JP2013179494A

JP2013179494A - 仮想化ネットワークインフラ制御システム及び方法

Info

Publication number: JP2013179494A
Application number: JP2012042521A
Authority: JP
Inventors: Takehito Yamamoto; 猛仁山本; Yohei Katayama; 陽平片山; Kazuhisa Yamada; 一久山田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-09-09
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: JP5436597B2

Abstract

【課題】汎用通信装置（トランスポートネットワークの通信装置）が混在したネットワークにおいて仮想リンクの高いQoS性能を実現する。
【解決手段】本発明は、サービスネットワーク内の管理制御システムの専用通信装置のSNCと、トランスポートネットワーク内の管理制御システムの汎用通信装置のTNC)と、を有するシステムにおいて、SNCは、開発ユーザから入力された、ネットワークインフラ上に論理的に生成されるQoS規定を含むスライスデザインを取得すると、仮想的なリンク(LS: Link Sliver)を生成するためのパラメータと共にトランスポートパスの生成を前記TNCに依頼することにより、該スライスデザインに対応する専用通信装置に対して、トランスポートパスの設定を行い、該トランスポートパス中に仮想的なリンクLSを生成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、仮想化ネットワークインフラ制御システム及び方法に係り、特に、汎用通信装置（トランスポートネットワークの通信装置）が混在したネットワークにおける仮想化ネットワークインフラ制御システム及び方法に関する。

ネットワーク仮想化に関する方式の検討が様々行われている（例えば、非特許文献１参照）。そこでは仮想リンクや仮想ノードを提供する通信装置のみからネットワーク基盤が構築されており、一般的なネットワークサービスにおいて用いられるトランスポートネットワーク（コアネットワーク）の利用あるいは連携は想定されていない。

我々がこれまで行ってきた「NICT仮想化ノードプロジェクト」（非特許文献２，３参照）においても同様であり、仮想リンク・仮想ノードを提供する「仮想化ノード」のみからネットワークが構成されており、「仮想化ノード」が直接リンクで接続される構成が想定されていた。

N. M. Mosharaf Kabir Chowdhury, "A Survey of Network Virtualization", 信学技法, CS-2008-25, Oct. 2008. NICT NEWS, No. 393, Jun 2010.. 山本他、"スライス提供を考慮した仮想化ネットワークの管理モデル"、信学会ソサイエティ大会，pp. 1349-1369，2011.

しかし、仮想化ネットワーク（論理ネットワーク）を提供するサービスを一つのキャリアネットワークサービスと見做す場合には、その通信装置（仮想化ノード）のみからサービスネットワークを構成することは設備コストや維持運用コストの面から難しく、例えば、既存のトランスポートネットワークに通信装置（仮想化ノード）が接続され、通信装置（仮想化ノード）間のデータトランスポートの役割を担う場合があると考えられる。つまり、通信装置（仮想化ノード）間にトランスポートネットワークの通信装置が介在し、他のネットワークサービスと同様にデータを転送する状況である。

一方で、物理ネットワークのような振る舞いを実現する仮想化ネットワークサービスにおいては、その仮想ネットワークを構成する仮想リンクは高いQoS性能（帯域保証など）が求められると考えられるため、仮想リンクを収容するトランスポートネットワークにおいても仮想リンクの性能要求を満たすことが求められる。

そこで、そのような高いQoS性能が求められる仮想リンク生成においては、例えばその生成前に仮想化ネットワークのNMS(Network Management System)がトランスポートネットワークのNMSにQoS性能を伝達し、その性能を満たすようトランスポートネットワークの通信装置を制御し、通信装置（仮想ノード）間の接続性(Reachability、論理的な接続)を提供する必要がある。

例えば、図１（ａ）では、仮想ノード（vNode）群が仮想ノード接続リンクにより仮想化ネットワークが構築されているが、図１（ｂ）では、仮想ノード群が仮想ノード間をスイッチ／ルータ等からなるOpen Flowネットワークや光スイッチネットワークにより接続されている。光パスによる接続性の仮想ノードへの提供、仮想ノード間の厳密なQoS提供のためにも、下回りネットワーク（トランスポートネットワーク）の管理運用もオペレータ（NMS）が併せて行うべきである。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、汎用通信装置（トランスポートネットワークの通信装置）が混在したネットワークにおいて仮想リンクの高いQoS性能を実現することが可能な仮想化ネットワークインフラ制御システム及び方法を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）は、ネットワーク中のサービスネットワーク内のノード間に仮想的にリンクを、あるいは、更に該ネットワークノードに仮想的にノードを生成し、仮想的または論理的なネットワークを提供する仮想ネットワーク管理制御システムであって、
前記サービスネットワーク内の管理制御システムの専用通信装置のSNC(Service Network Controller)と、
トランスポートネットワーク内の管理制御システムの汎用通信装置のTNC(Transport Network Controller)と、を有し、
前記SNCは、
開発ユーザから[0]ネットワークインフラ上に論理的に生成される、QoS規定を含むスライスデザインを取得すると、仮想的なリンク(LS: Link Sliver)を生成するためのパラメータと共にトランスポートパスの生成を前記TNCに依頼することにより、該スライスデザインに対応する専用通信装置に対して、トランスポートパスの設定を行い、該トランスポートパス中に仮想的なリンクLS（Link Sliver）を生成するトランスポートパス設定依頼手段を有し、
前記TNCは、
トランスポートパスの帯域確保及び空き帯域の管理を行い、前記SNCから前記トランスポートパスの生成の依頼要求を受け付け、該依頼要求に応じてトランスポートパスの生成を行うトランスポートパス生成手段を有する。

また、本発明（請求項２）は、前記SNCにおいて、
トランスポートネットワークのエッジノード装置間、該エッジノード装置に接続するサービスネットワークノード間のトランスポートパスの端点、既に生成された仮想リンクの接続短点、トランスポートパスID、仮想ネットワークID、前記サービスネットワーク内の管理リソースの空き帯域を保持する第１のネットワーク情報記憶手段と、
前記トランスポートパスの生成要求に基づいて、前記第１のネットワーク情報記憶手段を参照し、該トランスポートパスの帯域を算出し、前記空き帯域が不足する場合には、前記TNCに対してトランスポートパスの生成を依頼する帯域計算手段と、を含む。

また、本発明（請求項３）は、前記TNCにおいて、
前記トランスポートネットワーク内の管理リソースの空き帯域、仮想リンクの接続端点、トランスポートパスID、トランスポートパス端点を格納する第２のネットワーク情報記憶手段と、
前記SNCから前記トランスポートパスの生成の依頼を受け付けると、前記第２のネットワーク情報記憶手段のトランスポートパスを生成するための空き帯域を参照し、空き帯域がある場合には、トランスポートパスを生成し、該空き帯域から該トランスポートパス帯域の容量を減算した値で前記管理リソースの空き帯域を更新し、生成したトランスポートパスのIDを該第２のネットワーク情報記憶手段に格納するネットワーク情報管理手段と、を含む。

本発明によれば、仮想化されたネットワークである１つの独立したスライスを構築する際に、仮想ネットワークNMS(SNC)からトランスポートNMS(TNS)に対して、QoSに応じたトランスポートパスの生成を依頼し、そのトランスポートパス内にLS(Link Sliver)を生成することにより、汎用通信装置（トランスポートネットワークの通信装置）が混在したネットワークにおいても仮想リンクの高いQoS性能を実現することができる。

従来の仮想化ネットワークの例である。本発明の一実施の形態における概要動作を示す図である。本発明の一実施の形態におけるシステム構成図である。本発明の一実施の形態におけるTNCとSNCを示す図である。本発明の一実施の形態におけるSNCとTNC間の動作シーケンスである。本発明の一実施の形態におけるトランスポートパス生成のための管理リソースの例である。本発明の一実施の形態におけるトランスポート設定のシーケンスチャートである。本発明の一実施の形態における光パスを適用した例である。

以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。

最初に、本明細書で用いる用語の定義を説明する。

・仮想化ネットワークインフラ：仮想的にノードやリンクを生成し、合わせて仮想ネットワーク（論理網）として提供する機能を有するネットワーク（ネットワークノード：通信装置とリンクからなる）であり、下記のサービスネットワークに相当する。

・Sliceスライス：仮想的/論理的に生成されたノードやリンクが結合されて出来る、一つの仮想/論理ネットワークであり、仮想化ネットワークインフラ管理者より開発ユーザに提供されるもの。

・LS(LinkSliver)：Sliceを構成する仮想的/論理的に生成されたリンク。

・サービスネットワーク：特定のネットワークサービスを提供するネットワーク（ネットワーク：ノードとリンクからなる）。例えば、広域イーササービス網が相当する。

・サービスネットワーク管理制御システム(SNC)：サービスネットワーク内のノード（サービスネットワークノード）の管理制御システム（NMS：Network Management Systemに相当）である。

・トランスポートネットワーク：サービスネットワークシステムに依らない共通のパケットの転送ネットワークインフラであり、コアネットワーク、バックボーンネットワークともいう。

・トランスポートネットワーク管理制御システム(TNC)：トランスポートネットワークシステムを構成するノード装置の管理、制御システム（NMSに相当）である。

・トランスポートパス：トランスポートネットワークのエッジノード装置間あるいは、そこに接続するサービスネットワークノードを結ぶ論理的な通信路である。

サービスネットワークノードからトランスポートネットワークノードに入力されたパケットをトランスポートネットワークにて転送し（複製する場合もある）、トランスポートネットワークノードからサービスネットワークノードへ出力する機能を持つ。トランスポートパスにはQoS設定がなされている場合もあれば、QoSの設定がなされていない場合もある。

図２は、本発明の一実施の形態における概要動作を示す。

（１）開発ユーザ（スライスの管理主体）がNMSに対して、QoS規定のあるLS（Link Sliver）を含むスライスデザインをスライス要求として送出する。ここで、「スライス」とは、ネットワークインフラ上に論理的に生成される仮想ネットワーク、サービスネットワークを指す。

（２）NMSは、スライスデザインを受け取ったことを契機として、仮想化ネットワークのスイッチ／ルータの制御による仮想化ノード間のリンクを生成する。

（３）NMSは、生成したリンク上にLSを設定することにより、スライスを実現し、開発ユーザからのQoSに応える。これにより、開発ユーザは、生成されたスライスを利用する（カスタマイズする）。なお、LSを設定するのは、仮想化ネットワークにおいては、複数のスライスを共存させる必要があり、これは複数の開発ユーザのトラフィックが一つのリンク（トランスポートパス）に入ってくることになるため、それらを論理的に区別するため、あるいは、区別して見せるために設定する。実装方法としては、例えば、VLANやGREが考えられ、これらのIDやキーによって区別される。

図３は、本発明の一実施の形態におけるシステム構成を示す。

同図に示すシステムは、NMS１００，サービスネットワーク２００、トランスポートネットワーク３００から構成される。

NMS１００は、開発ユーザからの要求によりサービスネットワーク２００内の仮想ノードの制御管理を行う専用通信装置（以下、「SNC」(Service Node network Controller)と記す）１１０と、SNC１１０、または、オペレータ（ネットワークインフラの管理主体）からの指示によりトランスポートネットワーク３００を構成する各ノードの管理、制御を行う汎用通信装置（以下、「TNC」(Transport Network Controller)と記す）１２０を有する。

サービスネットワーク２００は、あるネットワークサービスを提供する機能（Function Block）を有するノードとその間を接続する物理的／論理的接続性からなる上位のサービスネットワークである。

トランスポートネットワーク３００は、サービスネットワーク２００内のノード間を接続し、当該サービスネットワーク２００内のノードの種別によらず、データを転送するネットワークであり、収容するサービスに依存しないフレーム／パケットを転送する手段（カプセリング／タグ）を有し、サービスノード間にそのフレーム／パケットを伝送するパス（Tunnel）を提供する。

図４に示すように、本発明のNMS１００では、SNC１１０とTNC１２０により、サービスネットワーク２００の仮想ノード群とトランスポートネットワーク３００とを明確に分離して制御する。

SNC１１０は、制御部１１１とネットワーク情報記憶部１１２を有する。ネットワーク情報記憶部１１２でリンクの保証帯域や許容遅延、エッジノード等を保持する。具体的には、LSを生成するために必要な識別子、実現手法、経由点、リソース情報、端点、性質等である。制御部１１１では、開発ユーザからスライス要求を受け取ると、当該スライス要求に応じて、ネットワーク情報記憶部１１２を参照して、サービスネットワーク２００を制御する、または、TNC１２０に対して、スライス生成要求を送出する。SNC１１０は、仮想ノード２１０を制御し、仮想ノード間の接続リンクであるトランスポートパス内に仮想リンクであるLSを生成する。具体的には、LSの実現手段によるが、経路上、端点となるスイッチなどの設定を行うことで生成する。例えば、LSがVLANによって実現される場合、該当VLAN IDを経路上及び端点のスイッチなどに設定（それらを結ぶように、例えば、VLAN tagged Portを設定）する。また、実現手段が、GREであれば、GREにカプセル化して送出あるいは受信するように設定する。

TNC１２０は、制御部１２１とネットワーク情報記憶部１２２を有する。ネットワーク情報記憶部１２２では、当該記憶部でリンクの保証帯域や許容遅延、エッジノード等を保持し、制御部１２１では、オペレータまたは、SNC１１０からのトランスポートネットワーク３００の操作要求により、ネットワーク情報記憶部を参照してTN３００を制御し、トランスポートパスを確立する。なお、TNC１２０では、LSの生成に伴うリソース情報は管理しない。

次に、図５、図６に基づいてNMS１００内のSNC１１０とTNC１２０の動作を説明する。

ステップ１０１）開発ユーザは、端点の仮想ノード(Node Sliver)、QoS等を指定したLSの生成依頼（Slice Design）を生成し、これをスライス生成要求としてSNC１１０に対して入力する。

ステップ１０２） SNC１１０は、スライス生成要求を取得すると、当該要求に基づいて、予めネットワーク情報記憶部１１２に保持しているLSを生成するために必要なID、実現手段、経由点を参照し、LSを収容するために必要な通信容量等のQoS規定の計算を行う。なお、LSを生成するために必要なIDとは、LSを識別するための識別子であり、例えば、システムにユニークに付与される自然数やLS実現手段毎のキー（例えば、GREkeyや端点とVLAN IDの組み合わせ等）を指す。

ステップ１０３）ネットワーク情報記憶部１２２に格納されている空き帯域容量を参照して、トランスポートパスを生成するための通信容量が不足する場合は、TNC１２０に対して、端点の仮想ノード、QoS等を指定して不足分のトランスポートパスの生成を要求する。このときSNC１１０は、図６に示すように、SNC１１０内にトランスポートパス生成用の容量が不足していないかを判定する。図６の例では、SNC１１０には、トランスポートパス生成用の帯域容量が不足しているため、TNC１２０に生成依頼を行う。

ステップ１０４） TNC１２０では、SNC１１０から取得した要求に基づいて、要求されたトランスポートパスを生成する。このとき、一例として、図７に示すように、TNC１２０は、ネットワーク情報記憶部１２２を参照し、トランスポートパスの端点間野経路候補を抽出し、それに空き帯域があるかを調べ、十分な帯域のある経路を一つ選択する。このとき使用する情報はトランスポートパスの端点、TNC１２０が管理するスイッチなどの通信機器の接続関係、それぞれの空き帯域などがある。その後、ネットワーク情報記憶部１２２の空き帯域容量から使用した分の管理リソースの容量を減算し、その値で空き帯域の通信容量を更新する。さらに、生成したトランスポートパスのID、接続端点をネットワーク情報記憶部１２２に格納する。

トランスポートパスを生成したことをSNC１１０に通知する。

ステップ１０５）SNC１１０は、トランスポートパス上にLSを生成する。

ステップ１０６）SNC１１０は、Sliceの作成完了を開発ユーザに通知する。

図８に、本発明を光パスに適用した例を示す。

上記のように、NMS内に、仮想ネットワークを管理・制御するSNC１１０と、トランスポートネットワークを管理・制御するTNC１２０間において、仮想リンクQoSに応じてトランスポートパスを設定するためのインタフェースを設け、仮想リンク生成時に動的に通信装置（仮想化ノード）間にトランスポートパスを提供する。これにより、仮想リンクが高いQoS性能を満たすことが可能となる。

なお、上記のNMS１００内のSNC１１０、TNC１２０の動作をプログラムとして構築し、NMSとして利用されるコンピュータにインストールして実行させる、または、ネットワークを介して流通させることが可能である。

本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。

１００ NMS(Network Management System)
１１０専用通信装置（SNC）
１１１制御部
１１２ネットワーク情報記憶部
１２０汎用通信装置（TNC）
１２１制御部
１２２ネットワーク情報記憶部
２００サービスネットワーク
２１０仮想ノード
３００トランスポートネットワーク

Claims

ネットワーク中のサービスネットワーク内のノード間に仮想的にリンクを、あるいは、更に該ネットワークノードに仮想的にノードを生成し、仮想的または論理的なネットワークを提供する仮想ネットワーク管理制御システムであって、
前記サービスネットワーク内の管理制御システムの専用通信装置のSNC(Service Network Controller)と、
トランスポートネットワーク内の管理制御システムの汎用通信装置のTNC(Transport Network Controller)と、を有し、
前記SNCは、
開発ユーザから入力された、ネットワークインフラ上に論理的に生成される仮想ネットワーク及びサービスネットワークの形態であるQoS規定を含むスライスデザインを取得すると、仮想的なリンク(LS: Link Sliver)を生成するためのパラメータと共にトランスポートパスの生成を前記TNCに依頼することにより、該スライスデザインに対応する専用通信装置に対して、トランスポートパスの設定を行い、該トランスポートパス中に仮想的なリンクLS（Link Sliver）を生成するトランスポートパス設定依頼手段を有し、
前記TNCは、
トランスポートパスの帯域確保及び空き帯域の管理を行い、前記SNCから前記トランスポートパスの生成の依頼要求を受け付け、該依頼要求に応じてトランスポートパスの生成を行うトランスポートパス生成手段を有する
ことを特徴とする仮想ネットワーク管理制御システム。
前記SNCは、
トランスポートネットワークのエッジノード装置間、該エッジノード装置に接続するサービスネットワークノード間のトランスポートパスの端点、既に生成された仮想リンクの接続短点、トランスポートパスID、仮想ネットワークID、前記サービスネットワーク内の管理リソースの空き帯域を保持する第１のネットワーク情報記憶手段と、
前記トランスポートパスの生成要求に基づいて、前記第１のネットワーク情報記憶手段を参照し、該トランスポートパスの帯域を算出し、前記空き帯域が不足する場合には、前記TNCに対してトランスポートパスの生成を依頼する帯域計算手段と、
を含む請求項１記載の仮想ネットワーク管理制御システム。
前記TNCは、
前記トランスポートネットワーク内の管理リソースの空き帯域、仮想リンクの接続端点、トランスポートパスID、トランスポートパス端点を格納する第２のネットワーク情報記憶手段と、
前記SNCから前記トランスポートパスの生成の依頼を受け付けると、前記第２のネットワーク情報記憶手段のトランスポートパスを生成するための空き帯域を参照し、空き帯域がある場合には、トランスポートパスを生成し、該空き帯域から該トランスポートパス帯域の容量を減算した値で前記管理リソースの空き帯域を更新し、生成したトランスポートパスのIDを該第２のネットワーク情報記憶手段に格納するネットワーク情報管理手段と、
を含む請求項１記載の仮想ネットワーク管理制御システム。
ネットワーク中のサービスネットワーク内のノード間に仮想的にリンクを、あるいは、更に該ネットワークノードに仮想的にノードを生成し、仮想的または論理的なネットワークを提供する仮想ネットワーク管理制御方法であって、
前記サービスネットワーク内の管理制御システムの専用通信装置のSNC(Service Network Controller)と、
トランスポートネットワーク内の管理制御システムの汎用通信装置のTNC(Transport Network Controller)と、を有するシステムにおいて、
前記SNCは、
開発ユーザから入力された、ネットワークインフラ上に論理的に生成されるQoS規定を含むスライスデザインを取得すると、仮想的なリンク(LS: Link Sliver)を生成するためのパラメータと共にトランスポートパスの生成を前記TNCに依頼することにより、該スライスデザインに対応する専用通信装置に対して、トランスポートパスの設定を行い、該トランスポートパス中に仮想的なリンクLS（Link Sliver）を生成するトランスポートパス設定依頼ステップを行い、
前記TNCは、
トランスポートパスの帯域確保及び空き帯域の管理を行い、前記SNCから前記トランスポートパスの生成の依頼要求を受け付け、該依頼要求に応じてトランスポートパスの生成を行うトランスポートパス生成ステップを行う
ことを特徴とする仮想ネットワーク管理制御方法。
前記SNCにおいて、
第１のネットワーク情報記憶手段に、トランスポートネットワークのエッジノード装置間、該エッジノード装置に接続するサービスネットワークノード間のトランスポートパスの端点、既に生成された仮想リンクの接続短点、トランスポートパスID、仮想ネットワークID、前記サービスネットワーク内の管理リソースの空き帯域を保持し、
前記トランスポートパスの生成要求に基づいて、前記第１のネットワーク情報記憶手段を参照し、該トランスポートパスの帯域を算出し、前記空き帯域が不足する場合には、前記TNCに対してトランスポートパスの生成を依頼する
請求項４記載の仮想ネットワーク管理制御方法。
前記TNCにおいて、
第２のネットワーク情報記憶手段に、前記トランスポートネットワーク内の管理リソースの空き帯域、仮想リンクの接続端点、トランスポートパスID、トランスポートパス端点を格納し、
前記SNCから前記トランスポートパスの生成の依頼を受け付けると、前記第２のネットワーク情報記憶手段のトランスポートパスを生成するための空き帯域を参照し、空き帯域がある場合には、トランスポートパスを生成し、該空き帯域から該トランスポートパス帯域の容量を減算した値で前記管理リソースの空き帯域を更新し、生成したトランスポートパスのIDを該第２のネットワーク情報記憶手段に格納する
請求項４記載の仮想ネットワーク管理制御方法。