(57)【要約】【課題】ネットワークの構成ノードが非常に多く、ＮＷトポロジーの変化が頻繁に生じて、ネットワーク・リソースが不足している状況下でも、最もＱｏＳ要求条件を満たしている経路を迅速に探索できるようにする。【解決手段】最適迂回ルート探索システム４を構成するルーティング検索装置４１では、ＮＷトポロジー変化が検出されて迂回ルートを更新する場合、候補を選択し、適合度のランク付けを行い、迂回ルート探索装置４２では、この適合度に基づいてランク付けを行い、最高位候補が１を満たすかをチェックし、迂回ルートを決定する。また、迂回ルート探索装置４２では、Ｔｏｐｏｌｏｇｙ情報を基にＨｙｂｒｉｄ  ＧＡ探索方法を用い、ＧＡの遺伝的操作（交叉、突然変異）を施して、適合度の低い候補を破棄し、適合度が１でなくても最も満足する経路を決定する。【選択図】        図１
2004248166.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定期的に収集したネットワーク・リソースの使用状況に従って、ネットワーク・トポロジーの変化時の最適迂回ルートの探索を行い、ネットワークの故障発生時における最大限のサービス品質とトラフィックの疎通を図る最適迂回ルート制御システムであって、
ネットワークトポロジーを管理する管理テーブルから迂回ルートの候補を複数抽出する手段と、
上記迂回ルート候補の優劣を判定するため、予め設定されたサービス品質要求条件に対する適合度を、Ｆｕｚｚｙ数理計画法により算出する手段と、
上記適合度に基づいて、最大適合度を有する迂回ルートをＨｙｂｒｉｄ  ＧＡにより探索する手段とを有することを特徴とする最適迂回ルート制御システム。
【請求項２】
定期的に収集したネットワーク・リソースの使用状況に従って、ネットワーク・トポロジーの変化時の最適迂回ルートの探索を行い、ネットワークの故障発生時における最大限のサービス品質とトラフィックの疎通を図る最適迂回ルート制御システムであって、
ネットワーク・トポロジーの管理テーブルを備えたＮＷトポロジー管理部、およびネットワーク・トポロジー変化が検出されると、上記ネットワーク管理テーブルに基づいて複数の迂回ルート候補を選び出すルーティング・テーブル検索部を具備するルーティング検索装置と、
定期的に収集された各サービス品質クラスのパケット遅延時間、パケット廃棄率、パス空き帯域を含む統計情報を保持し、管理する統計情報管理部、Ｆｕｚｚｙ目標として各サービス品質要求条件を記憶するＱｏＳ要求条件記憶部、上記統計情報に基づいて、上記ＱｏＳ要求条件記憶部から読み出したサービス品質要求条件に対する上記各候補の適合度を算出する適合度算出部、および、上記ネットワーク・トポロジー管理テーブルから取得したＴｏｐｏｌｏｇｙ情報を基に、Ｈｙｂｒｉｄ  ＧＡを用いることで、交叉または突然変異のいずれか、ないし両方のＧＡの遺伝的操作を施して、適合度の低い迂回ルート候補を破棄して、最適迂回ルートの探索を行い、最大適合度であるか否かをチェックして最適迂回ルートを決定する迂回ルート最適化処理部を具備する迂回ルート探索装置と
を有することを特徴とする最適迂回ルート制御システム。
【請求項３】
定期的に収集したネットワーク・リソースの使用状況に従って、ネットワーク・トポロジーの変化時の最適迂回ルートの探索を行い、ネットワークの故障発生時における最大限のサービス品質とトラフィックの疎通を図る最適迂回ルート制御方法であって、
ネットワーク・トポロジーを保持するＮＷトポロジー管理テーブルより迂回ルート候補を複数割り出す手順と、
上記迂回ルート候補の優劣を判定するために、予め設定されたサービス品質要求条件に対する適合度をＦｕｚｚｙ数理計画法により算出する手順と、
上記適合度に基づき、最大適合度を有する迂回ルートをＨｙｂｒｉｄ  ＧＡにより探索する手順とを有することを特徴とする最適迂回ルート制御方法。
【請求項４】
定期的に収集したネットワーク・リソースの使用状況に従って、ネットワーク・トポロジーの変化時の最適迂回ルートの探索を行い、ネットワークの故障発生時における最大限のサービス品質とトラフィックの疎通を図る最適迂回ルート制御方法であって、
ネットワーク・トポロジー変化が検出されて、迂回ルートを更新する場合に、ルーティング検索装置の処理は、ネットワーク・トポロジー管理テーブルに基づいて複数の迂回ルート候補を選び出す手順と、該迂回ルート候補のランク付けを行うため、定期的に収集された各サービス品質クラスのパケット遅延時間、パケット廃棄率、パス空き帯域を含む統計情報に基づいて、サービス品質要求条件に対する各迂回ルート候補の適合度を算出する手順とを有し、
迂回ルート探索装置の処理は、算出された上記適合度に基づいて全候補のランク付けを行う手順と、最高位候補の最大適合度が「１」を満たすか否かをチェックし、ＯＫの場合には該候補を最適迂回ルートとして決定するが、ＮＧの場合には候補グループの選別を行う手順と、上位の候補はそのまま残し、それ以外については新たな候補を生成する手順と、探索方法としては、Ｔｏｐｏｌｏｇｙ情報を基に、Ｈｙｂｒｉｄ  ＧＡの遺伝的操作である交叉、突然変異の一方ないし両方を施して、要求条件に対する適合度の低い迂回ルート候補を破棄し、適合度の高い迂回ルート候補を残していく手順とを有することを特徴とする最適迂回ルート制御方法。
【請求項５】
最適迂回ルート制御システムによりネットワーク・トポロジー変化時に最適迂回ルートの探索を行うプログラムであって、
ルーティング検索装置に、請求項３または４に記載の最適迂回ルート制御方法における各手順を実行させるための最適迂回ルート制御用プログラム。
【請求項６】
最適迂回ルート制御システムによりネットワーク・トポロジー変化時に最適迂回ルートの探索を行うプログラムであって、
迂回ルート探索装置に、請求項３または４に記載の最適迂回ルート制御方法における各手順を実行させるための最適迂回ルート制御用プログラム。
【請求項７】
請求項５または６に記載の最適迂回ルート制御用プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項８】
回線インタフェース部、スイッチ処理部および最適迂回ルート探索システムを具備し、該最適迂回ルート探索システムは請求項３または４に記載の最適迂回ルート制御方法における各手順を実行するプログラムを有し、該プログラムを実行することにより、転送するパケットの量を制御することを特徴とする通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パケット転送制御技術に係り、特に、ネットワークの信頼性向上のための迂回パス制御を、ネットワーク規模やネットワーク・リソースの使用状況に係わらず、最適な迂回ルートの探索を効率的に行うのに好適な最適迂回ルート制御システムと方法、およびそのプログラムと記録媒体、ならびに通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネット等、パケット転送を行うネットワークにおいて、ネットワークの信頼性向上のための迂回パス制御技術に関して、従来提案されている技術としては、例えば、“Ａ  Ｎｅｗ  Ｐｒｅ−Ｑｕａｌｉｆｉｅｄ  Ｒｅｃｏｖｅｒｒｙ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍｐｌｓ−Ｂａｓｅｄ  ＬＳＰ”（非特許文献１参照）がある。以下、この“Ａ  Ｎｅｗ  Ｐｒｅ−Ｑｕａｌｉｆｉｅｄ  Ｒｅｃｏｖｅｒｒｙ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍｐｌｓ−Ｂａｓｅｄ  ＬＳＰ”を用いたネットワークの信頼性向上のための迂回パス制御方式について説明する。
【０００３】
図１０は、従来のＡ  Ｎｅｗ  Ｐｒｅ−Ｑｕａｌｉｆｉｅｄ  Ｒｅｃｏｖｅｒｒｙ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｍｐｌｓ−Ｂａｓｅｄ  ＬＳＰを用いた迂回パス制御を行うネットワークの構成図である。また、図１１は、図１０のネットワークにおける迂回パス制御の動作フローチャートである。
図１に示すように、ネットワークにＬＳＲ（Ｌａｂｒｌ  ＳｗｉｔｃｈｉｎｇＲｏｕｔｅｒ：ラベル情報に基づいて次に転送すべきルータを決めるルータ）１〜７が接続されている場合、実線の運用パス（現行パス）に対して破線の予備パスが用意されるものとする。
図２において、現行パスにトラフィックを送信して（１０１）、その結果、回線故障を検出したならば（１０２）、Ｐｒｅ−ｑｕａｌｉｆｉｅｄ  Ｐａｔｈは存在するか否かを判別し（１０３）、存在すれば、下流のＬＳＲに復旧パスを確立する（１０４）。そして、故障回線は回復したならば、トラフィックを元の運用パスに送信する（１０７）。一方、まだ復旧しないときには（１０６）復旧パスにトラフィックをリルートさせる（１０５）。
【０００４】
なお、Ｐｒｅ−ｑｕａｌｉｆｉｅｄ  Ｐａｔｈが存在するか否かを判別する際には、ネットワーク状態情報データベース（１０８）からＰｒｅ−ｑｕａｌｉｆｉｅｄ復旧パスを計算することにより（１０９）、存在するか否かを判別する。
この場合、Ｐｒｅ−ｑｕａｌｉｆｉｅｄ  Ｐａｔｈが存在しないと判別されたときには、検出したＬＳＲはＰＳＬ（Ｐａｔｈ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  ＬＳＲ：ＦＩＳを受信して、切り替え実施を行うＬＳＲ）か否かを判別する（１１０）。ＰＳＬであれば、ＴＥＳ（Ｔｒａｆｆｉｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）に失敗を通知する（１１２）。また、ＰＳＬでなければ、上流のＬＳＲにＦＩＳ（Ｆａｕｌｔ  Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｉｇｎａｌ）を送信する（１１１）。
【０００５】
このように、図１において、プロテクションＬＳＰ（迂回用ＬＳＰ（Ｌａｂｅｌ  Ｓｗｉｔｃｈｉｅｄ  Ｐａｔｈ）が確立されると、リソースは現行パスに割り当てられ、その後、ＰＳＬと全中間ＬＳＲＳは、与えられたネットワーク性能パラメータを考慮しながら、各ＬＳＲとその隣接下流ＬＳＲとの間において現時点で適正な（Ｐｒｅ−ｑｕａｌｉｆｉｅｄ）復旧パスを計算する。
各ＬＳＲは、ルーティング更新メッセージ（可能ならば、現在のネットワーク性能パラメータの情報を含む）を受信するときは、いつでも適正な復旧パスもまた直ちに更新される。
【０００６】
もし、回線故障を検出したＬＳＲがＰｒｅ−ｑｕａｌｉｆｉｅｄ復旧パスを保持しているならば、ＣＲ−ＬＳＰ（Ｃｏｎｓｔｒａｉｔ−ｂａｓｅｄ  ＬＳＰ）を用いて直ちに復旧パスを確立する。その他の場合、ＬＳＲは、ＦＩＳメッセージをＲＮＴ（Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｎｏｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｔｒｅｅ）に従って上流ＬＳＲに送信する。さらに、ＰＳＬがＰｒｅ−ｑｕａｌｉｆｉｅｄパスを全く持っていなければ、ＱｏＳ（Ｑｕａｒｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）と必要な性能条件を満たす新しい復旧パスを見つけ出す。
【０００７】
最後に、ＰＳＬが何等かの理由で復旧パスを確立できない場合には、その失敗を通知し、ネットワークマネージャーあるいはＴＥＳ（Ｔｒａｆｆｉｃ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）が復旧パスを手動で確立する。
回線故障が完全に修復したならば、下流ＬＳＲ（Ｆａｕｌｔ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｓｉｇｎａｌ）を送信し、それを受信したＬＳＲは、現在の復旧パスを解放し、元の運用パスに再びトラフィックを流すことができる。その後、ＬＳＲは、継続的にルーティング更新メッセージの受信とともに、適正な復旧パスの更新を実施する。
【０００８】
しかし、上記の技術では、経路探索にＤｉｊｋｓｔｒａ（最短経路探索アルゴリズム名）等の総当り的な方法を使用した場合、ノード数の増加とともに、探索時間が爆発的な増加するため、ネットワーク・トポロジー（網形態）の変化が頻発すると、迂回経路の更新が間に合わなくなる、という問題が解決されていない。なお、トポロジー（網形態）には、交換ノードの数、位置、ノード間を結ぶ回線の設定方法などがある。また、複数のＭｅｔｒｉｃ（計量）による探索を行った場合、それだけ最適な迂回パスの割り出しが困難になり、最悪発見できずに経路切り替え自体が困難となる。
【０００９】
【非特許文献１】
Ｓａｎｇｓｉｋ  Ｙｏｏｎ；Ｈｙｕｎｓｅｏｋ  Ｌｅｅ；Ｄｅｏｋｊａｉ  Ｃｈｏｉ；Ｙｏｕｎｇｃｈｅｏｌ  Ｋｉｍ；ＧｕｅｅｓａｎｇＬｅｅ；Ｌｅｅ，Ｍ．：“Ａｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｒｅｃｏｖｅｒｙ  ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  ｆｏｒ  ＭＰＬＳ−ｂａｓｅｄ  ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ  ＬＳＰ”ＡＴＭ（ＩＣＡＴＭ  ２００１）ａｎｄ  Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＩｎｔｅｒｎｅｔ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，２００１．Ｊｏｉｎｔ  ４ｔｈ  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ，２００１Ｐａｇｅ（ｓ）：７５−７９
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の技術における解決しようとする問題点は、以下の通りである。
（１）経路探索方法として、全ての経路についての距離を計算し、その中で最短となる経路を選択するという総当り的な方法を使用した場合、ノード数の増加とともに、探索時間が爆発的に増加するため、ネットワークトポロジー変化が頻発すると、迂回経路の更新が間に合わなくなるおそれがある点、
（２）複数のＭｅｔｒｉｃによる探索を行う場合、それだけそれらの要求条件を満たす最適な迂回経路の候補も少なくなり、最悪の場合には発見できずに、トラブル発生時にトラフィックを全く救済できないことも有り得る点、である。
【００１１】
（目的）
本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、ノード数の非常に多いネットワークにおける迂回経路探索の効率化を可能とし、さらに全部の要求条件を満たさなくても、現状のネットワーク状況で最も要求条件を満たしているルートを迂回経路として割り当てることにより、トラブル発生時に可能な限りトラフィックを救済することが可能な、より高度な迂回パス制御を実現する最適迂回ルート制御システムと方法、およびそのプログラムと記録媒体、ならびに通信装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の最適迂回ルート制御システムは、例えば、インターネットのＩＰルータ装置において、ネットワークの構成ノード数が非常に多い状況下でも、ネットワーク・トポロジーの変化に対して迂回経路更新の迅速化を図ったり、ネットワークリソースの使用状況が混雑している状態でＱｏＳ要求条件を最も満たす迂回経路を見出すために、ＱｏＳ要求条件を『大体〜以下』や『大体〜以上』と言うＦａｚｚｙ目標として表現し、探索方法としてＨｙｂｒｉｄ  ＧＡ（ＧＡとＨＡを併用することにより、従来の単独ＧＡより探索速度の向上を目指したアルゴリズム）を使用することで、つまりＨＡにより得られた局所解の集合に対して、ＧＡの遺伝的操作（選択、交叉、突然変異）を施して、要求条件に対する適合度の低い経路は淘汰し、適合度の高い経路を次世代に残していくことで、現状のネットワーク状況において、要求条件を最も満足している最適迂回経路を割り出すものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（システム構成）
図１は、本発明の一実施例を示す最適迂回ルート探索システムのブロック構成図である。
図１においては、最適迂回ルート探索システムがインターネット等でのパケット転送を行う通信装置としてのＩＰルータ装置（ＩＰ  Ｒｏｕｔｅｒ）１に設けられている。ＩＰルータ装置１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、主メモリ、表示装置、入力装置、外部記憶装置等からなるコンピュータの構成を有し、光ディスク駆動装置等を介してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に記録されたプログラムやデータを外部記憶装置内にインストールした後、外部記憶装置から主メモリに読み込み、ＣＰＵで処理することにより本発明に係わる各処理部の機能を実行する。
【００１４】
すなわち、ＩＰルータ装置１内には、ＰＰＰフレーム信号やイーサネット（登録商標）フレーム信号等からＩＰパケットやＭＰＬＳパケットを取り出したり、あるいは、フレーム信号に組み込む回線インタフェース部２と、その取り出したパケットを出側の回線インタフェース部２にスイッチングするスイッチ処理部３が設けられ、パケットの転送量を制御する。
【００１５】
さらに、ＩＰルータ装置１には、回線インタフェース部２から取り出したパケット・ヘッダ内のアドレス情報（あるいは入力ラベル値）に基づいてルーティング・テーブルを検索し、該当パケットを転送する出側の回線インタフェース部２（必要に応じて出力ラベル値も含めて）を決定したり、また伝送路故障や輻輳等のトラブルが発生した時に現用ルートから切り替えるための迂回ルートを現状のネットワークリソース状況に応じて割り出すための最適迂回ルート探索システム４が設けられている。
【００１６】
この最適迂回ルート探索システム４と回線インタフェース部２とスイッチ処理部３とで、本発明に関するパケット転送ルート迂回制御システムが構成される。
そして、現状のネットワーク・リソースの使用状況に応じて、ＱｏＳ要求条件を最も満足する迂回ルートを決定するために、各ノードから各ＱｏＳクラスのパケット遅延時間、パケット廃棄率、パス空き帯域を収集し、それらの統計情報とネットワークの構成ノード接続関係テーブルに基づいて、ネットワーク・トポロジー更新毎に迂回ルートを探索して、最適迂回ルート制御を実行する。
【００１７】
すなわち、最適迂回ルート探索システム４において、回線インタフェース部２が受信したＨｅｌｌｏパケットにより、ネットワーク・トポロジーの変化を検出すると、ノード接続関係テーブルから複数の迂回ルート候補を選択し、それらの候補毎にＱｏＳ要求条件をどれだけ満足しているかを定量的にチェックして、どの候補も条件を満たさない場合には、要求条件に対する適合度の高い候補はそのまま残し、反対に適合度の低い候補は捨てて、ノード接続関係テーブルに基づいて次の候補を選び出すという探索を、要求条件が満たされるか、あるいは一定回数まで繰り返すことにより最終的な最適迂回ルートを決定する。
【００１８】
この探索を行うために、ルーティング検索装置４１において、Ｈｅｌｌｏパケット（ＮＷトポロジーが変化した時に各ルータが保有する各ルータに知らせるための信号）の情報に基づいて、最新のネットワーク・トポロジーを把握するためのノード接続関係テーブルを随時更新し、このノード接続関係テーブルに基づき、迂回ルート探索装置４２において、複数の迂回ルート候補を選び出し、それらの各候補毎に全ノードから定期的に収集した各ＱｏＳクラスのパケット遅延時間、パケット廃棄率、パス空き帯域の統計情報に基づいて、ＱｏＳ要求条件に対する適合度を算出する。このとき、最も高い適合度を有する迂回ルートを最適迂回ルートとして決定する。
【００１９】
具体的には、迂回ルート探索装置４２は、ルーティング検索装置４１で管理するノード接続関係テーブルから複数の迂回ルート候補を選び出した後、それらの候補の優劣を判定するために、各ＱｏＳ要求条件をＦａｚｚｙ目標値として記述し、各Ｍｅｔｒｉｃの測定値がこの目標値に対してどれだけ満足しているかを評価するために、線形Ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ関数を用いて定量化し、各Ｍｅｔｒｉｃ（評価パラメータとなる遅延時間、パケット廃棄率、空き帯域など）の評価値を統合関数により単一目的関数の評価値に変換することで、各迂回ルート候補のＱｏＳ要求条件に対する適合度を算出する。この時、算出した適合度＝「１」を有する迂回ルートがあれば、それがそのまま最適迂回ルートとして決定するが、そうでない場合には、Ｈｙｂｒｉｄ  ＧＡを用いてを用いて適合度の高い候補はそのまま次候補生成時にも残して、反対に適合度の低い候補は切り捨てて、新たな候補をノード接続関係テーブルに基づいて生成する、という操作を要求条件が満たされるか、あるいは、一定回数まで繰り返すことにより、最終的な最適迂回ルートを決定する。
【００２０】
（ルーティング検索装置と迂回ルート探索装置）
図２は、図１におけるルーティング検索装置の構成例を示す図であり、図３は同じく迂回ルート探索装置の構成例を示す図である。
ネットワークトポロジー管理部４１３を具備したルーティング検索部４１と、迂回ルート最適化処理部４２２を具備した迂回ルート探索装置４２とは、それぞれ図２、図３に示すような構成である。以下、ルーティング検索装置４１と迂回ルート探索装置４２の詳細を説明する。
図２のルーティング検索装置４１において、４１１はトポロジー・データ収集部、４１２はルーティングテーブル検索部、４１３はＮＷトポロジー管理部、４１４は制御データ通信部である。
このような構成により、ルーティング検索装置４１は、回線インタフェース部２からＮＷ  Ｔｏｐｏｌｏｇｙ変更通知を受信すると、Ｎｏｄｅ接続関係Ｔａｂｌｅを更新して最新のＮＷ  Ｔｏｐｏｌｏｇｙを把握する。また、このＮｏｄｅ接続関係Ｔａｂｌｅに基づいて、迂回ルート探索装置４２にＮｏｄｅ隣接情報を要求に応じて通知する。
【００２１】
図３の迂回ルート探索装置４２において、４２１は制御データ通信部、４２２は迂回ルート最適化処理部、４２３は統計情報管理部、４２４はＱｏＳ要求条件記憶部、４２５は適合度算出部、４２６はＱｏＳ要求条件入出力部である。
このような構成により、迂回ルート探索装置４２は、ルーティング検索装置４１から取得したＮｏｄｅ隣接情報に基づいて、複数の迂回ルート候補を選び出し、それらの候補の優劣を判定するために、全ノードから回線インタフェース部２を介して定期的に収集した各ＱｏＳクラスのパケット遅延時間、パケット廃棄率、パス空き帯域の統計情報に基づいて、各候補のＱｏＳ要求条件に対する適合度を算出し、この適合度が「１」である迂回ルートがあれば、それを最適迂回ルートとして決定する。もし、該当する候補が見つからない場合には、適合度の高い候補はそのまま残して、逆に適合度の低い候補は切り捨てて、再度Ｎｏｄｅ隣接情報に基づいて新たな候補を生成して、前述と同様に適合度を算出し、最大適合度を有する迂回ルートを探索する、という操作を要求条件が満たされるか、あるいは、一定回数まで繰り返すことにより、適合度＝「１」、あるいは最大適合度を有する迂回ルート候補を最終的な最適迂回ルートとして決定する。
【００２２】
以下、ルーティング検索装置４１および迂回ルート探索装置４２の各処理部による動作について詳細に説明する。
まず、図３におけるシステム端末５からの設定指示操作に基づいて、ＱｏＳ要求条件情報等の設定・登録処理（１）について説明する。
（１）ＱｏＳ要求条件の設定（図３の符号（ａ）（ｂ）を参照）
図３におけるシステム端末５からの設定指示操作により、「ＱｏＳ要求条件」が迂回ルート探索装置４２に入力され（ａ）、ＱｏＳ要求条件入出力部４２６を介してＱｏＳ要求条件記憶部４２４に記憶され、設定される（ｂ）。
この「ＱｏＳ要求条件」とは、迂回ルートを決定する上で各Ｍｅｔｒｉｃ、すなわちパケット遅延時間、パケット廃棄率、パス空き帯域がどれだけ必要であるかを示す条件である。
【００２３】
図４は、図３におけるＱｏＳ要求条件記憶部で記憶されるＱｏＳ要求条件に対する適合度の関係例の説明図である。
以下、このＱｏＳ要求条件を全て完全に満足しなくても、探索時点でのネットワークリソース使用状況の範囲内で最もＱｏＳ要求条件を満足している迂回ルート候補を最適迂回ルートとして決定するために、このＱｏＳ要求条件を「大体〜以下」、あるいは「大体〜以上」というＦａｚｚｙ目標として表す。具体的に、今回のＭｅｔｒｉｃであるパケット遅延時間、パケット廃棄率、パス空き帯域をＦａｚｚｙ目標として表したものを図４に示す。
【００２４】
すなわち、ネットワークは、Ｎ個のノードから構成され、ｘｊをノードｊを選択する時は“１”、選択しない時は“０”とする０−１変数とし、経路ｒｉにおける遅延時間の評価値を下記の値と置くと、
【数１】
2004248166.tif 000003
各々のＱｏＳ要求条件は、次のようになる。
【数２】
2004248166.tif 000004
【００２５】
これらを「大体〜」という取り得る値の範囲を三角型ファジイ数により定められる可能性分布（すなわち、目標値に対する満足度を０〜１間の数値に対応させる）で表わすと、「大体〜以上」、「大体〜以下」という制約はＦａｚｚｙ目標として以下のように表すことができる。
【数３】
2004248166.tif 000005
【００２６】
これらを最小オペレータで統合化することにより、以下のように３つのＱｏＳ要求条件を経路ｒｉのコストＣｉとして単一化することができる。
Ｃｉ＝ｍｉｎ｛μＤｉ（Ｄ），μＬｉ（Ｌ），μＢｉ（Ｂ）｝
以上の（１）において、設定・登録された条件による最適迂回ルート探索システム４の制御動作について、以下に説明する。
【００２７】
（２）ＮＷトポロジー更新動作（図２の（ａ）〜（ｄ）を参照）
図２におけるルーティング検索装置４１のトポロジー・データ収集部４１１は、回線インタフェース部２からＮＷ  Ｔｏｐｏｌｏｇｙ変更通知を受信する（ａ）と、その変更情報をＮｏｄｅ接続関係Ｔａｂｌｅにフィードバックするために、ＮＷトポロジー管理部４１３にＮＷ  Ｔｏｐｏｌｏｇｙ  Ｕｐｄａｔｅ要求を行う（ｂ）。
ＮＷトポロジー管理部４１３では、トポロジー・データ収集部４１１から通知されたＴｏｐｏｌｏｇｙ変更情報に基づいて、Ｎｏｄｅ接続関係Ｔａｂｌｅを更新する（ｃ）。更新した後、ＮＷトポロジー管理部４１３は、迂回ルート探索装置４２に対して変更対象ノードを通過する迂回ルートを再設定するために再探索要求を行う（ｄ）。
【００２８】
（３）統計情報の収集動作（図３の（ｄ）〜（ｅ）を参照）
図３の統計情報管理部４２３では、回線インタフェース部２から各ＱｏＳクラスのパケット遅延時間、パケット廃棄率、パス空き帯域という統計情報を収集する（ｄ）と、適合度を算出するために必要なデータとして、それらの統計情報を随時集計する（ｅ）。
【００２９】
（４）最適迂回ルート探索動作（図２の（ｅ）〜（ｊ）、図３の（ｃ），（ｆ）〜（ｔ）を参照）
図３の迂回ルート最適化処理部４２２では、ルーティング検索装置４１から再探索要求を受けると（ｃ）、Ｔｏｐｏｌｏｇｙ更新されたノード情報に基づいて、再探索対象となる迂回ルートを抽出する（ｆ）。再探索が必要な迂回ルートを割り当した後、新たな迂回ルートを決定するために、先ずルーティング検索装置４１に対して、制御データ通信部４２１を介して複数の初期候補の取得要求を行う（ｇ）。
このとき、Ｈｙｂｒｉｄ  ＧＡ（ＨＡ）の遺伝操作を容易に行えるようにするため、候補となるネットワーク上の通信経路を遺伝子として表現する際に、単純にノード番号を起点から終点まで通過する順番で列挙するコーディングを用いる。ただし、このコーディングでは、後述の遺伝操作により実際には存在し得ない致死遺伝子（経路）が生成される可能性が高いので、これを防止して効率的な遺伝的操作を行うために、対象ノード周辺の接続関係を考慮して遺伝的操作を行うことにする。
【００３０】
図２のルーティングテーブル検索部４１２では、迂回ルート探索装置４２から初期候補の取得要求を受けると（ｅ）、指定されたノード間の新たな迂回ルートを決定する上で、複数の初期候補を割り出すために、該当ノード間のＮＷ  Ｔｏｐｏｌｏｇｙ情報をＮＷトポロジー管理部４１３から読み出す（ｇ）（ｈ）。
取得したＮＷ  Ｔｏｐｏｌｏｇｙ情報に基づいて、想定され得る迂回ルートの初期候補を複数導き出し（ｆ）、その結果を制御データ通信部４１４を経由して迂回ルート探索装置４２に返送する（ｉ）。
図３の迂回ルート最適化処理部４２２は、ルーティング検索装置４１から初期候補が返送されると（ｈ）、それらをランク付けするために、適合度算出部４２５に対して適合度算出要求を行う（ｊ）。
【００３１】
図３の適合度算出部４２５は、各初期候補毎にＱｏＳ要求条件に対する適合度を評価するために、統計情報管理部４２３から該当ルート上のパケット遅延時間、パケット廃棄率、パス空き帯域といった統計情報を、またＱｏＳ要求条件記憶部４２４からＱｏＳ要求条件を取得する（ｋ）（ｌ）。これらの情報を前述の（１）の算出式に基づいて、適合度を算出する（ｍ）。その算出結果を迂回ルート最適化処理部４２２に通知する（ｎ）。
適合度算出部４２５から通知された初期候補の適合度に基づいて、迂回ルート最適化処理部４２２は、全初期候補についてランク付けを行い（ｉ）、最高位にランキングされた候補の最大適合度が「１」を満たしているか否かをチェックし（ｏ）、そのチェック結果がＯＫの場合には、その最大適合度を有する候補を最適迂回ルートと決定し、探索を終了する。しかし、反対にＮＧの場合には、初期候補を選別する（ｐ）。
【００３２】
図５は、図３における迂回ルート最適化処理部の迂回ルート候補選別の動作例を示す図である。
前述の初期候補の選択（ｐ）は、図５に示すアルゴリズムに基づいて行われる。すなわち、その選別方法としては、適合度を正確に反映するために、期待値選択を用いるが、Ｈｙｂｒｉｄ  ＧＡの遺伝操作（交叉や突然変異）により非常に優れた候補が消滅してしまうのを防いで、短い世代で良好な迂回ルートが得られるようにするため、上記に加えて最も適合度の高いものは次世代に無条件に残るエリート選択を合わせたエリート期待値選択を用いる。
まず、Ｎ個の候補の中から高い適合度を有澄る優れた候補ｎ個を選び出し、それらはそのまま次候補として残す。次に、残った（Ｎ−ｎ）個の候補に対して、各候補の適合度の配分（Ｃｉ／ΣＣｉ）を用いて、次世代の期待候補数Ｎｉ＝（Ｃｉ／ΣＣｉ）×（Ｎ−ｎ）を求める。このＮｉの整数部分は、Ｃｉを有する候補集合の次世代に残る確定候補数を示し、少数部分は、１候補の生存率を示し、（Ｎ−ｎ）−ΣＮｉの個体はこの確率によって決定される。
【００３３】
上記の選別後、迂回ルート最適化処理部４２２は、次回の探索にそのまま残るエリート候補を除く新たな候補を生成するために、必要なＴｏｐｏｌｏｇｙ情報を図３の制御データ通信部４２１を介してルーティング検索装置４１に取得要求する（ｑ）。
図２に示すルーテング検索装置４１のＮＷトポロジー管理部４１３は、次候補生成に必要なＴｏｐｏｌｏｇｙ情報の取得要求を受けると（ｊ）、初期候補探索時と同様に、指定ノードに関連する必要なＴｏｐｏｌｏｇｙ情報を洗い出す（ｋ）。探索の後、該当するＴｏｐｏｌｏｇｙ情報を制御データ通信部４１４を経由して迂回ルート探索装置４２に通知する（ｌ）。
図３に示す迂回ルート探索装置４２の迂回ルート最適化処理部４２２は、ルーティング検索装置４１から必要なＴｏｐｏｌｏｇｙ情報を返送されると（ｒ）、それに基づいて次候補を生成する（ｓ）。
【００３４】
図６は、本発明における最適迂回ルート探索アルゴリズムの概略フローチャートである。
前記の次候補の生成（探索）方法は、図６に示すアルゴリズムに基づき行われる。すなわち、このＨｙｂｒｉｄ  ＧＡは、ＨＡによって得られた局所解の集合に対してＧＡによる遺伝操作を施すことによって最適迂回ルートを探し出す。
まず、ＨＡ（Ｈｅｕｒｉｓｔｉｃ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ：ＧＡに比べて探索空間で局所的最適解を見つけ出すことが得意なアルゴリズム）による半分ずつの局所探索（８０２，８０４）では、初期候補を探索点として、その近傍を探索して解が得られた時に（８０３，８０５）、その評価値が改善されれば、それをそのまま次候補とし（８０６，８０７）、改善されない場合でも局所解に陥るのを防ぐために確率的に次候補として採用する。そして、指定回数または終了条件を満たすまで局所探索に戻って繰り返し処理を行い（８０８）、条件が満たされれば処理を終了する。
【００３５】
図７は、図３における迂回ルート最適化処理部の迂回ルート候補の局所解探索の動作例を示す図である。
前記の局所探索は、ＨＡとして例えばＳＡ（Ｓｉｍｕｌａｔｅｄ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）法を用いると、図７に示すアルゴリズムに基づいて行われる。
まず、Ｎｅｗ  Ｒｏｕｔｅ探索により新たな迂回ルート候補を見つけ出し（９０１）、その評価値Ｃｎｅｗと元の候補の評価値Ｃｏｌｄの差δＣ＝Ｃｎｅｗ−ＣｏｌｄがδＣ＜０の時、すなわち、元の候補よりも改善される場合には、その発見された候補を次候補として採用してＲｏｕｔｅ更新を実施する（９０２，９０３）。
しかし、その反対に、δＣ＞０の時、すなわち、元の候補よりも改善されない場合には、確率ｅｘｐ（−δＣ／Ｔ）によりＲｏｕｔｅ更新の実施可否を判定する（９０２，９０３）。具体的には、０〜１の間で乱数を発生させ、その値が前述の確率値よりも小さい時にＲｏｕｔｅ更新の実施を許容する。更新判定処理後、Ｔの値をＴ＝αＴ（α：１より小さい定数）の式に従って更新する（９０４）。なお、実際の局所探索においては、使用するＨＡとしては、ＳＡだけでなくＴＡＢＵ等の複数のＡｌｇｏｒｉｔｈｍを同時に使用することで、局所解への収束を防いで、更なる探索の効率化を図る。
【００３６】
図８は、図３における迂回ルート最適化処理部のＧＡによる交叉動作例を示す図であり、図９は同じく図３における迂回ルート最適化処理部のＧＡによる突然変異動作例を示す図である。
次に、ＨＡの局所探索により得られた局所的最適解の集合に対して、ＧＡの遺伝的操作（交叉、突然変異）による新たな迂回ルート候補を生成する。
上記の新たな迂回ルート候補の生成方法は、図８、図９に示すアルゴリズムに基づいて行われる。
最初に、交叉（ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ）による新候補の生成は、図８のアルゴリズムの内容に従って行われる。すなわち、候補グループ中から、交叉対象の２つの経路を選び出し、その２つの経路に共通するノードによって分解される部分経路を相互比較して、その区間での適合度が高い部分経路を繋ぎ合わせることで、新たに２つの経路を生成する。
【００３７】
まず、▲１▼同一ＱｏＳクラスの２つの経路ｒ１，ｒ２の共通ノードを交叉点候補とし、▲２▼それらの候補によって分割されるｒ１，ｒ２の部分経路を次の式で表す。
【数４】
2004248166.tif 000006
次に、▲３▼各部分経路毎に下記の適合度を計算する。
【数５】
2004248166.tif 000007
【００３８】
▲４▼そして、各ｒ１，ｒ２に対して、次式を交叉確率として、これに基づいてルーレット選択により１対の交叉点（交換対象の部分経路）を決定する。
【数６】
2004248166.tif 000008
▲５▼最後に、選択された部分経路
【数７】
2004248166.tif 000009
の最大適合度
【数８】
2004248166.tif 000010
を比較して、適合度の高い方と交換することで、新たな経路ｒ’を生成する。
【００３９】
第二に、突然変異（ｍｕｔａｔｉｏｎ）による新候補の生成は、図９に示すアルゴリズムの内容に従って行われる。すなわち、経路内の適合度の低いリンクを有するノードに対して、突然変異を起こすことで、経路全体の適合度を改善する。
▲１▼まず、経路ｒｉの両端のノードを除く（ｎ２、・・、ｎＮ−１）に対して、ノードｎｓ（ｓ＝２、・・、Ｎ−１）に隣接する前後リンクの適合度
【数９】
2004248166.tif 000011
の和を突然変異率
【数１０】
2004248166.tif 000012
とし、▲２▼その突然変異Ｐｍ（ｉ，ｓ）に基づいてルーレット選択により突然変異対象ノードｎｍを決定する。▲３▼次に、ノードｎｍに経路ｒｉ上で隣接するノードを始点、終点として、ノードｎｍの適合度よりも適合度の高い代替経路を探索する。
▲４▼最後に、このようにして見つけ出した代替経路をｎ１〜ｎｍ−１、ｎｍ＋１〜ｎＮと繋ぎ合わせて、新たな経路ｒ’を生成する。
【００４０】
図３に示す迂回ルート最適化処理部４２２は、候補グループの最大適合度が１を満たすか、あるいは探索回数が所定回数になったならば最適探索処理を完了する（ｔ）。
以上、図１〜図９により説明したように、本実施例では、ＮＷ  Ｔｏｐｏｌｏｇｙ変化に応じて更新されたＮＷ  Ｔｏｐｏｌｏｇｙ管理テーブルに基づいて複数の迂回ルート候補を選び出し、Ｔｒｉａｎｇｌｅ型Ｆｕｚｚｙ数で定められたＭｅｍｂｅｒｓｈｉｐ関数により各候補のＱｏＳ要求条件に対する適合度を算出し、この適合度が「１」に等しいか、あるいは可能な限り「１」に近い迂回ルートを探索するが、この探索をＨｙｂｒｉｄ  ＧＡにより実行することで、最適迂回ルートを決定する。
【００４１】
詳細には、インターネットのＩＰルータ装置１において、ネットワークの構成ノード数が非常に多い状況下でも、ネットワーク・トポロジーの変化に対して迂回経路更新の迅速化を図ったり、ネットワークリソースの使用状況が混雑している状態でＱｏＳ要求条件を最も満たす迂回経路を見出すために、迂回ルート探索装置４２の適合度算出部４２５では、この統計情報管理部４２３で定期的に収集されている各ＱｏＳクラスのパケット遅延時間、パケット廃棄率、パス空き帯域といった統計情報に基づいて、ＱｏＳ要求条件記憶部４２４から読み出したＱｏＳ要求条件に対する各候補の適合度を算出する。
【００４２】
迂回ルート最適化処理部４２２では、この適合度に基づいて全候補のランク付けを図り、最高位候補の最大適合度が「１」を満たすか否かをチェックし、ＯＫの場合には、そのまま最適迂回ルートとして決定されるが、ＮＧの場合には、候補グループの選別を行って、上位の候補はそのまま残し、それ以外について新たな候補を生成する。迂回ルート探索装置４２の迂回ルート最適化処理部４２２では、ルーティング検索装置４１のＮＷトポロジー管理部４１３から取得したＴｏｐｏｌｏｇｙ情報を基に、探索方法としてＨｙｂｒｉｄ  ＧＡを使用することで、すなわちＨＡにより得られた局所解の集合に対して、ＧＡの遺伝的操作（交叉、突然変異）を施して、要求条件に対する適合度の低い迂回ルート候補は破棄し、適合度の高い迂回ルート候補を次世代に残していくことで、適合度が「１」を満足できなくても、現状のネットワーク状況において、ＱｏＳ要求条件を最も満足している最適迂回経路を決定する。
【００４３】
このように、本実施例では、迂回探索アルゴリズムとしてＨｙｂｒｉｄ  ＧＡを使用することにより、ノード数が非常に多くて、ネットワーク・トポロジー変化が頻発する場合でも、迅速に迂回ルートを探索することができ、複数ＭｅｔｒｉｃからなるＱｏＳ要求条件による最適化問題をＦｕｚｚｙ数理計画法を用いて解決することで、ネットワーク・リソースの使用状況に係わらず、複数のＭｅｔｒｉｃによる必要なＱｏＳ要求条件を完全に満足していなくても、現状のネットワーク状況で最も要求条件を満たしている経路を迂回ルートとして割り当てることで、現行ルートが使用不可能な事態が発生した時には、可能な限りＱｏＳを確保しながらトラフィックを救済することができる。
【００４４】
なお、本発明は、図１〜図９を用いて説明した例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、本実施例では、インターネット上のＩＰルータ装置１における構成および動作で説明したが、他のパケット転送を行うネットワーク上の通信装置にも適用することが可能である。
また、本実施例でのＩＰルータ装置１のコンピュータ構成としては、キーボードや光ディスクの駆動装置の無い構成としてもよい。また、本実施例では、光ディスクを記録媒体として用いているが、ＦＤ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｄｉｓｋ）等を記録媒体として用いることでもよい。また、プログラムのインストールに関しても、通信装置を介してネットワーク経由でプログラムをダウンロードしてインストールすることでもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、▲１▼ＨＡにより得られた迂回ルート候補の局所解の集合に対して、ＧＡの遺伝操作を施すことで、最適な迂回ルートを効率的に探索するので、ネットワークを構成するノード数が非常に多くて、ネットワーク・トポロジー変化が頻発に起こっても、迅速に迂回ルートを探索することができ、ネットワークの信頼性を向上させる。
▲２▼また、複数のＭｅｔｒｉｃからなるＱｏＳ要求条件を満たす最適な迂回ルートの探索をＦｕｚｚｙ数理計画法を用いて解決することで、必要なＱｏＳ要求条件を完全に満足していなくても、現状のネットワーク状況で最も要求条件を満たしている経路を迂回ルートとして割り当てることができ、可能な限りＱｏＳ品質を確保しながらトラフィックを救済することができ、通信中に不測の事態が発生した場合のスループットの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す最適迂回ルート探索システムの構成図である。
【図２】図１におけるルーティング検索装置の構成例を示す図である。
【図３】図１における迂回ルート探索装置の構成例を示す図である。
【図４】図３におけるＱｏＳ要求条件記憶部で記憶されるＱｏＳ要求条件に対する適合度の関係例を示す図である。
【図５】図３における迂回ルート最適化処理部の迂回ルート候補選別のアルゴリズム例を示す図である。
【図６】図３における迂回ルート最適化処理部の迂回ルート探索方法のアルゴリズム例を示す図である。
【図７】図３における迂回ルート最適化処理部の迂回ルート候補の局所解探索のアルゴリズム例を示す図である。
【図８】図３における迂回ルート最適化処理部のＧＡによる交叉動作のアルゴリズム例を示す図である。
【図９】図３における迂回ルート最適化処理部のＧＡによる突然変異動作のアルゴリズム例を示す図である。
【図１０】従来のＡ  ＮＥＷ  Ｐｒｅ−Ｑｕａｌｉｆｉｅｄ  Ｒｅｃｏｖｅｒｙ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ＭＰＬＳ−Ｂａｓｅｄ  ＬＳＰを用いた迂回パス制御を行うネットワーク構成例を示す図である。
【図１１】図１０における迂回パス制御の動作フローチャートである。
【符号の説明】
１…ＩＰルータ装置、２…回線インタフェース部、３…スイッチ処理部、
４…最適迂回ルート探索システム、４１…ルーティング検索装置、
４２…迂回ルート探索装置、４１１…トポロジーデータ収集部、
４１２…ルーティングテーブル検索部、４１３…ＮＷトポロジー管理部、
４１４…制御データ通信部、４２１…制御データ通信部、
４２２…迂回ルート最適化処理部、４２３…統計情報管理部、
４２４…ＱｏＳ要求条件記憶部、４２５…適合度算出部、
４２６…ＱｏＳ要求条件入出力部、５…システム端末。
【図１】
2004248166.tif 000013
【図２】
2004248166.tif 000014
【図３】
2004248166.tif 000015
【図４】
2004248166.tif 000016
【図５】
2004248166.tif 000017
【図６】
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【図７】
2004248166.tif 000019
【図８】
2004248166.tif 000020
【図９】
2004248166.tif 000021
【図１０】
2004248166.tif 000022
【図１１】
2004248166.tif 000023