JP2009512378A - 伝送網におけるパケット・トラフィックのコネクティビティを自動適応させる方法 - Google Patents

Abstract

回線交換伝送網におけるパケット・トラフィックのバーチャル・コンカチネーション群による接続性の自動適応方法であって、そのパケット・トラフィックの推定が行われ、その伝送網に関与するパケット・インタフェース間で利用できるその帯域が、その推定により示される必要性に従ってバーチャル・コンカチネーション回線の設定または解除により増減される。

Description

本発明はトランスポートネットワーク（伝送網）におけるパケット・トラフィックに対するコネクティビティ（接続性）についての自動適応方法に関する。

パケット交換網、特にインターネット・プロトコル（ＩＰ）ネットワークは、急激に変動するトラフィック需要を効率よく処理することができる（そして、それゆえ、多くの場合このことがそれらの長所になる）。確かに、これらのネットワークは予め帯域幅を配分しないで、そしてトラフィック（パケット）の各々のユニットごとに別々に処理して各々のパケットが厳密に必要なその帯域幅のみを使用するであろう。

この柔軟性には制約がある。なぜなら、パケット交換ルータは、柔軟性に劣る他の技術を凌ぐ複雑性を有しているからである。たとえば、ＳＤＨ／ＳＯＮＥＴ（ＳＤＨ＝同期デジタル・ハイアラーキ、ＳＯＮＥＴ＝同期光網）クロスコネクトは同じスループット性能に対してルータよりも費用効率が高いと認識されている。ＳＤＨ／ＳＯＮＥＴシステムはまた、ＩＰパケット交換よりも拡張性がある。

良好な通信網は、バランスの取れた伝送および交換設備で構成されるべきである。ルーティング容量の大きなネットワークは、柔軟性はあるが、しかし費用が掛かるであろうし、一方伝送容量の大きなネットワークは、より費用効率は高いが、しかしきわめて動的なトラフィック需要にさらされた場合に性能が劣化するであろう。

大規模パケット網および特にインターネットは、多くのパケット交換ルータおよびそれらを相互に接続するための伝送網で構成されている。先行技術では、その伝送網は通常接続性の変動には非常に拙速であると想定されていてトラフィック需要へのネットワーク適応はすべて、そのルータからにのみ期待される。

しかしながら、基幹ネットワークにおける大規模ＩＰルータの存在が増大するとともに、ＳＤＨ／ＳＯＮＥＴ設備の大規模な設置基盤がやはり存在する。その技術のその広がりは、既にそれ自体利点になることである。さらに、その伝送技術はまた、そのＩＰルータで使用されているそのコネクションレス・パケット技術よりもいくつかの長所を有している。たとえば、時分割多重化（ＴＤＭ）伝送はより高速で、遅延および待ち時間を保証し、そしてその個々のデータ・パケットの解析を回避するのでより費用効率が高い。その上、ＳＤＨ技術は現今利用できるものの中で、そのトラフィックのその運用および保守並びに保護に対する十分に立証された標準化された一連の技術を保有するという事実によって最高の‘キャリア・クラス’の成果である。

回線交換指向の技術であるので、ＳＤＨは、ユーザが予め帯域幅要件を表明しない通常のインターネット・サービスを直接すぐには提供できない。この種のサービスにとって、パケット・ベースで帯域幅を配分する能力が必要となるため、ＩＰルータとしては優れたものが必要となる。その代わりに、ＳＤＨでは明示的な回線設定が必要であり、必要となる帯域幅を事前に仮定することになる。

その上述したシナリオを改善し、そして両方の技術のその長所を組み合わせる１つの方法は、その伝送網に動的な応答性を付加することであろう。近年、そのＩＴＵ、ＯＩＦおよびＩＥＴＦのような標準化機関が、回線の確立に柔軟性を導入する自動交換伝送網（ＡＳＴＮ）および汎用マルチプロトコル・ラベル・スイッチング（ＧＭＰＬＳ）のような解決策を提案している。この手法は、しかしながら、そのルータ上での複雑な実時間のトラフィック推定を必要とし、そのトラフィック需要を伝送網への明示的な接続性リクエストに変換する。

本発明のその一般的な目的は、トラフィック測定能力を直接そのＳＤＨ／ＳＯＮＥＴおよび／または光伝送網（ＯＴＮ）の中で利用できるようにして、上述した欠点を改善することであり、帯域幅適応を伝送網により相互接続されているそのルータを阻害することなく回線交換を用いて自動的に制御することである。

本目的を考慮して、本発明に従ってパケット・トラフィックの接続性についての回線交換伝送網を使用することによる自動適応のための方法を提供する。パケット・トラフィックの推定が実行され、そしてその伝送網に関与するパケット・インタフェース間で利用可能な帯域幅が、その推定により示されるその需要に従って増減され、バーチャル・コンカチネーションで回線の確立または解除が実行される。

都合よく、ＬＡＮと回線交換網との間で、そのパケット・インタフェース機能、フレーミングおよびマッピング機能、バーチャル・コンカチネーション機能およびトラフィック推定器からのリクエストを受信してそのバーチャル・コンカチネーション機能を用いた能力調整機能を制御する自動制御プレーンが設定される。

トラフィック推定はトラフィック測定に基づいて行われることが好ましい。あるいは、そのトラフィック推定はパケット・トラフィックに対して事前に推定された帯域幅のニーズ（必要性）リクエストに基づいて実行される。

制御プレーンはＡＳＴＮ機能であることが好ましい。さらに、能力調整機能はＬＣＡＳ機能であり、バーチャル・コンカチネーション機能はＶＣＡＴ機能であり、そしてそのフレーミングおよびマッピング機能はＧＦＰ機能である。

あるいは、そのフレーミングおよびマッピング機能はＰＰＰ／ＨＤＬＣを有するＰＯＳ機能を備えることができる。

本発明の方法は、そのＳＤＨ型、ＳＯＮＥＴ型またはＯＴＮ（ＩＴＵ−Ｔ−Ｇ．７０９）型である伝送網における特定の応用として実現可能である。

本発明の第２の態様に従って、パケット・トラフィックを扱い、そして本発明に従った方法を使用して回線交換伝送網により相互接続されたルータおよび／またはスイッチ（交換機）を備えるネットワークを提供する。

本発明のその革新的な原理およびその先行技術と比較されるその長所のその説明を明確にするために、以下でその付属図面を活用してそれの可能な実施形態を、前記原理を適用する限定されない一例として説明される。

その図面を参照して、図１は本発明に従った方法を実現する機能のブロック図である。その一連の機能はトラフィック部および制御部に分けられる。

そのトラフィック機能は、パケット交換ができるパケット・インタフェース１０、フレーム・マッピング機能部１１、その伝送ノードの公知の標準ＴＤＭ機能およびバーチャル・コンカチネーション機能部１２を備える。制御部は、トラフィック測定機能部１３、回線設定／解除リクエスト生成器１４、そのネットワーク制御プレーンに属している自動回線設定／解除機能部１５、バーチャル・コンカチネーションを修正してサービスを中断することなく能力を追加または除去するための動的適応機能部１６を備える。

リクエスト生成器１４はトラフィック推定器１３から所要のトラフィックの量に関するｎビットの情報を受信し、所定の閾値をトラフィックの測定値が超えたことに基づいて、回線の生成のリクエストまたはコンカチネーションの解除のためのリクエストを送出する。

具現化の１つで、トラフィック推定器１３はインタフェースへのトラフィック入力を検出するトラフィック測定器であってもよい。その上または代案として、トラフィック推定器１３は、ＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク）から到達するトラフィックリクエスト信号に基づいてトラフィックを推定する。これは、たとえば、トラフィック必要リクエストを送信するユーザとの間で事前に決定されたサービス品質レベルをそのネットワークが満足しなければならないような場合であろう。

本発明については、回線網が回線エンドポイントのアドレスについての情報を必要とはしないものと仮定されている。なぜなら、本発明は、それ自身バーチャル・コンカチネーション群として既に確立されている回線に対する帯域幅の増減にのみ関係しているからである。

運用中、まず最小限の容量を有する回線が２つのパケット可能インタフェース間で設定される。２つのＩＰルータが回線の２つのエンドポイントに接続されており、それらは自動的にそのネットワーク環境を探索（検出）する。通常、これらのルータはリンク容量に関する情報を使用しない。

２つのインタフェース間でのトラフィックが増大すると、トラフィック測定機能部１３がそのトラフィック量を検出する。トラフィック測定機能部の厳密な定義はここでは重要ではなく、たとえば方策上の理由で既に利用できそして汎用的に使用されているトラフィック調整機能（‘トークン・バケット’）から容易に導出できるからである。測定機能は、したがってそれ自体当業者には容易に考えうるものである。

トラフィックはリレーションシップベースで（各接続関係ごとに）測定される。このことは、単一のパケット・インタフェース上でいくつかのパケット・フローを区別して異なる宛先への伝送回線にマッピングできると、各々のフローはそれ自身のトラフィック測定データを必要とすることを意味している。

検出されたトラフィック値は、リクエスト生成器１４に送信される。リクエスト生成器はトラフィック測定値と比較するための設定済みの閾値を有している。

トラフィック測定値が所定のトラフィック増大閾値を超えると、リクエスト生成器１４は回線設定リクエストを生成し、そしてそのネットワーク内に利用できる帯域幅が存在すると、新しい回線がその２つのインタフェース間に生成（設定）される。それから、その新しい回線はバーチャル・コンカチネーション群に包含され、そのネットワークに向かうそのインタフェースにより、単一の回線のように機能し、そして２つのインタフェース間の帯域幅は、このようにして１単位だけ増加される。

同じように、そのトラフィックが減少すると、そのトラフィック測定装置１３はその値をリクエスト生成器１４に通知する。閾値未満になると、その回線はその２つのインタフェース間でそのリンクを形成しているそのバーチャル・コンカチネーション群から取り除かれ、それから回線解除リクエストが生成され、そして当該回線が解放される。

閾値がどのように正しく設定されるかは、そのバーチャル・コンカチネーションを形成するために使用可能な個々の物理回線の実際の能力に大いに依存することは明らかである。閾値は、そのバーチャル・コンカチネーション群を形成するために寄せ集められる（帯域幅増大の場合）実回線のその能力またはバーチャル・コンカチネーション群を形成する（帯域幅減少の場合）ことができるその実回線のその能力を考慮に入れるべきである。

図２は、本発明のその原理に従って、回線交換網２０上で接続されたルータの例を示している。これらのルータはＡ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥで示されている。

この応用例では、本発明がＳＤＨバックボーンを介して接続されているＩＰルータのネットワークに適用されている。ネットワーク２０におけるＳＤＨクロスコネクトは、２１で示されている。

２つのルータ間において個々の隣接同士は、当初、低い能力であるので、ルータ間で高度のメッシュ状態を設定することができる。ルータ間に設定された高メッシュ状態は中継ルータを介したトラフィックを回避できるといった長所を有しており、さらにパケット交換能力を備えた費用の掛かる設備の量に歯止めをかけることができる。

これらのルータはＳＤＨ装置からＬＡＮインタフェースを介してその他の隣接ルータに接続される。たとえば、ルータＡがルータＢ、Ｃ、ＤおよびＥに隣接すべき場合、そのルーティング・プロトコルが正しく作動できるようにするには少なくとも４つのＬＡＮインタフェースが必要である。バーチャルＬＡＮはより費用効率のよい解決策であろう。物理回線（実線）上に設定された回線は、図２において点線で示されている。

ＬＡＮインタフェースの容量は、ピーク・トラフィックを許容できるほどに高くなければならない。したがって、仮想的にコンカチネート（連結）された回線がルータＡとＢとの間に確立され、そしてこの回線の伝送容量は１４０Ｍｂｐｓから１０Ｇｂｐｓまで可変とするには、ルータＡおよびＢがＳＤＨネットワークへ１０Ｇｂｐｓインタフェースにより接続されなければならない。

本例で説明されているように、ルータは適切なイーサネット（登録商標）・インタフェースを介してＳＤＨクロスコネクトと接続される。ルータＡはＢ、Ｃ、ＤおよびＥと直接隣接するようになる。これらの接続関係は、ネットワークを構築して直ぐに実現され、そして低い容量で設定されることになるが、その際には、多くの対等に設定された関係が保持され、かつ、多くの帯域幅のアロケーション（割当）を必要としないように構築及び設定される。各々のルータはその隣接ルータとの直接接続を識別するようなインタフェースを必要とする。物理インタフェースを節約するために、ＶＬＡＮ（仮想ローカル・エリア・ネットワーク）を使用することも可能である。その例では、ルータＡは１つの物理イーサネット（登録商標）を介して４つのＶＬＡＮを設定することになろう。ネットワークの運用中、そのイーサネット（登録商標）を介して測定されたトラフィックは、各々の関係に関連するその帯域幅を動的に増減するそのバーチャル・コンカチネーションを備えた回線設定または解除に影響を及ぼす。本例では、ルータＡＤの関係は２つの異なる経路上で帯域を配分するように広げられている。自動制御プレーン（たとえばＡＳＴＮ）が担当する処理の１つは、最も経済的なやり方で利用可能な帯域幅を探索して決定することである。このように、すべての関係が同時に利用可能な帯域幅のうち最大の帯域幅を必要とはしないものと仮定すると、固定配置でもってＳＤＨサポートを用いるよりもネットワーク資源をさらに効率的に利用することができる。

本発明に従ったシステムは、パケット能力リクエスト（直接測定されるかまたは別の方法で推定される）を変換したり、このリクエストを満たすことができる回線が既になければこれらのリクエストをより適切な回線リクエストに変換したり、既に稼働中でしかし完全には使用仕切れていない回線にパケットを挿入したりする。たとえば、回線がパケット・トラフィックで１８０Ｍｂｐｓの帯域幅のリクエストを満たすことが必要であり、かつ、各々の回線が最大で１４０Ｍｂｐｓのトラフィックを伝送できると仮定すると、２つのリンクされた回線が始動されることになる。使われずに残っているその１００Ｍｂｐｓの帯域幅は、あとで別のパケット・トラフィックを満たすように、場合によっては新しい回線と一緒に使用されてもよい。

図３で示されているように、本発明の応用例では、インタフェース１０がイーサネット（登録商標）・インタフェースであり、そのマッピングおよびフレーミングバッファ１１は公知の汎用フレーミング手順（ＧＦＰ）を備え、そのネットワークのバーチャル・コンカチネーション・システム１２は都合よくそのＳＤＨまたはＯＤＵネットワークに対して提案されているバーチャル・コンカチネーション（ＶＣＡＴ）であってもよい。その自動制御プレーンに対するリクエストサーバ１５は自動交換伝送網（ＡＳＴＮ）であり、そしてその容量調整機能部１６はリンク容量調整方式（ＬＣＡＳ）標準に基づいて動作してもよい。それとともに、回線交換によって帯域幅適応を制御することが可能であり、さらにＬＣＡＳ標準を利用することによりトラフィックのいかなる妨害をも回避してもよい。その例では、推定器１３がトラフィック測定器となろう。

伝送網はＳＯＮＥＴまたはＯＴＮ（ＩＴＵ−Ｔ−Ｇ．７０９）型であってもよい。そのフレーミングおよびマッピング機能に対しては、ポイント・ツー・ポイント・プロトコル／ハイレベル・データ・リンク制御（ＰＰＰ／ＨＤＬＣ）とともに公知のＳＯＮＥＴを介したパケット伝送（パケット・オーバ・ＳＯＮＥＴ：ＰＯＳ）が使用可能である。

本発明により要求される機能を実装するためにネットワークに付加されなければならない複雑さは、伝送網のエンドポイントにのみ制限されそして限定されるため、伝送網の然るべき経済性を維持することができ、さらにその修正のすべては、何らの変更をも要求されないルータ網に対しては、透過的である。

測定されたトラフィック需要に対して自動的におよび動的に接続性を適応させる能力を付加することにより、伝送網はトラフィックの変動があまり急激すぎないネットワークの少なくともその部分では経済的に有利な代案となることができる。このことは、その新しい伝送網がその働きの一部をより効率よく実行することができるので、ルータ網の能力を減らせるようになる。このことはまた、パケット交換ルータのメッシュ状態としてだけでなく、他のユーザを直接接続するためにも、伝送設備を使用する可能性をもたらし、その新しい伝送網がコネクティビティ（接続性）のロケーション（位置）を独立したものにできるからである。

当然ながら、本発明のその革新的な原理を適用する実施形態を示した上記の説明は、ここで請求されるその排他的な権利のその範囲内で本発明の原理の限定されない一例として与えられているにすぎない。

図１は、本発明に従ってその時分割多重化（ＴＤＭ）伝送設備に対するそのパケット・インタフェースに含まれるその一連の機能のブロック図である、 図２は、回線交換網上でのバーチャル・コンカチネーションによるルータ間接続の図式例である、および 図３は、図１のそれと同様であるが、しかし応用の一例を描いた図である。

Claims (13)

1. 回線交換型の伝送ネットワークを使用してパケット・トラフィックのコネクティビティを自動的に適応させる方法であって、
   前記パケット・トラフィックを推定するステップと、
   前記推定されたパケット・トラフィックによって示されるニーズに応じて、仮想コンカチネーション回線を生成又は解除することで、前記回線交換型の伝送ネットワークを形成している複数のパケット・インタフェース間で利用可能帯域幅を増加又は減少させるステップと
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記パケット・インタフェースは、フレーミング及びマッピング機能部、仮想コンカチネーション機能部及び自動制御プレーンを含み、該自動制御プレーンは、能力調整機能部を含み、該能力調整機能部は、前記パケットトラフィックの推定結果に応じたリクエストをリクエスト生成器から受信すると前記仮想コンカチネーション機能部に対し前記仮想コンカチネーション回線の数を指示することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記パケット・トラフィックの推定は、トラフィックの測定結果に基づいて実行されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記パケット・トラフィックの推定は、前記パケット・トラフィックについて事前に推定された帯域幅の必要性に基づいて実行されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
5. 前記自動制御プレーンは、ＡＳＴＮ機能部であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. 前記能力調整機能部は、ＬＣＡＳ機能部であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
7. 前記仮想コンカチネーション機能部は、ＶＣＡＴ機能部であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
8. 前記フレーミング及びマッピング機能部は、ＧＦＰ機能部であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
9. 前記フレーミング及びマッピング機能部は、ＰＰＰ／ＨＤＬＣを伴うＰＯＳ機能部であることを特徴とする請求項２に記載の方法。
10. 前記伝送ネットワークは、ＳＤＨタイプのネットワークであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記伝送ネットワークは、ＳＯＮＥＴタイプのネットワークであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 前記伝送ネットワークは、ＩＴＵ−Ｔ−Ｇ．７０９規格によるＯＴＮタイプのネットワークであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. パケット・トラフィックを伝送するネットワークシステムであって、
    請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の方法を用いて回線交換型の伝送ネットワークにより相互接続されたルータ又はスイッチのいずれか一方を備えることを特徴とするネットワークシステム。

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