JP2013070300A - Network configuration apparatus, processing method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ネットワーク構成装置、処理方法およびプログラムに関し、特には、グラフ理論を用いて通信ネットワークおよびシステムを構成するネットワーク構成装置、処理方法およびプログラムに関する。 The present invention relates to a network configuration device, a processing method, and a program, and more particularly, to a network configuration device, a processing method, and a program that configure a communication network and system using graph theory.
ネットワークを含むシステムおよびネットワーク(以下、「NW」と記す。)のグラフ構造(以下、単に、「グラフ」とも言う)を構成するノードの通信端末は故障することがある。この場合、ノードの故障後に構成されるNWのグラフ構造では、元のNWのグラフ構造が有していた「通信NWに適した3つの特性」が維持されることが、通信NWの堅牢性を保つ上で重要である。 A communication terminal of a node constituting a graph structure (hereinafter, also simply referred to as “graph”) of a system including a network and a network (hereinafter, referred to as “NW”) may fail. In this case, the NW graph structure configured after the failure of the node maintains the “three characteristics suitable for the communication NW” that the original NW graph structure had, thereby enhancing the robustness of the communication NW. It is important to keep.
通信NWに適した3つの特性とは、1)任意の2ノード間の通信時間が短いこと、2)任意の2ノード間に複数の経路があること、3)スケーラビリティーが高いこと、を意味する。これら3つの条件は、「通信NWに適した特性」の十分条件ではないが、必要条件のうち特に重要な条件である。 The three characteristics suitable for the communication NW mean 1) short communication time between any two nodes, 2) multiple paths between any two nodes, and 3) high scalability. To do. These three conditions are not sufficient conditions for “characteristics suitable for communication NW”, but are particularly important conditions among necessary conditions.
上記の3つの条件について、それぞれに対応するグラフ上の条件(以下、「グラフ条件」と称する)が存在する(例えば、非特許文献1〜3参照)。 Regarding the above three conditions, there are conditions on the graph corresponding to the above three conditions (hereinafter referred to as “graph conditions”) (see, for example, Non-Patent Documents 1 to 3).
1)のグラフ条件は、非特許文献1に示されているとおり、グラフ上でのランダムウォークにおけるfirst passage timeが短いグラフであること、および、非特許文献2に示されているとおり、グラフ直径が小さいこと、である。なお、first passage timeは、グラフの第2最小ラプラシアン固有値が大きいほど、短くなることが知られている(非特許文献1および3参照)。
The graph condition of 1) is that the first passage time in the random walk on the graph is short as shown in Non-Patent Document 1, and the graph diameter is as shown in
2)のグラフ条件は、グラフが連結であり、かつ、非特許文献2に示されているとおり、拡大定数が大きいこと、である。
The graph condition of 2) is that the graph is connected and the expansion constant is large as shown in
3)のグラフ条件は、グラフ構造を構成するリンクの数が、ノード数(NWサイズ)の増加に伴い、線形に増加する、または、線形に増加する数以下で増加すること、である。なお、完全グラフは、1)および2)のグラフ条件を満たしているが、ノード数の増加に伴いリンク数が概ねノード数の2乗に比例して増加するため、3)のグラフ条件を満たしていない。 The graph condition of 3) is that the number of links constituting the graph structure increases linearly as the number of nodes (NW size) increases, or increases below the number that increases linearly. The complete graph satisfies the graph conditions 1) and 2), but the number of links increases in proportion to the square of the number of nodes as the number of nodes increases, so the condition of 3) is satisfied. Not.
非特許文献2では、「通信NWに適した3つの特性」を満たすグラフが、ラマヌジャングラフであることも記載されている。しかしながら、非特許文献2には、ノードが故障したときに再帰的にラマヌジャングラフを構成可能であるラマヌジャングラフの構造および条件については記載されていない。
Non-Patent
また、非特許文献1および非特許文献4〜6には、Entangled NWが、記載されている。これは、第2最小ラプラシアン固有値λ2と、最大ラプラシアン固有値λNとの比(λN/λ2)を最小化するようなグラフである。このグラフは、1)のグラフ条件しか満たしていない。 In Non-Patent Document 1 and Non-Patent Documents 4 to 6, Entangled NW is described. This is a graph that minimizes the ratio (λN / λ2) between the second minimum Laplacian eigenvalue λ2 and the maximum Laplacian eigenvalue λN. This graph satisfies only the graph condition 1).
なお、非特許文献7〜9では、Bimodal NWが、記載されており、このグラフでは、ノードまたはリンクを、ランダムまたは選択的に除去した場合でも、元のグラフの連結性が維持されることが定量的に示されている。 In Non-Patent Documents 7 to 9, Bimodal NW is described. In this graph, even when nodes or links are removed randomly or selectively, the connectivity of the original graph may be maintained. It is shown quantitatively.
ノードの故障後に構成される通信NWのグラフでは、元のグラフが有していた「通信NWに適した3つの特性」を維持することが、通信NWの堅牢性を保つ上で重要である。 In the graph of the communication NW configured after the failure of the node, maintaining the “three characteristics suitable for the communication NW” that the original graph had is important for maintaining the robustness of the communication NW.
しかしながら、非特許文献1〜9では、上記のグラフの構成を実現するための具体的な記載がなく、通信NWに適した3つの特性をノードの故障後にも維持できるグラフの構成手法が明らかにされていなかった。 However, in Non-Patent Documents 1 to 9, there is no specific description for realizing the above-described graph configuration, and a graph configuration method that can maintain three characteristics suitable for the communication NW even after a node failure is clarified. Was not.
本発明の目的は、上記した課題を解決するネットワーク構成装置、処理方法およびプログラムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a network configuration apparatus, a processing method, and a program for solving the above-described problems.
本発明のネットワーク構成装置は、通信ネットワークをV個のノードとE本のリンクとで構成するグラフGを作成するネットワーク構成装置であって、前記グラフGでは、平方剰余(p|q)=1を満たす互いに異なる素数pおよび素数qについて、ノード数がq+1であり、ノード次数がp+1である連結なラマヌジャングラフから、単数または複数の前記ノードを除去した場合に前記ラマヌジャングラフが非連結にはならず、前記ノードが故障した前後で、前記ノード次数が4以上の偶数のまま不変であり、かつ、前記グラフGの第2最小ラプラシアン固有値が、以下の関係式を満たす範囲内で可能な限り大きい。 The network configuration apparatus of the present invention is a network configuration apparatus that creates a graph G that configures a communication network with V nodes and E links. In the graph G, the square remainder (p | q) = 1. For different primes p and primes q satisfying the above, the Ramanujan graph is not connected when one or more nodes are removed from a connected Ramanujan graph with the number of nodes being q + 1 and the node degree being p + 1. Before and after the failure of the node, the node order remains an even number equal to or greater than 4, and the second minimum Laplacian eigenvalue of the graph G is as large as possible within a range satisfying the following relational expression. .
ここで、kは、前記ノード次数であり、λN(L(G))は、上記を満たす前記グラフGの最大ラプラシアン固有値であり、λ2(L(G))は、上記を満たす前記グラフGの第2最小ラプラシアン固有値であり、λ2(L(G(V−1,E−k/2)))は、上記を満たす前記グラフGから、1個の前記ノードと、該ノードに接続されていた前記リンクのうちの(k/2)本のリンクとが除去されたグラフの第2最小ラプラシアン固有値である。 Here, k is the node order, λN (L (G)) is the maximum Laplacian eigenvalue of the graph G that satisfies the above, and λ2 (L (G)) is the graph G of the graph G that satisfies the above. The second minimum Laplacian eigenvalue, λ2 (L (G (V−1, E−k / 2))) is connected to the one node and the node from the graph G that satisfies the above The second minimum Laplacian eigenvalue of the graph from which (k / 2) links of the links are removed.
また、本発明の処理方法は、ネットワーク構成装置が行う処理方法であって、通信ネットワークがV個のノードとE本のリンクとで構成されるグラフGにおいて、平方剰余(p|q)=1を満たす互いに異なる素数pおよび素数qについて、ノード数がq+1であり、ノード次数がp+1である連結なラマヌジャングラフを構成する第1構成ステップと、前記ラマヌジャングラフから、単数または複数の前記ノードを除去した場合に前記ラマヌジャングラフが非連結にはならず、前記ノードが故障した前後で、前記ノード次数が4以上の偶数のまま不変であり、かつ、前記グラフGの第2最小ラプラシアン固有値が以下の関係式を満たす範囲内で可能な限り大きい前記グラフGを構成する第2構成ステップと、を含む処理方法。 The processing method of the present invention is a processing method performed by the network configuration apparatus, and in the graph G in which the communication network is composed of V nodes and E links, the square remainder (p | q) = 1. For a prime p and a prime q different from each other, a first composition step for constructing a connected Ramanujan graph having a node number of q + 1 and a node degree of p + 1, and removing the node or nodes from the Ramanujan graph In this case, the Ramanujan graph is not disconnected, the node order remains an even number of 4 or more before and after the failure of the node, and the second minimum Laplacian eigenvalue of the graph G is And a second configuration step of configuring the graph G as large as possible within a range satisfying the relational expression.
ここで、kは、前記ノード次数であり、λN(L(G))は、上記を満たす前記グラフGの最大ラプラシアン固有値であり、λ2(L(G))は、上記を満たす前記グラフGの第2最小ラプラシアン固有値であり、λ2(L(G(V−1,E−k/2)))は、上記を満たす前記グラフGから、1個の前記ノードと、該ノードに接続されていた前記リンクのうちの(k/2)本のリンクとが除去されたグラフの第2最小ラプラシアン固有値である。 Here, k is the node order, λN (L (G)) is the maximum Laplacian eigenvalue of the graph G that satisfies the above, and λ2 (L (G)) is the graph G of the graph G that satisfies the above. The second minimum Laplacian eigenvalue, λ2 (L (G (V−1, E−k / 2))) is connected to the one node and the node from the graph G that satisfies the above The second minimum Laplacian eigenvalue of the graph from which (k / 2) links of the links are removed.
また、本発明のプログラムは、コンピュータに、通信ネットワークがV個のノードとE本のリンクとで構成されるグラフGにおいて、平方剰余(p|q)=1を満たす互いに異なる素数pおよび素数qについて、ノード数がq+1であり、ノード次数がp+1である連結なラマヌジャングラフを構成する第1構成手順と、前記ラマヌジャングラフから、単数または複数の前記ノードを除去した場合に前記ラマヌジャングラフが非連結にはならず、前記ノードが故障した前後で、前記ノード次数が4以上の偶数のまま不変であり、かつ、前記グラフGの第2最小ラプラシアン固有値が以下の関係式を満たす範囲内で可能な限り大きい前記グラフGを構成する第2構成手順と、を実行させる。 In addition, the program of the present invention allows a computer to have different prime numbers p and prime numbers q satisfying a square remainder (p | q) = 1 in a graph G in which a communication network is composed of V nodes and E links. A first configuration procedure for constructing a connected Ramanujan graph having a node number of q + 1 and a node degree of p + 1, and the Ramanujan graph is disconnected when one or more of the nodes are removed from the Ramanujan graph Before and after the failure of the node, the node order remains an even number of 4 or more, and the second minimum Laplacian eigenvalue of the graph G can be within a range satisfying the following relational expression. And a second configuration procedure that configures the largest graph G.
ここで、kは、前記ノード次数であり、λN(L(G))は、上記を満たす前記グラフGの最大ラプラシアン固有値であり、λ2(L(G))は、上記を満たす前記グラフGの第2最小ラプラシアン固有値であり、λ2(L(G(V−1,E−k/2)))は、上記を満たす前記グラフGから、1個の前記ノードと、該ノードに接続されていた前記リンクのうちの(k/2)本のリンクとが除去されたグラフの第2最小ラプラシアン固有値である。 Here, k is the node order, λN (L (G)) is the maximum Laplacian eigenvalue of the graph G that satisfies the above, and λ2 (L (G)) is the graph G of the graph G that satisfies the above. The second minimum Laplacian eigenvalue, λ2 (L (G (V−1, E−k / 2))) is connected to the one node and the node from the graph G that satisfies the above The second minimum Laplacian eigenvalue of the graph from which (k / 2) links of the links are removed.
本発明によれば、通信ネットワークに適したグラフを構成することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to construct a graph suitable for a communication network.
以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1実施形態におけるネットワーク構成装置を示すブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a network configuration apparatus according to the first embodiment of the present invention.
ネットワーク構成装置10は、通信ネットワークを含む通信システム、または、通信ネットワークを、V個のノードとE本のリンクとで構築されるグラフGを用いて構成する。ネットワーク構成装置10は、通信ネットワークに適した3つの特性に関するグラフ条件を満たすグラフGを構成する。
The
ここで、ネットワーク構成装置10で構成されるグラフGについて説明する。
Here, the graph G configured by the
一般のグラフの最小ラプラシアン固有値には、明確な下限の値が存在しない。一方、k−正則グラフの1つであるラマヌジャングラフの第2最小ラプラシアン固有値には下限がある(非特許文献1参照)。したがって、ノードの次数がkであるk−正則グラフには、明確な下限を持つ固有値が存在するため、その下限の値以上の固有値が存在することが保証されている。 There is no clear lower limit for the minimum Laplacian eigenvalue of a general graph. On the other hand, the second minimum Laplacian eigenvalue of the Ramanujan graph, which is one of k-regular graphs, has a lower limit (see Non-Patent Document 1). Therefore, in the k-regular graph in which the degree of the node is k, there is an eigenvalue having a clear lower limit, and therefore it is guaranteed that an eigenvalue equal to or greater than the lower limit value exists.
また、k−正則グラフでは、グラフ内の任意の2ノード間のマルコフ連鎖に従うランダムウォークのfirst passage time(非特許文献1参照)が最小となるグラフを構成することが可能である。 In addition, in the k-regular graph, it is possible to configure a graph that minimizes the first passage time (see Non-Patent Document 1) of a random walk following a Markov chain between any two nodes in the graph.
非特許文献1に記載されたfirst passage timeを示す式は、非特許文献3に記載されている、規格化ラプラシアン固有値とラプラシアン固有値との関係を示した定理2.20を用いて、下式のとおり、書き直される。 The expression indicating the first passage time described in Non-Patent Document 1 is expressed by the following equation using Theorem 2.20 indicating the relationship between the normalized Laplacian eigenvalue and the Laplacian eigenvalue described in Non-Patent Document 3. Rewritten as follows.
ここで、Mは、ネットワーク内のリンクの総数であり、0<λv(L)≦2は、ネットワークのラプラシアン行列の小さい方からv番目(vは2以上の自然数)の固有値であり、u_(l,s)は、ネットワークの規格化ラプラシアン行列の小さい方からl番目の固有値(lは2以上の自然数)に対する大きさが1の固有ベクトルの上からt行目の値である。 Here, M is the total number of links in the network, 0 <λv (L) ≦ 2 is the vth eigenvalue (v is a natural number of 2 or more) from the smaller Laplacian matrix of the network, and u_ ( l, s) is a value of the t-th row from the top of the eigenvector having a magnitude of 1 for the l-th eigenvalue (l is a natural number of 2 or more) from the smaller normalized Laplacian matrix of the network.
また、k−正則グラフの1つであるラマヌジャングラフは、拡大定数を最大化するためにグラフの自明でない固有値の絶対値を最大化し、グラフ直径を最大化する。 The Ramanujan graph, which is one of k-regular graphs, maximizes the graph diameter by maximizing the absolute value of the non-obvious eigenvalue of the graph in order to maximize the expansion constant.
また、k−正則グラフのうち、完全グラフを除いたグラフは、一般に、ノード数が増加するにつれてリンク数が線形に増加する。 In addition, in the k-regular graph, a graph excluding a complete graph generally increases the number of links linearly as the number of nodes increases.
したがって、本実施形態では、「通信NWに適した3つの特性」のグラフ条件を満たすグラフGとして、「ラマヌジャングラフ」が用いられる。 Therefore, in this embodiment, the “Ramanujan graph” is used as the graph G that satisfies the graph condition of “three characteristics suitable for the communication NW”.
このため、ネットワーク構成装置10は、平方剰余(p|q)=1を満たす互いに異なる素数pおよび素数qについて、ノード数がq+1であり、ノード次数がp+1である連結なラマヌジャングラフG1を構成する。このラマヌジャングラフG1のノード次数は、4以上の偶数であり、かつ、ノードの除去前後で不変である。
Therefore, the
ネットワーク構成装置10は、そのラマヌジャングラフG1の第2最小ラプラシアン固有値が、式(2)の不等式および等式を満たす範囲内で可能な限り大きいグラフGを構成する。
The
ここで、kは、ノード次数であり、λN(L(G))は、上記を満たすグラフGの最大ラプラシアン固有値であり、λ2(L(G))は、上記を満たすグラフGの第2最小ラプラシアン固有値であり、λ2(L(G(V−1,E−k/2)))は、上記を満たすグラフGから、1個のノードと、そのノードに接続されていた前記リンクのうちの(k/2)本のリンクと、が除去されたグラフの第2最小ラプラシアン固有値である。1個のノードと共に、そのノードに接続されていたリンクのうちのk/2本のリンクを除去するのは、グラフGのノード次数が、ノードの除去後でも変わらないようにするためである。 Here, k is the node order, λN (L (G)) is the maximum Laplacian eigenvalue of the graph G that satisfies the above, and λ2 (L (G)) is the second minimum of the graph G that satisfies the above. The Laplacian eigenvalue, λ2 (L (G (V-1, Ek / 2))) is one of the nodes from the graph G satisfying the above and the link connected to the node. The (k / 2) number of links and the second minimum Laplacian eigenvalue of the graph from which are removed. The reason why k / 2 links of links connected to the node are removed together with one node is to prevent the node order of the graph G from changing even after the node is removed.
図2は、ネットワーク構成装置10が構成するネットワークの一例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a network configured by the
ネットワークNW1には、通信ネットワークを含むシステム、または、通信ネットワークが、複数のノードNと複数のリンクLとで構成されたグラフGの構造が示されている。ネットワークNW1は、ネットワークNW1−aと、ネットワークNW1−bと、ネットワークNW1−cと、ネットワークNW1−dとで構成されている。 In the network NW1, a system including a communication network or a structure of a graph G in which the communication network includes a plurality of nodes N and a plurality of links L is shown. The network NW1 includes a network NW1-a, a network NW1-b, a network NW1-c, and a network NW1-d.
本実施形態では、ネットワーク構成装置10は、ネットワークNW1の設計段階に用いられる。ネットワーク構成装置10は、通信部11と、グラフ構成部12と、グラフ決定部13と、を備える。
In the present embodiment, the
通信部11は、ネットワークNW1内で許容可能なノードの最大ノード数N1と、許容可能なリンクの最大リンク数E1とを受け付ける。例えば、通信部11は、ネットワーク管理者により入力された、最大ノード数N1と最大リンク数E1とを設計情報として、外部の通信装置から受信する。通信部11は、その最大ノード数N1と最大リンク数E1とをグラフ構成部12に供給する。
The
グラフ構成部12は、最大ノード数N1と最大リンク数E1とを受け付けると、最大ノード数N1および最大リンク数E1を満たし、かつ、「通信ネットワークに適した3つの特性」に関するグラフ条件を実現可能な、ネットワークNW1−aの仮のグラフG1を作成(構築)する。例えば、グラフ構成部12は、ネットワークNW1−aの仮のグラフG1を複数作成する。
When the
グラフ構成部12は、ネットワークNW1−aのグラフが、ラマヌジャングラフG1となるように、素数p1および素数q1を用いて、式(3)を満たすノード数|V1|と、式(4)を満たすノード次数k1とを設定する。素数p1および素数q1は、平方剰余(p1|q1)=1を満たす互いに異なる素数である。
The
|V1|= q1 + 1 ≦ N1 ・・・式(3)
k1 = p1 + 1 ≦ E1 ・・・式(4)
すなわち、グラフ構成部12は、最大ノード数N1と最大リンク数E1とを受け付けると、式(3)を満たすノード数|V1|と、式(4)を満たすノード次数k1とで構成される、ラマヌジャングラフG1(V1,E1)を、物理的ネットワークまたは論理ネットワークとして構成する。ここで、V1は、ラマヌジャングラフG1内の全てのノードを表すノード集合であり、E1は、ラマヌジャングラフG1内の全てのリンクを表すリンク集合である。
| V1 | = q1 + 1 ≦ N1 (3)
k 1 = p1 + 1 ≦ E1 ··· formula (4)
That is, when the
グラフ決定部13は、グラフ構成部12で構成されたラマヌジャングラフG1と、そのラマヌジャングラフG1から、1個のノード、および、そのノードに接続されていたリンクのうちの(k1/2)本のリンクを除去したラマヌジャングラフG1−v1と、のそれぞれの第2最小ラプラシアン固有値が不変であるラマヌジャングラフGを取る。このラマヌジャングラフGは、ノードの除去の前後で、ノード次数k1が4以上の偶数のまま不変であり、かつ、式(2)が成り立つことになる。
グラフ決定部13は、行列計算部131と、固有値計算部132と、判定部133と、固有値選択部134と、を備える。
The
行列計算部131は、グラフ構成部12にて構成されたラマヌジャングラフG1のラプラシアン行列を計算する。行列計算部131は、ラマヌジャングラフG1のラプラシアン行列を固有値計算部132に供給する。
The
固有値計算部132は、行列計算部131から、ラプラシアン行列を受け付けると、そのラプラシアン行列を用いて第2最小ラプラシアン固有値を計算する。固有値計算部14は、その第2最小ラプラシアン固有値を判定部133に供給する。
When the
判定部133は、固有値計算部132から、第2最小ラプラシアン固有値を受け付けると、グラフ構成部12を制御して、ラマヌジャングラフG1から、ノード1個、および、そのノードに接続されているリンクのうちの(k1/2)本のリンクを除去する。具体的には判定部133は、グラフ構成部12で作成されたラマヌジャングラフG1から、1個のノードと、そのノードに接続されているリンクのうち(k1/2)本のリンクを除去する旨を指示する除去指示信号をグラフ構成部12に供給する。行列計算部131は、グラフ構成部12でノードおよびリンクが除去されると、その除去された後のラマヌジャングラフG1−v1のラプラシアン行列を計算する。そして固有値計算部132は、ラマヌジャングラフG1−v1のラプラシアン行列の最小ラプラシアン固有値を計算して判定部133に供給する。
When the
判定部133は、除去後のラマヌジャングラフG1−v1と、元のラマヌジャングラフG1と、が式(2)を満たすか否かを判定する。すなわち、判定部133は、除去後のラマヌジャングラフG1−v1の第2最小ラプラシアン固有値が、元のラマヌジャングラフG1の第2最小ラプラシアン固有値と同一であるか否かを判定する。
The
判定部133は、除去後のラマヌジャングラフG1−v1と、元のラマヌジャングラフG1と、が式(2)を満たす場合、すなわち、ノードの除去の前後のそれぞれの第2最小ラプラシアン固有値が同一である場合には、その第2最小ラプラシアン固有値を、固有値選択部134に供給する。
When the removed Ramanujan graph G1-v1 and the original Ramanujan graph G1 satisfy Equation (2), that is, the
例えば、判定部133は、ラマヌジャングラフG1内のノードを1個から所定の個数まで1個ずつ除去する。そして判定部133は、ラマヌジャングラフG1内のノードを1個ずつ除去するたびに、その除去後のラマヌジャングラフG1−v1と、元のラマヌジャンクグラフG1と、が式(2)を満たすか否かを判定する。判定部133は、ラマヌジャングラフG1内のノードを1個から所定の個数まで1個ずつ除去した後、全ての判定で式(2)を満たした場合には、第2最小ラプラシアン固有値を固有値選択部134に供給する。
For example, the
固有値選択部134は、判定部133から、式(2)を満たす範囲内での第2最小ラプラシアン固有値を受け付けると、第2最小ラプラシアン固有値の中から、最大の第2最小ラプラシアン固有値を選択する。または、固有値選択部16は、第2最小ラプラシアン固有値の中から、可能な限り大きな値の第2最小ラプラシアン固有値を選択する。
When the
また、固有値選択部134は、例えば、判定部133から第2最小ラプラシアン固有値を受け付け、その第2最小ラプラシアン固有値が、所定の固有値閾値よりも小さい場合には、グラフ構成部12に新たなグラフの構築を指示してもよい。
In addition, the
固有値選択部134は、その選択した第2最小ラプラシアン固有値を用いて、ネットワークNW1-aのグラフG内のノード数と、リンク数と、ノードとリンクとの接続関係と、を含むグラフ構成情報を、通信部11に供給する。通信部11は、固有値選択部134からグラフ構成情報を受け付けると、そのグラフ構成情報を外部の装置に送信する。
The
図3は、ネットワーク構成装置10の処理方法を示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart illustrating a processing method of the
まず、通信部11は、例えばネットワーク管理者により入力された設計情報として、最大ノード数N1と最大リンク数E1とを受け付ける(ステップS1−1)。通信部11は、その最大ノード数N1と最大リンク数E1とをグラフ構成部12に供給する。
First, the
グラフ構成部12は、最大ノード数N1と最大リンク数E1とを受け付けると、最大ノード数N1および最大リンク数E1を満たし、かつ、通信ネットワークに適した3つの特性に関するグラフ条件を実現可能な、ネットワークNW1−aのグラフを構築する(ステップS1−2)。
When the
グラフ構成部12は、ネットワークNW1−aのグラフが、式3を満たすノード数|V1|であり、かつ、式4を満たすノード次数k1であるラマヌジャングラフG1(V1,E1)を構成する(ステップS1−3)。
The
グラフ決定部13は、グラフ構成部12で構成されたラマヌジャングラフG1と、そのラマヌジャングラフG1から、1個のノード、および、そのノードに接続されていたリンクのうちの(k1/2)本のリンクを除去する(ステップS1−4)。
グラフ決定部13は、その1個のノードおよび(k1/2)本のリンクが除去されたラマヌジャングラフG1−v1と元のラマヌジャングラフG1で、ノード次数k1が4以上の偶数のまま不変であり、かつ、式(2)が成り立つことを確認する(ステップS1−5)。そしてノード次数k1が4以上の偶数ではない場合、または、式(2)が成り立たない場合にはグラフ決定部13は、ステップS1−2に戻る。
The
一方、グラフ決定部13は、ノード次数k1が4以上の偶数のまま不変であり、かつ、式(2)が成り立つ場合にはラマヌジャングラフG1から除去されたノードの数が所定数未満であるか否かを判断する(ステップS1−6)。そしてグラフ決定部13は、除去されたノードの数が所定数未満である場合には、ステップS1−4に戻り、除去されたノードの数が所定数となるまで繰り返しステップS1−4および1−5の処理を行う。
On the other hand, the
グラフ決定部13は、ラマヌジャングラフG1の式(2)を満たす範囲内で可能な限り大きな値の第2最小ラプラシア固有値を選択して(ステップS1−7)、ネットワーク構成装置10の処理方法を終了する。
The
なお、ネットワークNW1−aだけでは、最大ノード数N1および最大リンク数E1の条件を満たさない場合には、ネットワーク構成装置10は、図3で示した処理方法でネットワークNW1−b乃至NW1−cを構成し、これらを連結してもよい。
Note that if the network NW1-a alone does not satisfy the conditions of the maximum number of nodes N1 and the maximum number of links E1, the network
本実施形態によれば、ネットワーク構成装置10は、通信ネットワークをV個のノードとE本のリンクとで構築されるグラフGを構成する。ネットワーク構成装置10は、平方剰余(p|q)=1を満たす互いに異なる素数pおよび素数qについて、ノード数がq+1であり、かつ、ノード次数がp+1である連結なラマヌジャングラフG1を構成し、ラマヌジャングラフG1から、単数または複数のノードを除去した場合にラマヌジャングラフG1−v1が非連結にはならず、ノードが故障した前後で、ノード次数が4以上の偶数のまま不変であり、かつ、グラフGの第2最小ラプラシアン固有値が、式(2)の関係式を満たす範囲内で可能な限り大きいグラフGを構成する。
According to the present embodiment, the
このため、ネットワーク構成装置10は、通信ネットワークに適した3つの特性に関する1)から3)のグラフ条件を満たすグラフGを作成することが可能となる。グラフGは、連結なラマヌジャングラフに含まれてもよく、連結な2部グラフでないラマヌジャングラフに含まれてもよい。
Therefore, the
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態では、既存のネットワークが存在する状況で、そのネットワーク上にネットワーク構成装置がグラフGを構成する。なお、第2実施形態のネットワーク構成装置は、図1に示した構成と同様のものである。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, in a situation where an existing network exists, the network configuration device configures the graph G on the network. The network configuration apparatus according to the second embodiment is the same as the configuration shown in FIG.
図4は、第2実施形態のネットワーク構成装置10が構成したネットワークを示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a network configured by the
既存のネットワークNW2には、図2と同様、通信ネットワークを含むシステム、または、通信ネットワークが、複数のノードNと複数のリンクLとで構成されたグラフGの構造が示されている。ネットワークNW2は、ネットワークNW2−aと、ネットワークNW2−bと、ネットワークNW2−cと、ネットワークNW2−dと、で構成される。 In the existing network NW2, as in FIG. 2, a system including a communication network or a structure of a graph G in which the communication network is configured by a plurality of nodes N and a plurality of links L is shown. The network NW2 includes a network NW2-a, a network NW2-b, a network NW2-c, and a network NW2-d.
図5は、第2実施形態の処理方法を示すフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart illustrating a processing method according to the second embodiment.
まず、通信部11は、設計情報として、ネットワークNW2を指定する旨の指定情報と、NW2−a内の最大ノード数N2と、最大リンク数E2と、を受け付ける(ステップS2−1)。通信部11は、その最大ノード数N1と最大リンク数E1とをグラフ構成部12に供給する。
First, the
グラフ構成部12は、最大ノード数N1と最大リンク数E1とを受け付けると、最大ノード数N1および最大リンク数E1を満たし、かつ、通信ネットワークに適した3つの特性に関するグラフ条件を実現可能な、ネットワークNW2−aのグラフを構築する(ステップS2−2)。
When the
グラフ構成部12は、ネットワークNW2−aのグラフが、式(5)を満たすノード数|V2|であり、式(6)を満たすノード次数k2である連結なラマヌジャングラフG1(V2,E2)を構成する(ステップS2−3)。
|V2|= q2 + 1 ≦ N2 ・・・式(5)
k2 = p2 + 1 ≦ E2 ・・・式(6)
なお、q2およびp2は、平方剰余(p2|q2)=1を満たす互いに異なる素数である。
| V2 | = q2 + 1 ≦ N2 (5)
k 2 = p2 + 1 ≦ E2 (6)
Note that q2 and p2 are different prime numbers satisfying the square remainder (p2 | q2) = 1.
グラフ決定部13は、グラフ構成部12で構成されたラマヌジャングラフG2と、そのラマヌジャングラフG1から、1個のノード、および、そのノードに接続されていたリンクのうちの(k2/2)本のリンクを除去する(ステップS2−4)。
グラフ決定部13は、1個のノードおよび(k2/2)本のリンクが除去されたラマヌジャングラフG2−v2と元のラマヌジャングラフG2とで、ノード次数k2が4以上の偶数のまま不変であり、かつ、式(2)が成り立つことを確認する(ステップS2−5)。そしてノード次数k2が4以上の偶数ではない場合、または、式(2)が成り立たない場合にはグラフ決定部13は、ステップS2−2に戻る。
一方、グラフ決定部13は、ノード次数k2が4以上の偶数のまま不変であり、かつ、式(2)が成り立つ場合にはラマヌジャングラフG2から除去されたノードの数が所定数未満であるか否かを確認する(ステップS2−6)。そしてグラフ決定部13は、除去されたノードの数が所定数未満である場合には、ステップS2−4に戻り、除去されたノードの数が所定数となるまで繰り返しステップS2−4およびS2−5の処理を行う。
On the other hand, the
グラフ決定部13は、ラマヌジャングラフG2の式(2)を満たす範囲内で可能な限り大きな値の第2最小ラプラシア固有値を選択して(ステップS2−7)、ネットワーク構成装置10の処理方法を終了する。
The
なお、ネットワークNW2−aのみでは、最大ノード数N2および最大リンク数E2の条件を満足しない場合には、ネットワーク構成装置10は、新たにネットワークNW2−b乃至NW2−dを構成し、これらを連結してもよい。
If the network NW2-a alone does not satisfy the conditions of the maximum number of nodes N2 and the maximum number of links E2, the
次にネットワークNW1またはNW2が構成されている状態で、ネットワークNW1またはNW2内のノードが故障した場合に、その故障したノード以外のノードを経由する通信経路のうち、最短の通信経路を再構築するための手法について説明する。 Next, in the state where the network NW1 or NW2 is configured, when a node in the network NW1 or NW2 fails, the shortest communication path among the communication paths that pass through the nodes other than the failed node is reconstructed. A method for this will be described.
図6は、ネットワーク構成装置10が構成したネットワークNW3を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating the network NW3 configured by the
ネットワークNW3は、ネットワークNW3−aと、ネットワークNW3−bと、ネットワークNW3−cと、ネットワークNW3−dと、で構成されている。ここでは、ネットワークNW3−aでノードaが故障した場合を想定している。 The network NW3 includes a network NW3-a, a network NW3-b, a network NW3-c, and a network NW3-d. Here, it is assumed that the node a has failed in the network NW3-a.
図7は、ネットワークNW3−aで、ノードaが故障した場合に行われる通信経路の再構築の一例を示す図である。図7には、ネットワークNW3−a(V3,E3)と、ノードaが故障してノードaが除去されたネットワークNW3−a−a(V3−a,E3−k3/2)とが示されている。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a communication path reconfiguration performed when the node a fails in the network NW3-a. 7 includes a network NW3-a (V3, E3) , the network NW3-a-a (V3- a, E3-k 3/2) to node a node a has been removed by faults and is shown ing.
ネットワークNW3−aは、ノードaと直接接続されていない部分グラフSと、ノードaと直接接続されている部分グラフUとで構成されている。ネットワークNW3−a−a内の部分グラフU’は、ノードaに接続されていたk3本のリンクのうちのk3/2本のリンクの接続先が、ノードaから別のノードに切り替えられた後の部分グラフである。 The network NW3-a includes a partial graph S that is not directly connected to the node a and a partial graph U that is directly connected to the node a. Subgraph U in the network NW3-a-a 'is the destination of k 3/2 pieces of link among the k 3 pieces of link is connected to the node a is switched from the node a to another node It is a partial graph after.
図8は、図7に示したネットワークNW3−aの再構築方法を示すフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart showing a method for reconfiguring the network NW3-a shown in FIG.
まず、ネットワークNW−3aでノードaに故障が発生した場合(ステップS3−0)に、ノードaに隣接している全てのノードは、ノードaの故障情報をノードa以外のノードに送信して故障情報をNW3−a内の全てのノードに伝達する(ステップS3−1)。ネットワークNW−3aは、通信ネットワークに適した3つの特性を有しているため、任意の2ノード間の通信時間が短く、任意の2ノード間に複数の経路がある。このため、本実施形態のネットワークNW3−aでは、故障情報が、全てのノードに短い時間で到達されることになる。 First, when a failure occurs in the node a in the network NW-3a (step S3-0), all the nodes adjacent to the node a transmit the failure information of the node a to nodes other than the node a. The failure information is transmitted to all the nodes in the NW3-a (step S3-1). Since the network NW-3a has three characteristics suitable for a communication network, the communication time between any two nodes is short, and there are a plurality of paths between any two nodes. For this reason, in the network NW3-a according to the present embodiment, the failure information reaches all the nodes in a short time.
なお、故障情報には、ノードaの識別情報と、ノードaに故障が発生した時刻と、ノードaの識別情報とが含まれる。故障情報は、一般的な経路制御プロトコルよりも高速通信が可能な通信プロトコルP2を用いてNW3−a内の各経路に分散される。通信プロトコルとしては、例えば、フラッディングアルゴリズムに基づいて経路制御を行うプロトコルが用いられる。 The failure information includes the identification information of the node a, the time when the failure occurred in the node a, and the identification information of the node a. The failure information is distributed to each route in the NW3-a using a communication protocol P2 that enables higher-speed communication than a general route control protocol. As the communication protocol, for example, a protocol that performs path control based on a flooding algorithm is used.
NW3−a内の全てのノードに故障情報が伝達されると、ノードaが除去されてリンクの張り替えが行われる。このとき、NW3−aの第2最小ラプラシアン固有値が、元のNW3−a(V3,E3)と同じ値のNW3−a−a(V3−a,E3−k3/2)を再構築することが可能である。短時間で通信経路を変更する場合には、通信経路上のノードのうち、ノードaに接続されていた2ノード間を接続すればよい。 When the failure information is transmitted to all the nodes in the NW3-a, the node a is removed and the link is replaced. In this case, the second minimum Laplacian eigenvalue of NW3-a is to reconstruct the same value as the original NW3-a (V3, E3) NW3-a-a (V3-a, E3-k 3/2) Is possible. When changing a communication path in a short time, it is only necessary to connect two nodes connected to the node a among the nodes on the communication path.
図9は、通信プロトコルP2を用いて通信を行う各ノードの動作を説明するためのフローチャートである。 FIG. 9 is a flowchart for explaining the operation of each node that performs communication using the communication protocol P2.
まず、通信プロトコルを用いてリンクの張り替えが行われるネットワークNWa−3では、全てのノードを根とする最短スパニング木が構成される(ステップS3−3)。 First, in the network NWa-3 in which link replacement is performed using a communication protocol, a shortest spanning tree having all nodes as roots is configured (step S3-3).
ネットワークNW3−a内の各ノードは、ノードaの故障を検出した場合に、フラッディングアルゴリズムに従って、自身のノードを根とする最短スパニング木上の隣接ノードに、故障情報を伝達する(ステップS3−4)。 When each node in the network NW3-a detects a failure in the node a, it transmits the failure information to an adjacent node on the shortest spanning tree rooted in its own node according to the flooding algorithm (step S3-4). ).
ネットワークNW3−a内の各ノードは、故障情報を受信する(ステップS3−4−2)と、故障情報が1つの場合には、自身のノードを根とする最短スパニング木上の全ての隣接ノードに伝達する(ステップS3−4−3)。ネットワークNW3−aでは、全てのノードに伝達されるまで故障情報の送信が行われる。 When each node in the network NW3-a receives the failure information (step S3-4-2), if there is only one failure information, all adjacent nodes on the shortest spanning tree having its own node as the root (Step S3-4-3). In the network NW3-a, failure information is transmitted until it is transmitted to all nodes.
ネットワークNW3−a内の各ノードは、複数の故障情報を受信したとき(ステップS3−5)に、複数の故障情報に含まれている識別情報または発生時刻が互いに異なる場合(ステップS3−6)には、複数の故障情報のそれぞれを、自身のノードを根とする最短スパニング木上の隣接ノードに伝達する(ステップS3−6−1)。 When each node in the network NW3-a receives a plurality of pieces of failure information (step S3-5), identification information or occurrence times included in the plurality of pieces of failure information are different from each other (step S3-6). Each of the plurality of pieces of failure information is transmitted to an adjacent node on the shortest spanning tree having its own node as a root (step S3-6-1).
一方、ネットワークNW3−a内の各ノードは、複数の故障情報を受信したとき(ステップS3−5)に、複数の故障情報が同じ場合(ステップS3−6)には、複数の故障情報の中からいずれか1つを選択し、その故障情報を、自身のノードを根とする最短スパニング木上の隣接ノードに伝達する(ステップS3−6−2)。 On the other hand, when each node in the network NW3-a receives a plurality of pieces of failure information (step S3-5) and the plurality of pieces of failure information are the same (step S3-6), And the failure information is transmitted to an adjacent node on the shortest spanning tree rooted in its own node (step S3-6-2).
次に本発明の第3実施形態として、既存の通信ネットワーク内の各ノードが自律的に通信経路を切り替えることで、通信NWに適したネットワークNW1またはNW2を構成する手法について説明する。 Next, as a third embodiment of the present invention, a method of configuring the network NW1 or NW2 suitable for the communication NW by each node in the existing communication network autonomously switching the communication path will be described.
図10は、第3実施形態のネットワークNW4を示す図である。ネットワークNW4は、
既存の通信ネットワーク内の各ノードが自律的に通信経路を制御する自律機能を有する。
FIG. 10 is a diagram illustrating a network NW4 according to the third embodiment. Network NW4 is
Each node in the existing communication network has an autonomous function for autonomously controlling the communication path.
ネットワークNW4は、多数のノードNおよび多数のリンクLに加えて、通信ノードCN、および、固有値計算用のサーバCSを備える。ネットワークNW4は、ネットワークNW4−aと、ネットワークNW4−bと、ネットワークNW4−cと、ネットワークNW4−dと、で構成される。 The network NW4 includes a communication node CN and a server CS for calculating eigenvalues in addition to a large number of nodes N and a large number of links L. The network NW4 includes a network NW4-a, a network NW4-b, a network NW4-c, and a network NW4-d.
図11aは、固有値計算用のサーバCSの動作を説明するためのフローチャートである。 FIG. 11a is a flowchart for explaining the operation of the server CS for eigenvalue calculation.
ネットワークNW4−aは、ノードに故障が発生した場合に、図8で述べた通信プロトコルP2を用いて故障情報を、ネットワークNW4−a内の各ノードに伝達する機能を有する。ネットワークNW4内のノードに接続されるサーバCSは、自律分散的な手法を用いてノードの接続先が決定される。自律分散的な手法としては、例えば、RFC 2328 − OSPF Version 2に記載のDesignated Router選別方法が挙げられる。
The network NW4-a has a function of transmitting failure information to each node in the network NW4-a using the communication protocol P2 described in FIG. 8 when a failure occurs in the node. The server CS connected to the node in the network NW4 determines the node connection destination using an autonomous distributed technique. As an autonomously distributed method, for example, a Designated Router selection method described in RFC 2328-
サーバCSは、ネットワーク管理者により入力された設定情報として、ノードが故障した時点から、ネットワークNW4の制御を開始するまでの最大期間Tmaxを受け付ける。最大期間Tmaxは、故障情報を伝播させる時間の最大値である。 The server CS accepts, as setting information input by the network administrator, a maximum period Tmax from when a node has failed until it starts control of the network NW4. The maximum period Tmax is a maximum value of time for propagating the failure information.
サーバCSは、最大期間Tmaxを受け付けると、その最大期間Tmaxを、2ノード間で通信プロトコルP2を用いて通信するのに必要な所要時間TP2で除算し、最大期間Tmaxを所要時間TP2で除算した値を超えない最大の自然数Nmaxを算出する(ステップS4−2−3)。Nmaxは、通信プロトコルP2を使用して、ノード間の物理リンクを通じて故障情報を伝達できるノードの最大数を示す。 Upon receiving the maximum period Tmax, the server CS divides the maximum period Tmax by the required time TP2 required for communication between the two nodes using the communication protocol P2, and the maximum period Tmax is divided by the required time TP2. The maximum natural number Nmax that does not exceed the value is calculated (step S4-2-3). Nmax indicates the maximum number of nodes that can transmit the failure information through the physical link between the nodes using the communication protocol P2.
サーバCSは、ネットワークNW4内のノードの中から適当な通信ノードN0を選択し、その通信ノードN0から、物理リンクを辿って到達可能なNmax番目のノードまでの全てのノードを集める(ステップS4−2−4)。ここでは、通信ノードN0からNmax番目までの全てのノードの数をn個とする。 The server CS selects an appropriate communication node N0 from the nodes in the network NW4, and collects all nodes from the communication node N0 to the Nmaxth node that can be reached by following the physical link (step S4- 2-4). Here, the number of all nodes from the communication node N0 to the Nmaxth node is n.
サーバCSは、その特定されたn個のノードで構成される部分ネットワークを、故障情報を伝播させる仮のネットワーク範囲(以下「NW4−a」と称する。)に決定する(ステップS4−2−5)。 The server CS determines the partial network composed of the identified n nodes as a temporary network range (hereinafter referred to as “NW4-a”) through which failure information is propagated (step S4-2-5). ).
サーバCSは、NW4−aの隣接行列A(NW4−a)とラプラシアン行列L(NW4−a)とを生成する(ステップS4−3)。隣接行列Aおよびラプラシアン行列Lは、NW4−aのノードの総数がnであるため、n行n列の行列となる。 The server CS generates an adjacency matrix A (NW4-a) of NW4-a and a Laplacian matrix L (NW4-a) (step S4-3). The adjacency matrix A and Laplacian matrix L are n rows and n columns since the total number of nodes of NW4-a is n.
サーバCSは、隣接行列A(NW4−a)の最大固有値λNと、ラプラシアン行列L(NW4−a)の第2最小ラプラシアン固有値λ2とを求める(ステップS4−4−1)。また、サーバCSは、v=2としたときの式(1)の算出結果である初到達時刻π(NW4−a)と、Nmaxとを比較し、式(7)を満たしている場合にはステップAの処理に進む。式(7)満たしていない場合にはノード数を増加させる(ステップS4−4−4)。 The server CS obtains the maximum eigenvalue λN of the adjacency matrix A (NW4-a) and the second minimum Laplacian eigenvalue λ2 of the Laplacian matrix L (NW4-a) (step S4-4-1). The server CS compares the first arrival time π (NW4-a), which is the calculation result of the equation (1) when v = 2, and Nmax, and if the equation (7) is satisfied, Proceed to step A. If the expression (7) is not satisfied, the number of nodes is increased (step S4-4-4).
π(NW4−a) < Nmax ・・・式(7)
図11bは、図11aで示したステップAの処理を示すフローチャートである。
π (NW4-a) <Nmax (7)
FIG. 11b is a flowchart showing the process of step A shown in FIG. 11a.
ステップAの処理では、サーバCSは、式(8)を満たすノード数|V4|であり、式(9)を満たすノード次数k4であるような連結なラマヌジャングラフG4を、物理的NWまたは論理的NWとして構成する(ステップS4−5−1)。ここで、V4は、ラマヌジャングラフG4のノード集合であり、E4は、ラマヌジャングラフG4のリンク集合である。 In the process of step A, server CS, the number of nodes satisfying the equation (8) | V4 | a is, the connection of Ramanujan graph G4 such that node degree k 4 satisfying the equation (9), a physical NW or logical As a target NW (step S4-5-1). Here, V4 is a node set of the Ramanujan graph G4, and E4 is a link set of the Ramanujan graph G4.
|V4|= q4 + 1 ≦ N4 ・・・式(8)
k4 = p4 + 1 ≦ E4 ・・・式(9)
なお、素数p4および素数q4は、平方剰余(p4|q4)=1を満たす互いに異なる素数である。
| V4 | = q4 + 1 ≦ N4 Expression (8)
k 4 = p4 + 1 ≦ E4 (9)
Note that the prime number p4 and the prime number q4 are different prime numbers that satisfy the square remainder (p4 | q4) = 1.
サーバCSは、ラマヌジャングラフG4と、そのラマヌジャングラフG4から、1個のノード、および、そのノードに接続されていたリンクのうちの(k4/2)本のリンクを除去する(ステップS4−5−2)。 Server CS, a Ramanujan graph G4, from its Ramanujan graph G4, 1 nodes, and to remove the (k 4/2) This link of the link is connected to the node (step S4-5 -2).
サーバCSは、その1個のノードおよび(k4/2)本のリンクが除去されたラマヌジャングラフG4−v4と元のラマヌジャングラフG4とで、ノード次数k4が4以上の偶数のまま不変であり、かつ、式(2)が成り立つことを確認する(ステップS4−5−3)。そしてノード次数k2が4以上の偶数ではない場合、または、式(2)が成り立たない場合にはグラフ決定部13は、ステップS4−5−1に戻る。
Server CS, in its one node and (k 4/2) Ramanujan This link is removed graph G4-v4 and original Ramanujan graph G4, node degree k 4 are remained unchanged even number of 4 or more Yes, and it is confirmed that Expression (2) holds (step S4-5-3). If the node order k 2 is not an even number equal to or greater than 4, or if the equation (2) does not hold, the
サーバCSは、ノード次数k2が4以上の偶数のまま不変であり、かつ、式(2)が成り立つ場合には、ラマヌジャングラフG2から除去されたノードの数が所定数未満であるか否かを確認する(ステップS4−6)。そしてサーバCSは、除去されたノードの数が所定数未満である場合には、ステップS4−5−2に戻り、除去されたノードの数が所定数となるまで繰り返しステップS4−5−2およびS4−5−3の処理を行う。 If the node order k 2 remains an even number of 4 or more and is unchanged, and the expression (2) holds, the server CS determines whether or not the number of nodes removed from the Ramanujan graph G2 is less than a predetermined number. Is confirmed (step S4-6). If the number of removed nodes is less than the predetermined number, the server CS returns to step S4-5-2 and repeats steps S4-5-2 and until the number of removed nodes reaches the predetermined number. The process of S4-5-3 is performed.
サーバCSは、ラマヌジャングラフG4の式(2)を満たす範囲内で可能な限り大きな値の第2最小ラプラシア固有値を選択して(ステップS4−7)、ステップBの処理に進む。 The server CS selects the second smallest Laplacia eigenvalue that is as large as possible within the range satisfying the expression (2) of the Ramanujan graph G4 (step S4-7), and proceeds to the process of step B.
図11cは、図11bで示したステップBの処理を示すフローチャートである。 FIG. 11c is a flowchart showing the process of step B shown in FIG. 11b.
ステップBの処理では、サーバCSは、焼きなまし法(Simulated annealing)という最適化アルゴリズムを用いて、ステップS4−5−1、S4−5−2、4−5−3、S4−6およびS4−7の一連の処理を繰り返し実行して、NW4−aのグラフGを構成する(ステップS4−8)。 In the process of Step B, the server CS uses steps of S4-5-1, S4-5-2, 4-5-3, S4-6, and S4-7 using an optimization algorithm called simulated annealing. The NW4-a graph G is constructed by repeatedly executing the series of processes (step S4-8).
そしてサーバCSは、ステップS4−2−5で決定されたNW4−aに属する全てのノードに対し、通信ノードCNを介して、通信プロトコルP2を用いてNW4−aの構成情報を伝達する(ステップS4−9)。 Then, the server CS transmits the configuration information of the NW4-a to all nodes belonging to the NW4-a determined in step S4-2-5 using the communication protocol P2 via the communication node CN (step S4-9).
また、ネットワークNW4からNW4−aを除いたネットワークについても、ステップS4−2−3からS4−9までの一連の処理手順を実行してNW4−b乃至4−dを構成し、サーバCSの処理方法が終了する。このため、ネットワークNW4は、NW4−a乃至4−dによって分割された構成となる。 Also for the network excluding NW4-a from the network NW4, a series of processing procedures from step S4-2-3 to S4-9 are executed to configure NW4-b to 4-d, and the processing of the server CS The method ends. For this reason, the network NW4 is divided by the NWs 4-a to 4-d.
図12は、通信ノードCNおよびサーバCSの構成の一例を示すブロック図である。 FIG. 12 is a block diagram illustrating an exemplary configuration of the communication node CN and the server CS.
通信ノードCNは、NW4内のノードおよびリンクに関する構成情報を受信し、そのNW4の構成情報のうち、NW4−*(例えば、NW4−a)に関する構成情報をサーバCSに送信する。 The communication node CN receives the configuration information related to the nodes and links in the NW4, and transmits the configuration information related to NW4- * (for example, NW4-a) among the configuration information of the NW4 to the server CS.
サーバCSは、通信部21と、ラプラシアン行列計算部22と、固有値λ2計算部23と、隣接行列計算部24と、固有値λN計算部25と、初到達時刻π算出部26と、比較部27と、NW構成部28と、を備える。なお、サーバCSは、一般的にネットワーク構成装置と呼ぶことができる。
The server CS includes a
通信部21は、通信ノードCNから、例えば、NW4−aの構成情報を受信する。通信部21は、そのNW4−aの構成情報を、ラプラシアン行列計算部22と隣接行列計算部24とに供給する。
The
ラプラシアン行列計算部22は、NW4−aの構成情報を用いてラプラシアン行列Lを計算し、そのラプラシアン行列Lを、固有値λ2計算部23に供給する。
The Laplacian
固有値λ2計算部23は、NW4−aのラプラシアン行列Lを受け付けると、そのラプラシアン行列の第2最小ラプラシアン固有値λ2を算出する。
When receiving the Laplacian matrix L of NW4-a, the eigenvalue λ2
隣接行列計算部24は、通信部21から、NW4−aの構成情報を受け付けると、そのNW4−aの隣接行列を計算し、その隣接行列を固有値λN計算部25に供給する。
When receiving the configuration information of NW4-a from the
固有値λN計算部25は、NW4−aの隣接行列を受け付けると、その隣接行列の最大ラプラシアン固有値λNを計算し、その最大ラプラシアン固有値λNを初到達時刻π算出部26に供給する。
When receiving the adjacency matrix of NW4-a, the eigenvalue
初到達時刻π算出部26は、NW4−aの最大ラプラシアン固有値λNを受け付けると、式(1)においてv=2としたときの初到達時刻πを算出し、その初到達時刻πを比較部27に供給する。
Upon receiving the maximum Laplacian eigenvalue λN of NW4-a, the initial arrival time π calculating
比較部27は、初到達時刻πを受け付けると、初到達時刻πが式(7)を満たしていることを確認する。比較部27は、初到達時刻πが式(7)を満たしている場合には、NW4−aの構成情報をNW構成部28に供給する。
When the
NW構成部28は、NW4−aの構成情報にて特定されるグラフを、ラマヌジャングラフG4となるように構成する。具体的にはNW構成部28は、式(8)を満たすノード数|V4|であり、式(4)を満たすノード次数k4あるラマヌジャングラフG4(V4,E4)を、物理的ネットワークまたは論理ネットワークとして構成する。
The
NW構成部28は、ラマヌジャングラフG4と、そのラマヌジャングラフG4から、1個のノード、および、そのノードに接続されていたリンクのうちの(k1/2)本のリンクを除去したラマヌジャングラフG4−v4とで、第2最小ラプラシアン固有値が不変であるラマヌジャングラフGを取る。このラマヌジャングラフGは、ノードの故障の前後で、ノード次数k4が4以上の偶数のまま不変であり、かつ、式(2)が成り立つことになる。NW構成部28は、NW4−aのラマヌジャングラフGを示すNW構成情報を生成し、そのNW4−aのNW構成情報を通信部21に供給する。
通信部21は、NW構成部28からNW4−aのNW構成情報を受け付けると、通信ノードCNを介して、NW4−aのノードに対し、通信プロトコルP2を用いてNW4−aのNW構成情報を伝達する。このため、NW4−aのノードは、NW4−a内の通信経路を自律的に切り替えることが可能となる。
Upon receiving the NW configuration information of NW4-a from the
第3実施形態によれば、NW4−aのラマヌジャングラフG4は、通信ネットワークの通信経路を自律的に制御する単数または複数のノードで構成される。このため、通信ノードCNおよびサーバCSは、1)から3)のグラフ条件を満足する通信ネットワークNW4−aを構成することが可能となる。 According to the third embodiment, the Ramanujan graph G4 of the NW4-a is composed of one or more nodes that autonomously control the communication path of the communication network. For this reason, the communication node CN and the server CS can configure the communication network NW4-a that satisfies the graph conditions 1) to 3).
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。 In each embodiment described above, the illustrated configuration is merely an example, and the present invention is not limited to the configuration.
10 ネットワーク構成装置
11 通信部
12 グラフ構成部
13 グラフ決定部
131 行列計算部
132 固有値計算部
133 判定部
134 固有値選択部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記グラフGでは、平方剰余(p|q)=1を満たす互いに異なる素数pおよび素数qについて、ノード数がq+1であり、ノード次数がp+1である連結なラマヌジャングラフから、単数または複数の前記ノードを除去した場合に前記ラマヌジャングラフが非連結にはならず、前記ノードが故障した前後で、前記ノード次数が4以上の偶数のまま不変であり、かつ、前記グラフGの第2最小ラプラシアン固有値が、以下の関係式を満たす範囲内で可能な限り大きい、ネットワーク構成装置。
In the graph G, with respect to different prime numbers p and prime numbers q satisfying the quadratic remainder (p | q) = 1, the node number is q + 1 and the node number is one or more from the connected Ramanujan graph having the node degree p + 1. When the node is removed, the Ramanujan graph is not disconnected, the node order remains an even number of 4 or more before and after the failure of the node, and the second minimum Laplacian eigenvalue of the graph G is A network component that is as large as possible within a range that satisfies the following relational expression.
前記グラフGは、連結なラマヌジャングラフに含まれる、ネットワーク構成装置。 The network configuration device according to claim 1,
The graph G is a network configuration device included in a connected Ramanujan graph.
前記グラフGは、連結な2部グラフでないラマヌジャングラフに含まれる、ネットワーク構成装置。 The network configuration device according to claim 1 or 2,
The graph G is a network configuration device included in a Ramanujan graph that is not a connected bipartite graph.
前記グラフGは、前記通信ネットワークの通信経路を自律的に制御する単数または複数のノードで構成される、ネットワーク構成装置。 The network configuration device according to any one of claims 1 to 3,
The graph G is a network configuration device configured by one or a plurality of nodes that autonomously control a communication path of the communication network.
通信ネットワークがV個のノードとE本のリンクとで構成されるグラフGにおいて、平方剰余(p|q)=1を満たす互いに異なる素数pおよび素数qについて、ノード数がq+1であり、ノード次数がp+1である連結なラマヌジャングラフを構成する第1構成ステップと、
前記ラマヌジャングラフから、単数または複数の前記ノードを除去した場合に前記ラマヌジャングラフが非連結にはならず、前記ノードが故障した前後で、前記ノード次数が4以上の偶数のまま不変であり、かつ、前記グラフGの第2最小ラプラシアン固有値が以下の関係式を満たす範囲内で可能な限り大きい前記グラフGを構成する第2構成ステップと、を含む処理方法。
In a graph G in which the communication network is composed of V nodes and E links, for different prime numbers p and prime numbers q satisfying the square remainder (p | q) = 1, the number of nodes is q + 1, and the node order A first composing step of constructing a connected Ramanujan graph with p + 1
When one or more of the nodes are removed from the Ramanujan graph, the Ramanujan graph does not become unconnected, and the node degree remains unchanged evenly before and after the node fails, and And a second configuration step of configuring the graph G as large as possible within a range in which the second minimum Laplacian eigenvalue of the graph G satisfies the following relational expression.
通信ネットワークがV個のノードとE本のリンクとで構成されるグラフGにおいて、平方剰余(p|q)=1を満たす互いに異なる素数pおよび素数qについて、ノード数がq+1であり、ノード次数がp+1である連結なラマヌジャングラフを構成する第1構成手順と、
前記ラマヌジャングラフから、単数または複数の前記ノードを除去した場合に前記ラマヌジャングラフが非連結にはならず、前記ノードが故障した前後で、前記ノード次数が4以上の偶数のまま不変であり、かつ、前記グラフGの第2最小ラプラシアン固有値が以下の関係式を満たす範囲内で可能な限り大きい前記グラフGを構成する第2構成手順と、を実行させるためのプログラム。
In a graph G in which the communication network is composed of V nodes and E links, for different prime numbers p and prime numbers q satisfying the square remainder (p | q) = 1, the number of nodes is q + 1, and the node order A first construction procedure for constructing a connected Ramanujan graph where is p + 1;
When one or more of the nodes are removed from the Ramanujan graph, the Ramanujan graph does not become unconnected, and the node degree remains unchanged evenly before and after the node fails, and A second configuration procedure for configuring the graph G that is as large as possible within a range in which the second minimum Laplacian eigenvalue of the graph G satisfies the following relational expression.
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Cited By (2)
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2011
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