JP2009044371A - Overlay network forming method, overlay node, overlay network, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、IP(Internet Protocol)ネットワークにおけるエンド・ツー・エンドの通信品質を向上させる技術に係り、特にIPネットワーク上に論理的に形成されたオーバーレイネットワークを用いた通信経路で、エンド・ツー・エンドの通信品質を効率的に向上させるのに好適な技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for improving end-to-end communication quality in an IP (Internet Protocol) network, and more particularly to a communication path using an overlay network logically formed on an IP network. The present invention relates to a technique suitable for efficiently improving end communication quality.
IPネットワークを代表するインターネットは、多様なアプリケーションの収容を可能とすべく発展・普及してきており、昨今では、VoIP(Voice over IP)やストリーミングに代表されるQoS(Quality of Service)に敏感な実時間アプリケーション等の収容も急速に発展している。 The Internet, which represents IP networks, has been developed and spread to accommodate various applications. Recently, it is sensitive to VoIP (Voice over IP) and QoS (Quality of Service) typified by streaming. The containment of time applications etc. is also developing rapidly.
これに伴い、エンド・ツー・エンドでの輻輳を回避し、品質を向上するための技術(「エンド・ツー・エンドQoS管理技術」)をインターネット上で実現することが重要な課題となっている。しかしながら、このような技術を実現する上では、以下に示す問題点がある。 Along with this, it is an important issue to realize technology ("end-to-end QoS management technology") on the Internet to avoid end-to-end congestion and improve quality. . However, there are the following problems in realizing such a technique.
(1)インターネットは既に社会的インフラ化しており、既存のネットワーク構造を大きく変更するような、ネットワークレイヤでの新たな機能拡張は困難である。
(2)インターネットは管理主体の異なる複数のAS(Autonomous System)によって形成されており、全てのASに対して一斉に新たな機能を拡張することは困難である。
(1) The Internet has already become a social infrastructure, and it is difficult to expand new functions at the network layer that greatly change the existing network structure.
(2) The Internet is formed by a plurality of ASs (Autonomous Systems) having different management entities, and it is difficult to extend new functions to all ASs simultaneously.
こうした中、下位のネットワークレイヤを変更することなくエンド・ツー・エンドQoSの向上を可能とする有力な技術として、例えば非特許文献1に記載の、オーバーレイネットワークによるQoS管理技術が注目されている。 Under such circumstances, as an effective technique that can improve end-to-end QoS without changing a lower network layer, a QoS management technique using an overlay network described in Non-Patent Document 1, for example, has attracted attention.
オーバーレイネットワークとは、例えば非特許文献2においても記載のように、既存のリンクを用いて、その上位層に、目的に応じて論理的(仮想的)なリンクを形成し、構成するネットワークである。
An overlay network is, for example, a network configured by forming a logical (virtual) link according to the purpose in an upper layer using an existing link as described in Non-Patent
このようなオーバーレイネットワークによるQoS管理の基本的な概念を図1に例示する。図1において、xからyに向けて、IPルータ2a→IPルータ2d→IPルータ2eの経路でトラヒックが流れているとする。また、IPルータ2d,2e間の経路が輻輳しており、その結果として、x,y間のQoSが低下しているとする。
The basic concept of QoS management by such an overlay network is illustrated in FIG. In FIG. 1, it is assumed that traffic flows from x to y along a route of IP router 2a →
このとき、オーバーレイノード1a,1b,1cで形成されるオーバーレイネットワーク1を用いて、x→IPルータ2a→オーバーレイノード1a→オーバーレイノード1b→オーバーレイノード1c→IPルータ2e→yの経路にトラヒックを迂回させることができれば、上記の輻輳を回避できる。
At this time, using the overlay network 1 formed by the
実際、非特許文献3,4,5では、上記のような迂回経路が実網において多数存在していることを実測に基づいて示している。しかし、非特許文献3と非特許文献5の技術は、オーバーレイネットワークのトポロジをフルメッシュとし、全てのオーバーレイノード間で測定した品質情報を利用して理想的な通信経路計算を行った場合の評価となっている。非特許文献4では迂回経路を提供する中継ノード候補数を制限した場合を評価しているが、こちらもオーバーレイネットワークのトポロジーをフルメッシュとしており、かつ全てのオーバーレイノード間の品質情報が必要である。つまり非特許文献3から非特許文献5の技術はオーバーレイノードの総数が増加した場合のスケーラビリティ(システムの拡張性)の低下については考慮されていない。
In fact, Non-Patent
すなわち、オーバーレイノードの総数が大きい場合には、フルメッシュでネットワークを構成することはスケーラビリティの観点から困難であるという問題がある。 That is, when the total number of overlay nodes is large, there is a problem that it is difficult to configure a network with a full mesh from the viewpoint of scalability.
解決しようとする問題点は、従来の技術では、オーバーレイノードの総数が大きい場合には、フルメッシュでオーバーレイネットワークを構成することはスケーラビリティの観点から困難である点である。 The problem to be solved is that in the conventional technique, when the total number of overlay nodes is large, it is difficult to configure an overlay network with a full mesh from the viewpoint of scalability.
本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、スケーラブルなオーバーレイネットワークの形成を可能とすることである。 The object of the present invention is to solve these problems of the prior art and to form a scalable overlay network.
上記目的を達成するため、本発明では、インターネット等のIPネットワークに接続するいくつかのオーバーレイノードによって構築される論理網であるオーバーレイネットワークにおいて、それらオーバーレイノードの内、例えば、十分なリソース(帯域、CPU等)があり、ネットワークへの参加・離脱を頻繁に行わないノードのいくつかをスーパーノードとし、スーパーノード間を論理的に接続してスーパーノードネットワーク層を形成し、その他のオーバーレイノードを一般ノードとして、各一般ノードは、例えば、自身からの距離(往復遅延時間RTT:Round−Trip−Time等)が最も近いスーパーノードに所属させ、スーパーノードと一般ノード間を論理的に接続し、一般ノード群が存在する階層を一般ノードネットワーク層として形成し、オーバーレイネットワーク上に、スーパーノードネットワーク層と一般ノードネットワーク層の2階層を形成することを特徴とする。尚、各ノードを2次元の幾何学的な座標空間にマッピングし、すなわち、各ノードには2次元の座標位置を与え、各スーパーノードは、自身を中心に2次元空間を角度θ=π/3で空間を6つのセクタに分割し、セクタj(j=1〜6)の空間に位置する他のスーパーノードの中から自身に最も距離が近いスーパーノードを隣接スーパーノードとして論理的に接続してスーパーノード層を形成する。 In order to achieve the above object, according to the present invention, in an overlay network, which is a logical network constructed by several overlay nodes connected to an IP network such as the Internet, among the overlay nodes, for example, sufficient resources (bandwidth, Some nodes that do not frequently join or leave the network are super nodes, and the super nodes are logically connected to form a super node network layer, and other overlay nodes are generally used. For example, each general node belongs to a super node having the closest distance from itself (round-trip delay time RTT: Round-Trip-Time, etc.) and logically connects the super node and the general node. The hierarchy in which the node group exists is It formed as a work layer, on the overlay network, and forming a second layer of the super node network layer and general node network layer. Each node is mapped to a two-dimensional geometric coordinate space, that is, each node is given a two-dimensional coordinate position, and each super node has an angle θ = π / 3 divides the space into 6 sectors, and logically connects the super node closest to itself among other super nodes located in the space of sector j (j = 1 to 6) as an adjacent super node. To form a super node layer.
本発明によれば、全てのノード間でフルメッシュでネットワークを構成することなく、スケーラブルなオーバーレイネットワークを構成することが可能となり、QoS向上を可能とするトラヒックエンジニアリングが可能となる。 According to the present invention, it is possible to configure a scalable overlay network without configuring a network with all meshes between all nodes, and traffic engineering that can improve QoS is possible.
以下、図を用いて本発明を実施するための最良の形態例を説明する。図1は、IPネットワーク上にオーバーレイネットワークを設けたネットワーク構成例を示すブロック図であり、図2は、図1におけるオーバーレイネットワーク上に本発明に係るスーパーノード層を形成したネットワーク構成例を示す説明図、図3は、図2におけるスーパーノード層での経路選択手順例を示す説明図、図4は、図2におけるスーパーノード層での経路制御手順例を示す説明図、図5は、本発明に係るスーパーノード層を形成するスーパーノードの構成例を示すブロック図、図6は、本発明に係る一般ノード層を形成する一般ノードの構成例を示すブロック図、図7は、図2におけるスーパーノード層での隣接スーパーノード更新手順の第1の例を示す説明図、図8は、図2におけるスーパーノード層での隣接スーパーノード更新手順の第2の例を示す説明図、図9は、本発明に係るオーバーレイネットワークの形成手順例を示すフローチャートである。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a network configuration example in which an overlay network is provided on an IP network, and FIG. 2 is an explanatory diagram showing a network configuration example in which a super node layer according to the present invention is formed on the overlay network in FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of a route selection procedure in the super node layer in FIG. 2, FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a route control procedure in the super node layer in FIG. 2, and FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of a super node forming the super node layer according to FIG. 6, FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of a general node forming the general node layer according to the present invention, and FIG. FIG. 8 is an explanatory diagram showing a first example of an adjacent super node update procedure in the node layer, and FIG. 8 shows an adjacent super node in the super node layer in FIG. Explanatory view showing a second example of the update procedure, Fig. 9 is a flowchart showing a forming procedure example of an overlay network according to the present invention.
図1におけるオーバーレイノード1a,1b,1cのそれぞれは、CPU(Central Processing Unit)や主メモリ、表示装置、入力装置、外部記憶装置からなるコンピュータ構成からなり、光ディスク駆動装置等を介してCD−ROM等の記憶媒体に記録されたプログラムやデータを外部記憶装置内にインストールした後、この外部記憶装置から主メモリに読み込みCPUで処理することにより、図5におけるスーパーノード50と図6における一般ノード60に示される各処理手段を具備した構成となる。
Each of the
例えば、図5におけるスーパーノード50として機能する場合には、プログラムされたコンピュータ処理機能として、座標管理部50a、隣接ノード決定部50b、パケット転送部50c、一般ノード管理部50dによる処理を実行し、図6における一般ノード60として機能する場合には、プログラムされたコンピュータ処理機能として、スーパーノード選択部60a、座標保持部60b、ショートカット経路決定部60c、パケット転送部60dによる処理を実行する。
For example, when functioning as the
図1に示すように、IPルータ2a〜2eで構成されるIPネットワーク(図中「IP−NW」と記載)3において、xからyに向けて、IPルータ2a,2d,2eの経路でトラヒックが流れている際、この経路上のIPルータ2d,2e間で輻輳が発生すると、その結果として、x,y間のQoSが低下する。
As shown in FIG. 1, in an IP network (described as “IP-NW” in the figure) 3 composed of IP routers 2a to 2e, traffic is routed from x to y along the routes of
このとき、オーバーレイノード(以下、単にノードとも記載する)1a,1b,1cで形成されるオーバーレイネットワーク(図中「Overlay−NW」と記載)1を用いて、x→IPルータ2a→オーバーレイノードa→オーバーレイノードc→IPルータ2e→yの経路でトラヒックを迂回させることで、上述の輻輳を回避することができる。
At this time, using the overlay network (described as “Overlay-NW” in the figure) 1 formed by overlay nodes (hereinafter also simply referred to as nodes) 1a, 1b, 1c, x → IP router 2a → overlay node a The above-described congestion can be avoided by detouring traffic through the route of overlay node c →
しかし、この際、オーバーレイノード1aからオーバーレイノード1cへ直接転送した場合の遅延時間よりも、オーバーレイノード1aから一旦オーバーレイノード1bへ転送し、オーバーレイノード1bからオーバーレイノード1cへ転送するという迂回経路を経由した方が遅延時間が小さい場合がある。例えばインターネットでのドメイン間ルーチングポリシーなどに起因する場合である。
However, at this time, the delay time when the data is directly transferred from the overlay node 1a to the
この場合、オーバーレイノード1a,1b,1cで形成されるオーバーレイネットワークを用いて、実線矢印で表される経路(オーバーレイノード1a→オーバーレイノード1b→オーバーレイノード1c)にトラヒックを迂回させることができれば、QoSを向上できる。
In this case, if the traffic can be detoured to the route (overlay node 1a →
そこで、本実施例では、図2に例示するように、このようなオーバーレイネットワークにおいて、各オーバーレイノードのうち、予め定められた選定条件に基づき、いくつかのオーバーレイノードをスーパーノードとして選定し、各スーパーノードは、各スーパーノード間で論理的な接続を行いスーパーノードネットワーク層(図中および以下「スーパーノード層」と記載)21を形成し、また、選定条件に合わないその他のオーバーレイノードを一般ノードとし、各一般ノードは、スーパーノードのいずれか一つと論理的に接続して一般ノードネットワーク層(図中および以下「一般ノード層」と記載)22を形成し、オーバーレイネットワークをスーパーノード層21と一般ノード層22の2階層で形成する。
Therefore, in this embodiment, as illustrated in FIG. 2, in such an overlay network, several overlay nodes are selected as super nodes among the overlay nodes based on a predetermined selection condition. The super node forms a super node network layer (in the figure and hereinafter referred to as “super node layer”) 21 by logically connecting each super node, and other overlay nodes that do not meet the selection conditions are generally used. Each general node is logically connected to any one of the super nodes to form a general node network layer (in the figure and hereinafter referred to as “general node layer”) 22, and the overlay network is used as the
尚、ここでは、いずれのオーバーレイノードをスーパーノードとして選定するかを決定するための条件としては、例えば、十分なリソース(帯域や、CPU性能等)があり、ネットワークへの参加・離脱を頻繁に行わないものをスーパーノードとして選定する条件とする。 Here, as conditions for deciding which overlay node to select as a super node, for example, there are sufficient resources (bandwidth, CPU performance, etc.), and frequent participation and withdrawal from the network A condition for selecting a super node is not to be performed.
そして、このようなスーパーノードの選定は、このネットワークの管理者が選定しても良いし、また、各オーバーレイノードがオーバーレイネットワークに接続する際に、自身がスーパーノードになるか否かを選択し、スーパーノードになるのであればその旨を既に接続している各オーバーレイノードに通知しても良い。 Such a super node may be selected by an administrator of this network, and when each overlay node connects to the overlay network, it selects whether or not it becomes a super node. If it becomes a super node, this may be notified to each already connected overlay node.
また、一般ノードは、複数のスーパーノードの内、自身からの最短RTT(Round−Trip−Time;往復遅延時間)を含む最良通信効率となるスーパーノードを特定し、特定したスーパーノードと論理的に接続し、当該スーパーノードに所属させる。尚、最良通信効率となるスーパーノードの特定に、最短RTTの代わりに、片道遅延時間や、パケット損失率を距離にマッピングしたもの(パケット損失率が大きければ距離が大きくなるような関数を予め用意して算出する)、あるいは、後述の図6におけるスーパーノード選択部60aの処理動作により座標位置から求めた距離を用いても良い。
In addition, the general node identifies a super node having the best communication efficiency including the shortest RTT (Round-Trip-Time) from itself among a plurality of super nodes, and logically identifies the identified super node. Connect and belong to the super node. In addition, instead of the shortest RTT, a one-way delay time or a packet loss rate mapped to a distance (a function that increases the distance if the packet loss rate is large is prepared in advance to identify the super node with the best communication efficiency. Alternatively, the distance obtained from the coordinate position by the processing operation of the super
さらに、オーバーレイネットワークにおいて、各オーバーレイノードを2次元の幾何学的な座標空間にマッピングし、すなわち、各オーバーレイノードに2次元の座標位置を与え、各オーバーレイノードにおいて自身の2次元の座標位置を記憶し、特に、各スーパーノードは、記憶した自身の2次元の座標位置情報を読み出し、自身を中心に2次元空間を角度θ=π/3で空間を6つのセクタに分割し、セクタj(j=1〜6)の空間に位置する他のスーパーノードから当該スーパーノードの2次元の座標位置情報を取得し、自身に最も座標位置が近いスーパーノードを当該セクタjにおける隣接スーパーノードとして特定し、特定した隣接スーパーノードと論理的に接続する。 Further, in the overlay network, each overlay node is mapped to a two-dimensional geometric coordinate space, that is, each overlay node is given a two-dimensional coordinate position and each overlay node stores its own two-dimensional coordinate position. In particular, each super node reads out its own two-dimensional coordinate position information stored therein, divides the two-dimensional space into the six sectors at an angle θ = π / 3 around itself, and sets sector j (j = 1-6) from the other super nodes located in the space, to obtain the two-dimensional coordinate position information of the super node, specify the super node closest to itself as the adjacent super node in the sector j, Logically connect to the specified adjacent super node.
すなわち、図2に示すように、スーパーノード層21において、各スーパーノードを中心に6つのセクタに区切る。このようにして構成される隣接ネットワークはYaoグラフと呼ばれ、幾何学空間上で最短のパスを持つスパニングツリー(枝分かれしていく木)を構成できることが知られている。
That is, as shown in FIG. 2, the
このようなスーパーノード層21におけるノード間接続を行う際、各スーパーノードは,一定周期毎あるいは新規スーパーノードの参加や既存スーパーノードの離脱といった何らかの事象が発生した際に、その事象の発生を契機に、自身を中心とした各セクタjにおける現在の隣接スーパーノードと、セクタj内の他のスーパーノードとの距離を比較し、もし、現在の隣接スーパーノードよりも近い距離に他のスーパーノードが存在すれば、その中で最も近いスーパーノードを、新たな隣接スーパーノードとして、更新していく。
When performing connection between nodes in the
また、各一般ノードは、予め記憶装置に記憶した自身の2次元の座標位置情報を、論理的に接続したスーパーノードに通知すると共に、このスーパーノードの2次元の座標位置情報を取得して、自身の2次元の座標位置情報とを用いて、自身と当該スーパーノード間の距離(第1の距離)を算出すると共に、論理的に接続したスーパーノードから、同じスーパーノードに接続した他の一般ノードの2次元の座標位置情報を取得して、取得した他の一般ノードの2次元の座標位置情報と当該スーパーノードの2次元の座標位置情報とを用いて、各他の一般ノードと当該スーパーノード間の距離(第2の距離)を算出し、さらに、論理的に接続したスーパーノードから、同じスーパーノードに接続した他の一般ノードの2次元の座標位置情報を取得して、取得した他の一般ノードの2次元の座標位置情報と自身の2次元の座標位置情報とを用いて、各他の一般ノードとの距離(第3の距離)を算出し、そして、算出した第1の距離と第2の距離を加算し、加算した値と第3の距離とを比較して、第1の距離と第2の距離を加算した値が、第3の距離より大きくなる他の一般ノードがあれば、この他の一般ノードと自身との間を論理的に接続してショートカットの経路を作成する。このように、一般ノード層22において、あるスーパーノードxに属する一般ノードi_xは、同じスーパーノードxに属する他の一般ノードj_xとの距離d(i_x,j_x)を測定し、その値と、d(i_x,x)(一般ノードi_xとスーパーノードxの距離)にd(j_x,x)(一般ノードj_xとスーパーノードxの距離)を加えた値を比較し、もし、「d(i_x,j_x)<d(i_x,x)+d(j_x,x)」ならば、一般ノードi_xと一般ノードj_xの間を論理的に接続してショートカットの経路を作成する。
Each general node notifies its logical two-dimensional coordinate position information stored in the storage device in advance to the logically connected super node, and acquires the two-dimensional coordinate position information of this super node, Calculates the distance (first distance) between itself and the super node using its own two-dimensional coordinate position information, and other general nodes connected to the same super node from the logically connected super node The two-dimensional coordinate position information of the node is acquired, and the other general nodes and the supermarket are obtained using the acquired two-dimensional coordinate position information of the other general nodes and the two-dimensional coordinate position information of the supernode. The distance between the nodes (second distance) is calculated, and two-dimensional coordinate position information of other general nodes connected to the same super node is obtained from the logically connected super nodes. Then, using the acquired two-dimensional coordinate position information of the other general node and the own two-dimensional coordinate position information, a distance (third distance) from each other general node is calculated, and The calculated first distance and the second distance are added, the added value is compared with the third distance, and the value obtained by adding the first distance and the second distance is larger than the third distance. If there is another general node, a shortcut path is created by logically connecting the other general node and itself. Thus, in the
このような構成において、あるスーパーノードxに属する一般ノードx_iが、別のスーパーノードyに接続した一般ノードy_jとパケット通信する際、一般ノードx_iが、まずスーパーノードxにパケットを送出し、パケットを受け取ったスーパーノードxがスーパーノードyまでスーパーノード層を介してパケットを転送し、スーパーノードyは一般ノードy_jにパケットを送出する。 In such a configuration, when a general node x_i belonging to a certain super node x performs packet communication with a general node y_j connected to another super node y, the general node x_i first sends a packet to the super node x. The super node x that receives the packet transfers the packet to the super node y through the super node layer, and the super node y sends the packet to the general node y_j.
すなわち、図3に示すように、一般ノード(1)から一般ノード(4)にパケットを転送する際、経路は、A−D−Fとなる。尚、ここでの経路Dについては、必ずしもスーパーノード(1)とスーパーノード(2)が直接論理的に接続されていなくても良く、間に何ホップかあっても良い。その際の中継技術については図4を用いて後述する。 That is, as shown in FIG. 3, when a packet is transferred from the general node (1) to the general node (4), the path is ADF. For the route D here, the super node (1) and the super node (2) do not necessarily have to be directly logically connected, and there may be several hops between them. The relay technique at that time will be described later with reference to FIG.
上述のショートカット経路についても、図3に示すように、一般ノード(1)から一般ノード(2)へは経路Cのショートカット経路を通る。また、一般ノード(3)から一般ノード(4)への経路は、ショートカットよりもスーパーノード(2)経由の方が近いため、そういう経路(E−F)を通っている。 Also for the above-described shortcut route, as shown in FIG. 3, the general node (1) passes through the shortcut route of the route C from the general node (2). In addition, the route from the general node (3) to the general node (4) passes through the route (EF) because the route via the super node (2) is closer than the shortcut.
このようなスーパーノード層において、スーパーノードxが送信元スーパーノード、スーパーノードyが着信先スーパーノードであるとし、スーパーノードxからスーパーノードyへ転送されるパケットが今、図4に示すように、中継スーパーノードuにあるとすると、この中継スーパーノードuは、隣接スーパーノードv_1,v_2,…のうち、座標空間上において、自身の座標uと着信先スーパーノードの座標yとを結ぶ線u−yを挟む両側から1つずつ、角度v_j−u−yが最小になる隣接スーパーノードv_jと、角度y−u−v_kが最小となる隣接スーパーノードv_kを探索し、ランダムに、隣接スーパーノードv_jまたは隣接スーパーノードv_kのいずれかを次ホップノードとしてパケットを転送する。 In such a super node layer, it is assumed that super node x is a source super node and super node y is a destination super node, and a packet transferred from super node x to super node y is now as shown in FIG. , The relay super node u has a line u connecting its own coordinate u and the coordinate y of the destination super node in the coordinate space among the adjacent super nodes v_1, v_2,. One adjacent super node v_j with the smallest angle v_j-u-y and one adjacent super node v_k with the smallest angle yu-v_k are searched one by one from both sides across -y, and the neighboring super nodes are randomly selected. The packet is transferred with either v_j or the adjacent super node v_k as the next hop node.
以下、図5,図6を用いて、このようなスーパーノード層と一般ノード層の2層からなるオーバーレイネットワークを形成するスーパーノード50と一般ノード60の構成と処理動作について説明する。
In the following, the configuration and processing operation of the
図5に示すように、スーパーノード50は、プログラムされたコンピュータ処理機能として、座標管理部50a、隣接ノード決定部50b、パケット転送部50c、一般ノード管理部50dを具備し、座標管理部50aは、自身の座標位置を図示していない記憶装置に保持するとともに、現在ネットワークに参加中の他のスーパーノードに座標位置を問い合わせてその情報を取得して保持しておき、かつ、各スーパーノードの座標情報を、隣接ノード決定部50bに通知する。
As shown in FIG. 5, the
通知を受けた隣接ノード決定部50bは、自身を中心に2次元空間を角度θ=π/3で空間を6つのセクタに分割し、セクタj(j=1〜6)の空間に位置する他のスーパーノードからそれぞれの座標情報を取得し、各座標情報から算出される距離を比較し、自身に最も近いスーパーノードを隣接スーパーノードとして選定し、論理的に接続する。
Upon receiving the notification, the adjacent
尚、隣接ノード決定部50bは、隣接スーパーノードの選定を以下の手順で更新していく。すなわち、自身を中心とした各セクタjにおける現在の隣接スーパーノードと、セクタj内の他のスーパーノードとの距離を比較し、もし、現在の隣接スーパーノードよりも近い距離に他のスーパーノードが存在すれば、その中で最も近いスーパーノードを、新たな隣接スーパーノードとして、更新していく。
The adjacent
この動作は、一定周期毎に行うか、何らかの事象を検知した毎(新規スーパーノードの参加、既存スーパーノードの離脱等)に行う。その様子を図7、8を用いて説明する。 This operation is performed at regular intervals or every time an event is detected (joining a new super node, leaving an existing super node, etc.). This will be described with reference to FIGS.
図7は、新規スーパーノードが参加した場合の隣接スーパーノードの選定更新処理動作例を示しており、既にN1、N2、N3というスーパーノードが存在しているとし、N1、N2、N3が実線で示すように論理的に接続しているとする。 FIG. 7 shows an example of adjacent super node selection update processing operation when a new super node participates. It is assumed that super nodes N1, N2, and N3 already exist, and N1, N2, and N3 are solid lines. Assume that they are logically connected as shown.
ここで、N1−N2間の論理リンクが切断され、同時にLという新規スーパーノードが参加したケースを考える。この場合、各スーパーノードの隣接ノードテーブルは、図7のように更新される。 Here, consider a case where a logical link between N1 and N2 is disconnected and a new super node L is simultaneously participating. In this case, the adjacent node table of each super node is updated as shown in FIG.
例えば、N1の隣接スーパーノードはLとN3となる。尚、図7では、inとoutの両方を記載しているが、方向別にテーブルを持っていることを意味し、in、outの両者とも、LとN3が新規に隣接スーパーノードとしてエントリされている。 For example, N1's adjacent supernodes are L and N3. In FIG. 7, both in and out are described, but this means that there is a table for each direction. In both in and out, L and N3 are newly entered as adjacent supernodes. Yes.
図8は、既存スーパーノードLが離脱した場合の隣接スーパーノードの選定更新処理動作例を示しており、この場合、図7に示す例とは逆にして、隣接ノードテーブルが更新されることになる。 FIG. 8 shows an example of the adjacent super node selection update processing operation when the existing super node L leaves. In this case, the adjacent node table is updated in the opposite manner to the example shown in FIG. Become.
図5のスーパーノード50における一般ノード管理部50dは、自身と論理的に接続され、配下に属する一般ノードのアドレスと座標位置を取得して記憶管理している。
The general
図5のスーパーノード50におけるパケット転送部50cは、自身の配下の一般ノード、あるいは隣接するスーパーノードからパケットを受信したら、そのパケットの宛先を読み込み、自身の配下の他の一般ノード向けであれば、一般ノード管理部50dで管理している自身の配下に属する一般ノードのアドレスと座標位置を参照して、当該ノードにパケットを送出し、他のスーパーノード向けのパケットであれば、以下の手順に従って、パケットを転送する。
When the
スーパーノードyへ転送されるパケットが、現在、自身のところ(スーパーノードuとする)にあるとすると、スーパーノードuは、隣接スーパーノードv_1,v_2,…のうち、座標空間上において、自身の座標uと着信先スーパーノードの座標yとを結ぶ線u−yを挟む両側から1つずつ、角度v_j−u−yが最小になる隣接スーパーノードv_jと、角度y−u−v_kが最小となる隣接スーパーノードv_kを探索し、ランダムに、隣接スーパーノードv_jまたは隣接スーパーノードv_kのいずれかを次ホップノードとしてパケットを転送する。 Assuming that the packet to be transferred to the super node y is currently at its own location (assumed to be a super node u), the super node u has the own super node v_1, v_2,. The adjacent super node v_j having the smallest angle v_j-u-y and the angle yu-v_k being the smallest, one each from both sides of the line u-y connecting the coordinate u and the coordinate y of the destination super node The adjacent super node v_k is searched, and the packet is randomly transferred with either the adjacent super node v_j or the adjacent super node v_k as the next hop node.
次に、一般ノードの動作について、図6を用いて説明する。一般ノード60は、座標管理部60aにおいて、自身の座標位置を保持している。ネットワークへの参加時に、スーパーノード選択部60aは、例えば、各スーパーノードから各スーパーノードの座標位置を取得し、座標管理部60aで保持している自身の座標位置と比べて、最も距離の近いスーパーノードを探索し、それを自身の属するスーパーノードとして選択して、その旨を、選択したスーパーノードの一般ノード管理部50dに通知する。
Next, the operation of the general node will be described with reference to FIG. The
また、ショートカット経路決定部60cでは、自身(一般ノードi_x)が論理的に接続して配下として属するスーパーノードxから、このスーパーノードxの配下に属する他の一般ノードの座標位置を読み出し、自身(一般ノードi_x)と他の一般ノードj_xとの第3の距離d(i_x,j_x)を計算し、その値「d(i_x,j_x)」と、自身(一般ノードi_x)とスーパーノードxとの第1の距離「d(i_x,x)」に他の一般ノードj_xとスーパーノードxとの第2の距離「d(j_x,x)」を加えた値を比較し、もし、「d(i_x、j_x)<d(i_x、x)+d(j_x、x)」で、第1の距離と第2の距離を加算した値が第3の距離より大きくなるならば、自身(一般ノードi_x)と一般ノードj_xの間を論理的に接続してショートカットの経路を作成する。
Further, the shortcut
パケット転送部60dでは、自身がパケットを送出する際に、宛先が同じスーパーノード配下か否かを調べ、もしそうならば、ショートカット経路決定部60cに問い合わせて、ショートカット経路があるか否かを判定して、ショートカット経路があるならば直接宛先へパケットを送出し、ショートカット経路がなければ、自身が配下として属するスーパーノードへパケットを転送する。また、他スーパーノードに属する一般ノードへパケットを送出する場合にも、自身が配下として属するスーパーノードへパケットを転送する。
The
次に、図9を用いて、このようなスーパーノード層と一般ノード層からなるオーバーレイネットワークの形成手順について説明する。 Next, a procedure for forming an overlay network including such a super node layer and a general node layer will be described with reference to FIG.
まず、オーバーレイネットワークを構成する各オーバーレイノードから、スーパーノードの選定を行う(ステップS901)。ここでは、例えば、十分なリソース(帯域、CPU等)があり、ネットワークへの参加・離脱を頻繁に行わないノードのいくつかをスーパーノードとして選定するが、このようなスーパーノードの選定は、このネットワークの管理者が選定しても良いし、各オーバーレイノードがネットワークに接続する際に、自身がスーパーノードになるか否かを選択し、スーパーノードになるのであればその旨を既に接続しているノードに通知しても良い。 First, a super node is selected from each overlay node constituting the overlay network (step S901). Here, for example, some nodes that have sufficient resources (bandwidth, CPU, etc.) and do not frequently participate in or leave the network are selected as super nodes. The network administrator may select it, and when each overlay node connects to the network, it chooses whether or not it will become a super node. It may be notified to the existing node.
次に、各ノードを2次元の幾何学的な座標空間にマッピングし、すなわち、各オーバーレイノードに2次元の座標位置を与えて保持させ、各スーパーノードは、自身を中心に2次元空間を角度θ=π/3で空間を6つのセクタに分割し、セクタj(j=1〜6)の空間に位置する他のスーパーノードから当該スーパーノードの座標位置を取得し、各座標位置から自身との距離を算出し、自身に最も距離が近いスーパーノードを隣接スーパーノードとして特定して論理的に接続することで、スーパーノード層を形成する(ステップS902)。 Next, each node is mapped to a two-dimensional geometric coordinate space, that is, each overlay node is given and held with a two-dimensional coordinate position, and each super node has an angle in the two-dimensional space around itself. The space is divided into six sectors with θ = π / 3, the coordinate position of the super node is obtained from other super nodes located in the space of sector j (j = 1 to 6), The super node closest to itself is calculated as the adjacent super node and logically connected to form a super node layer (step S902).
そして、その他のオーバーレイノードは、一般ノードとして、例えば、自身とのRTTが最短であるスーパーノードを自身からの距離が最も近いスーパーノードとして特定し、特定したスーパーノードに論理的に接続して、一般ノード層を形成する(ステップS903)。このようにして、オーバーレイネットワークをスーパーノード層と一般ノード層の2階層で形成とする。 Then, the other overlay node is identified as a general node, for example, a super node having the shortest RTT with itself as a super node having the shortest distance from itself, and logically connected to the identified super node, A general node layer is formed (step S903). In this way, the overlay network is formed in two layers of the super node layer and the general node layer.
以上、図1〜図9を用いて説明したように、本例では、オーバーレイネットワークをスーパーノード層と一般ノード層の2階層で形成する。このことにより、全てのノード間でフルメッシュでネットワークを構成することなく、スケーラブルなオーバーレイネットワークを構成することが可能となり、QoS向上を可能とするトラヒックエンジニアリングが可能となる。 As described above with reference to FIGS. 1 to 9, in this example, the overlay network is formed in two layers of the super node layer and the general node layer. As a result, a scalable overlay network can be configured without configuring a full mesh network between all nodes, and traffic engineering that can improve QoS is possible.
尚、本発明は、図1〜図9を用いて説明した例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、本例では、スーパーノード50における各処理部(座標管理部50a、隣接ノード決定部50b、パケット転送部50c、一般ノード管理部50d)および一般ノード60における各処理部(スーパーノード選択部60a、座標保持部60b、ショートカット経路決定部60c、パケット転送部60d)は、CPUや記憶装置からなる、プログラムにより各機能の実行が可能なコンピュータで構成するものとしているが、各処理部の全てもしくは幾つかを、論理素子回路からなるハードウェア構成としても良い。
In addition, this invention is not limited to the example demonstrated using FIGS. 1-9, In the range which does not deviate from the summary, various changes are possible. For example, in this example, each processing unit in the super node 50 (coordinate
また、本例でのコンピュータ構成例に関しても、キーボードや光ディスクの駆動装置の無いコンピュータ構成としても良い。また、本例では、光ディスクを記録媒体として用いているが、FD(Flexible Disk)等を記録媒体として用いることでも良い。また、プログラムのインストールに関しても、通信装置を介してネットワーク経由でプログラムをダウンロードしてインストールすることでも良い。 Also, regarding the computer configuration example in this example, a computer configuration without a keyboard or optical disk drive may be used. In this example, an optical disk is used as a recording medium. However, an FD (Flexible Disk) or the like may be used as a recording medium. As for the program installation, the program may be downloaded and installed via a network via a communication device.
1:オーバーレイネットワーク(Overlay−NW)、1a〜1c:オーバーレイノード、2a〜2e:IPルータ、3:IPネットワーク(IP−NW)、21:スーパーノード層、22:一般ノード層、50:スーパーノード、50a:座標管理部、50b:隣接ノード決定部、50c:パケット転送部、50d:一般ノード管理部、60:一般ノード、60a:スーパーノード選択部、60b:座標保持部、60c:ショートカット経路決定部、60d:パケット転送部。
1: Overlay network (Overlay-NW), 1a-1c: Overlay node, 2a-2e: IP router, 3: IP network (IP-NW), 21: Super node layer, 22: General node layer, 50:
Claims (10)
オーバーレイネットワークを構成するオーバーレイノードの内、予め定められた条件で選定された複数のスーパーノードは、各スーパーノード間で論理的な接続を行いスーパーノードネットワーク層を形成し、
上記条件に合わない各一般ノードは、上記スーパーノードのいずれか一つと論理的に接続して一般ノードネットワーク層を形成し、
該一般ノードネットワーク層と上記スーパーノードネットワーク層の2層を形成する
ことを特徴とするオーバーレイネットワーク形成方法。 A method of forming an overlay network, which is a logical network composed of a plurality of overlay nodes connected to an IP network,
Among the overlay nodes constituting the overlay network, a plurality of super nodes selected under a predetermined condition form a super node network layer by performing a logical connection between the super nodes.
Each general node that does not meet the above conditions is logically connected to any one of the super nodes to form a general node network layer,
An overlay network forming method comprising: forming two layers of the general node network layer and the super node network layer.
上記一般ノードは、上記複数のスーパーノードの内、最短RTTを含む最良通信効率のスーパーノードを特定し、特定したスーパーノードと論理的に接続することを特徴とするオーバーレイネットワーク形成方法。 The overlay network forming method according to claim 1,
An overlay network forming method, wherein the general node specifies a super node having the best communication efficiency including the shortest RTT among the plurality of super nodes and logically connects to the specified super node.
各スーパーノードは、予め記憶装置に記憶した自身の2次元の座標位置情報を読み出し、
自身を中心に2次元空間を角度θ=π/3で空間を6つのセクタに分割し、
セクタj(j=1〜6)の空間に位置する他のスーパーノードから当該スーパーノードの2次元の座標位置情報を取得し、最も座標位置が近いスーパーノードを当該セクタjにおける隣接スーパーノードとして特定し、特定した隣接スーパーノードと論理的に接続する
ことを特徴とするオーバーレイネットワーク形成方法。 An overlay network forming method according to claim 1 or 2,
Each super node reads out its own two-dimensional coordinate position information stored in advance in a storage device,
Divide the space into 6 sectors at an angle θ = π / 3,
The two-dimensional coordinate position information of the super node is obtained from other super nodes located in the space of the sector j (j = 1 to 6), and the super node having the closest coordinate position is specified as the adjacent super node in the sector j And an overlay network forming method characterized by logically connecting to the specified adjacent super node.
各スーパーノードは、一定周期毎あるいは新規スーパーノードの参加もしくは既存スーパーノードの離脱を含む事象の発生を契機に、セクタjにおいて接続する隣接スーパーノードの更新を行うことを特徴とするオーバーレイネットワーク形成方法。 The overlay network forming method according to claim 3,
Each super node updates an adjacent super node connected in sector j at every fixed period or triggered by the occurrence of an event including the participation of a new super node or the detachment of an existing super node. .
上記スーパーノードは、
送信元スーパーノードから転送されてきたパケットを着信先スーパーノードへ中継転送する際、
自身の隣接スーパーノードの内、座標空間上において、自身の座標uと着信先スーパーノードの座標yとを結ぶ線u−yを挟む両側から1つずつ、自身の座標uと隣接スーパーノードの座標vjとを結ぶ線u−vjと上記線u−yとで形成される角度が最も小さい第1,第2の隣接スーパーノードを特定し、
特定した第1,第2の隣接スーパーノードのいずれかをランダムに次ホップノードとしてパケットを転送することを特徴とするオーバーレイネットワーク形成方法。 An overlay network forming method according to claim 3 or 4, wherein:
The super node is
When relaying and forwarding the packet forwarded from the source super node to the destination super node,
One of its own coordinates u and the coordinates of the adjacent super node, one on each side of the line yy connecting the coordinate u of its own and the coordinate y of the destination super node in the coordinate space. identifying the first and second adjacent supernodes having the smallest angle formed by the line u-vj connecting vj and the line u-y,
A method for forming an overlay network, comprising: transferring a packet by randomly using either one of the identified first and second adjacent super nodes as a next hop node.
各一般ノードは、予め記憶装置に記憶した自身の2次元の座標位置情報を、論理的に接続したスーパーノードに通知すると共に、該スーパーノードの2次元の座標位置情報を取得して、自身の2次元の座標位置情報とを用いて、自身と該スーパーノード間の距離(第1の距離)を算出し、
論理的に接続したスーパーノードから、同じスーパーノードに接続した他の一般ノードの2次元の座標位置情報を取得して、取得した他の一般ノードの2次元の座標位置情報と当該スーパーノードの2次元の座標位置情報とを用いて、各他の一般ノードと当該スーパーノード間の距離(第2の距離)を算出し、
論理的に接続したスーパーノードから、同じスーパーノードに接続した他の一般ノードの2次元の座標位置情報を取得して、取得した他の一般ノードの2次元の座標位置情報と記憶装置に記憶した自身の2次元の座標位置情報とを用いて、各他の一般ノードとの距離(第3の距離)を算出し、
算出した第1の距離と第2の距離を加算し、加算した値と第3の距離とを比較して、
第1の距離と第2の距離を加算した値が、第3の距離より大きくなる他の一般ノードがあれば、該他の一般ノードと自身との間を論理的に接続してショートカットの経路を作成することを特徴とするオーバーレイネットワーク形成方法。 An overlay network forming method according to any one of claims 1 to 5,
Each general node notifies its logical two-dimensional coordinate position information stored in the storage device in advance to the logically connected super node, and acquires the two-dimensional coordinate position information of the super node. Using the two-dimensional coordinate position information, calculate the distance (first distance) between itself and the super node,
The two-dimensional coordinate position information of another general node connected to the same super node is acquired from the logically connected super node, and the acquired two-dimensional coordinate position information of the other general node and 2 of the super node are acquired. Using the coordinate position information of the dimension, the distance (second distance) between each other general node and the super node is calculated,
The two-dimensional coordinate position information of other general nodes connected to the same super node is acquired from the logically connected super node, and the acquired two-dimensional coordinate position information of the other general nodes is stored in the storage device. Using its own two-dimensional coordinate position information, the distance (third distance) to each other general node is calculated,
Add the calculated first distance and second distance, compare the added value with the third distance,
If there is another general node in which the value obtained by adding the first distance and the second distance is larger than the third distance, the other general node is logically connected to itself and the shortcut path is connected. An overlay network forming method comprising: creating an overlay network.
上記一般ノードは、別のスーパーノードに接続した一般ノードとパケット通信する際、自身が接続したスーパーノードにパケットを送出し、
パケットと受けたスーパーノードから通信先の一般ノードに接続しているスーパーノードまでスーパーノードネットワーク層を介してパケットを転送し、
通信先の一般ノードに接続しているスーパーノードは、当該通信先の一般ノードにパケットを送出する
ことを特徴とするオーバーレイネットワーク形成方法。 An overlay network forming method according to any one of claims 1 to 6,
When the above general node performs packet communication with a general node connected to another super node, it sends a packet to the super node to which it is connected,
Transfer the packet through the super node network layer from the super node that received the packet to the super node connected to the general node of the communication destination,
A method for forming an overlay network, wherein a super node connected to a general node of a communication destination transmits a packet to the general node of the communication destination.
請求項1から請求項7のいずれかに記載のオーバーレイネットワーク形成方法におけるスーパーノードもしくは一般ノードのいずれかとして、上記スーパーノード層もしくは上記一般ノード層を形成する手段を具備したことを特徴とするオーバーレイノード。 A plurality of overlay nodes forming an overlay network on the IP network,
The overlay comprising the means for forming the super node layer or the general node layer as either a super node or a general node in the overlay network forming method according to any one of claims 1 to 7. node.
請求項8に記載のオーバーレイノードによって上記スーパーノード層と上記一般ノード層の2層から形成されることを特徴とするオーバーレイネットワーク。 An overlay network, which is a logical network composed of a plurality of overlay nodes connected to an IP network,
The overlay network according to claim 8, wherein the overlay node is formed from two layers of the super node layer and the general node layer.
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