CN100442750C - 组播传送路径计算方法、设定方法和计算装置 - Google Patents

组播传送路径计算方法、设定方法和计算装置 Download PDF

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Abstract

一种组播传送路径计算方法，用于求出从给定的起点节点到多个终点节点的组播传送路径，在该组播传送路径计算方法中，使用拓扑信息和延迟信息，按各终点节点求出从起点节点到终点节点的延迟最小路径；把从起点节点到各终点节点的多个延迟最小路径中的一个延迟最小路径上的节点选择作为组播传送中的会合点节点的候补节点；针对各候补节点，按各终点节点算出从候补节点到终点节点的延迟最小路径，并求出各终点节点的多个延迟最小路径的延迟中的最大值和最小值之差；把上述差为最小的候补节点选择作为会合点节点；把从起点节点到会合点节点的延迟最小路径和从会合点节点到各终点节点的各延迟最小路径作为组播传送路径进行输出。

Description

组播传送路径计算方法、设定方法和计算装置
技术领域
本发明涉及用于计算组播传送路径的技术，具体涉及用于计算在组播通信网络中，从组播业务量的起点节点到多个终点节点的有效组播传送路径的技术。
背景技术
在计算机网络上向特定多个用户分配动画或声音的组播通信正引起关注。该通信方式是用于在连接路径起点和所选择的1个以上终点的路径中的路径分支部分，复制信息，并把信息分配给各终点的通信方式。
当使用与起点一对一进行通信的单播通信向特定多个终点分配信息时，起点有必要准备数量为终点数的信息。因此，通过使用组播通信，可减少网络内的信息量。
在组播通信中，以把特定多个终点称为组播组的管理单位进行管理，并针对组播组设定1个传送路径。该传送路径被设定成使起点与属于组播组的全部终点连接。并且，想要取得被传送到某个组播组的信息的用户通过参加组播组来取得信息。因此，传送路径随着用户的参加状况而变化。
另外，作为使用组播通信的应用，列举有：电视会议或在线游戏，电影或电视等的动画分配。对于电视会议或在线游戏，多个用户成为数据的终点，同时为了对收到的数据返回响应，多个用户也成为起点。在这种应用中，一种通过使各用户对某个用户发送的数据作出响应的时间均等，从而使各用户的发言机会均等的技术正引起关注。作为用于实现响应时间均等的方法，设计成在从起点到各终点的信息传送路径中使所有终点发生相同延迟(设计成使从起点到所有终点的数据传送时间相等)。
此处，把在信息到达各终点时在传送路径上发生的信息传送延迟差异称为用户间延迟分散。其中，在现有计算机网络中，使用计算延迟最小路径的算法来计算路径的方式成为主流，但不存在采用计算用户间延迟分散的算法的通信方式。另外，作为与实现削减用户间延迟分散的算法有关的常规技术，例如有：文献1「G，Rouskas，等，‘Multicast RoutingWith End-to-End Delay and Delay Variation Constraints’，IEEEJournal on Selected Areas in Communication，Vol 15，No.3，Apr 1997.」，和文献2「Pi-Rong Sheu，等，‘A Fast and Efficient Heuristic Algorithmfor the Delay and Delay Variation Bound Multicast Tree Problem’，IEEEICC，2001.」。
文献1是以选择传送路径的观点来解决该问题的首篇论文。首先，上述文献1的路径计算方法如下所述。
计算从数据传送起点到各终点的延迟为最小的延迟最小路径，调查截止到发生最大延迟的终点的延迟w。然后，假定应用容许的用户间延迟分散值为Δ，则把截止到来自起点的延迟di满足di≤w-Δ条件的终点i的路径用作传送路径。对于未采用的路径，使用搜索第k短路径的算法来搜索满足条件的路径，并采用该路径作为传送路径。假定终点数为m，并且网络内的节点数为n，则该方式的计算量为O(kmn3)。
在文献2的论文中，提出了计算量比在文献1中提出的方式少的方式，并缩短了路径计算时间。计算方法如下所示。在该方式中，传送路径由连接路径起点与被称为会合点的节点的1对1单播路径和连接会合点与路径终点的1对多组播路径构成。在网络内的各节点中，把各节点作为根，计算连接到除自身以外的其他网络内的节点的延迟最小路径。
计算从网络内存在的任意节点i到所有终点的延迟，假定该最大值和最小值之差为Di，则把Di为最小的节点选择作为数据会合点。当把来自起点的数据与节点i会合之后，计算要分配给各终点的路径。该方式的计算量为O(n3)，与文献1的方式相比，可实现更快计算。
此处，在上述常规技术中，具有以下问题。
上述2种路径计算方法具有必要计算量大的特征。并且，由于要求削减用户间延迟分散的应用大都需要实时性，因而为了实现这些应用，有必要实现某种程度的延迟削减。如以削减计算量为目的的文献2的方式那样设置数据会合点的方式，被指出一般难以实现延迟最小路径。因此，产生了截止到各终点的传送延迟通常较大的问题。
然后，当构建组播通信网络时，从在组播业务量发送节点(起点节点)和组播业务量接收节点(终点节点)之间如何有效设定组播通信路径的观点来看，公知存在使组播通信路径整体的传送成本最小的最小树问题。该问题被称为Steiner树问题，并公知为是NP问题，即：如果网络规模大，则不能使用有限的计算时间来计算用于在起点节点和终点节点之间构成理想最小树的组播通信路径。
这样，求出Steiner问题的理想答案存在NP困难，但依然提出了用于探索性导出近似于理想答案的近似答案的计算方式。有一种用于可探索性导出最小树的近似答案的KMB通信方式(例如，文献3「L.Kou，G.Markowsky，and L.Berman，“A Fast Algorithm for Steiner Tree，”Acta Informatica 15，1981，pp.141-145.」)。在该方式中，首先，开始抽出起点节点和终点节点组，并构建由抽出节点间的最短距离构成的新边形成的子图。根据该构建的子图，构成最小生成树，并用先前导出的构成最小生成树的边的集合替换构成最小生成树的边来构建子图。这样，使用所构成的子图再重新构成最小生成树，并通过根据所完成的生成树来消除不必要的分支路径，构成组播通信路径。
然而，上述文献3记载的常规组播通信路径计算方式虽然可使组播通信路径整体的传送成本最小，然而在计算过程中，未对从起点节点到终点节点的分配成本分散加以考虑。因此，当对从起点节点到各组播接收节点的传送成本分别加以考虑时，截止到终点节点的传送成本发生较大偏差。因此，当把这种组播通信路径计算方式用于不容许接收者间的传送延迟偏差的实时系统的多媒体应用时，对于各组播接收者来说，业务量接收发生较大偏差，并产生较大问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，本发明的目的是提供一种可实现组播传送路径计算速度的提高、并可削减用户间延迟分散的技术。并且，本发明的目的是提供一种在对组播通信路径整体的传送成本进行抑制的同时，可削减用户间延迟分散的技术。
为了达到上述目的，本发明的组播传送路径计算方法，用于求出在由多个节点构成的网络中，从给定的起点节点到多个终点节点的组播传送路径，在该组播传送路径计算方法中，使用上述网络的拓扑信息和延迟信息，按各终点节点求出从起点节点到终点节点的延迟最小路径；把从起点节点到各终点节点的多个延迟最小路径中的一个延迟最小路径上的节点选择作为组播传送中的会合点节点的候补节点；针对各候补节点，按各终点节点算出从候补节点到终点节点的延迟最小路径，并求出各终点节点的多个延迟最小路径的延迟中的最大值和最小值之差；把上述差为最小的候补节点选择作为会合点节点；把从起点节点到会合点节点的延迟最小路径和从会合点节点到各终点节点的各延迟最小路径作为组播传送路径进行输出。
根据本发明，可使用比常规方式更快的计算时间来削减用户间延迟分散。
并且，上述候补节点存在的延迟最小路径可以是从起点节点到各终点节点的多个延迟最小路径中具有最大延迟的延迟最小路径。
并且，本发明的组播传送路径设定方法，其中，组播传送路径计算装置计算在由多个节点构成的网络中，从给定的起点节点到多个终点节点的组播传送路径，并且组播传送路径设定装置设定该计算的组播传送路径，其特征在于，在该组播传送路径设定方法中，上述组播传送路径设定装置请求上述组播传送路径计算装置进行组播传送路径的计算；上述组播传送路径计算装置根据上述计算请求，使用网络的拓扑信息和延迟信息，按各终点节点求出从起点节点到终点节点的延迟最小路径；把从起点节点到各终点节点的多个延迟最小路径中的一个延迟最小路径上的节点选择作为组播传送中的会合点节点的候补节点；针对各候补节点，按各终点节点算出从候补节点到终点节点的延迟最小路径，并求出各终点节点的多个延迟最小路径的延迟中的最大值和最小值之差；把上述差为最小的候补节点选择作为会合点节点；把从起点节点到会合点节点的延迟最小路径和从会合点节点到各终点节点的各延迟最小路径作为组播传送路径进行输出，并把该输出结果通知给上述组播传送路径设定装置；上述组播传送路径设定装置按照收到的上述输出结果来设定组播传送路径。
并且，本发明的组播传送路径计算装置，用于求出在由多个节点构成的网络中，从给定的起点节点到多个终点节点的组播传送路径，其特征在于，该组播传送路径计算装置具有：用于使用网络的拓扑信息和延迟信息，按各终点节点求出从起点节点到终点节点的延迟最小路径的单元；用于把从起点节点到各终点节点的多个延迟最小路径中的一个延迟最小路径上的节点选择作为组播传送中的会合点节点的候补节点的单元；用于针对各候补节点，按各终点节点算出从候补节点到终点节点的延迟最小路径，并求出各终点节点的多个延迟最小路径的延迟中的最大值和最小值之差的单元；用于把上述差为最小的候补节点选择作为会合点节点的单元；以及用于把从起点节点到会合点节点的延迟最小路径和从会合点节点到各终点节点的各延迟最小路径作为组播传送路径来输出的单元。
附图说明
通过参照附图阅读以下详细说明，将更明白本发明的其他目的、特征、功能和优点。
图1是用于对第1实施方式的概要进行说明的图。
图2是示出第1实施方式中的组播传送路径计算装置的构成的图。
图3是示出第1实施方式中的路径计算模块的构成例的图。
图4是示出第1实施方式中的组播传送路径设定装置的构成的图。
图5是示出第1实施方式中的路径计算处理的流程图。
图6是示出第1实施方式中的组播网络的示例图。
图7是示出连接数据传送起点和各终点的路径中的延迟最小路径的图。
图8是示出连接组播传送路径设定装置20和节点A、C、E、G、I以及终点3的路径的图。
图9是示出连接组播传送路径设定装置20和节点E的延迟最小路径以及连接节点E和各终点1～5的延迟最小路径的图。
图10是示出第2实施方式中的路径计算方法的概要的图。
图11是第2实施方式中的组播传送路径计算装置的路径计算模块的构成图。
图12是示出第2实施方式中的组播通信路径计算方法的流程图。
图13是以第2实施方式为对象的组播网络的网络图示例。
图14是将发送者除外的网络图。
图15是目的地节点间的最短路径图。
图16是使用了目的地节点间的最短路径的最小生成树。
图17是考虑了中间节点的最小生成树。
图18是构成考虑了中间节点的最小生成树的子图。
图19是子图的最小生成树。
图20是包含目的地节点的最小树。
图21是从起点节点到设定了会合点的目的地节点的组播传送路径。
图22是第2实施方式中的组播传送路径计算系统示例。
图23是第2实施方式中的组播传送路径计算系统评价用网络。
图24是组播传送路径成本的性能评价图。
图25是组播传送路径延迟差的性能评价图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(第1实施方式)
首先，参照附图对根据本发明第1实施方式的组播传送路径设定方法进行说明。
图1是用于对本实施方式的概要进行说明的图。本实施方式的组播网络由包含组播传送装置的多个节点构成，并且在多个节点中的任何节点内设有组播传送路径计算装置或组播传送路径设定装置。另外，组播传送路径计算装置可以是与构成组播网络的各节点不同的装置。并且，在1个节点内可以具有组播传送路径计算装置和组播传送路径设定装置。
网络内的组播传送装置(节点)收集表示在各链路上发生的数据传送延迟等的网络计测信息(1)，各组播传送装置把网络计测信息通知给组播传送路径计算装置或组播传送路径设定装置(2)。然后，当产生通过组播传送的数据传送路径的设定必要性时，组播传送路径设定装置和组播传送路径计算装置通过下述处理来执行数据传送路径的设定。在本实施方式中，组播传送装置具有收集在节点间传送的数据的网络计测信息的功能，组播传送路径计算装置具有计算传送路径的功能，组播传送路径设定装置具有设定传送路径的功能。
此处，当组播传送路径设定装置和组播传送路径计算装置是不同装置时，组播传送路径设定装置请求组播传送路径计算装置进行传送路径计算(3)。并且，当组播传送路径设定装置和组播传送路径计算装置是同一装置时，组播传送路径设定装置指示自己的路径计算模块进行路径计算(4)。然后，组播传送路径设定装置或组播传送路径计算装置的路径计算模块以所收集的信息为基础来计算传送路径(5)。然后，计算结果被通知给组播传送路径设定装置的路径设定模块(6)，收到该计算结果的组播传送路径设定装置设定组播传送路径(7)。
另外，在用于收集上述网络计测信息的功能方面，使用已提出的OSPF-TE(开放式最短路径优先-通信业务工程：Open Shortest PathFirst-Traffic Engineering)或IS-IS-TE(中间系统-中间系统-通信业务工程：Intermediate system-Intermediate system-Traffic Engineering)等的具有在邻接节点间交换网络计测信息的功能的协议。
并且，组播传送路径计算装置由以下部分构成，即：从组播传送装置接收网络计测信息的功能，发送传送路径计算结果的分组传送功能，实现供路径计算使用的算法的程序，保存网络计测信息和路径计算程序和路径计算结果的存储介质，以及执行路径计算的路径计算功能。另外，组播传送路径计算装置可以从组播传送路径计算装置接收网络计测信息，以取代自己收集网络计测信息。
在本实施方式中使用的路径计算程序具有：计算从传送路径起点到各终点的延迟最小路径的功能；计算从候补节点到各终点的数据传送延迟的功能，该候补节点存在于所计算的路径中截止到发生最大数据传送延迟的终点的路径上；以及在各候补节点中，求出截止到各终点的延迟的最小和最大之差，并把该差为最小的候补节点选择作为会合点(称为rendezvous point)的功能。
由于在本实施方式中使用上述功能来限定会合点的候补，因而可比文献2记载的方式缩短计算时间。而且，在本实施方式中，通过按照对用户间延迟分散削减有效的选择基准来选择上述会合点，与把以往广泛使用的起点和终点间的延迟为最小的延迟最小路径用作传送路径的组播传送路径计算装置相比，对用户间延迟分散的削减是有效的。
并且在本实施方式中，由于仅利用现有的表示网络内的业务量状态的网络计测信息的收集功能，因而可容易进行传送路径计算。然后，具有以下优点，即：组播传送路径计算装置容易取得网络计测信息，没有必要为收集传送路径计算所需的网络计测信息而开发新协议。
下面，对为实现本实施方式的组播传送路径设定方法所必要的组播传送路径计算装置和组播传送路径设定装置进行说明。
图2是示出组播传送路径计算装置的构成的图。在该图中，符号10表示组播传送路径计算装置。然后，图2所示的组播传送路径计算装置10由以下部分构成，即：信息管理部11，管理在网络内的节点和连接各节点的链路上发生的延迟和与成本有关的网络计测信息；路径计算部12，用于计算传送路径；以及分组处理部13，用于对要收发的分组进行处理。组播传送路径计算装置10的分组处理部13进行对网络计测信息和路径计算请求的接收，把路径计算部12计算的传送路径计算结果向组播传送路径设定装置进行发送。
组播传送路径计算装置10的信息管理部11具有：路由选择协议模块111，用于对供业务量状态的信息收集使用的OSPF或IS-IS等的路由选择协议使用的信息交换协议进行处理；以及计测信息存储部112，用于对由该协议获得的网络的拓扑、延迟、成本等的网络计测信息进行管理。并且，路径计算部12具有：路径计算模块121，用于计算传送路径；以及计算结果存储部122，用于存储计算结果。
分组处理部13具有：分组处理模块131，用于对所收到的分组的种类进行判断，传送该分组，或者把该分组送到信息管理部11；分组传送表存储部132，用于记录分组的传送目的地；以及网络接口133。
图3示出了本实施方式中的路径计算模块121的一个构成示例。另外，路径计算模块121的各部功能是由CPU、存储器等的硬件和程序来实现的。
如图3所示，路径计算模块121具有：输入部141，用于输入网络的拓扑信息和延迟信息；延迟最小路径算出部142，使用网络的拓扑信息和延迟信息，按各终点节点求出从起点节点到终点节点的延迟最小路径；候补节点选择部143，把从起点节点到各终点节点的多个延迟最小路径中的一个延迟最小路径上的节点选择作为组播传送中的会合点节点的候补节点；差算出部144，针对各候补节点，按各终点节点算出从候补节点到终点节点的延迟最小路径，并求出各终点节点的多个延迟最小路径的延迟中的最大值和最小值之差；会合点节点选择部145，把上述差为最小的候补节点选择作为会合点节点；以及输出部146，把从起点节点到会合点节点的延迟最小路径和从会合点节点到各终点节点的各延迟最小路径作为组播传送路径进行输出。
另外，组播传送路径计算装置10也可使用与组播网络分开配备的具有CPU、存储器、硬盘等的一般计算机来构成。在该情况下，从外部适当提供路径计算所必要的信息，并通过用于进行组播传送路径计算的程序来进行路径计算。
图4是示出组播传送路径设定装置的构成的图。在该图中，符号20表示组播传送路径设定装置。然后，图4所示的组播传送路径设定装置20由以下部分构成，即：信息管理部21，管理在网络内的节点和在链路上发生的延迟和与成本有关的信息；测定部22，用于对由于自身处理发生的延迟或成本等进行测定；路径设定用协议处理部23，用于当发生新的数据流时，进行路径设定；以及分组处理部24，用于对所收到的分组进行处理。
然后，信息管理部21的基本构成与组播传送路径计算装置10的信息管理部11相同，并具有路由选择协议模块211和计测信息存储部212。并且，测定部22具有测定模块，用于对分组处理部24具有的网络接口243的状态、网络上的各节点的处理延迟等的信息进行测定。并且，分组处理部24具有：分组处理模块241，用于对所收到的分组的种类进行判断，进行分组传送，并对新路径设定的决定进行判断；分组传送表存储部242，用于记录分组传送目的地；以及网络接口243。并且，组播传送路径设定装置20具有路径计算部25，路径计算部25具有：计算处理模块251，用于计算传送路径；以及计算结果存储部252，用于存储计算结果。另外，当组播传送路径设定装置20进行传送路径计算时，该路径计算部25进行与组播传送路径计算装置10相同的处理。并且，当组播传送路径设定装置20不进行传送路径计算时，可以不具有路径计算部25。
路径设定用协议处理部23从分组处理部24接收路径设定请求，并进行把该路径设定请求向组播传送路径计算装置10发送的处理。路径设定用协议处理部23具有按照从组播传送路径计算装置10接收的传送路径计算结果来设定数据传送用的传送路径的功能。
另外，当组播传送路径计算装置10和组播传送路径设定装置20是同一节点时，该节点具有组播传送路径计算装置10和组播传送路径设定装置20的各处理部，并进行上述各处理部的处理。
下面，对上述组播传送路径计算装置10、组播传送路径设定装置20以及组播传送装置的动作进行说明。
具有网络内的组播传送装置功能的节点总是在邻接节点间交换表示网络的拓扑、延迟或成本的网络计测信息。然后，各节点存储由该交换处理获得的网络计测信息。
节点交换的网络计测信息不仅包含在自身节点计测的网络计测信息，而且包含自身节点保持的其他节点计测的网络计测信息。通过这些交换动作，各节点保持网络内的所有节点的连接信息和延迟等的网络计测信息。
然后，具有用于重新设定传送路径的组播传送路径设定装置20的功能的节点请求具有组播传送路径计算装置10的功能的节点进行路径计算。此时，具有组播传送路径计算装置10的功能的节点根据由信息管理部11管理的与网络内的拓扑和延迟等业务量有关的网络计测信息、和从发出路径计算请求的节点传送的终点信息来计算传送路径。
图5是示出组播传送路径计算装置10中的路径计算处理的流程图。
首先，组播传送路径计算装置10接收来自组播传送路径设定装置20的路径计算请求。此时，组播传送路径计算装置10也从组播传送路径设定装置20接收数据传送起点、终点的信息。这样，组播传送路径计算装置10的路径计算部12读取记录在信息管理部11的计测信息存储部112内的表示网络的拓扑和业务量状态的网络计测信息(步骤S1)。然后，路径计算模块121使用网络计测信息来计算从数据传送起点到终点的延迟为最小的延迟最小路径(步骤S2)。此时，路径计算模块121把发送了路径计算请求的节点作为起点，并计算截止到数据传送的各终点节点的延迟最小路径。另外，延迟最小路径的计算使用Dijkstra(狄杰克斯特拉)算法。这样，算出从发出了路径计算请求的节点到各终点的延迟最小路径。
然后，组播传送路径计算装置10的路径计算模块121选择在步骤S2求出的从起点到终点的延迟最小路径中、数据传送延迟为最大的延迟最小路径(步骤S3)。然后，路径计算模块121算出从在步骤S3选择的延迟最小路径上存在的各节点(候补节点)到各终点的数据传送延迟(步骤S4)，按照各候补节点把所算出的多个延迟中的最大延迟和最小延迟之差进行比较，并把该差为最小的候补节点选择作为会合点(步骤S5)。而且，具体地说，步骤S5是按照各候补节点来计算与从候补节点到各终点的数据传送有关的延迟的最大值和最小值之差δ，并把实现最小δ的候补节点作为会合点的处理。然后，路径计算模块121把表示在从起点选择的会合点到以该会合点为中心的各终点的路径的计算结果通过分组处理部13送回到发出了路径计算请求的节点(步骤S6)。
另外，在本实施方式中，当组播传送装置收集延迟等的网络计测信息时，使用OSPF-TE。OSPF-TE是把延迟等的网络内的业务量信息存储在作为单播路由选择协议模块的OSPF的拓扑信息交换信息内的通信协议。
并且，在本实施方式中，作为用于设定数据传送路径的协议，使用把用于实现显式路径指定的RSVP-TE(资源保留协议-通信业务工程：Resource Reservation Protocol-Traffic Engineering)作了扩展的组播MPLS(多协议标号交换：Multi Protocol Label Switching)协议。组播MPLS是一种可向由通常MPLS使用的RSVP-TE追加可在生成LSP(LabelSwitched Path)的消息中存储树拓扑的信息要素，并可按照该拓扑信息来确立Point-to-Multipoint(一点到多点)LSP的技术。
下面，对根据本实施方式的用于计算传送路径的处理例进行说明。图6是示出组播网络的图。在该图中，符号1～5表示数据传送终点。并且A～I表示起点和终点间的中间点的节点，并具有组播传送装置的功能。另外，组播传送路径设定装置20、节点A～I以及终点1～5的各节点通过通信线路连接(链接)并构成组播网络。然后，在各节点间显示的数字表示各链路中的延迟。
然后，组播传送路径设定装置20根据组播传送路径计算装置10计算的结果，以自身为起点把数据传送到终点1～终点5。另外，表示在各节点间的链路上发生的延迟的网络计测信息由各节点使用上述OSPF-TE收集。然后，该网络计测信息被预先通知给组播传送路径计算装置10。
图7是示出用于连接数据传送起点和各终点的路径中的延迟最小路径的图。
组播传送路径计算装置10接收来自组播传送路径设定装置20的路径计算请求，首先计算从作为起点的组播传送路径设定装置20到各终点1～5的延迟最小路径。此时，组播传送路径计算装置10使用Dijkstra(狄杰克斯特拉)算法作为延迟最小路径计算算法。Dijkstra算法一般常用作延迟最小路径计算算法。另外，组播传送路径计算装置10计算的从起点到终点1、2、3、4、5的各延迟最小路径为：组播传送路径设定装置20→节点A→节点C→终点1，组播传送路径设定装置20→节点A→节点C→节点E→节点G→终点2，组播传送路径设定装置20→节点A→节点C→节点E→节点G→节点I→终点3，组播传送路径设定装置20→节点A→节点C→节点D→节点F→终点4，以及组播传送路径设定装置20→节点A→节点C→节点D→终点5。
此处，由于起点→终点1的延迟为4，起点→终点2的延迟为7，起点→终点3的延迟为9，起点→终点4的延迟为6，以及起点→终点5的延迟为5，因而从作为起点的组播传送路径设定装置20起延迟最大的终点为终点3。
然后，组播传送路径计算装置10从连接组播传送路径设定装置20与终点3的路径上的节点A、C、E、G、I中的任何一方中选择组播传送路径中的会合点。图8是示出连接组播传送路径设定装置20和节点A、C、E、G、I以及终点3的路径的图。以下，把连接组播传送路径设定装置20和节点A、C、E、G、I以及终点3的路径称为会合点候补路径。并且，把节点A、C、E、G、I称为候补节点。
然后，组播传送路径计算装置10计算从候补节点A、C、E、G、I中的各方到终点1、2、3、4、5的延迟最小路径。此处，关于各候补节点，把截止到由延迟最小路径连接的各终点的延迟中的最大延迟设为Dmax(n)、最小延迟设为Dmin(n)：(n为候补节点)。然后，组播传送路径计算装置10计算：Dmax(A)和Dmin(A)，Dmax(C)和Dmin(C)，Dmax(E)和Dmin(E)，Dmax(G)和Dmin(G)，以及Dmax(I)和Dmin(I)。
本发明以减小用户间延迟分散为目的。因此，为使用户间延迟分散减小，有必要使从起点传送的数据到达终点前的延迟差减小。因此，组播传送路径计算装置10把Dmax(n)和Dmin(n)之差为最小的候补节点选择作为会合点。因此，组播传送路径计算装置10计算：Dmax(A)和Dmin(A)之差，Dmax(C)和Dmin(C)之差，Dmax(E)和Dmin(E)之差，Dmax(G)和Dmin(G)之差，以及Dmax(I)和Dmin(I)之差，并把该差为最小的候补节点选择作为会合点节点。结果，由于最大延迟Dmax(n)和最小延迟Dmin(n)之差为最小的候补节点为节点E，因而组播传送路径计算装置10把节点E选择作为会合点。另外，从节点E到终点1的延迟为3，从节点E到终点2的延迟为2，从节点E到终点3的延迟为4，从节点E到终点4的延迟为3，以及从节点E到终点5的延迟为4，从会合点到各终点的延迟被控制在2～4的范围内。
然后，组播传送路径计算装置10算出连接组播传送路径设定装置20和节点E的延迟最小路径以及连接节点E和各终点1～5的延迟最小路径，作为组播传送路径。然后，组播传送路径计算装置10把作为计算结果的组播传送路径的信息发送到组播传送路径设定装置20。图9是示出连接组播传送路径设定装置20和节点E的延迟最小路径以及连接节点E和各终点1～5的延迟最小路径的图。然后，从组播传送路径设定装置20传送到各终点10的数据全部经由作为会合点的节点E被传送。
然后，收到组播传送路径信息的组播传送路径设定装置20把该组播传送路径信息存储在传送路径设定用控制消息(message)内，并使用把作为路径设定用协议的RSVP-TE作了扩展的组播MPLS来设定路径。然后，组播传送路径设定装置20在传送路径设定后，把传送数据通过该传送路径进行传送。
以上，尽管对第1实施方式作了说明，然而Dijkstra算法中的计算量是假定网络节点为n，则一般为计算量O＝n2。在常规技术中，由于把Dijkstra算法应用于网络内的全部节点(n)来设定传送路径，因而计算量O＝n3。然而，在本发明中，由于把Dijkstra算法应用于连接起点和终点的延迟最小路径的节点数p(其中，p＜n)，因而计算量O＝pn2。因此，与常规技术相比，可削减计算量。
并且，上述组播传送路径计算装置和组播传送路径设定装置的内部具有计算机系统。上述处理过程以程序形式被存储在计算机可读取的记录介质内，通过使计算机读出和执行该程序，进行上述处理。此处，计算机可读取的记录介质是指磁盘、光磁盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。并且，可以把该计算机程序通过通信线路分配给计算机，收到该分配的计算机可以执行该程序。
如以上说明那样，通过使用具有配备了对用户间延迟分散作了考虑的路径计算算法的路径计算用节点的系统，可把发生于各用户的延迟值控制得均等。这样，可提供满足与延迟有关的用户间的公平性的服务，这对现有组播路径计算用节点是困难的。并且，当提供相同服务时，与利用配备有对用户间延迟分散作了考虑的算法的常规装置的情况相比，可实现较快的计算时间。这样，可实现路径设定时间的缩短。
(第2实施方式)
以下，参照附图对本发明的第2实施方式进行说明。
在第2实施方式中，组播传送路径计算算法与第1实施方式不同。其他构成可使用与第1实施方式相同的构成。
图10示出了第2实施方式中的组播通信路径计算处理步骤的概要。
首先，把距离图输入到组播传送路径计算装置，该距离图使用构成网络的节点信息、使节点间连接的链路信息、以及传送链路所必要的传送成本信息来记述组播通信网络的拓扑和网络传送成本(步骤11)。另外，可以通过读出所收集的距离图，来取代从外部输入。
接着，输入起点节点信息和终点节点组信息(步骤12)，并根据所输入的信息来构建将起点节点除外的第1距离子图(步骤13)。
根据所构建的第1距离子图来选择终点节点组，并构建把终点节点组间的最短路径重新表示为边的第2距离子图(步骤14)，根据第2距离子图来构建最小生成树，并当多个生成树存在时，选择任意生成树来构建最小生成树(步骤15)。
然后，通过把由所构建的最小生成树的最小路径表现的各边复原成由所输入的距离图中对应的节点构成的传送路径来构建子图(步骤16)，根据所复原的子图来再次构建最小生成树，并当存在多个生成树时，选择任意生成树来构建最小生成树(步骤17)，根据所构建的生成树来删除不需要的边以使全部目的地组节点成为生成树的一部分，并构建包含有目的地组节点的组播分配路径(步骤18)。
把构成所构建的组播分配路径的节点作为会合点(rendezvouspoint)的候补，抽出从该会合点到目的地组节点的全部传送距离，并选择从该会合点到最远离的目的地组节点的最大距离和到最接近的目的地组节点的最近距离之差为最小的会合点(步骤19)，在所选择的会合点，使仅由终点节点组构建的组播通信路径与起点节点连接，并从该起点节点构建包含全部目的地组节点的组播分配路径(步骤20)。
图11是示出本发明第2实施方式中的组播传送路径计算装置的路径计算模块的构成图。另外，其他构成与第1实施方式相同。
该图所示的路径计算模块由以下部分构成，即：信息输入部300，第1距离子图构建部311，第2距离子图构建部312，第1最小生成树构建部313，传送路径复原部314，第2最小生成树构建部315，第1组播分配路径构建部316，会合点选择部317，以及第2组播分配路径构建部318。
信息输入部300输入距离图，该距离图使用构成网络的节点信息、使节点间连接的链路信息、以及传送链路所必要的传送成本信息来记述组播通信网络的拓扑和网络传送成本。而且，输入起点节点信息和终点节点组信息。另外，第2实施方式中的“网络传送成本”相当于第1实施方式中的网络延迟。
第1距离子图构建部311根据由信息输入部300输入的信息，构建将起点节点除外的第1距离子图。
第2距离子图构建部312根据由第1距离子图构建部311构建的第1距离子图来选择终点节点组，并构建把终点节点组间的最短路径重新表示为边的第2距离子图。
第1最小生成树构建部313根据由第2距离子图构建部312构建的第2距离子图来构建最小生成树，并当存在多个生成树时，选择任意生成树来构建最小生成树。
传送路径复原部314通过把由第1最小生成树构建部313构建的最小生成树的最小路径表现的各边复原成由所输入的距离图中对应的节点构成的传送路径，来构建子图。
第2最小生成树构建部315根据由传送路径复原部314复原的子图来再次构建最小生成树，并当存在多个生成树时，选择任意生成树来构建最小生成树。
第1组播传送路径构建部316根据由第2最小生成树构建部315构建的生成树来删除不需要的边，以使全部目的地组节点成为生成树的一部分，并构建包含有目的地组节点的组播传送路径。
会合点选择部317把构成由第1组播传送路径构建部316构建的组播传送路径的节点作为会合点的候补，抽出从该会合点到目的地组节点的全部传送距离，并选择从该会合点到最远离的目的地组节点的最大距离和到最接近的目的地组节点的最近距离之差为最小的会合点。
第2组播传送路径构建部318在由会合点选择部317选择的会合点，使仅由终点节点组构建的组播传送路径与起点节点连接，并从该起点节点构建包含全部目的地组节点的组播传送路径。
以下详细示出本实施方式的组播传送路径计算方法的步骤。
在本组播传送路径计算方法中，从例如计测结果存储部输入下述信息。下述信息是使用在第1实施方式中说明的现有协议，可作为网络计测信息来收集的信息。
(1)用于记述网络整体的拓扑的单方向距离图：
G＝(V，E，d)
其中，V：节点，E：节点间的链路，d：向链路赋予的成本值(相当于第1实施方式中的“延迟”)
(2)组播业务量发送节点(起点节点)： s ( ⊆ V )
(3)组播业务量接收节点组(终点节点组，即：多个终点节点)： S ( ⊆ V )
如果输入上述信息，则在本实施方式的组播传送路径计算方法中，使用下述方法进行计算，并输出从起点节点s到终点节点组的组播通信路径：T。
以下，对组播传送路径计算方法的计算步骤进行说明。
图12是示出本实施方式中的组播传送路径计算方法的流程图。
步骤101)根据所输入的图G＝(V，E，d)来构建将发送节点除外的子图G’＝(V-s，E-Es，d-ds)。
步骤102)根据子图G’来选择终点节点组S，并构建由终点节点组S和组S间的最短路径构成的距离子图G1＝(V1，E1，d1)。
步骤103)根据距离子图G1来构建最小生成树T1。当存在多个生成树时，选择任意生成树。
步骤104)通过用图G的对应最短路径替换生成树T1的各边来构建子图Ga。当存在多个最短路径时，选择任意最短路径。
步骤105)根据子图Ga来构建最小生成树Ts。当存在多个生成树时，选择任意生成树。
步骤106)根据生成树Ts来删除不需要的边以使全部目的地组节点S成为生成树的一部分，并构建包含有目的地组节点S的组播分配路径。
步骤107)把构成在步骤106构建的组播分配路径的节点作为会合点(rendezvous point(RP))的候补，对从RPx到目的地组节点S的全部传送距离d(RPx，NODEy)进行计测，并选择满足从RPx到最远离的目的地组节点的距离dmax和到最接近的目的地组节点的距离dmin之差为最小、即：[min(dmax(RPx，NODEy)-dmin(RPx，NODEz))]的会合点。另外，传送距离d例如是从RPx到某个目的地节点(NODEy)的最短距离。
步骤108)在步骤108选择的会合点，使到步骤106为止构建的组播传送路径与起点节点s连接，并从发送节点s构建包含目的地组节点S的组播传送路径。
下面，对使用了上述计算步骤的组播传送路径的计算例进行说明。
图13示出了以本实施方式的示例为对象的组播网络的网络图。
在该图中示出了由V0～V9的10个节点构成的网络例。各节点间用链路连接，计入在链路上的数值表示传送该链路时的传送成本。例如，由于节点V0和节点V1间的链路上计入有数值1，因而从节点V0到节点V1的传送成本为1。
对在该网络上从组播发送节点V0到终点节点组V1、V2、V3、V4设定组播分配路径时的根据本实施方式的计算步骤例进行说明。
如果图13的网络图信息和起点节点信息V0以及终点节点组信息V1、V2、V3、V4被输入到路径计算模块，则通过上述步骤101的步骤，根据所输入的网络图，把发送节点V0和与V连接的链路V0V1、V0V9、V0V4除外。图14示出了把发送者除外的网络图。也就是说，图14是执行步骤101的处理后的网络图。
而且，通过步骤102构成由终点节点组间的最短路径构成的终点节点间的最短路径图。图15示出了步骤102的计算结果。
之后，通过步骤103，根据最短路径图，构成把终点节点间的最短路径作为边的最小生成树。图16示出了该处理结果。
之后，通过步骤104，使用所输入的图的路径来复原构成最小生成树的边。图17示出了构建对中间节点作了考虑的最小生成树的该处理的中间结果。图18示出了该结果。如该图所示，由于节点V1和节点V4的最短路径在原先的图13的网络图中，由V1V9V5V4的传送路径构成，因而在V1、V4间插入V9、V5。同样，在节点V1、V2间、节点V2、V3间也用构成最短路径的节点来复原传送路径。在该例中，由于节点V9、V6、V5与各传送路径重叠，因而如果反映实际物理连接来对图进行整形，则构成图18所示的子图。
之后，通过步骤105，根据图18所示的子图来形成最小生成树(Ts)。该结果如图19所示。图19示出了子图的最小生成树。
而且，通过步骤106，删除不需要的边以使目的地组节点成为生成树的一部分，并且构建包含有目的地组节点的组播传送路径。该结果如图20所示。在该状态下，如图20所示，构成包含目的地节点V1、V2、V3、V4的最小树V1V9V5V6AV2V3V4。
之后，通过步骤107，在该最小树中，选择截止到各终点的传送距离分散为最小的会合点。当选择会合点时，把构成最小树的全部节点作为会合点候补，抽出从候补会合点到各终点的传送距离，并对该最大和最小的延迟差进行检查。在图20的例中，例如，当V9作为会合点(RP)候补时，由于
RP·V1＝1，
RP·V2＝3，
RP·V3＝3，
RP·V4＝2，
因而该最大(dmax)和最小(dmin)之差为2。在图21的例中，当把RP设定成V5时，从RP到V1、V2、V3、V4的传送路径全部为2。成为延迟差为0的最佳会合点。
而且，通过步骤108，把发送节点V0和会合点连接，并设定从V0到V1、V2、V3、V4的最佳组播传送路径。通过该处理，计算最佳组播传送路径。
图22是示出本实施方式中的组播传送路径计算系统的一构成例的图。也就是说，除了图1所示的系统构成以外，还可采取图22所示的系统构成。该图所示的系统执行上述组播计算步骤。
网络业务量信息数据库120使用路由选择协议来收集网络业务量信息。如果把节点信息、终点节点组信息、要求条件和制约条件输入到组播计算引擎310作为其输入，则组播计算引擎310使用网络业务量信息数据库120，通过上述图11所示的计算方法来计算最佳组播传送路径并进行输出。
下面，示出了本实施方式中的计算方法的性能例。
图23示出了本实施方式中的组播传送路径计算系统评价用网络。如该图所示，设定节点数400的随机图，设定各链路的使用频带，并构建目的地节点40的组播树。图24示出了组播传送路径，图25示出了传送延迟差的性能评价图。从评价结果可知，与KMB通信方式相比，尽管传送成本有若干上升，然而可对树整体的延迟差进行抑制。
这样，通过使用本实施方式的计算方法，可根据各个组播业务量的QoS要求条件来设定最佳组播通信路径，同时可设定能在网络整体中有效使用频带的组播通信路径，因而可构建高性能的组播通信网络。
另外，本实施方式中的处理也与第1实施方式相同，可把图11所示的动作构建为程序，并可把其安装在作为组播传送路径计算装置而工作的计算机内，或者可通过网络使该程序流通。
并且，可把所构建的程序存储在与作为组播传送路径计算装置而工作的计算机连接的硬盘装置或者软盘、CD-ROM等的可移动存储介质内，也可在实施本发明时进行安装。
并且，与第1实施方式相同，可把通过本实施方式中的计算方法计算的组播传送路径设定在网络上。
如上所述，根据本实施方式的计算方法，可设定在对组播传送路径整体的传送成本进行抑制的同时，对截止到目的地接收组节点的传送延迟差进行抑制的组播传送路径。为此，可构建有效的高性能组播通信网络。
另外，本发明不限于上述实施方式，并可在权利要求的范围内进行各种变更和应用。

Claims (8)

1.一种组播传送路径计算方法，用于求出在由多个节点构成的网络中，从给定的起点节点到多个终点节点的组播传送路径，其特征在于，在该组播传送路径计算方法中，
使用上述网络的拓扑信息和延迟信息，按各终点节点求出从起点节点到终点节点的延迟最小路径；
把从起点节点到各终点节点的多个延迟最小路径中的一个延迟最小路径上的节点选择作为组播传送中的会合点节点的候补节点；
针对各候补节点，按各终点节点算出从候补节点到终点节点的延迟最小路径，并求出各终点节点的多个延迟最小路径的延迟中的最大值和最小值之差；
把上述差为最小的候补节点选择作为会合点节点；
把从起点节点到会合点节点的延迟最小路径和从会合点节点到各终点节点的各延迟最小路径作为组播传送路径进行输出。
2.根据权利要求1所述的组播传送路径计算方法，上述候补节点存在的延迟最小路径是从起点节点到各终点节点的多个延迟最小路径中具有最大延迟的延迟最小路径。
3.一种组播传送路径设定方法，其中，组播传送路径计算装置计算在由多个节点构成的网络中，从给定的起点节点到多个终点节点的组播传送路径，并且组播传送路径设定装置设定该计算的组播传送路径，其特征在于，在该组播传送路径设定方法中，
上述组播传送路径设定装置请求上述组播传送路径计算装置进行组播传送路径的计算；
上述组播传送路径计算装置根据上述计算请求，
使用网络的拓扑信息和延迟信息，按各终点节点求出从起点节点到终点节点的延迟最小路径；
把从起点节点到各终点节点的多个延迟最小路径中的一个延迟最小路径上的节点选择作为组播传送中的会合点节点的候补节点；
针对各候补节点，按各终点节点算出从候补节点到终点节点的延迟最小路径，并求出各终点节点的多个延迟最小路径的延迟中的最大值和最小值之差；
把上述差为最小的候补节点选择作为会合点节点；
把从起点节点到会合点节点的延迟最小路径和从会合点节点到各终点节点的各延迟最小路径作为组播传送路径进行输出，并把该输出结果通知给上述组播传送路径设定装置；
上述组播传送路径设定装置按照收到的上述输出结果来设定组播传送路径。
4.根据权利要求3所述的组播传送路径设定方法，上述网络的各节点对上述网络内的业务量状态进行计测，并把该计测结果通知给上述组播传送路径计算装置；
上述组播传送路径计算装置根据上述计测结果来计算组播传送路径。
5.一种组播传送路径计算装置，用于求出在由多个节点构成的网络中，从给定的起点节点到多个终点节点的组播传送路径，其特征在于，该组播传送路径计算装置具有：
用于使用网络的拓扑信息和延迟信息，按各终点节点求出从起点节点到终点节点的延迟最小路径的单元；
用于把从起点节点到各终点节点的多个延迟最小路径中的一个延迟最小路径上的节点选择作为组播传送中的会合点节点的候补节点的单元；
用于针对各候补节点，按各终点节点算出从候补节点到终点节点的延迟最小路径，并求出各终点节点的多个延迟最小路径的延迟中的最大值和最小值之差的单元；
用于把上述差为最小的候补节点选择作为会合点节点的单元；以及
用于把从起点节点到会合点节点的延迟最小路径和从会合点节点到各终点节点的各延迟最小路径作为组播传送路径来输出的单元。
6.根据权利要求5所述的组播传送路径计算装置，上述候补节点存在的延迟最小路径是从起点节点到各终点节点的多个延迟最小路径中具有最大延迟的延迟最小路径。
7.根据权利要求5所述的组播传送路径计算装置，还具有：
用于接收上述网络的拓扑信息和延迟信息的单元；以及
把上述所接收的信息记录在记录介质内的单元，
从上述记录介质中读取上述信息，并使用该信息进行路径计算。
8.根据权利要求5所述的组播传送路径计算装置，还具有：
用于从组播传送路径设定装置接收组播传送路径计算请求的单元；以及
用于把上述计算结果发送到上述组播传送路径设定装置的单元。
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