(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パケット転送機能をパスによって収容する機能を有するノードと、前記ノードの間を接続するリンクによって構成される通信ネットワークを設計する通信ネットワーク設計装置であって、
上位レイヤパストポロジ情報、下位レイヤパストポロジ情報及びトラヒック情報を記憶する情報保持部と、
前記通信ネットワークの各ノード間のトラヒック情報を取得して、前記情報保持部に記憶するトラヒック取得部と、
各ノード間トラヒックの変動に対応して構成変更すべき上位レイヤパスおよび下位レイヤパスの箇所および順序を算出することにより通信ネットワーク設計を実施する設計実施部とを備え、
前記設計実施部は、
前記トラヒック情報を参照して、トラヒックの変化に応じて現状の上位レイヤトポロジ情報に対して変更を加えるべき箇所をリストアップしたパス構成変更候補を生成するパス構成変更候補生成部と、
前記パス構成変更候補及び前記トラヒック情報から上位パスレイヤを設計して前記上位レイヤパストポロジ情報を前記情報保持部に記憶する上位パスレイヤ設計部と、
前記上位レイヤパストポロジ情報から下位パスレイヤを設計して前記下位レイヤパストポロジ情報を前記情報保持部に記憶する下位パスレイヤ設計部と
を備え、
前記情報保持部は、過去の設計実施時のトラヒック情報であるトラヒック過去情報をさらに記憶し、
前記パス構成変更候補生成部は、
各ノード間に対して、前記トラヒック情報と前記トラヒック過去情報との差によって算出されるトラヒック帯域情報と、始終点ノード間の下位レイヤパストポロジ上の最短距離または最短経由ノードホップ数から導かれるトラヒック距離情報との積算値について、前記積算値の絶対値を降順に並び替えたものによって前記上位レイヤパスの構成変更順序を定めることにより、前記パス構成変更候補を生成する、
ことを特徴とする通信ネットワーク設計装置。
【請求項２】
前記トラヒック帯域情報は、
各ノードが隣接する上位レイヤパスにて収容されているトラヒック帯域から算出されることを特徴とする請求項１に記載の通信ネットワーク設計装置。
【請求項３】
前記トラヒック距離情報は、始終点ノード間における上位レイヤパストポロジ上の最短距離から物理トポロジ上の最短距離を減算した値か、または、上位レイヤパストポロジ上の最短経由ノードホップ数と物理トポロジ上の最短経由ノードホップ数との差分に基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載の通信ネットワーク設計装置。
【請求項４】
将来のトラヒック交流状況を予測するトラヒック予測手段をさらに備え、
前記トラヒック情報を当該トラヒック予測手段により取得したトラヒック予測情報で代替することを特徴とする請求項１に記載の通信ネットワーク設計装置。
【請求項５】
前記設計実施部は、
前記通信ネットワーク内の下位レイヤへのトラヒック収容状況に基づき、前記下位レイヤパスのうち少なくとも１つの下位レイヤパスに収容されるトラヒックが、予め定めた下位レイヤパス収容閾値を超えたことを契機として前記通信ネットワーク設計を実施することを特徴とする請求項１に記載の通信ネットワーク設計装置。
【請求項６】
上位レイヤパストポロジ情報、下位レイヤパストポロジ情報及びトラヒック情報を記憶する情報保持部を備え、パケット転送機能をパスによって収容する機能を有するノードと、前記ノードの間を接続するリンクによって構成される通信ネットワークを設計する通信ネットワーク設計装置が行う通信ネットワーク設計方法であって、
前記通信ネットワークの各ノード間のトラヒック情報を取得して、前記情報保持部に記憶するトラヒック取得ステップと、
前記トラヒック情報を参照して、トラヒックの変化に応じて現状の上位レイヤトポロジ情報に対して変更を加えるべき箇所をリストアップしたパス構成変更候補を生成するパス構成変更候補生成ステップと、
前記パス構成変更候補及び前記トラヒック情報から上位パスレイヤを設計して前記上位レイヤパストポロジ情報を前記情報保持部に記憶する上位パスレイヤ設計ステップと、
前記上位レイヤパストポロジ情報から下位パスレイヤを設計して前記下位レイヤパストポロジ情報を前記情報保持部に記憶する下位パスレイヤ設計ステップと、
を有し、
前記情報保持部は、過去の設計実施時のトラヒック情報であるトラヒック過去情報をさらに記憶し、
前記パス構成変更候補生成ステップでは、
各ノード間に対して、前記トラヒック情報と前記トラヒック過去情報との差によって算出されるトラヒック帯域情報と、始終点ノード間の下位レイヤパストポロジ上の最短距離または最短経由ノードホップ数から導かれるトラヒック距離情報との積算値について、前記積算値の絶対値を降順に並び替えたものによって上位レイヤパスの構成変更順序を定めることにより、前記パス構成変更候補を生成する、
ことを特徴とする通信ネットワーク設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パケットによる転送機能及び複数レイヤのパス管理機能を有するノードによって構成される通信ネットワークの通信経路を決定する通信ネットワーク設計装置及び通信ネットワーク設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電話トラヒックに代表される従来の通信トラヒックは、一般にトラヒック量が発着点の人口分布に比例しており、過去のトラヒック動向からの予測などに基づいたネットワーク設計が可能であった。しかし近年ではデータセンタの予測困難な地点への配備や、モバイルサービス並びにオンデマンドサービスの普及などが進むことにより、トラヒックのダイナミック性が高まってきている。
【０００３】
ところで、一般的な通信ネットワークは、パケット毎の転送を自律分散的に実施するパケットベースのネットワークと、それらを収容し、明示的な経路を利用して転送されるパスベースのネットワークによって構成されている。具体的には、前者の代表例であるＩＰネットワークは、ＯＳＰＦ （Open Shortest Path First）やＢＧＰ（Border Gateway Protocol）などの自律的なルーティングプロトコルに基づき、入力パケットに対する出力ポートが定められる。
【０００４】
後者のパスベースのネットワークについては、ＭＰＬＳ（Multi-Protocol Label Switching）やＭＰＬＳ−ＴＰ（MPLS Transport Profile）、ＳＤＨ（Synchronous Digital Hierarchy）、ＯＴＮ（Optical Transport Network）、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）ネットワーク等がこれに該当する。これらはＬＳＰ（Label Switched Path）や、ＯＤＵ（Optical channel Data Unit）パス、ＯＣｈ（Optical Channel）パス（波長パス）等のパスによって構成される。
【０００５】
一般に、パスベースのネットワークはレイヤ構造を形成することが可能である。例えば、ＭＰＬＳ−ＴＰとＷＤＭネットワークのマルチレイヤを構成するネットワークの場合、ＭＰＬＳ−ＴＰにおける複数のＬＳＰパスは、ＷＤＭネットワークにおける単一の波長パスに収容される。これは、例えばＩＰパケット転送を行うＩＰルータと、ＭＰＬＳ−ＴＰ及びＷＤＭ機能が統合されたＰＯＴＳ（Packet-Optical Transport System）によってこれを実現することができる。その他、ＭＰＬＳ対応ＩＰルータとＷＤＭ装置のような組み合わせも複数レイヤのパス構成例として挙げられる。
【０００６】
このような状況で、マルチレイヤネットワークの収容効率、すなわち光ファイバや送受信器等の通信リソースの利用効率を高めるため、上位レイヤとそれを収容する下位レイヤとを連携させたパス設計方法が検討されている。非特許文献１では、コストを最小化するための論理パスレイヤ最適化手法を提案している。一方、非特許文献２では、非特許文献１を用い、ＩＰネットワークのコネクション構成と波長ネットワークの経路を最適化するマルチレイヤネットワーク設計方法が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】G. J. Eilenberger, S. Bunse, L. Dembeck, U. Gebhard, F. Ilchmann, W. Lautenschlaeger, and J. Milbrandt, ”Energy-efficient transport for the future internet,” Bell Labs Tech. J. 15(2), 147-167 (2010).
【非特許文献２】Axel Klekamp, Ulrich Gebhard, and Frank Ilchmann, “Energy and Cost Efficiency of Adaptive and Mixed-Line-Rate IP Over DWDM Networks.” Journal of Lightwave Technology, vol.30, no.2, Jan. 2012.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のような背景から、上位レイヤのパケットベースのトラヒックが動的に変化する環境下におけるマルチレイヤネットワーク設計方法が必要とされている。しかしながら、非特許文献１および非特許文献２に記載の技術ではトラヒック分布が予め静的に与えられた状態での設計方法の提案であるため、トラヒックの動的な変化への対応に関する条件を満たさない。仮にこの方法を動的に変化するトラヒックに対して断続的に適用した場合、断続的に出力される結果の差分に対する設計手順が与えられないため、非効率な設計となる可能性がある。
【０００９】
図１６は、静的なネットワーク設計を適用した場合のトポロジを示す説明図である。図１６では、マルチレイヤネットワークの設計結果の一部であるＷＤＭネットワークトポロジについて、上位レイヤのＩＰトラヒックが例えば図４（ａ）から図４（ｂ）に時間経過した際に、それぞれについて静的なネットワーク設計を適用した場合のトポロジを例示している。波長パスの本数は図１６（ａ）、図１６（ｂ）それぞれ５本ずつで一致しているが、トポロジは大きく異なる。この状況で図１６（ａ）から図１６（ｂ）への移行を考えた場合に、２つのパスの削除と２つのパスの新規追加という大きな労力が必要となるため、オペレーション数の観点では必ずしも最適な設計とは言えない。従って、より少ないオペレーション数で効率的な設計を実施することが重要である。
【００１０】
一方、マルチレイヤネットワークの設計は、ＩＬＰ（Integer Linear Programming）などの手法やツールを用いることで任意の目的関数に対して理論的に最適な解を算出することが可能であるが、一般にネットワーク規模の増大に従って計算時間が指数関数的に増大するため、動的なトラヒックなど高い頻度の計算が必要な用途へは適していない。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、トラヒック分布の変化に対して通信ネットワークにおける複数レイヤのパスを短時間かつ高効率に設計することができる通信ネットワーク設計装置及び通信ネットワーク設計方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、パケット転送機能をパスによって収容する機能を有するノードと、前記ノードの間を接続するリンクによって構成される通信ネットワークを設計する通信ネットワーク設計装置であって、上位レイヤパストポロジ情報、下位レイヤパストポロジ情報及びトラヒック情報を記憶する情報保持部と、前記通信ネットワークの各ノード間のトラヒック情報を取得して、前記情報保持部に記憶するトラヒック取得部と、前記トラヒック情報を参照して、トラヒックの変化に応じて現状の上位レイヤトポロジ情報に対して変更を加えるべき箇所をリストアップしたパス構成変更候補を生成するパス構成変更候補生成部と、前記パス構成変更候補及び前記トラヒック情報から上位パスレイヤを設計して前記上位レイヤパストポロジ情報を前記情報保持部に記憶する上位パスレイヤ設計部と、前記上位レイヤパストポロジ情報から下位パスレイヤを設計して前記下位レイヤパストポロジ情報を前記情報保持部に記憶する下位パスレイヤ設計部と、各ノード間トラヒックの変動に対応して構成変更すべき上位レイヤパスおよび下位レイヤパスの箇所および順序を算出することにより通信ネットワーク設計を実施する設計実施部とを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明は、前記情報保持部は、過去の設計実施時のトラヒック情報であるトラヒック過去情報をさらに記憶し、前記パス構成変更候補生成部は、各ノード間に対して、前記トラヒック情報と前記トラヒック過去情報との差によって算出されるトラヒック帯域情報と、始終点ノード間の下位レイヤパストポロジ上の最短距離または最短経由ノードホップ数から導かれるトラヒック距離情報との積算値について、前記積算値の絶対値を降順に並び替えたものによって前記上位レイヤパスの構成変更順序を定めることにより、前記パス構成変更候補を生成することを特徴とする。
【００１４】
本発明は、前記トラヒック帯域情報は、各ノードが隣接する上位レイヤパスにて収容されているトラヒック帯域から算出されることを特徴とする。
【００１５】
本発明は、前記トラヒック距離情報は、始終点ノード間における前記上位レイヤパストポロジ上の最短距離から物理トポロジ上の最短距離を減算した値か、または、上位レイヤパストポロジ上の最短経由ノードホップ数と物理トポロジ上の最短経由ノードホップ数との差分に基づいて算出されることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、将来のトラヒック交流状況を予測するトラヒック予測手段をさらに備え、前記トラヒック情報を当該トラヒック予測手段により取得したトラヒック予測情報で代替することを特徴とする。
【００１７】
本発明は、前記設計実施部は、前記通信ネットワーク内の下位レイヤへのトラヒック収容状況に基づき、前記下位レイヤパスのうち少なくとも１つの下位レイヤパスに収容されるトラヒックが、予め定めた下位レイヤパス収容閾値を超えたことを契機として前記通信ネットワーク設計を実施することを特徴とする。
【００１８】
本発明は、上位レイヤパストポロジ情報、下位レイヤパストポロジ情報及びトラヒック情報を記憶する情報保持部を備え、パケット転送機能をパスによって収容する機能を有するノードと、前記ノードの間を接続するリンクによって構成される通信ネットワークを設計する通信ネットワーク設計装置が行う通信ネットワーク設計方法であって、前記通信ネットワークの各ノード間のトラヒック情報を取得して、前記情報保持部に記憶するトラヒック取得ステップと、前記トラヒック情報を参照して、トラヒックの変化に応じて現状の上位レイヤトポロジ情報に対して変更を加えるべき箇所をリストアップしたパス構成変更候補を生成するパス構成変更候補生成ステップと、前記パス構成変更候補及び前記トラヒック情報から上位パスレイヤを設計して前記上位レイヤパストポロジ情報を前記情報保持部に記憶する上位パスレイヤ設計ステップと、前記上位レイヤパストポロジ情報から下位パスレイヤを設計して前記下位レイヤパストポロジ情報を前記情報保持部に記憶する下位パスレイヤ設計ステップと、各ノード間トラヒックの変動に対応して構成変更すべき上位レイヤパスおよび下位レイヤパスの箇所および順序を算出することにより通信ネットワーク設計を実施する設計実施ステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、各始終点間のトラヒック分布の断続的な変化に対して、新設パス数を抑え、かつ高い利用効率で通信ネットワークにおける複数のレイヤのパスを設計することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態による通信ネットワーク設計装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す通信ネットワーク設計装置の全体の処理動作を示す図である。
【図３】ノード１からノード６までの計６ノードからなる２×３格子状のネットワークトポロジを示す図である。
【図４】図３に示すトポロジにおいてトラヒックの変化およびそれに対応したトラヒックマトリクスを示す図である。
【図５】初期状態のトポロジの構成を示す図である。
【図６】初期状態のトポロジの構成する方法に非特許文献１の方法を適用した場合の一例を示す図である。
【図７】図２に示す各設計動作に対応する処理動作を示すフローチャートである。
【図８】トラヒック差分マトリクスの一例を示す図である。
【図９】上位レイヤパス設定変更テーブルの一例を示す図である。
【図１０】図７に示す処理動作に基づいて計算を実施した経過を示す図である。
【図１１】図７に示す処理動作の変形例を示すフローチャートである。
【図１２】各ネットワークについて、各始終点間のＩＰトラヒックを時間経過毎にランダムに発生させた際に必要な光パス数を示す図である。
【図１３】ＮＳＦＮＥＴ、ＣＯＳＴ２６６の構成を示す説明図である。
【図１４】図１に示す構成の変形例を示すブロック図である。
【図１５】上位レイヤパス設定変更テーブルの一例を示す図である。
【図１６】静的なネットワーク設計を適用した場合のトポロジを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜第１の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態による通信ネットワーク設計装置を説明する。図１は同実施形態の構成を示すブロック図である。この図に示す通信ネットワーク設計装置１は、上位パスレイヤ設計部２、下位パスレイヤ設計部３、パス構成変更候補生成部４、トラヒック取得部５、情報保持部６及び設計実施部８から構成する。
【００２２】
トラヒック取得部５は、通信ネットワークの各ノード間にて発生するトラヒック量を取得する機能を有しており、取得結果は一般に行列形式で表現可能である。情報保持部６は、各レイヤのトポロジ情報、および過去のトラヒック情報を格納する。各レイヤのトポロジ情報とは、上位パスレイヤ設計部２および下位パスレイヤ設計部３によって設計されたパス結果を格納した情報である。また、過去のトラヒック情報とは、各地点間を流通するトラヒック量を示しており、少なくとも前回設計実施時に取得したトラヒック情報を含む。
【００２３】
上位パスレイヤ設計部２および下位パスレイヤ設計部３は、情報保持部６から取得した各レイヤのトポロジ情報およびトラヒック情報から、上位および下位レイヤのパストポロジを設計する。パス構成変更候補生成部４は、トラヒックの変化に応じて現状のトポロジに対して変更を加えるべき箇所をリストアップする機能を有する。設計実施部８は、上位パスレイヤ設計部２、下位パスレイヤ設計部３及びパス構成変更候補生成部４を備え、各ノード間トラヒックの変動に対応して構成変更すべき上位レイヤパスおよび下位レイヤパスの箇所および順序を算出することにより通信ネットワーク設計を実施する。
【００２４】
図２は、本実施形態による通信ネットワーク設計装置の全体の処理動作を示す図である。図２に示すように、トラヒックの変動（トラヒックパターン）を定期的に取得し、前回取得時との差分に基づいてパス構成変更のための設計を通信ネットワーク設計装置１にて実施する。そして、パス構成変更手順とその結果を出力する。
【００２５】
次に具体例を挙げて説明する。図３は、ノード１からノード６までの計６ノードからなる２×３格子状のネットワークトポロジを示す図である。ここでは、隣り合うノード同士が接続されてリンクを構成している。各ノードは複数レイヤのパス構成機能を有するものとし、ここではパケットベースのＩＰレイヤ、ＬＳＰベースのＭＰＬＳ−ＴＰレイヤ、波長パスベースのＷＤＭレイヤによって構成されているものとする。
【００２６】
図４は、図３に示すトポロジにおいてトラヒックの変化およびそれに対応したトラヒックマトリクスを示す図である。初期状態である図４（ａ）ではノード１に対して他のノード（ノード２〜６）と４０ＧｂｐｓでＩＰトラヒックが発生している。一方、一定時間経過後である図４（ｂ）ではノード６に対して他のノード（ノード１〜５）と１００ＧｂｐｓでＩＰトラヒックが発生しているモデルを想定する。トラヒックマトリクスは、縦軸が始点ノード、横軸が終点ノードである。
【００２７】
まず、図５に示すように、初期状態のトポロジを構成する。図５は、初期状態のトポロジの構成（ＩＰレイヤ、ＭＰＬＳ−ＴＰレイヤ、ＷＤＭレイヤ）を示す図である。この時点における構成方法は任意の方法を用いてよく、例えば非特許文献１に記載されたような静的なトラヒック入力に対して装置数やコストの最小となるトポロジ構成法を用いることができる。ここでは、非特許文献１の方法を適用した例を、図６を参照して説明する。図６は、初期状態のトポロジの構成する方法に非特許文献１の方法を適用した場合の一例を示す図である。
【００２８】
まず、全ノード間の接続性を確保するための最小全域木をＭＰＬＳ−ＴＰレイヤ上に構成する（図６（ａ））。すなわち、ノード１と６の間、ノード１と２の間、ノード２と３の間、ノード２と５の間、ノード３と４の間に論理パスを定義する。ここでは、ＬＳＰが論理パスに相当する。この最小全域木に対して、図１に示すトラヒック取得部５から取得したＩＰトラヒックの割り当てを行い、各ＭＰＬＳ−ＴＰのＬＳＰ当たりのトラヒック量を算出する（図６（ｂ））。トラヒック量は、ノード１と２（リンク１−２）の間が１６０Ｇｂｐｓ、ノード２と３（リンク２−３）の間が８０Ｇｂｐｓとなる。また、ノード１と６（リンク１−６）、ノード２と５（リンク２−５）、ノード３と４（リンク３−４）のそれぞれの間が４０Ｇｂｐｓとなる。
【００２９】
次に、各論理パスに対応した波長パスを設定する（図６（ｃ））。その結果、図５に示すような１ホップのＬＳＰによって構成されるＭＰＬＳ−ＴＰレイヤのパストポロジと、それに対応したＷＤＭレイヤの波長パストポロジが構成されることになる。ここで、図６（ａ）、（ｂ）が図１に示す上位パスレイヤ設計部２が行う処理に対応し、図６（ｃ）が図１に示す下位パスレイヤ設計部３が行う処理に対応する。なお、図６（ｃ）ではＭＰＬＳ−ＴＰのＬＳＰに対して波長パスが同一始終点かつ同一経路で設定されているが、例えば、図６（ｂ）のリンク１−６間に設定されている１つのＬＳＰが、図６（ｄ）のリンク１−２、２−５、５−６のように複数の波長パスに収容される形であっても実施可能である。
【００３０】
次に、図４（ａ）から図４（ｂ）へのトラヒック変化に対して本発明を適用した場合の動作を説明する。図７は、図２に示す各設計動作に対応する処理動作を示すフローチャートである。まず、初期設計として、既存のネットワーク構成を変更させずに現在のトラヒックを設計した場合のネットワーク設計を行い、その結果を情報保持部６に一時保存する（ステップＳ１）。
【００３１】
次に、パス構成変更候補生成部４は、複数のエントリから構成されるパス構成変更候補を生成する（ステップＳ２）。次に、上位パスレイヤ設計部２は、エントリが存在するかを判定し（ステップＳ３）、エントリが存在する場合、このエントリを１つ抽出し、これに基づいて上位レイヤの構成変更を行う（ステップＳ４）。続いて、下位パスレイヤ設計部３は、この結果に基づいて下位レイヤの設計を実施する（ステップＳ５）。
【００３２】
これらの設計結果によって導かれたコストを情報保持部６に一時的に保存し（ステップＳ６）、次のエントリを探索し、エントリが存在する間処理を繰り返す。そして、エントリが存在しなくなった時点で、最小コストの設計結果を最適値として出力する（ステップＳ７）。
【００３３】
なお、エントリ探索からコスト計算までの一連のプロセスは、直前のプロセスにて構成された上位および下位レイヤトポロジを基準とし、これに基づいて上位及び下位レイヤパスの構成変更を行う。これにより、設計手順の算出も可能になる。
【００３４】
次に、前述した処理動作（図７）の詳細を説明する。まず、全ての始終点におけるトラヒック変化量、すなわち、「現時点でのトラヒック量」−「前回測定時点でのトラヒック量」を算出する。図４に示す例では、この変化量を図８に示すトラヒック差分マトリクスの形で表すことができる。図８は、トラヒック差分マトリクスの一例を示す図である。図８に示すトラヒック差分マトリクスは、図４（ｂ）に示すトラヒックマトリクスから図４(ａ）に示すトラヒックマトリクスを減算することにより求めたものである。
【００３５】
このトラヒック差分マトリクスに基づき、パス構成変更候補生成部４は、図９に示すような上位レイヤパス設定変更テーブルを生成する。図９は、上位レイヤパス設定変更テーブルの一例を示す図である。これは、図８に示す各ノード間のトラヒック変化値と、図９（ｂ）トラヒック距離情報にて導かれたＬＳＰホップ数とを掛けあわせた値の絶対値（｜（ａ）×（ｂ）｜）が降順になるように各始終点における上位レイヤパスの構成変更順序を定めたものである。
【００３６】
同一コストのエントリが複数ある場合は、上位レイヤパスの設定に要するコストがより小さい候補を優先させる、ホップ数がより小さい候補を優先させる、ランダムに選択する、等によって順序を決定するものとする。このようにトラヒック変化値とホップ数とを掛けあわせた値を基準にする理由は、トラヒック変化値やホップ数がより大きいパスほど、ネットワーク内でより大きなトラヒック負荷がかかっているため、これらの箇所から優先的に下位レイヤパスを設定することで、ネットワークにかかる負荷を低減できることが期待されるためである。
【００３７】
なお、トラヒック変化値が正の場合は上位レイヤパスを追加し、負の場合は上位レイヤパス構成変更候補から除外するか、上位レイヤパスを削除する。もし削除すべき上位レイヤパスが存在しない場合は、削除動作をスキップする。もし上位レイヤパスの削除動作を行わない場合は、上位レイヤパス設定変更テーブル生成の際に、図９（ａ）と（ｂ）の積の絶対値を算出せずに、積が正となるエントリのみを抽出するだけでよい。
【００３８】
このようにして、図７に示す処理動作に基づいて計算を実施した経過を図１０に示す。図１０は、図７に示す処理動作に基づいて計算を実施した経過を示す図である。図９に示す上位レイヤパス設定変更テーブルでは、（ａ）トラヒック帯域情報はトラヒック変化値を、（ｂ）トラヒック距離情報はＬＳＰホップ数をそれぞれ示している。
【００３９】
初期状態における設計結果（図１０（ａ））では、現在の波長パス構成（図６（ｃ））に対して新設パス数１（リンク１−６）を含む６つの波長パスが必要となることが分かる。さらに、この初期状態における上位レイヤトポロジを基準として新たにノード４−６間に上位レイヤパスを設定して設計を行った結果（図１０（ｂ））では、現在の波長パス構成に対して新設パス数１（リンク４−６）、未使用パス数１（リンク２−３）となり、実際の使用パス数は６となる。
【００４０】
この状態に基づいて、さらにノード５−６間に上位レイヤパスを設定して設計を行った結果（図１０（ｃ））では、現在の波長パス構成に対して新設パス数１（リンク５−６）、未使用パス数２（リンク１−２、リンク２−５）となり、実際の使用パス数は５となる。ここで、例えば、実際の使用パス数が最小であり、かつ現在の波長パス構成からの変更がより少ない構成を最適であるとした場合、図１０（ｂ）が最適な構成となる。図１０（ｂ）ではノード２−３間のパスが未使用となるが、このパスを必要に応じて削除してもよく、これによって送受信器を再利用することが可能になる。
【００４１】
なお、最適値の算出方法については、図７に示す処理動作のようにパス構成変更候補に記載された全てのエントリについて評価を行ってもよいが、図１１に示すように計算された値が直前の構成よりも最適でないと判定された時点で計算を中止してもよい。図１１は、図７に示す処理動作の変形例を示すフローチャートである。
【００４２】
図１１に示す処理動作が、図７に示す処理動作と異なる点は、ステップＳ６、Ｓ７に代えて、ステップＳ８〜Ｓ１０を設けた点である。すなわち、保存された設計結果よりもコストが小さいかを判定し（ステップＳ８）、小さい場合は現在の設計結果を最適値として一時保存し（ステップＳ９）、小さくなければ保存された設計結果を最適値として出力する（ステップＳ１０）ようにした。図１０にて図７の処理動作を適用した場合は図１０（ｃ）以降も計算を実行してすべての場合における最適値を求めることになる。これに対して、図１１の処理動作を適用した場合は図１０（ｃ）が図１０（ｂ）よりも最適でないと判定された時点で計算を終了することになる。
【００４３】
次に、本発明の有効性について説明する。図１２は、ＮＳＦＮＥＴ（図１３（ａ）参照）、ＣＯＳＴ２６６（図１３（ｂ）参照）および５×５、６×６格子型の各ネットワークについて、各始終点間のＩＰトラヒックを時間経過毎にランダムに発生させた際に必要な光パス数を示す図である。各々の試行に対して５つの単位時間を設け（図１２に示すＰｈａｓｅ１〜Ｐｈａｓｅ５）、初期のトラヒックを各始終点間で０〜４０Ｇｂｐｓの間でランダムに発生させ、時間経過毎にランダムに発生させるトラヒックの上限値を４０Ｇｐｂｓずつ増加させる。
【００４４】
評価手法として、本発明（図１２（１））、各時間において前回の設計結果を用いずに静的なネットワーク設計を実施する方法（図１２（２））、ＩＰレイヤで中継を行う、すなわちノード通過毎に必ず光パスの終端を行う方法（図１２（３））、始終点間で光パスを直結する方法（図１２（４））の４通りを比較評価した。図１２から明らかな通り、本発明は他の方法よりも必要な光パス数を抑えられていることが分かる。
【００４５】
なお、本発明はプロテクションのように始終点間で異なる経路の上位レイヤまたは下位レイヤのパスが設定される場合や、リンクアグリゲーションのように始終点間で複数のコネクションが設定される場合であっても、変更を加えることなく適用可能である。
【００４６】
また、前述した説明では上位レイヤと下位レイヤのように階層化されたレイヤ構成のネットワークへの適用例を示したが、例えば、上位レイヤを実体として管理しない仮想的なパスとみなして計算を行うことで、例えば、ＩＰパケットを下位レイヤであるＷＤＭネットワークへ直接収容するような、単一のパスレイヤ構成のネットワークに適用することも可能である。
【００４７】
また、現在までのトラヒック推移等に基づいて将来のトラヒック流通状態の予測を行うようにしてもよい。図１４は、図１に示す構成の変形例を示すブロック図である。図１４に示す構成が、図１に示す構成と異なる点は、新たにトラヒック予測部７を備えたことである。トラヒック予測部７を備えることで、現在のトラヒック状態に基づく逐次的なパス設計だけでなく、将来に必要となり得る設備量とその配備箇所を事前に設計することが可能になる。
【００４８】
図１４に示すトラヒック予測部７が行うトラヒック予測の処理は任意である。本発明ではトラヒック情報の入力値は、図４に示すトラヒックマトリクスのように各始終点間のトラヒック量が把握されている形であればよいため、図１に示す構成から変更を伴わず実施が可能である。
【００４９】
また、前述した説明では図２に示すようにトラヒック交流状況を断続的に取得して逐次ネットワーク設計を実施する形態を説明したが、トラヒックの収容状況に合わせて本発明のネットワーク設計を実施することも可能である。具体的には、下位レイヤに収容されるトラヒック状況を把握しておき、いずれかの下位レイヤパスにおいて、トラヒック収容上限に対する現在の収容状況の比率を指すトラヒック収容率が、予め定めた値（下位レイヤパス収容閾値）に達したことを契機にネットワーク設計を実施する。
【００５０】
この構成により、トラヒック変動や増加の度合いに合わせた適切なタイミングで設計することができ、トラヒック情報の過剰な頻度での取得やネットワーク設計プロセスの過剰な頻度での取得を抑えることができる。
【００５１】
なお、下位レイヤパス収容閾値に関する情報が予め図１に記載の情報保持部６に格納されているとすれば、本形態の実施については図１に対して追加の手段を必要としない。
【００５２】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態による通信ネットワーク設計装置を説明する。本実施形態では、図１０（ａ）を参照して、上位レイヤパストポロジの第２の構成方法について説明する。図１５は、本実施形態における上位レイヤパス設定変更テーブルの一例を示す図である。ここで、トラヒック帯域情報は、各ノードで終端される上位レイヤパスのトラヒック量の最大値を示す。例えば、図１０（ａ）でノード１は５００Ｇｂｐｓ、ノード２は４００Ｇｂｐｓ、ノード３は２００Ｇｂｐｓ、ノード４は１００Ｇｂｐｓとなる。
【００５３】
また、トラヒック距離情報は、始終点ノード間における、上位レイヤパストポロジ上の最短経由ノードホップ数から物理トポロジ上の最短経由ノードホップ数を減算した値に１を加算した値を示す。例えば、ノード４−６は上位レイヤパストポロジのノードホップ数が図１０（ａ）より３、物理トポロジ上の最短経由ノードホップ数は図３より１と算出されるため、トラヒック距離情報は３となる。このようにして算出されたトラヒック帯域情報とトラヒック距離情報との積を求め、第１の実施形態と同様にパス構成変更候補を算出する。
【００５４】
なお、本実施形態は、図１の情報保持部６にて過去のトラヒック情報を保持することなく実施可能である。
【００５５】
また、第１の実施形態で用いたトラヒック帯域情報とトラヒック距離情報、並びに第２の実施形態で用いたトラヒック帯域情報とトラヒック距離情報は任意の組み合わせで実施可能である。例えば、トラヒック帯域情報として各ノードで終端される上位レイヤパスのトラヒック量の最大値を用い、トラヒック距離情報としてＬＳＰホップ数を用いてもよい。
【００５６】
以上説明したように、パケットによる転送機能及び複数レイヤのパス管理機能を有するノードによって構成される通信ネットワークの通信経路を決定する通信ネットワーク設計装置において、パケットのトラヒック交流状況の動的な変化に対し、所要設備リソース数を抑えることを目的とした適応的な設計を実施することができる。
【００５７】
前述した実施形態における通信ネットワーク設計装置１をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。
【００５８】
以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
各始終点間のトラヒック分布の断続的な変化に対して、通信ネットワークにおける複数のレイヤのパスを、新設パス数を抑え、かつ高い利用効率で設計することが不可欠な用途に適用できる。
【符号の説明】
【００６０】
１・・・通信ネットワーク設計装置、２・・・上位パスレイヤ設計部、３・・・下位パスレイヤ設計部、４・・・パス構成変更候補生成部、５・・・トラヒック取得部、６・・・情報保持部、７・・・トラヒック予測部、８・・・設計実施部
【要約】
【課題】トラヒック分布の変化に対して通信ネットワークにおける複数レイヤのパスを短時間かつ高効率に設計する。
【解決手段】通信ネットワークの各ノード間のトラヒック情報を取得して、情報保持部に記憶する手段と、各ノード間トラヒックの変動に対応して構成変更すべき上位レイヤパスおよび下位レイヤパスの箇所および順序を算出することにより通信ネットワーク設計を実施する手段とを備え、設計を実施する手段は、トラヒック情報を参照して、トラヒックの変化に応じて現状の上位レイヤトポロジ情報に対して変更を加えるべき箇所をリストアップしたパス構成変更候補を生成する手段と、パス構成変更候補及びトラヒック情報から上位パスレイヤを設計して上位レイヤパストポロジ情報を情報保持部に記憶する手段と、上位レイヤパストポロジ情報から下位パスレイヤを設計して下位レイヤパストポロジ情報を情報保持部に記憶する手段とを備える。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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