专利名称：基于波动的虚拟网控制方法以及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及控制IP (Internet Protocol)> Ethernet (注册·商标)、P2P(Peer-to-Peer )等虚拟网的虚拟网控制方法以及虚拟网控制装置。
背景技术：
以波分多路复用为基础的物理网由波长通道和OXC (optical cross connect :光交叉连接)构成，提供通过使用波长路由来连接上位层的节点的波长通道，构建虚拟的拓扑(虚拟网)，可以提供能够实现各种服务的灵活的通信网络基础设施。物理网的波长是瓶颈资源，因此需要有效地使用。因此，为了在波长网络上高效率地收容通信量，进行了大量的与根据通信量来恰当地构建虚拟网的虚拟网控制相关的研究(參照非专利文献1、2)。所谓虚拟网络是波长网络中收容的上位层的逻辑网络，在上位层为IP的情况下，虚拟网络拓扑相当于IP网的逻辑连接结构。通信基础设施设备本身由物理网所拥有。通过在逻辑上分割该物理网的资源并将其一部分分配给虚拟网来构建虚拟网。一般，物理网·具有收容ー个或多个虚拟网的能力。在非专利文献1、2中提出了用于针对被赋予的単一的通信量需要矩阵，为了收容该通信量而设计最佳的虚拟网的基于最优化的方法以及试探的方法。所谓通信量需要矩阵是以矩阵形式表示了网络中的任意的2节点间的通信量需要的矩阵，表现网络全体的交流
通信量。近年来，伴随着因特网的发展，出现了以P2P网络、VoIP、视频点播等为代表的新的服务，网络上发生的环境的变化増大。作为ー个例子，通过重叠网络和通信工程的相互作用，通信量需要等网络状态大幅度且不规则变化的情况明显。因此，实现针对预料之外的通信量需要的变化具备适应性的虚拟网控制是重要的。为了适应于通信量需要的变化，并高效率地在虚拟网上收容通信量，考虑到基于定期的网络的测量以及虚拟网上的性能恶化的检测，动态地再构成虚拟网的方式(在线型控制)(參照非专利文献3)。在这种在线型控制中，与离线型控制不同，根据变化后的通信量来再构成虚拟网，因此可以适应于通信量需要的变动。现有技术文献非专利文献非专利文献I :B. Mukher jee, D. Baner jee, S. Ramamurthy, and A. Mukher jee,“Some principles for designing a wide-area WDM optical network,，，IEEE/ACMTransactions on Networking, vol. 4, no. 5, pp. 684—696，1996.非专利文献2 :R. Ramaswami and K. N. Sivaraj an, “Design of logicaltopologies for wavelength-routed optical networks, ” IEEE Journal on SelectedAreas in Communications, vol. 14, pp. 840-851, June 1996.非专利文献3 :Β· Ramamurthy and A. Ramakrishnan, “Virtual topologyreconfiguration of wavelength-routed optical WDM networks,，’in Proceedings of GLOBECOM, vol. 2，pp. 1269-1275，Nov. 2000.
发明内容
发明要解决的课题在此，上述的在线型控制基本上假设能够取得某两个时刻的通信量需要矩阵，以及通信量需要周期性地并且缓慢地变动，在最佳化前后的通信量需要矩阵中没有大的变化。但是，在大規模的通信网络中难以取得正确的通信量需要矩阵(參照N. Benameur andJ. ff. Roberts, “Traffic Matrix Inference in IP Networks, ” NETWORKS AND SPATIALECONOMICS, V0L4;NUMBER I, pages 103-114, 2004.)。另外，在收容了大量应用程序、服务的通信网络中，虚拟网上的通信量需要的变动更大，并且发生难以预测的变化，因此需要能够适应于各种通信量的变动的虚拟网控制。而且，在网络上发生的环境变化中不仅包含通信量变动，还包含链路故障等因素。因此，实现不仅对通信量变动具备适应性，针对包括链路故障等各种环境变化也具有适应性的虚拟网控制是重要的。本发明鉴于上述现有的技术，其目的在于提供一种虚拟网控制方法以及虚拟网控制装置，其即使在使用在线型控制方式的情况下也不需要交流通信量信息等网络状态信息，能够跟踪未预料到的通信量需要变动或网络构成要素的故障等环境变动。用于解决课题的手段为了达成上述目的，第一方式的发明为一种虚拟网控制方法，对于在物理网上形成的虚拟网的拓扑，对应于该虚拟网的环境变化来进行适应控制，具备以下步骤存储步骤，存储将所述虚拟网的拓扑的动态作为控制所述物理网上的波长通道的条数的变量来模型化的Langevin方程式，来作为波动方程式；设计步骤，设计在所述波动方程式中包含的控制參数；以及控制步骤，将所述控制參数应用于所述波动方程式，在该虚拟网的环境发生变化时，使所述波动方程式中包含的秩序參数变化，由此根据所述波动方程式的波动项的效果使所述波动方程式的解在通过所述波动方程式的判定论的项決定的吸引子之间迁移，由此控制所述虚拟网的拓扑。另外，为了达成上述目的，第二方式的发明为一种虚拟网控制装置，其具备执行上述各步骤的处理部。发明的效果根据本发明，可以提供一种虚拟网控制方法以及虚拟网控制装置，其即使在使用在线型控制方式的情况下也不需要交流通信量信息等网络状态信息，能够跟踪未预料到的通信量需要变动或网络构成要素的故障等环境变动。另外，根据本发明，可以提供ー种能够实现虚拟网之间的资源竞争的调和，能够实现物理网上的资源的恰当的分配的虚拟网控制方法以及虚拟网控制装置。而且，根据本发明，可以提供即使发生预想之外的环境变化也能够进行跟踪的虚拟网控制方法以及虚拟网控制装置。
图I是本发明的第一实施方式的网络结构图。图2是本发明的第一以及第二实施方式中的虚拟网控制装置的结构图。
图3是表示图2的虚拟网控制装置的主要动作的流程图。图4是表示本发明中的抑制关系的计算步骤的一例的图。图5是表示本发明中的活性关系的计算步骤I的图。图6是表示本发明中的活性关系的计算步骤2的图。图7是表示本发明中的控制矩阵W的加入步骤的一例的图。图8是本发明的第二以及第三实施方式中的网络结构图。图9是第三实施方式中的虚拟网控制装置的结构图。图10是表示图9的虚拟网控制装置的动作的流程图。图11是用于说明第三实施方式的判定处理的内容的图。图12是表示图9的虚拟网控制装置的动作的流程图。
具体实施例方式以下，參照附图详细说明本发明的实施方式。(第一实施方式)在第一实施方式中，基于以如下说明的Langevin方程式为基础的波动方程式来实现虚拟网控制。[数学式I]
dxit) ,..、.、 = g(x(/))( I ) dt所谓Langevin方程式,一般是在公式(I)那样的表不系统的动态的力学系的微分方程式中引入了波动的效果的概率微分方程式，记载为公式(2)。[数学式2]—^ = g{x{t)) + ^t) (2)在此，变量x(t)是表示该系统的状态的标量函数。f(x)是表示支配该系统的判定论法则的标量函数。函数f作为势Φ的梯度系统，可以表述为公式(3)。[数学式3]
n、抑(X)j (X ) = -~( 3 )
\.Λ\'势Φ —般是具有多个极值的函数。η是表示对该系统施加的偶发的效果(波动)的时间t的函数，通常满足以下3个条件。[数学式4]< n ⑴ >=0, (4. I)< n (t) η (t，)>D δ (t_t，) (4. 2)<g(x(0)) n (t)>=0 (4.3)作为满足这些条件的η的概率分布的典型例子，列举出正态分布。以下，把在Langiven 方程式(2)中 g = a f，即[数学式5]
权利要求
1.一种虚拟网控制方法,对于在物理网上形成的虚拟网的拓扑,对应于该虚拟网的环境变化来进行适应控制，其特征在干， 具备以下步骤 存储步骤，存储将所述虚拟网的拓扑的动态作为控制所述物理网上的波长通道的条数的变量来模型化的Langevin方程式，来作为波动方程式； 设计步骤，设计在所述波动方程式中包含的控制參数；以及 控制步骤，将所述控制參数应用于所述波动方程式，在该虚拟网的环境发生变化时，使所述波动方程式中包含的秩序參数变化，由此根据所述波动方程式的波动项的效果使所述波动方程式的解在通过所述波动方程式的判定论的项決定的吸引子之间迁移，由此控制所述虚拟网的拓扑。
2.根据权利要求I所述的虚拟网控制方法，其特征在干， 在所述设计步骤中，当设计在所述波动方程式的所述判定论的项中包含的控制矩阵的要素Wu时计算抑制关系，所述抑制关系表示在对于所述物理网上的节点对i设定了波长通道的情况下难以向所述物理网上的节点对j设定波长通道的关系。
3.根据权利要求2所述的虚拟网控制方法，其特征在干， 在所述设计步骤中，使用以下计算步骤来计算所述抑制关系 (1)根据所述物理网的拓扑设计波长通道的路径的集合Rp； (2)从所述波长通道的路径的集合中提取出全部的共享至少ー个物理链路的波长通道的对，生成设定所述抑制关系的节点对的组的列表{ (Pl, Q1) , · · · , (pn, qn) }; (3)对与所述列表IXp1,q) , . . .，(pn, qn)}内的各节点对的组(Pi, Qi)对应的所述控制矩阵要素Wpi彳分别设定负的实数值。
4.根据权利要求I所述的虚拟网控制方法，其特征在干， 在所述设计步骤中，当设计所述波动方程式的所述判定论的项中包含的控制矩阵的要素Wij时计算活性关系，所述活性关系表示在对所述物理网上的节点对i设定了波长通道的情况下，容易向所述物理网上的节点对j设定波长通道的关系。
5.根据权利要求4所述的虚拟网控制方法，其特征在干， 在所述设计步骤中，使用以下计算步骤计算所述活性关系 (1)根据所述物理网的拓扑设计波长通道的路径的集合； (2)按照以下的波长通道设定策略中的某ー个策略，选择形成所述活性关系的波长通道对(a)构成从所述虚拟网的路径信息以多跳传输的通信量通过的虚拟链路的波长通道和将该通信量的出发点和到达节点设为终端点的波长通道、(b)构成从所述虚拟网的路径信息以多跳传输的通信量通过的虚拟链路中的任意两条虚拟链路的波长通道、(C)在所述虚拟网中使某个通信量的出发点和到达点间的截止容量増加的波长通道彼此； (3)提取成为所提取出的两条波长通道的出发点和到达点的节点组，生成设定所述活性关系的节点对的组的列表{(P1, , . . .，(pn, qn)}； (4)对与所述列表IXp1,q) , . . .，(pn, qn)}内的各节点对的组(Pi, Qi)对应的所述控制矩阵的要素Wpi彳分别设定正的实数值。
6.根据权利要求4所述的虚拟网控制方法，其特征在干， 在所述设计步骤中，使用以下计算步骤计算所述活性关系(I)根据所述物理网的拓扑设计波长通道的路径的集合； (2 )从所述物理网上的物理节点的集合中，通过以下方法中的某个方法决定集约节点的集合，并将所述集约节点以外的节点设为非集约节点的集合(a)指定所述物理网上的物理节点中的、收容的链路数或收容的链路容量的总和超过了阈值的预定数量的物理节点、(b)以在所述物理网上的分布变得均匀的方式指定预定数量的物理节点； (3)提取满足以下条件中的某个条件的节点对的组，作为形成活性关系的节点对的组(a)将所述非集约节点的集合内的任意两个节点作为起点或終点，将属于所述集约节点的集合的节点作为终点或起点的节点对；(b)将所述集约节点的集合内的任意两个节点作为起点，将属于别的集约节点的集合的节点作为终点的节点对； (4)生成用于设定提取出的所述活性关系的节点对的组的列表{(P1，P2)，···，(pn,pn)}； (5)对与所述列表((PdP2),...，(Pn, PnM内的各节点对的组(Pi, Pj)对应的所述控制 矩阵的要素Wpi, qi分别设定正的实数值。
7.根据权利要求I至6的任意一项所述的虚拟网控制方法，其特征在干， 在所述设计步骤中，事前生成多个对环境变动的耐性高的所述虚拟网的拓扑，设计所述波动方程式中包含的所述控制矩阵，以便选择生成的所述多个拓扑作为所述波动方程式的解，将设计出的所述控制矩阵作为所述控制參数，加入到所述波动方程式中。
8.根据权利要求7所述的虚拟网控制方法，其特征在干， 在所述设计步骤中，使用以下计算步骤事前将所述控制矩阵作为參数，加入到所述波动方程式中 (1)根据在某时刻观测到的所述虚拟网的路径信息Rv和所述虚拟网上的虚拟链路的负荷信息U，生成满足关于所述虚拟网的交流通信量T的条件式U = Rv ·Τ的多个交流通信量; (2)生成多个与生成的所述多个交流通信量对应的拓扑； (3)针对生成的所述多个拓扑计算控制矩阵W; (4)将计算出的所述控制矩阵W作为參数，加入到所述波动方程式中。
9.根据权利要求I至8的任意一项所述的虚拟网控制方法，其特征在干， 在所述设计步骤中还具备调整步骤，当所述物理网收容包含所述虚拟网的多个虚拟网吋，为了对各虚拟网分配所述物理网的资源，相互调整将各虚拟网的拓扑的动态模型化的波动方程式中包含的秩序參数，在所述控制步骤中，把在所述调整步骤中调整后的各秩序參数应用于各波动方程式，对所述多个虚拟网的拓扑进行适应控制。
10.根据权利要求9所述的虚拟网控制方法，其特征在干， 在所述调整步骤中，将各虚拟网的秩序參数的全体的积设为所述虚拟网全体的秩序參数。
11.根据权利要求9所述的虚拟网控制方法，其特征在干， 在所述调整步骤中，将各虚拟网的秩序參数的加权平均设为所述虚拟网全体的秩序參数。
12.根据权利要求I至11的任意一项所述的虚拟网控制方法，其特征在干， 还具备測定步骤，重复测定所述虚拟网的性能； 判定步骤，基于所述虚拟网的性能的測定结果判定是否发生了环境变化，在发生了环境变化的情况下，基于向控制目标的收敛时间，判定所述虚拟网的环境适应性能是否降低；以及 再设计步骤，在所述虚拟网的环境适应性能降低的情况下，再设计所述波动方程式的所述控制參数， 在所述虚拟网的环境适应性能降低的情况下，在所述控制步骤中，将通过所述再设计步骤再设计的所述控制參数应用于所述波动方程式，控制所述虚拟网的拓扑。
13.根据权利要求12所述的虚拟网控制方法，其特征在干， 在所述判定步骤中，在所述虚拟网中的链路利用率在一定期间以上超过阈值时，判定为在所述虚拟网中发生了环境变化。
14.根据权利要求12或13所述的虚拟网控制方法，其特征在干， 在所述判定步骤中，在所述虚拟网中的链路利用率在一定期间以上超过控制目标值时，判定为所述虚拟网的环境适应性能降低。
15.根据权利要求12至14的任意一项所述的虚拟网控制方法，其特征在干， 在所述再设计步骤中，使用以下的计算步骤再设计在所述波动方程式中包含的所述控制矩阵 (1)从所述虚拟网上的虚拟链路的集合中，选择预定数量的利用率高的虚拟链路，将所选择的预定数量的虚拟链路存储在高负荷链路列表中； (2)对于在高负荷链路列表中存储的各虚拟链路应用以下步骤 1)从虚拟网信息数据库内的路径信息中，提取成为在所述虚拟链路的集合中收容的通信量的出发点和到达点的虚拟节点对，生成节点对的列表{Pl，…，Pi，…，pN}； 2)针对所述列表{Pl，...，Pi，...，pN}内的节点对，參照所述虚拟网信息数据库内的路径信息，从跳数大的节点对开始按顺序选择节点对的组{pn，pm}； 3)按照Wpn,pni= Wpn,pni+a或Wpn,pni = Wpnjpm · b，来修正与所述节点对的组{pn, pj对应的所述控制矩阵的要素Wpn,pm。
16.一种虚拟网控制装置，其特征在于，具备执行权利要求I至15的任意ー项中记载的步骤的处理部。
全文摘要
一种虚拟网控制方法，对于在物理网上形成的虚拟网的拓扑，对应于该虚拟网的环境变化来进行适应控制，其具备以下步骤存储步骤，存储将所述虚拟网的拓扑的动态作为控制所述物理网上的波长通道的条数的变量而模型化的Langevin方程式，将其作为波动方程式；设计步骤，设计在所述波动方程式中包含的控制参数；以及控制步骤，将所述控制参数应用于所述波动方程式，在该虚拟网的环境变化发生时，通过使所述波动方程式中包含的秩序参数变化，根据所述波动方程式的波动项的效果使所述波动方程式的解在通过所述波动方程式的判定论的项决定的吸引子之间迁移，由此控制所述虚拟网的拓扑。
文档编号H04L12/24GK102726011SQ20118000735
公开日2012年10月10日 申请日期2011年1月27日 优先权日2010年1月27日
发明者宫村崇, 小泉佑挥, 村田正幸, 盐本公平, 荒川伸一 申请人:国立大学法人大阪大学, 日本电信电话株式会社