;
次に、第2演算部146は、複数のNW装置の各IFのそれぞれについて、ステップS7で決定されたトラヒック印加量(=n×σ)がIFのNW帯域の上限量を超えているか否かを判定する。当該トラヒック印加量がNW帯域の上限量を超えている場合、ステップS9を行った後にステップS10へ進む。当該トラヒック印加量がNW帯域の上限量を超えてない場合、ステップS9をスキップしてステップS10へ進む。
ステップS9;
ステップS7で決定されたトラヒック印加量がNW帯域の上限量を超えている場合、試験トラヒックを印加するうえで、n×σ分の試験トラヒックを印加した際に元の通信帯域(例えば、1000BASE-Tなどのギガビットイーサ(GbitEther)ならば1Gbps)を超過しないよう、算出結果に上限を持たせる。例えば、第2演算部146は、ステップS7で決定されたトラヒック印加量がIFのNW帯域の上限量を超えているIFについて、NW帯域の上限量から選択方向に流れるトラヒック量の最大値を引いた値(=IFの帯域上限-元データの最大値)をトラヒック印加量として決定する(図5参照)。尚、各IFの帯域上限は、NWの設計時に登録した情報を参照してもよいし、各IFの構成情報DBへの登録名の命名規則にGigabitEther、10Gなどの命名規則があればそれを参照してもよい。
ステップS10;
次に、送信部147は、ステップS7、ステップS9で決定されたトラヒック印加量のデータを、トラヒック印加対象のIFのIF情報及び選択方向(試験トラヒックの印加方向)とともに、トラヒック印加装置15へ送信する。
この後、トラヒック印加装置15は、当該選択方向のトラヒックに対して当該トラヒック印加量の試験トラヒックを印加する。また、トポロジ推定装置12は、当該試験トラヒックの印加後に収集されたトラヒックデータを用いて、各NW装置の各IFのIF接続関係を推定する。
ステップS11;
その後、第2記憶部142は、ステップS7、ステップS9で決定されたトラヒック印加量と、当該トラヒック印加量の試験トラヒックを印加したIFのIF番号と、当該トラヒック印加量の試験トラヒックを印加したIFの印加方向(選択方向)と、それらをトラヒック印加装置15へ送信した送信時刻(試験トラヒックの印加時刻)と、を関連付けてトラヒック情報として格納する(図6参照)。
ステップS12;
ステップS2において、第2記憶部142にトラヒック情報があった場合、算出部143は、当該トラヒック情報をトラヒック印加装置15やトポロジ推定装置12へ送信する。これにより、トラヒック印加装置15は、トラヒック情報をもとに、試験トラヒックを印加済みのIFについては、例えば、その印加時刻から規定時間経過していない場合、試験トラヒックを再度印加しないようにする。これにより、試験トラヒックの過剰な印加(例えば、複数回の印加など)を防止できる。
[効果]
本実施形態によれば、トラヒック印加量算出装置14において、算出部143が、NW装置のIFに流れるトラヒックデータを用いて、前記IFでの送信方向の平均トラヒック量と受信方向の平均トラヒック量を算出し、第1演算部145が、前記送信方向と前記受信方向のうち平均トラヒック量が小さい方向を選択し、選択した選択方向のトラヒック量の標準偏差を算出し、第2演算部146が、前記標準偏差を所定倍したトラヒック量を前記選択方向のトラヒックに印加するトラヒック印加量として決定するので、適正なトラヒック印加量を算出可能な技術を提供できる。図7に示すように、従来では、過剰な印加量となる場合、特徴を与えるには不十分な印加量となる場合があり、更には送信及び受信の双方向へ試験トラヒックを印加していたが、本実施形態では、適切な量の試験トラヒックを印加可能となる。
また、本実施形態によれば、第2演算部146が、前記トラヒック印加量が前記IFのNW帯域の上限量を超えている場合、前記上限量から前記選択方向に流れるトラヒック量の最大値を引いた値をトラヒック印加量として決定するので、より適正なトラヒック印加量を算出可能な技術を提供できる。
また、本実施形態によれば、第2記憶部142が、前記トラヒック印加量のトラヒックを印加したIFのIF情報と当該トラヒックの印加時刻とを関連付けたトラヒック情報を記憶するので、当該トラヒック情報を活用可能となり、試験トラヒックの過剰な印加を防止できる。
[その他]
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
また、本実施形態に係るトラヒック印加量算出装置14は、図8に示すように、例えば、CPU901と、メモリ902と、HDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)などのストレージ903と、通信装置904と、入力装置905と、出力装置906と、を備える汎用的なコンピュータシステムを用いることができる。メモリ902及びストレージ903は、記憶装置である。当該コンピュータシステムにおいて、CPU901がメモリ902上にロードされた所定のプログラムを実行することにより、トラヒック印加量算出装置14の各機能が実現される。
尚、トラヒック印加量算出装置14は、1つのコンピュータで実装されてもよく、複数のコンピュータで実装されてもよい。また、トラヒック印加量算出装置14は、コンピュータに実装される仮想マシンであってもよい。トラヒック印加量算出装置14用のプログラムは、HDD、SSD、USB(Universal Serial Bus)メモリ、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)などのコンピュータ読取り可能な記録媒体に記憶することも、ネットワークを介して配信することもできる。
1:トポロジ推定システム
11:トラヒック収集装置
12:トポロジ推定装置
13:トラヒック印加IF判定装置
14:トラヒック印加量算出装置
15:トラヒック印加装置
141:第1記憶部
142:第2記憶部
143:算出部
144:比較部
145:第1演算部
146:第2演算部
147:送信部

Claims (5)

  1. NW装置のIFに流れるトラヒックデータを用いて、前記IFでの送信方向の平均トラヒック量と受信方向の平均トラヒック量を算出する算出部と、
    前記送信方向と前記受信方向のうち平均トラヒック量が小さい方向を選択し、選択した選択方向のトラヒック量の標準偏差を算出する第1演算部と、
    前記標準偏差を所定倍したトラヒック量が前記IFのNW帯域の上限量を超えていない場合、前記標準偏差を所定倍したトラヒック量を前記選択方向のトラヒックに印加するトラヒック印加量として決定する第2演算部と、
    を備えるトラヒック印加量算出装置。
  2. 前記第2演算部は、
    前記標準偏差を所定倍したトラヒック量が前記IFのNW帯域の上限量を超えている場合、前記上限量から前記選択方向に流れるトラヒック量の最大値を引いた値をトラヒック印加量として決定する請求項1に記載のトラヒック印加量算出装置。
  3. 前記トラヒック印加量のトラヒックを印加したIFのIF情報と当該トラヒックの印加時刻とを関連付けたトラヒック情報を記憶する第2記憶部を更に備える請求項1又は2に記載のトラヒック印加量算出装置。
  4. トラヒック印加量算出装置で行うトラヒック印加量算出方法において、
    前記トラヒック印加量算出装置は、
    NW装置のIFに流れるトラヒックデータを用いて、前記IFでの送信方向の平均トラヒック量と受信方向の平均トラヒック量を算出するステップと、
    前記送信方向と前記受信方向のうち平均トラヒック量が小さい方向を選択し、選択した選択方向のトラヒック量の標準偏差を算出するステップと、
    前記標準偏差を所定倍したトラヒック量が前記IFのNW帯域の上限量を超えていない場合、前記標準偏差を所定倍したトラヒック量を前記選択方向のトラヒックに印加するトラヒック印加量として決定するステップと、
    を行うトラヒック印加量算出方法。
  5. 請求項1乃至3のいずれかに記載のトラヒック印加量算出装置としてコンピュータを機能させるトラヒック印加量算出プログラム。
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