WO2022239136A1 - ネットワーク管理装置、ネットワーク管理方法およびプログラム - Google Patents

ネットワーク管理装置、ネットワーク管理方法およびプログラム Download PDF

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一晃 東森
史一 犬塚
拓也 大原
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日本電信電話株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
    • H04L41/14—Network analysis or design
    • H04L41/142—Network analysis or design using statistical or mathematical methods
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
    • H04L41/06—Management of faults, events, alarms or notifications
    • H04L41/0654—Management of faults, events, alarms or notifications using network fault recovery
    • H04L41/0663—Performing the actions predefined by failover planning, e.g. switching to standby network elements

Definitions

  • the present invention relates to a network management device, network management method and program.
  • Non-Patent Document 1 discloses a technology for calculating redundant paths for improving network reliability.
  • the main route and the redundant route are two routes that share the same transmission node and reception node and do not have a common relay node. Of the two paths, the one with the shorter path length is the primary path, and the one with the longer path length is the redundant path.
  • the main route and the redundant route have overlapping relay nodes, if a failure occurs in the relay node, both the main route and the redundant route become unusable. It is possible to increase the reliability of the redundant path against failure of the main path.
  • the path length difference between the main path and the redundant path may increase depending on the combination of the transmission node and the reception node.
  • the communication network is not a complete graph and has limited edges to choose from. If the path length difference is large, the communication performance will deteriorate when the communication path is switched from the main path to the redundant path. Therefore, it is desirable to identify combinations of sending nodes and receiving nodes where communication performance is relatively degraded due to the path length difference between the primary path and the redundant path, and modify the network so that an appropriate redundant path can be configured.
  • One aspect of the present invention is a network management device that manages a communication network having a plurality of nodes and a plurality of edges that connect the nodes, the network management device comprising: For each node pair that is a pair, a main path and a redundant path that are configured by the plurality of edges and connect between the node pairs, the relay node on the main path and the relay node on the redundant path a route identifying unit that identifies the primary route and the redundant route that do not overlap, a route length difference calculator that calculates a route length difference between the primary route and the redundant route for each of the node pairs, and the route length difference and an extracting unit for extracting an outlier pair that causes deterioration in communication performance when switching from the primary path to the redundant path from the node pair based on the above.
  • One aspect of the present invention is the network management device described above, wherein an edge not included in the communication network is added to the communication network, and the edge is added to the communication network so that the edge pair is changed from the primary path to the redundant path an additional edge identifying unit that identifies an additional edge that suppresses a decrease in communication performance when switching to the communication network; , and the additional edge identifying unit identifies the main path and the redundant path for each of the outlier pairs in the case of adding to The smaller ones are identified as the additional edges.
  • the extraction unit extracts the outlier pair by statistical processing based on a combination of the path length difference and the distance between the node pairs.
  • One aspect of the present invention is a network management method for managing a communication network having a plurality of nodes and a plurality of edges connecting the nodes, the network management method comprising: For each node pair that is a pair, a main path and a redundant path that are configured by the plurality of edges and connect between the node pairs, the relay node on the main path and the relay node on the redundant path identifying a main route and a redundant route that do not overlap; obtaining a route length difference between the main route and the redundant route for each of the node pairs; and extracting an outlier pair that causes deterioration in communication performance when switching from the primary path to the redundant path.
  • a program in which a computer that manages a communication network having a plurality of nodes and a plurality of edges that connect between the nodes is given to a computer for each node pair that is a pair of nodes on the communication network.
  • a main route and a redundant route configured by the plurality of edges and connecting between the node pairs, wherein the relay node on the main route and the relay node on the redundant route do not overlap; and identifying the redundant system path; obtaining a path length difference between the primary path and the redundant path for each of the node pairs; and determining the primary path among the node pairs based on the path length difference a step of extracting an outlier pair that causes a decrease in communication performance when switching from the redundant system path to the redundant system path.
  • a communication network it is possible to identify a pair of nodes in which the communication performance is degraded when switching from the primary path to the redundant path.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a main path and redundant paths according to the first embodiment
  • 1 is a schematic block diagram showing the configuration of a network management device according to a first embodiment
  • FIG. 4 is a flow chart showing the operation of the network management device according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of distribution of path length differences of node pairs in a communication network
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the distribution of path length differences of node pairs when additional edges are determined by the method according to the first embodiment
  • 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a computer according to at least one embodiment
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a main route Rp and a redundant route Rs according to the first embodiment.
  • a communication network is composed of a plurality of nodes N and edges E connecting the nodes N.
  • the nodes of the communication network according to the first embodiment normally communicate via the primary route Rp, and when a failure occurs in the primary route Rp, switch to the redundant route Rs for communication.
  • the main route Rp and the redundant route Rs do not have relay nodes in common.
  • a relay node is a node excluding a transmission node and a reception node among nodes constituting a route. Of the two paths, the one with the shorter path length is the primary path Rp, and the one with the longer path length is the redundant path Rs.
  • the communication network shown in FIG. 1 includes six nodes N, node N1 to node N7.
  • the shortest path when the transmission node is N1 and the reception node is N7 is the path connecting N1, N2, N3, and N7 in this order.
  • this shortest route cannot constitute a redundant route Rs that does not have a common relay node, it is not adopted as the primary route Rp.
  • the route connecting N1, N4, N3 and N7 in this order is the primary route Rp
  • the route connecting N1, N2, N6, N5 and N7 in this order is the redundant route Rs.
  • the network management device 1 determines appropriate additional edges so as to improve the quality of multiple routes with low communication performance. In other words, the network management device 1 identifies the minimum additional edges that improve the communication performance of the entire communication network.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram showing the configuration of the network management device 1 according to the first embodiment.
  • the network management device 1 includes a request reception unit 11, a network database 12, a node pair identification unit 13, a route identification unit 14, a path length difference calculation unit 15, an extraction unit 16, a candidate edge identification unit 17, an index value calculation unit 18, an additional edge A determination unit 19 is provided.
  • the request receiving unit 11 receives requests for improving the communication network.
  • the improvement request contains the ID of the communication network to be improved.
  • the network management device 1 starts the additional edge determination process with the reception of the improvement request as a trigger.
  • the network database 12 stores, for each communication network, information related to the nodes and edges that make up the communication network. For example, network database 12 stores the latitude and longitude of each node, the start node, end node and length of each edge. The network database 12 also stores information on edges that should not be added (prohibited edges) for each communication network. Examples of prohibited edges include edges that are expensive to add, such as edges that connect nodes across a mountain range.
  • the node pair identifying unit 13 Based on the information stored in the network database 12, the node pair identifying unit 13 identifies all combinations of transmitting nodes and receiving nodes (node pairs) from a plurality of nodes that make up the communication network.
  • the route identification unit 14 identifies the main route Rp and the redundant route Rs connecting the node pairs identified by the node pair identification unit 13 . As shown in FIG. 1, the main route Rp and the redundant route Rs are two routes having the same transmission node and reception node and no common relay node. The route identifying unit 14 identifies the main route Rp and the redundant route Rs such that, for example, the sum of the route lengths of the main route Rp and the redundant route Rs is minimized. The route identifying unit 14 can identify the main route Rp and the redundant route Rs by the technique described in Non-Patent Document 1, for example.
  • the path length difference calculation unit 15 calculates the path lengths of the main path Rp and the redundant path Rs identified by the path identification unit 14, and the path length difference between the main path Rp and the redundant path Rs.
  • the path length may be obtained, for example, by summing the lengths associated with the edges forming the route, or by summing the distances between the relay nodes forming the route.
  • the distance between nodes can be obtained from the latitude and longitude of the nodes.
  • the extraction unit 16 extracts outlier pairs, which are node pairs with relatively large path length differences, based on the path lengths and path length differences calculated by the path length difference calculation unit 15 .
  • the extraction unit 16 extracts outlier pairs according to the following procedure. First, the extraction unit 16 sets the sum of path lengths and the path length difference as attributes of a plurality of node pairs. Next, the extraction unit 16 generates an identification boundary for identifying normal classes using a one-class SVM (Support Vector Machine). At this time, the extraction unit 16 extracts node pairs closer to the origin than the set identification boundaries as outlier pairs.
  • the extraction unit 16 according to another embodiment may extract outlier pairs by a technique other than SVM.
  • the extraction unit 16 may learn a Gaussian mixture model representing the distribution of path length differences based on node pairs, and extract outlier pairs by comparison with the Gaussian mixture model.
  • the candidate edge identification unit 17 Based on the information stored in the network database 12, the candidate edge identification unit 17 identifies a plurality of candidate edges that are candidates for edges to be added to the communication network.
  • the candidate edge identification unit 17 identifies, as a candidate edge group, edges that form a complete graph of a group of nodes that form the communication network, excluding edges that already exist in the communication network and forbidden edges.
  • the index value calculation unit 18 calculates an index value indicating the degree of deterioration in communication performance when switching from the main route Rp to the redundant route Rs for the plurality of out pairs extracted by the extraction unit 16 .
  • the index value serves as an index for optimizing communication performance.
  • the index value is obtained by the root mean square of the path length differences of the plurality of outlier pairs extracted by the extraction unit 16 .
  • the additional edge determination unit 19 identifies the edge with the smallest index value as an additional edge.
  • FIG. 3 is a flow chart showing the operation of the network management device 1 according to the first embodiment.
  • An administrator of a communication network transmits an improvement request to the network management device 1 when he/she wants to consider improving the performance of a certain communication network.
  • the node pair identification unit 13 reads out information related to the network to be improved from the network database 12 based on the communication network ID included in the improvement request. (Step S1).
  • the node pair identification unit 13 identifies all combinations (node pairs) of transmission nodes and reception nodes from all nodes constituting the network (step S2).
  • the network management device 1 selects each of the identified node pairs one by one (step S3), and performs the following calculations in steps S4 and S5 for the selected node pairs.
  • the route identifying unit 14 identifies the main route Rp and the redundant route Rs connecting the transmitting node and the receiving node for the node pair selected in step S3 (step S4).
  • the path length difference calculator 15 calculates the path lengths of the main path Rp and the redundant path Rs identified in step S4, and the path length difference between the main path Rp and the redundant path Rs (step S5).
  • the extraction unit 16 uses the sum of the path lengths and the path length difference as attributes to identify an identification boundary that identifies a normal class using the one-class SVM (step S6).
  • the extraction unit 16 extracts, from among the node pairs specified in step S2, those closer to the origin than the set identification boundary as outlier pairs (step S7).
  • the candidate edge identification unit 17 Based on the information stored in the network database 12, the candidate edge identification unit 17 identifies a plurality of candidate edges that are candidates for edges to be added to the communication network (step S8).
  • the network management device 1 selects one by one from the plurality of candidate edges identified in step S8 (step S9), and performs the following calculations in steps S10 to S13 for each candidate edge.
  • the network management device 1 selects each of the plurality of outlier pairs extracted in step S7 (step S10), and performs the following calculations in steps S11 and S12 for each outlier pair.
  • the route identifying unit 14 determines the main route Rp and the redundant route Rs connecting the disjoint pairs selected in step S10 for the candidate network obtained by adding the candidate edge selected in step S9 to the communication network read out in step S1. is specified (step S11).
  • the path length difference calculator 15 calculates the path lengths of the main path Rp and the redundant path Rs identified in step S11 and the path length difference between the main path Rp and the redundant path Rs (step S12).
  • the index value calculator 18 calculates the root mean square of the path length differences of the plurality of outlier pairs calculated in step S12 as an index value (step S13). .
  • the additional edge determination unit 19 identifies the edge with the smallest index value calculated in step S13 as an additional edge (step S14).
  • the additional edge determining unit 19 displays the specified additional edge on a terminal operated by the administrator of the communication network.
  • the additional edge determining unit 19 may display the distribution of the path length difference of the current communication network and the distribution of the path length difference of the communication network when the additional edge is added so that they can be compared.
  • the additional edge determination unit 19 may indicate the degree of improvement by superimposing the graph in FIG. 4 and the graph in FIG. 5 to be described later.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of distribution of path length differences of node pairs in a communication network.
  • FIG. 4 is a graph in which the horizontal axis represents the path length difference between node pairs, and the vertical axis represents the frequency of the path length difference and the cumulative relative frequency.
  • the path length difference has a distribution close to the logarithmic normal distribution.
  • node pairs with long path length differences are scattered. According to the network management device 1 according to the first embodiment, such node pairs are extracted as outlier pairs. From the example shown in FIG.
  • the network management device 1 determines an additional edge such that the root mean square of the path length difference of such an outlier pair becomes small, thereby reducing the path length difference according to the distribution of the outlier pair.
  • the communication network can be modified to have
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of distribution of path length differences of node pairs when additional edges are determined by the method according to the first embodiment.
  • the network management device 1 can reduce the amount of calculation involved in the additional edge determination processing by limiting the calculation of the main route Rp and the redundant route Rs when adding a candidate edge to only the outlier pair.
  • the network management device 1 can positively determine additional edges so that there are no outlier pairs by limiting the calculation target of the index value to outlier pairs. If the index value is obtained based on all node pairs, there is a possibility that the path length difference of outlier pairs is not improved and additional edges are obtained that reduce the path length difference of already distributed node pairs.
  • the network management device 1 extracts outlier pairs based on the path length difference between the main path Rp and the redundant path Rs for each node pair on the communication network. As a result, the network management device 1 can identify communication between nodes in the communication network in which deterioration in communication performance occurs. In other words, the network management device 1 can identify a pair of nodes in which the communication performance is degraded when switching from the primary route Rp to the redundant route Rs.
  • the network management device 1 identifies, for each of a plurality of candidate edges, the main route Rp and the redundant route Rs for each outlier pair when the candidate edge is added to the communication network. , the candidate edge with the smallest index value related to the path length difference of the outlier pair is specified as the additional edge. Additional edges identified by this method are edges that contribute significantly to shortening the path length difference of outlier pairs. As a result, the network management device 1 can positively determine additional edges so that there are no disconnected pairs.
  • the network management device 1 extracts outlier pairs by SVM using a combination of the path length difference and the sum of the path lengths as elements.
  • the sum of the path lengths of the main path Rp and the redundant path Rs is a value corresponding to the distance between the node pairs.
  • the path length difference between the main path Rp and the redundant path Rs varies depending on the distance between the node pairs.
  • the redundant route Rs has a constraint that it does not include the same relay node as the primary route Rp connecting the node pair by the shortest route. Therefore, the longer the distance between the node pairs, the longer the length of the redundant route Rs. Therefore, by obtaining an outlier using a combination of the path length difference and the sum of the path lengths as an element, it is possible to prevent a path length difference that increases due to the distance between node pairs from becoming an outlier.
  • the network management device 1 may be composed of a single computer, or the configuration of the network management device 1 may be divided into a plurality of computers, and the plurality of computers may cooperate with each other. It may function as the network management device 1 by doing so.
  • the network management device 1 identifies a plurality of outlier pairs, which are node pairs with low communication performance, and determines appropriate additional edges so as to improve the quality of the plurality of outlier pairs. Not limited.
  • the network management device 1 according to another embodiment may extract and present outlier pairs in the communication network, but may not determine additional edges.
  • the network management device 1 extracts outlier pairs by performing statistical processing such as SVM using the sum of the path lengths of the primary path Rp and the redundant path Rs as an element, but is not limited to this. .
  • statistical processing such as SVM
  • other values according to the distance between node pairs such as the number of hops between node pairs and the linear distance between nodes, may be used as factors.
  • the network management device 1 according to another embodiment may extract outlier pairs based only on the path length without using the value corresponding to the distance between the node pairs.
  • the network management device 1 stores information related to the network configuration in the network database 12 in advance, it is not limited to this.
  • the network management device 1 according to another embodiment does not need to include the network database 12 when receiving an improvement request including data related to a communication network to be improved.
  • FIG. 6 is a schematic block diagram showing the configuration of a computer according to at least one embodiment.
  • Computer 90 comprises processor 91 , main memory 93 , storage 95 and interface 97 .
  • the network management device 1 described above is implemented in a computer 90 .
  • the operation of each processing unit described above is stored in the storage 95 in the form of a program.
  • the processor 91 reads out a program from the storage 95, develops it in the main memory 93, and executes the above processes according to the program.
  • the processor 91 secures storage areas corresponding to the storage units described above in the main memory 93 according to the program. Examples of the processor 91 include a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphic Processing Unit), a microprocessor, and the like.
  • the program may be for realizing part of the functions to be exhibited by the computer 90.
  • the program may function in combination with another program already stored in the storage or in combination with another program installed in another device.
  • the computer 90 may include a custom LSI (Large Scale Integrated Circuit) such as a PLD (Programmable Logic Device) in addition to or instead of the above configuration.
  • PLDs include PAL (Programmable Array Logic), GAL (Generic Array Logic), CPLD (Complex Programmable Logic Device), and FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • part or all of the functions implemented by processor 91 may be implemented by the integrated circuit.
  • Such an integrated circuit is also included as an example of a processor.
  • Examples of the storage 95 include magnetic disks, magneto-optical disks, optical disks, and semiconductor memories.
  • the storage 95 may be an internal medium directly connected to the bus of the computer 90, or an external medium connected to the computer 90 via an interface 97 or communication line. Further, when this program is delivered to the computer 90 via a communication line, the computer 90 receiving the delivery may load the program into the main memory 93 and execute the above process.
  • storage 95 is a non-transitory, tangible storage medium.
  • the program may be for realizing part of the functions described above.
  • the program may be a so-called difference file (difference program) that implements the above-described functions in combination with another program already stored in the storage 95 .
  • Network management device 11 Request receiving unit 12
  • Network database 13
  • Node pair specifying unit 14
  • Path specifying unit 15
  • Path length difference calculating unit 16
  • Extracting unit 17
  • Candidate edge specifying unit 18
  • Index value calculating unit 19
  • Addition Edge determination unit E

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Abstract

経路特定部は、通信ネットワーク上のノードのペアであるノードペアそれぞれについて、主系経路および冗長系経路を特定する。主系路および冗長系経路は、複数のエッジで構成され、主系経路上のノードと冗長系経路上のノードが重複しない経路である。経路長差算出部は、ノードペアそれぞれについて主系経路と冗長系経路との経路長差を求める。抽出部は、経路長差に基づいて、ノードペアのうち主系経路から冗長系経路に切り替えたときに通信性能の低下が生じる外れペアを抽出する。

Description

ネットワーク管理装置、ネットワーク管理方法およびプログラム
　本発明は、ネットワーク管理装置、ネットワーク管理方法およびプログラムに関する。
　非特許文献１には、ネットワークの信頼性を向上させるための冗長系経路の算出技術が開示されている。非特許文献１によれば、主系経路と冗長系経路は、送信ノード及び受信ノードを同じくし、共通する中継ノードを有しない２つの経路である。２つの経路のうち経路長が短いものが主系経路であり、経路長が長いものが冗長系経路である。主系経路と冗長系経路とで重複する中継ノードを有する場合、当該中継ノードに障害が発生すると主系経路および冗長系経路の両方が使用できなくなるところ、重複する中継ノードを備えないことで、主系経路の障害に対する冗長系経路の信頼性を高めることができる。
R. Bhandari, "Optimal Physical Diversity Algorithms and Survivable Networks", IEEE Conference Paper, pp. 433-441
　非特許文献１に記載の技術を通信ネットワークに適用する場合、送信ノードと受信ノードの組み合わせによっては、主系経路と冗長系経路の経路長差が大きくなることがある。この理由の一つとして、通信ネットワークが完全グラフではなく、選択可能なエッジが限られることが挙げられる。経路長差が大きいと、通信経路を主系経路から冗長系経路に切り替えたときに通信性能の低下が生じる。そのため、主系経路と冗長系経路の経路長差による通信性能の低下が相対的に大きい送信ノードと受信ノードの組み合わせを特定し、適切な冗長系経路を構成できるようネットワークを変更することが望まれる。
　本発明の目的は、通信ネットワークにおいて、主系経路から冗長系経路に切り替えたときに通信性能の低下が生じる送信ノードと受信ノードのペアを特定することができるネットワーク管理装置、ネットワーク管理方法およびプログラムを提供することにある。
　本発明の一態様は、ネットワーク管理装置であって、複数のノードと、前記ノード間を接続する複数のエッジとを有する通信ネットワークを管理するネットワーク管理装置であって、前記通信ネットワーク上のノードのペアであるノードペアそれぞれについて、前記複数のエッジで構成され、当該ノードペア間を接続する主系経路および冗長系経路であって、前記主系経路上の中継ノードと前記冗長系経路上の中継ノードが重複しない前記主系経路および前記冗長系経路を特定する経路特定部と、前記ノードペアそれぞれについて前記主系経路と前記冗長系経路との経路長差を求める経路長差算出部と、前記経路長差に基づいて、前記ノードペアのうち前記主系経路から前記冗長系経路に切り替えたときに通信性能の低下が生じる外れペアを抽出する抽出部とを備える。
　本発明の一態様は、上記のネットワーク管理装置であって、前記通信ネットワークに含まれないエッジであって、前記通信ネットワークに追加することで、前記外れペアにおいて前記主系経路から前記冗長系経路に切り替えたときの通信性能の低下を抑制する追加エッジを特定する追加エッジ特定部を備え、前記経路特定部は、前記追加エッジの候補である複数の候補エッジについて、前記候補エッジを前記通信ネットワークに加えた場合における前記外れペアそれぞれに係る主系経路および冗長系経路を特定し、前記追加エッジ特定部は、前記複数の候補エッジのうち、前記外れペアの経路長差に係る指標値が最も小さくなるものを、前記追加エッジとして特定する。
　本発明の一態様は、上記のネットワーク管理装置において、前記抽出部は、前記経路長差と、前記ノードペア間の距離との組み合わせに基づく統計処理によって、前記外れペアを抽出する。
　本発明の一態様は、ネットワーク管理方法であって、複数のノードと、前記ノード間を接続する複数のエッジとを有する通信ネットワークを管理するネットワーク管理方法であって、前記通信ネットワーク上のノードのペアであるノードペアそれぞれについて、前記複数のエッジで構成され、当該ノードペア間を接続する主系経路および冗長系経路であって、前記主系経路上の中継ノードと前記冗長系経路上の中継ノードが重複しない主系経路および冗長系経路を特定するステップと、前記ノードペアそれぞれについて前記主系経路と前記冗長系経路との経路長差を求めるステップと、前記経路長差に基づいて、前記ノードペアのうち前記主系経路から前記冗長系経路に切り替えたときに通信性能の低下が生じる外れペアを抽出するステップとを有する。
　本発明の一態様は、プログラムであって、複数のノードと、前記ノード間を接続する複数のエッジとを有する通信ネットワークを管理するコンピュータに、前記通信ネットワーク上のノードのペアであるノードペアそれぞれについて、前記複数のエッジで構成され、当該ノードペア間を接続する主系経路および冗長系経路であって、前記主系経路上の中継ノードと前記冗長系経路上の中継ノードが重複しない前記主系経路および前記冗長系経路を特定するステップと、前記ノードペアそれぞれについて前記主系経路と前記冗長系経路との経路長差を求めるステップと、前記経路長差に基づいて、前記ノードペアのうち前記主系経路から前記冗長系経路に切り替えたときに通信性能の低下が生じる外れペアを抽出するステップとを実行させる。
　上記少なくとも１つの態様によれば、通信ネットワークにおいて、主系経路から冗長系経路に切り替えたときに通信性能の低下が生じるノードのペアを特定することができる。
第１の実施形態に係る主系経路と冗長系経路の例を示す図である。 第１の実施形態に係るネットワーク管理装置の構成を示す概略ブロック図である。 第１の実施形態に係るネットワーク管理装置の動作を示すフローチャートである。 通信ネットワークにおけるノードペアの経路長差の分布の例を示す図である。 第１の実施形態に係る手法で追加エッジを決定した場合のノードペアの経路長差の分布の例を示す図である。 少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
〈第１の実施形態〉
　以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
　第１の実施形態に係るネットワーク管理装置１は、通信ネットワークを管理する。
　図１は、第１の実施形態に係る主系経路Ｒｐと冗長系経路Ｒｓの例を示す図である。通信ネットワークは、複数のノードＮと、ノードＮ間を接続するエッジＥによって構成される。第１の実施形態に係る通信ネットワークのノード同士は、平常時に主系経路Ｒｐを介して通信を行い、主系経路Ｒｐに障害が発生したときに冗長系経路Ｒｓに切り替えて通信を行う。
　主系経路Ｒｐと冗長系経路Ｒｓは、互いに共通する中継ノードを有しない。中継ノードとは、経路を構成するノードのうち、送信ノードおよび受信ノードを除くものである。２つの経路のうち経路長が短いものが主系経路Ｒｐであり、経路長が長いものが冗長系経路Ｒｓである。図１に示す通信ネットワークは、ノードＮ１～ノードＮ７の６つのノードＮを備える。当該通信ネットワークにおいて、送信ノードをＮ１とし、受信ノードをＮ７とする場合の最短経路はＮ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ７を順に結ぶ経路である。しかしながら、この最短経路は、共通する中継ノードを有しない冗長系経路Ｒｓを構成することができないため、主系経路Ｒｐとして採用されない。図１に示す例では、Ｎ１、Ｎ４、Ｎ３、Ｎ７を順に結ぶ経路が主系経路Ｒｐとなり、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ６、Ｎ５、Ｎ７を順に結ぶ経路を冗長系経路Ｒｓとなる。
　主系経路Ｒｐと冗長系経路Ｒｓの経路長差が大きいと、通信経路を主系経路Ｒｐから冗長系経路Ｒｓに切り替えたときに通信性能の低下が生じる。経路長差を小さくするためには、通信ネットワークにエッジを追加する必要がある。例えば、図１に示す例では、冗長系経路Ｒｓが他のノードＮから比較的離れたノードＮ６を経由するために主系経路Ｒｐに対して冗長系経路Ｒｓの経路長が長くなっている。これに対し、ノードＮ２とノードＮ５を結ぶエッジを追加することで、冗長系経路ＲｓがＮ１、Ｎ２、Ｎ５、Ｎ７を結ぶ経路となり、冗長系経路Ｒｓの経路長を短くすることができる。一方で、通信ネットワークにエッジを追加するためには大規模な工事が必要となる。そのため、第１の実施形態に係るネットワーク管理装置１は、通信性能の低い複数の経路について品質が向上するように適切な追加エッジを決定する。つまり、ネットワーク管理装置１は、通信ネットワーク全体の通信性能を向上させる最小限の追加エッジを特定する。
《ネットワーク管理装置１の構成》
　図２は、第１の実施形態に係るネットワーク管理装置１の構成を示す概略ブロック図である。ネットワーク管理装置１は、要求受信部１１、ネットワークデータベース１２、ノードペア特定部１３、経路特定部１４、経路長差算出部１５、抽出部１６、候補エッジ特定部１７、指標値算出部１８、追加エッジ決定部１９を備える。
　要求受信部１１は、通信ネットワークの改善要求を受信する。改善要求は、改善すべき通信ネットワークのＩＤを含む。ネットワーク管理装置１は、改善要求の受信をトリガに追加エッジの決定処理を開始する。
　ネットワークデータベース１２は、通信ネットワークごとに、当該通信ネットワークを構成するノード及びエッジに係る情報を記憶する。例えば、ネットワークデータベース１２は、各ノードの緯度および経度、各エッジの始点ノード、終点ノード及び長さを記憶する。また、ネットワークデータベース１２は、通信ネットワークごとに、追加すべきでないエッジ（禁止エッジ）に係る情報を記憶する。禁止エッジの例としては、山脈を隔てて設けられるノード間を結ぶエッジなど、追加する場合に必要となるコストが高いエッジが挙げられる。
　ノードペア特定部１３は、ネットワークデータベース１２が記憶する情報に基づいて、通信ネットワークを構成する複数のノードから、送信ノードと受信ノードの組み合わせ（ノードペア）をすべて特定する。
　経路特定部１４は、ノードペア特定部１３が特定したノードペア間を接続する主系経路Ｒｐおよび冗長系経路Ｒｓを特定する。図１に示すように、主系経路Ｒｐと冗長系経路Ｒｓは、送信ノード及び受信ノードを同じくし、共通する中継ノードを有しない２つの経路である。経路特定部１４は、例えば主系経路Ｒｐと冗長系経路Ｒｓの経路長の和が最小となるように、主系経路Ｒｐおよび冗長系経路Ｒｓを特定する。
　経路特定部１４は、例えば非特許文献１に記載の手法によって主系経路Ｒｐおよび冗長系経路Ｒｓを特定することができる。
　経路長差算出部１５は、経路特定部１４が特定した主系経路Ｒｐおよび冗長系経路Ｒｓそれぞれの経路長と、主系経路Ｒｐと冗長系経路Ｒｓの経路長差を算出する。経路長は、例えば経路を構成するエッジに関連付けられた長さの総和によって求めてもよいし、経路を構成する中継ノード間の距離の総和によって求めてもよい。ノード間の距離は、ノードの緯度及び経度から求めることができる。
　抽出部１６は、経路長差算出部１５が算出した経路長および経路長差に基づいて、経路長差が相対的に大きいノードペアである外れペアを抽出する。例えば、抽出部１６は以下の手順で外れペアを抽出する。まず、抽出部１６は、複数のノードペアの属性として、経路長の和と、経路長差を設定する。次に、抽出部１６は、ワンクラスＳＶＭ（Support Vector Machine）によって正常なクラスを識別する識別境界を生成する。このとき、ノードペアは、抽出部１６は、設定した識別境界より原点に近いノードペアを、外れペアとして抽出する。なお、他の実施形態に係る抽出部１６は、ＳＶＭでない手法で外れペアを抽出してもよい。例えば他の実施形態に係る抽出部１６は、ノードペアに基づいて経路長差の分布を表す混合ガウスモデルを学習し、混合ガウスモデルとの比較によって外れペアを抽出してもよい。
　候補エッジ特定部１７は、ネットワークデータベース１２が記憶する情報に基づいて、通信ネットワークに追加するエッジの候補となる複数の候補エッジを特定する。候補エッジ特定部１７は、通信ネットワークを構成するノード群による完全グラフを構成するエッジから、通信ネットワークに既に存在するエッジと禁止エッジを除いたものを、候補エッジ群として特定する。
　指標値算出部１８は、抽出部１６が抽出した複数の外れペアについて、主系経路Ｒｐから冗長系経路Ｒｓに切り替えたときの通信性能の低下の度合いを示す指標値を算出する。当該指標値は、通信性能の最適化の指標となる。指標値は、抽出部１６が抽出した複数の外れペアに係る経路長差の二乗平均平方根によって求められる。
　追加エッジ決定部１９は、候補エッジ特定部１７が特定した候補エッジのうち、指標値が最も小さくなるものを、追加エッジとして特定する。
《ネットワーク管理装置１の動作》
　図３は、第１の実施形態に係るネットワーク管理装置１の動作を示すフローチャートである。
　通信ネットワークの管理者は、ある通信ネットワークにおいて性能改善を検討したい場合に、ネットワーク管理装置１に改善要求を送信する。ネットワーク管理装置１の要求受信部１１が通信ネットワークの改善要求を受信すると、ノードペア特定部１３は、改善要求に含まれる通信ネットワークのＩＤに基づいてネットワークデータベース１２から改善すべきネットワークに係る情報を読み出す（ステップＳ１）。ノードペア特定部１３は、ネットワークを構成するすべてのノードから、送信ノードと受信ノードのすべての組み合わせ（ノードペア）を特定する（ステップＳ２）。ネットワーク管理装置１は、特定した複数のノードペアを１つずつ選択し（ステップＳ３）、選択したノードペアについて、以下のステップＳ４およびステップＳ５の計算を行う。
　経路特定部１４は、ステップＳ３で選択されたノードペアについて、送信ノードと受信ノードとの間を接続する主系経路Ｒｐおよび冗長系経路Ｒｓを特定する（ステップＳ４）。経路長差算出部１５は、ステップＳ４で特定した主系経路Ｒｐおよび冗長系経路Ｒｓそれぞれの経路長と、主系経路Ｒｐと冗長系経路Ｒｓの経路長差を算出する（ステップＳ５）。
　各ノードペアについて経路長および経路長差を算出すると、抽出部１６は、経路長の和と経路長差を属性として、ワンクラスＳＶＭによって正常なクラスを識別する識別境界を特定する（ステップＳ６）。抽出部１６は、ステップＳ２で特定したノードペアのうち、設定した識別境界より原点に近いものを、外れペアとして抽出する（ステップＳ７）。
　候補エッジ特定部１７は、ネットワークデータベース１２が記憶する情報に基づいて、通信ネットワークに追加するエッジの候補となる複数の候補エッジを特定する（ステップＳ８）。ネットワーク管理装置１は、ステップＳ８で特定した複数の候補エッジを１つずつ選択し（ステップＳ９）、各候補エッジについて以下のステップＳ１０からステップＳ１３の計算を行う。
　ネットワーク管理装置１は、ステップＳ７で抽出した複数の外れペアを１つずつ選択し（ステップＳ１０）、各外れペアについて以下のステップＳ１１およびステップＳ１２の計算を行う。経路特定部１４は、ステップＳ１で読み出した通信ネットワークに、ステップＳ９で選択した候補エッジを加えた候補ネットワークについて、ステップＳ１０で選択した外れペアの間を接続する主系経路Ｒｐおよび冗長系経路Ｒｓを特定する（ステップＳ１１）。経路長差算出部１５は、ステップＳ１１で特定した主系経路Ｒｐおよび冗長系経路Ｒｓそれぞれの経路長と、主系経路Ｒｐと冗長系経路Ｒｓの経路長差を算出する（ステップＳ１２）。
　各外れペアについて経路長および経路長差を算出すると、指標値算出部１８は、ステップＳ１２で算出された複数の外れペアの経路長差の二乗平均平方根を、指標値として算出する（ステップＳ１３）。
　追加エッジ決定部１９は、ステップＳ８で特定された候補エッジのうち、ステップＳ１３で算出された指標値が最も小さくなるものを、追加エッジとして特定する（ステップＳ１４）。追加エッジ決定部１９は、特定した追加エッジを通信ネットワークの管理者が操作する端末に表示させる。このとき、追加エッジ決定部１９は、現在の通信ネットワークの経路長差の分布と、追加エッジを追加した場合の通信ネットワークの経路長差の分布とを比較可能に表示してよい。例えば、追加エッジ決定部１９は、後述する図４のグラフと図５のグラフを重ね合わせて表示させることで、改善度合いを示してよい。
《具体例》
　図４は、通信ネットワークにおけるノードペアの経路長差の分布の例を示す図である。
　図４は、横軸にノードペアの経路長差をとり、縦軸に経路長差の度数および累積相対度数をとったグラフである。図４に示す例では、経路長差は対数正規分布に近い分布をとっている。一方で、図４に示す例では、経路長差が長いノードペアが点在していることが分かる。第１の実施形態に係るネットワーク管理装置１によれば、このようなノードペアは、外れペアとして抽出される。図４に示す例からは、このような外れペアにおいて、主系経路Ｒｐと冗長系経路Ｒｓの切替が生じたときに通信性能の劣化が生じることが分かる。第１の実施形態に係るネットワーク管理装置１は、このような外れペアの経路長差の二乗平均平方根が小さくなるように追加エッジを決定することで、外れペアが分布に従った経路長差を有するように通信ネットワークを変更することができる。
　図５は、第１の実施形態に係る手法で追加エッジを決定した場合のノードペアの経路長差の分布の例を示す図である。図５に示す例では、図４においてみられた外れペアが減少していることが分かる。このように、第１の実施形態によれば、外れペアについて通信性能が向上するように追加エッジを決定することで、通信ネットワーク全体の品質向上を図ることができる。特に、ネットワーク管理装置１は、候補エッジを追加した場合の主系経路Ｒｐと冗長系経路Ｒｓの計算を外れペアに限ることで、追加エッジの決定処理に係る計算量を抑えることができる。また、ネットワーク管理装置１は、指標値の算出対象を外れペアに限ることで、積極的に外れペアがなくなるように追加エッジを決定することができる。全てのノードペアに基づいて指標値を求める場合、外れペアの経路長差が改善されず既に分布に従ったノードペアの経路長差を小さくするような追加エッジが得られる可能性がある。
《作用・効果》
　このように、第１の実施形態に係るネットワーク管理装置１は、通信ネットワーク上のノードペアそれぞれに係る主系経路Ｒｐと冗長系経路Ｒｓとの経路長差に基づいて外れペアを抽出する。これにより、ネットワーク管理装置１は、通信ネットワークのどのノード間の通信において通信性能の低下が生じるのかを特定することができる。つまり、ネットワーク管理装置１は、主系経路Ｒｐから冗長系経路Ｒｓに切り替えたときに通信性能の低下が生じるノードのペアを特定することができる。
　また、第１の実施形態に係るネットワーク管理装置１は、複数の候補エッジそれぞれについて、その候補エッジを通信ネットワークに加えた場合における外れペアそれぞれに係る主系経路Ｒｐおよび冗長系経路Ｒｓを特定し、外れペアの経路長差に係る指標値が最も小さくなる候補エッジを、追加エッジとして特定する。この手法によって特定された追加エッジは、外れペアの経路長差を短くすることに大きく寄与するエッジとなる。これにより、ネットワーク管理装置１は、積極的に外れペアがなくなるように追加エッジを決定することができる。
　また、第１の実施形態に係るネットワーク管理装置１は、経路長差と、経路長の和との組み合わせを要素としてＳＶＭによって、外れペアを抽出する。主系経路Ｒｐと冗長系経路Ｒｓの経路長の和は、ノードペア間の距離に応じた値となる。主系経路Ｒｐと冗長系経路Ｒｓの経路長差は、ノードペア間の距離によって異なる。冗長系経路Ｒｓは、ノードペア間を最短経路で結ぶ主系経路Ｒｐと同じ中継ノードを含まないという制約を持つ。そのため、ノードペア間の距離が長いほど、冗長系経路Ｒｓの長さは長くなる可能性がある。したがって、経路長差と、経路長の和との組み合わせを要素として外れ値を求めることで、ノードペア間の距離によって経路長差が長くなるものを外れ値とならないようにすることができる。
〈他の実施形態〉
　以上、図面を参照して一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。すなわち、他の実施形態においては、上述の処理の順序が適宜変更されてもよい。また、一部の処理が並列に実行されてもよい。
　上述した実施形態に係るネットワーク管理装置１は、単独のコンピュータによって構成されるものであってもよいし、ネットワーク管理装置１の構成を複数のコンピュータに分けて配置し、複数のコンピュータが互いに協働することでネットワーク管理装置１として機能するものであってもよい。
　上述した実施形態に係るネットワーク管理装置１は、通信性能の低いノードペアである複数の外れペアを特定し、当該複数の外れペアについて品質が向上するように適切な追加エッジを決定するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係るネットワーク管理装置１は、通信ネットワークにおける外れペアを抽出して提示する一方で、追加エッジの決定をしないものであってもよい。
　上述した実施形態に係るネットワーク管理装置１は、主系経路Ｒｐと冗長系経路Ｒｓの経路長の和を要素としてＳＶＭなどの統計処理を行うことで外れペアを抽出するが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、ノードペア間のホップ数や、ノード間の直線距離など、ノードペア間の距離に応じた他の値を要素として用いてもよい。また、他の実施形態に係るネットワーク管理装置１は、ノードペア間の距離に応じた値を用いずに、経路長のみに基づいて外れペアを抽出するものであってもよい。
　上述した実施形態に係るネットワーク管理装置１は、予めネットワーク構成に係る情報をネットワークデータベース１２に記憶しているが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係るネットワーク管理装置１は、改善すべき通信ネットワークに係るデータを含む改善要求を受信する場合、ネットワークデータベース１２を備えなくてもよい。
〈コンピュータ構成〉
　図６は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
　コンピュータ９０は、プロセッサ９１、メインメモリ９３、ストレージ９５、インタフェース９７を備える。
　上述のネットワーク管理装置１は、コンピュータ９０に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ９５に記憶されている。プロセッサ９１は、プログラムをストレージ９５から読み出してメインメモリ９３に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ９１は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ９３に確保する。プロセッサ９１の例としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）、マイクロプロセッサなどが挙げられる。
　プログラムは、コンピュータ９０に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージに既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、コンピュータ９０は、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサ９１によって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。このような集積回路も、プロセッサの一例に含まれる。
　ストレージ９５の例としては、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ９５は、コンピュータ９０のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース９７または通信回線を介してコンピュータ９０に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９０に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９０が当該プログラムをメインメモリ９３に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージ９５は、一時的でない有形の記憶媒体である。
　また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能をストレージ９５に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
　１…ネットワーク管理装置　１１…要求受信部　１２…ネットワークデータベース　１３…ノードペア特定部　１４…経路特定部　１５…経路長差算出部　１６…抽出部　１７…候補エッジ特定部　１８…指標値算出部　１９…追加エッジ決定部　Ｅ…エッジ　Ｎ…ノード　Ｒｐ…主系経路　Ｒｓ…冗長系経路　

Claims (5)

  1. 　複数のノードと、前記ノード間を接続する複数のエッジとを有する通信ネットワークを管理するネットワーク管理装置であって、
    　前記通信ネットワーク上のノードのペアであるノードペアそれぞれについて、前記複数のエッジで構成され、当該ノードペア間を接続する主系経路および冗長系経路であって、前記主系経路上の中継ノードと前記冗長系経路上の中継ノードが重複しない前記主系経路および前記冗長系経路を特定する経路特定部と、
    　前記ノードペアそれぞれについて前記主系経路と前記冗長系経路との経路長差を求める経路長差算出部と、
    　前記経路長差に基づいて、前記ノードペアのうち前記主系経路から前記冗長系経路に切り替えたときに通信性能の低下が生じる外れペアを抽出する抽出部と
    　を備えるネットワーク管理装置。
  2. 　前記通信ネットワークに含まれないエッジであって、前記通信ネットワークに追加することで、前記外れペアにおいて前記主系経路から前記冗長系経路に切り替えたときの通信性能の低下を抑制する追加エッジを特定する追加エッジ特定部を備え、
    　前記経路特定部は、前記追加エッジの候補である複数の候補エッジについて、前記候補エッジを前記通信ネットワークに加えた場合における前記外れペアそれぞれに係る主系経路および冗長系経路を特定し、
    　前記追加エッジ特定部は、前記複数の候補エッジのうち、前記外れペアの経路長差に係る指標値が最も小さくなるものを、前記追加エッジとして特定する
    　請求項１に記載のネットワーク管理装置。
  3. 　前記抽出部は、前記経路長差と、前記ノードペア間の距離との組み合わせに基づく統計処理によって、前記外れペアを抽出する
    　請求項１または請求項２に記載のネットワーク管理装置。
  4. 　複数のノードと、前記ノード間を接続する複数のエッジとを有する通信ネットワークを管理するネットワーク管理方法であって、
    　前記通信ネットワーク上のノードのペアであるノードペアそれぞれについて、前記複数のエッジで構成され、当該ノードペア間を接続する主系経路および冗長系経路であって、前記主系経路上の中継ノードと前記冗長系経路上の中継ノードが重複しない主系経路および冗長系経路を特定するステップと、
    　前記ノードペアそれぞれについて前記主系経路と前記冗長系経路との経路長差を求めるステップと、
    　前記経路長差に基づいて、前記ノードペアのうち前記主系経路から前記冗長系経路に切り替えたときに通信性能の低下が生じる外れペアを抽出するステップと
    　を有するネットワーク管理方法。
  5. 　複数のノードと、前記ノード間を接続する複数のエッジとを有する通信ネットワークを管理するコンピュータに、
    　前記通信ネットワーク上のノードのペアであるノードペアそれぞれについて、前記複数のエッジで構成され、当該ノードペア間を接続する主系経路および冗長系経路であって、前記主系経路上の中継ノードと前記冗長系経路上の中継ノードが重複しない前記主系経路および前記冗長系経路を特定するステップと、
    　前記ノードペアそれぞれについて前記主系経路と前記冗長系経路との経路長差を求めるステップと、
    　前記経路長差に基づいて、前記ノードペアのうち前記主系経路から前記冗長系経路に切り替えたときに通信性能の低下が生じる外れペアを抽出するステップと
    　を実行させるためのプログラム。
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