JP2006157284A - ネットワークトポロジー最適化システム、ノード装置、ノード装置制御方法、ノード装置制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】各ノードが隣接ノードとの間に確立する接続に基づいて通信を行うネットワークにおいて、各ノードの通信形態に応じて自動的にネットワークトポロジーを最適化する。
【解決手段】自ノードが転送するメッセージに含まれている通過経路情報を取得し、取得した通過経路情報に基づいて、経路が最適に集約されたネットワークトポロジーを決定する。この場合、自ノードを通過する全てのメッセージの転送経路に存在し、かつ、送信先ではない隣接ノードを含む経路を、冗長経路とし、その冗長経路を無くすようにネットワークトポロジーを決定する。決定されたネットワークトポロジーに従って、自ノードが接続すべき隣接ノードを変更する。
【選択図】 図１

Description

本発明はネットワークトポロジー最適化システム、ノード装置、ノード装置制御方法、ノード装置制御プログラムに関し、特に複数のノードが、互いに隣接するノードとの間に確立する接続に基づいて構成されるネットワークにおけるトポロジーの最適化に関する。

従来のネットワークにおける、データを配信する際のネットワークトポロジー最適化方式にについて説明する。
図８に示されているような、ツリー構造のネットワークトポロジーにおいて、サーバ（Ａ）に、クライアント（Ｃ１）、（Ｃ２）からメッセージを送ってネットワークへの接続を要求することで、ネットワーク構造を確立している（例えば、特許文献１参照）る。サーバ（Ａ）は最大２つのクライアントと接続でき、クライアントは最大４つの他のクライアントと接続できる。このように、特定のノードを頂点として、最大接続数に達するまでノードを接続する。そして、最大接続数を超えた場合、次の子ノードに接続を行っていくことで、均一で最適なツリー状のネットワークトポロジーを構成する。

また、新たなノードの接続先を管理する特定の装置を設けた方式もある（例えば、特許文献２参照）。例えば、図９に示されているように、トポロジー制御装置（Ｔ）を設置する。このトポロジー制御装置（Ｔ）は、全てのノードの接続情報を保持している。新しいノードであるクライアント装置（Ｃ１）がネットワークに参加する際には、トポロジー制御装置（Ｔ）へ、コンテンツ“Ａ”についての取得要求を送信する。すると、トポロジー制御装置（Ｔ）は、接続先候補を通知する。次に、クライアント装置（Ｃ１）は、接続先候補への接続を試みる。このように、トポロジー制御装置（Ｔ）から新しいノードへ、最適な接続先ノードを通知することで、最適なネットワークトポロジーを構成する。

さらに、ネットワークトポロジーを管理する管理ノードを設け、ネットワークトポロジーを最適にする方式もある（例えば、特許文献３参照）。
特表２００２−５２２９５６号公報 特開２００４−２４６７９０号公報 特開２００４−１６６０８１号公報

上述した特許文献１及び特許文献２では、特定の通信形態（例えば、特定のノードからネットワーク全体へデータを送信する）に最適なネットワークトポロジーを構成することが可能である。
しかし、ネットワークを構成している状態で、別の通信形態に移行する場合、もう一度、初めからネットワークトポロジーを構成しなおさなければならないという問題がある。
また、特許文献３では、ネットワークトポロジーを最適化するために、特別な管理ノードを設け、ネットワークトポロジーを最適化するために隣接ノードに関する情報を各ノードに通知する必要があるという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は各ノードが隣接ノードとの間に確立する接続に基づいて通信を行うネットワークにおいて、初めからネットワークトポロジーを構成しなおすことなく、かつ、特別な管理ノードを設ける必要なく、各ノードの通信形態に応じて自動的にネットワークトポロジーを最適化することのできるネットワークトポロジー最適化システム、ノード装置、ノード装置制御方法、ノード装置制御プログラムを提供することである。

本発明の請求項１によるネットワークトポロジー最適化システムは、送信ノードから受信ノードへメッセージを転送する転送ノード装置を含むネットワークのトポロジーを最適化するネットワークトポロジー最適化システムであって、前記転送ノード装置は、自ノードが転送するメッセージに含まれている通過経路情報を取得する通過経路情報取得手段と、前記通過経路情報取得手段によって取得した通過経路情報に基づいて、経路が最適に集約されたネットワークトポロジーを決定するネットワークトポロジー決定手段と、前記ネットワークトポロジー決定手段によって決定されたネットワークトポロジーに従って、自ノードが接続すべき隣接ノードを変更する変更手段とを含むことを特徴とする。このような構成により、転送ノード装置はネットワーク内の通信形態の状況を把握することができ、ネットワーク内の通信形態に適したネットワークトポロジーを決定し、最適なネットワークトポロジーにより、最適な隣接ノードと接続することが可能となる。

本発明の請求項２によるノード装置は、自ノードが転送するメッセージに含まれている通過経路情報を取得する通過経路情報取得手段と、前記通過経路情報取得手段によって取得した通過経路情報に基づいて、経路が最適に集約されたネットワークトポロジーを決定するネットワークトポロジー決定手段と、前記ネットワークトポロジー決定手段によって決定されたネットワークトポロジーに従って、自ノードが接続すべき隣接ノードを変更する変更手段とを含むことを特徴とする。このような構成により、ネットワーク内の通信形態の状況を把握することができ、ネットワーク内の通信形態に適したネットワークトポロジーを決定し、最適なネットワークトポロジーにより、最適な隣接ノードと接続することが可能となる。

本発明の請求項３によるノード装置は、請求項２において、前記通過経路情報は、そのメッセージが経由すべきノードを特定するノードＩＤであることを特徴とする。このような構成により、ノードＩＤに基づいて、ネットワーク内の通信形態に適したネットワークトポロジーを決定し、最適なネットワークトポロジーが得られる。
本発明の請求項４によるノード装置は、請求項２又は３において、前記ネットワークトポロジー決定手段は、自ノードを通過する全てのメッセージの転送経路に存在し、かつ、送信先ではない隣接ノードを含む経路を、冗長経路とし、その冗長経路を無くすようにネットワークトポロジーを決定することを特徴とする。このような構成により、冗長経路の無い、最適なネットワークトポロジーが得られる。

本発明の請求項５によるノード装置制御方法は、ネットワークのトポロジーを最適化するため、前記ネットワークに含まれるノードを制御する制御方法であって、自ノードが転送するメッセージに含まれている通過経路情報を取得する通過経路情報取得ステップと、前記通過経路情報取得ステップにおいて取得した通過経路情報に基づいて、経路が最適に集約されたネットワークトポロジーを決定するネットワークトポロジー決定ステップと、前記ネットワークトポロジー決定ステップにおいて決定されたネットワークトポロジーに従って、自ノードが接続すべき隣接ノードを変更する変更ステップとを含むことを特徴とする。この方法により、ネットワーク内の通信形態の状況を把握することができ、ネットワーク内の通信形態に適したネットワークトポロジーを決定し、最適なネットワークトポロジーにより、最適な隣接ノードと接続することが可能となる。

本発明の請求項６によるノード装置制御プログラムは、ネットワークのトポロジーを最適化するため、前記ネットワークに含まれるノードを制御するコンピュータに実行させるプログラムであって、自ノードが転送するメッセージに含まれている通過経路情報を取得する通過経路情報取得ステップと、前記通過経路情報取得ステップにおいて取得した通過経路情報に基づいて、経路が最適に集約されたネットワークトポロジーを決定するネットワークトポロジー決定ステップと、前記ネットワークトポロジー決定ステップにおいて決定されたネットワークトポロジーに従って、自ノードが接続すべき隣接ノードを変更する変更ステップとを含むことを特徴とする。このような構成により、ネットワーク内の通信形態の状況を把握することができ、ネットワーク内の通信形態に適したネットワークトポロジーを決定し、最適なネットワークトポロジーにより、最適な隣接ノードと接続することが可能となる。

以上説明したように本発明は、転送するメッセージから取得した通過経路情報に基づいて、経路が最適に集約されたネットワークトポロジーを決定し、そのネットワークトポロジーに従って、自ノードが接続すべき隣接ノードを変更することにより、ネットワーク内の通信形態の状況を把握することができ、ネットワーク内の通信形態に適したネットワークトポロジーを決定し、最適なネットワークトポロジーにより、最適な隣接ノードと接続することができるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。
（ノードの構成例）
図２はこの発明の実施形態であるネットワークトポロジー最適化システムが適用されるネットワーク内の各ノードの機能構成を示すブロック図である。同図において、ノード３０１は図示しない複数のノードを有するネットワーク内の１つのノードであり、他のノードもすべて同じ構成を有している。

同図に示されているノード３０１は、メッセージ経路情報保持部３０２と、隣接ノード情報保持部３０３と、メッセージ送受信部３０４と、管理制御部３０５とを含んで構成されている。
隣接ノード情報保持部３０３は、自ノードがどの隣接メードと接続しているかの情報を順次保持する。本例では、隣接ノード情報保持部３０３は、ノードを一意に識別するための識別情報であるノードＩＤと、トランスポートアドレス（ＩＰネットワークの場合はＩＰアドレス）とを保持している。

メッセージ送受信部３０４は、隣接ノ一ドとの間でメッセージを送受信する。
メッセージ経路情報保持部３０２は、ノード３０１が取り扱うメッセージの送信経路情報を保持する。この取り扱うメッセージとは、自ノードが送信するメッセージ、自ノード宛てのメッセージ、及び、自ノードを通過するメッセージである。このメッセージ経路情報保持部３０２は、ノード間で転送されるメッセージに含まれる経路情報として、メッセージ毎に、転送ノードＩＤのリストを随時記録している。例えば、図３に示されているネットワークトポロジーにおいて、ノードＡからノードＢ及びノードＤを経由してノードＦに送信されるメッセージについては、経路情報は「Ａ→Ｂ→Ｄ→Ｆ」となり、これをメッセージ経路情報保持部３０２が保持する。

管理制御部３０５は、上記ノード３０１内の各部を制御して隣接ノードとの接続の制御を行う。この管理制御部３０５は、例えば予め記憶されているプログラムを、コンピュータであるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ ）が実行することによって実現することができる。
ノード３０１のより具体的な構成例が図４に示されている。同図に示されているように、ノード３０１は、オペレーティングシステム（以下、ＯＳと呼ぶ）ソフトウェア、ネットワークトポロジー最適化ソフトウェア、その他のソフトウェアが記憶されているＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ ）３Ａ と、ＲＯＭ３Ａからプログラムを読み出して実行するＣＰＵ３Ｂと、各種の情報を表示するための表示部３Ｃと、所定データを記憶するための不揮発性メモリ３Ｄと、ＣＰＵ３Ｂのワークエリア等となるＲＡＭ （Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ ）３Ｅと、通信を行うための通信部３Ｆと、各種のボタン等からなる操作部３Ｇと、時刻情報を出力する計時部３Ｈとを含み、これらがバスによって接続された構成になっている。

表示部３Ｃは例えば液晶表示パネルやパネル駆動回路を有し、ＣＰＵ３Ｂから供給されるデータで表される画像を表示する。不揮発性メモリ３Ｄは例えばＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）である。

通信部３Ｆは、アンテナや無線送受信部を備えており、これによって他のノードとメッセージを授受できる。
このような構成において、ノード３０１に電源が投入されると、ＣＰＵ３ＢはＲＡＭ３Ｅをワークエリアとし、ＲＯＭ３ＡからＯＳソフトウェアに内包されているプログラムを読み出して実行する。これにより、ＣＰＵ３Ｂにはユーザインタフェース等を提供する機能が実現される。すなわち、ＣＰＵ３ＢはＯＳソフトウェアを起動し、ＯＳは操作部３Ｇから供給される信号とユーザインタフェースの状態に基づいてユーザの指示を特定し、この指示に応じた処理を行う。

以上のように構成されたノード３０１では、不揮発性メモリ３ＤやＲＡＭ３Ｅによって、図２中のメッセージ経路情報保持部３０２や隣接ノード情報保持部３０３が実現される。また、通信部３Ｆによって、図２中のメッセージ送受信部３０４が実現される。さらに、ＲＯＭ３Ａ内のネットワークトポロジー最適化プログラムをＣＰＵ３Ｂが実行することによって、図２中の管理制御部３０５が実現される。なお、図４を参照して説明したノード３０１の構成は一例にすぎず、他の構成によって、図２に示されている各部の機能を実現すればよく、その構成に限定されるものではない。

（ネットワークトポロジーの最適化）
以下、図５のフローチャート及び図６のネットワーク構成図を参照して、ノード３０１内の管理制御部３０５による、隣接ノードとの接続の制御について説明する。
図５において、まず、ノード３０１は随時転送されてくるメッセージの、経路情報（転送ノードＩＤのリスト）を順次保持する（ステップ５０１）。次に、一定量の経路情報が集まると、管理制御部３０５は、その経路情報から、冗長な経路を検出する（ステップ５０２）。

ここで、図６（ａ）のようなネットワークトポロジーにおいて、ノードＡを基準として管理制御部３０５の冗長経路の検出方法について説明する。図１には、ノードＡを通過したメッセージの経路情報が示されている。同図においては、経路情報の左端が送信元ノード、右端は送信先ノード、それらの中間は転送経路のノードを示している。管理制御部３０５は、図１に示されている経路情報に基づき、全てのメッセージの転送経路に存在し、かつ、送信先でない隣接ノードを含む一連の経路を、冗長経路として検出する。

次に、管理制御部３０５は、得られた冗長経路に基づいて、最適なネットワークトポロジーを以下のように決定する（ステップ５０３）。
図１には、最適なネットワークトポロジーの計算例が示されている。ここで、同図（ａ）に示されているように、「ノードＡ」、「ノードＢ」、「ノードＣ」の順にメッセージが伝達され、各メッセージ１〜６に含まれている経路情報が同図（ｂ）に示されているようになっている場合を考える。経路情報は、そのメッセージが経由すべきノードのノードＩＤのリストである。この場合、同図（ｂ）を参照すると、メッセージ１〜６が経由すべきノードのノードＩＤのリスト全てに共通に、「ノードＢ」のノードＩＤが含まれている。

つまり、「ノードＢ」は、全てのメッセージの転送経路に存在し、かつ、送信先でないノードであるので、冗長ノードである。そこで、この冗長ノードである「ノードＢ」を含む冗長経路を除き、同図（ｃ）のように「ノードＡ」と「ノードＣ」とを直接接続した新たなネットワークトポロジーを最適なネットワークトポロジーとして決定する。

次に、管理制御部３０５は、得られた最適なネットワークトポロジーから、最適な隣接ノードを決定し、隣接ノード情報保持部にその情報を保存し、新たなノードに再接続を行う（ステップ５０４）。この結果、図６（ｂ）に示されているように、冗長ノードである「ノードＢ」を含む冗長経路を除き、最適化されたネットワークトポロジーが得られる。冗長ノードであるノードＢを含む冗長経路を除いて最適化されたネットワークトポロジーは、図６（ｂ）に示されているものの他に、図７（ａ）又は（ｂ）に示されているものも考えられる。図６（ｂ）に示されているものではなく、図７（ａ）又は（ｂ）に示されているネットワークトポロジーにしてもよい。
以上のような管理制御部３０５の制御により、ネットワークトポロジーを最適化できる。なお、上記の例では、順次保持される経路情報が一定量に達した場合に最適化処理を行っているが、一定時間の経過毎に、最適化処理を行うようにしてもよい。

（ネットワークトポロジー最適化システム）
上述したノード装置を複数用いてネットワークを構成し、各ノード間でメッセージを転送すれば、ネットワークトポロジー最適化システムを実現できる。すなわち、このネットワークトポロジー最適化システムは、送信ノードから受信ノードへメッセージを転送する転送ノード装置を含むネットワークのトポロジーを最適化するネットワークトポロジー最適化システムであり、上記転送ノード装置は、自ノードが転送するメッセージに含まれている通過経路情報を取得する通過経路情報取得手段と、上記通過経路情報取得手段によって取得した通過経路情報に基づいて、経路が最適に集約されたネットワークトポロジーを決定するネットワークトポロジー決定手段と、上記ネットワークトポロジー決定手段によって決定されたネットワークトポロジーに従って、自ノードが接続すべき隣接ノードを変更する変更手段とを含むネットワークトポロジー最適化システムである。このような構成により、転送ノード装置はネットワーク内の通信形態の状況を把握することができ、ネットワーク内の通信形態に適したネットワークトポロジーを決定し、最適なネットワークトポロジーにより、最適な隣接ノードと接続することが可能となる。

（ノード装置制御方法）
上述したノード装置においては、以下のようなノード装置制御方法が実現されている。すなわち、ネットワークのトポロジーを最適化するため、上記ネットワークに含まれるノードを制御する制御方法であり、自ノードが転送するメッセージに含まれている通過経路情報を取得する通過経路情報取得ステップ（図５中のステップ５０１に対応）と、上記通過経路情報取得ステップにおいて取得した通過経路情報に基づいて、経路が最適に集約されたネットワークトポロジーを決定するネットワークトポロジー決定ステップ（図５中のステップ５０２、５０３に対応）と、上記ネットワークトポロジー決定ステップにおいて決定されたネットワークトポロジーに従って、自ノードが接続すべき隣接ノードを変更する変更ステップ（図５中のステップ５０４に対応）とを含むノード装置制御方法が実現されている。この方法を採用することにより、ネットワーク内の通信形態の状況を把握することができ、ネットワーク内の通信形態に適したネットワークトポロジーを決定し、最適なネットワークトポロジーにより、最適な隣接ノードと接続することが可能となる。

（ノード装置制御プログラム）
上述したノード装置においては、以下のようなノード装置制御プログラムがＣＰＵによって実行されている。すなわち、ネットワークのトポロジーを最適化するため、上記ネットワークに含まれるノードを制御するコンピュータに実行させるプログラムであり、自ノードが転送するメッセージに含まれている通過経路情報を取得する通過経路情報取得ステップ（図５中のステップ５０１に対応）と、上記通過経路情報取得ステップにおいて取得した通過経路情報に基づいて、経路が最適に集約されたネットワークトポロジーを決定するネットワークトポロジー決定ステップ（図５中のステップ５０２、５０３に対応）と、上記ネットワークトポロジー決定ステップにおいて決定されたネットワークトポロジーに従って、自ノードが接続すべき隣接ノードを変更する変更ステップ（図５中のステップ５０４に対応）とを含むノード装置制御プログラムが実行されている。このプログラムをＣＰＵに実行させることにより、ネットワーク内の通信形態の状況を把握することができ、ネットワーク内の通信形態に適したネットワークトポロジーを決定し、最適なネットワークトポロジーにより、最適な隣接ノードと接続することが可能となる。

（まとめ）
以上説明したように、本発明によれば、各ノードが送受信するメッセージ及び、自ノードを通過するメッセージの経路情報を取得することで、冗長な経路を検出することが可能となる。また、検出した冗長な経路情報によって、最適なネットワークトポロジーを決定することが可能となる。さらに、決定された最適なネットワークトポロジーに基づき、最適な隣接ノードに接続を行うことで、現状のネットワークにおける通信形態に適したネットワークトポロジーを自動的に構築することが可能となる。
以上により、ネットワークトポロジーを最適化できるので、現状のネットワーク構成に最適な通信を行うことが可能となる。

本発明は、ネットワークにおけるトポロジーを最適化する場合に利用できる。

本発明で用いる経路情報の例と、管理制御部３０５による冗長経路検出及び、最適トポロジー算出の例を説明する図である。 本発明の実施の形態であるネットワークトポロジー最適化システムが適用されるネットワーク内の各ノードの構成を示すブロック図である。 本発明が想定するメッセージに含まれる経路情報を説明する図である。 ノード装置の内部構成例を示すブロック図である。 管理制御部による、ネットワークトポロジー最適化の手順を説明するフローチャートである。 本発明によるネットワークトポロジー最適化システムの適用例を説明する図であり、（ａ）は最適化前のネットワークトポロジーを示す図、（ｂ）は最適化後のネットワークトポロジーを示す図である。 本発明によるネットワークトポロジー最適化システムの適用例を説明する図であり、（ａ）及び（ｂ）は最適化後のネットワークトポロジーを示す図である。 複数のノードによって構成されるネットワークに対する従来のネットワークトポロジー構築方式の一例を説明する図である。 複数のノードによって構成されるネットワークに対する従来のネットワークトポロジー構築方式の他の例を説明する図である。

符号の説明

３Ａ ＲＯＭ
３Ｂ ＣＰＵ
３Ｃ 表示部
３Ｄ 不揮発性メモリ
３Ｅ ＲＡＭ
３Ｆ 通信部
３Ｇ 操作部
３Ｈ 計時部
３０１ ノード
３０２ メッセージ経路情報保持部
３０３ 隣接ノード情報保持部
３０４ メッセージ送受信部
３０５ 管理制御部

Claims (6)

1. 送信ノードから受信ノードへメッセージを転送する転送ノード装置を含むネットワークのトポロジーを最適化するネットワークトポロジー最適化システムであって、前記転送ノード装置は、自ノードが転送するメッセージに含まれている通過経路情報を取得する通過経路情報取得手段と、前記通過経路情報取得手段によって取得した通過経路情報に基づいて、経路が最適に集約されたネットワークトポロジーを決定するネットワークトポロジー決定手段と、前記ネットワークトポロジー決定手段によって決定されたネットワークトポロジーに従って、自ノードが接続すべき隣接ノードを変更する変更手段とを含むことを特徴とするネットワークトポロジー最適化システム。
2. 自ノードが転送するメッセージに含まれている通過経路情報を取得する通過経路情報取得手段と、前記通過経路情報取得手段によって取得した通過経路情報に基づいて、経路が最適に集約されたネットワークトポロジーを決定するネットワークトポロジー決定手段と、前記ネットワークトポロジー決定手段によって決定されたネットワークトポロジーに従って、自ノードが接続すべき隣接ノードを変更する変更手段とを含むことを特徴とするノード装置。
3. 前記通過経路情報は、そのメッセージが経由すべきノードを特定するノードＩＤであることを特徴とする請求項２記載のノード装置。
4. 前記ネットワークトポロジー決定手段は、自ノードを通過する全てのメッセージの転送経路に存在し、かつ、送信先ではない隣接ノードを含む経路を、冗長経路とし、その冗長経路を無くすようにネットワークトポロジーを決定することを特徴とする請求項２又は３記載のノード装置。
5. ネットワークのトポロジーを最適化するため、前記ネットワークに含まれるノードを制御する制御方法であって、自ノードが転送するメッセージに含まれている通過経路情報を取得する通過経路情報取得ステップと、前記通過経路情報取得ステップにおいて取得した通過経路情報に基づいて、経路が最適に集約されたネットワークトポロジーを決定するネットワークトポロジー決定ステップと、前記ネットワークトポロジー決定ステップにおいて決定されたネットワークトポロジーに従って、自ノードが接続すべき隣接ノードを変更する変更ステップとを含むことを特徴とするノード装置制御方法。
6. ネットワークのトポロジーを最適化するため、前記ネットワークに含まれるノードを制御するコンピュータに実行させるプログラムであって、自ノードが転送するメッセージに含まれている通過経路情報を取得する通過経路情報取得ステップと、前記通過経路情報取得ステップにおいて取得した通過経路情報に基づいて、経路が最適に集約されたネットワークトポロジーを決定するネットワークトポロジー決定ステップと、前記ネットワークトポロジー決定ステップにおいて決定されたネットワークトポロジーに従って、自ノードが接続すべき隣接ノードを変更する変更ステップとを含むことを特徴とするノード装置制御プログラム。

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