JP2012227707A - Packet relay system, packet relay method, and program for packet relay - Google Patents

Packet relay system, packet relay method, and program for packet relay Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a packet relay system capable of more effectively dispersing a transfer load for relaying packets.SOLUTION: Transfer probability calculation means 81 calculates transfer probability that is probability of dispersing the packets to respective nodes in a network according to topology information. Shortest route determination means 82 determines the shortest route to the destination node of the packets according to the topology information. Transfer destination determination means 83 stochastically selects a node selected according to transfer probability and a node in the shortest route and determines them as transfer destination nodes.

Description

本発明は、パケットを中継する際の転送負荷を分散させるパケット中継システム、パケット中継方法およびパケット中継用プログラムに関する。   The present invention relates to a packet relay system, a packet relay method, and a packet relay program for distributing a transfer load when relaying a packet.

近年、インターネットをはじめとする多くのネットワークがスケールフリー性を有することが知られている。スケールフリー性とは、各ノードに接続されたリンクの数(以下、次数と記すこともある。)が冪分布をなす特徴のことを指す。スケールフリー性を有するネットワークにおいては、次数の大きなノードが少数のみ存在している。このノードは、ハブノードと呼ばれている。   In recent years, it is known that many networks including the Internet have a scale-free property. The scale-free property refers to a feature in which the number of links connected to each node (hereinafter also referred to as an order) forms a wrinkle distribution. In a network having scale-free properties, there are only a small number of nodes having a large degree. This node is called a hub node.

また、ネットワークの任意の2点間を結ぶ最短経路において、パケットがハブノードを経由することが多いことも知られている。このため、パケットが宛先ノードまでの最短経路を必ず通るよう転送された場合、ハブノードへのパケットが集中し、輻輳を招いてしまう。   It is also known that a packet often passes through a hub node in the shortest path connecting two arbitrary points in the network. For this reason, when the packets are always transferred so as to pass through the shortest path to the destination node, the packets to the hub node are concentrated, resulting in congestion.

通信ネットワークにおいて、通信トラヒックの輻輳を回避しパケットの損失を最小限に抑えることは最も重要な課題の一つである。最も単純な輻輳回避手段の1つは、ネットワーク全体の通信トラヒックをリアルタイムに監視し、輻輳が生じる前にパケットを迂回させることである。しかし、ネットワークのサイズが大きくなると、ネットワーク全体の通信を監視することが困難であり、有効な迂回路を設定することができない。   In a communication network, avoiding communication traffic congestion and minimizing packet loss is one of the most important issues. One of the simplest congestion avoidance measures is to monitor the communication traffic of the entire network in real time and bypass the packet before congestion occurs. However, when the size of the network increases, it is difficult to monitor communication of the entire network, and an effective detour cannot be set.

ハブノードへパケットが集中することを回避するパケット中継方式として、特許文献1に記載されたパケット経路制御方法が知られている。特許文献1に記載されたパケット経路制御方法では、最短経路方向の隣接ノードを転送先とする最短経路制御と、隣接ノードのうちから1つを一様ランダムに選択して転送先とするランダムウォーク制御とを組み合わせてパケット転送先を決定する。   A packet route control method described in Patent Document 1 is known as a packet relay method for avoiding the concentration of packets to a hub node. In the packet route control method described in Patent Document 1, the shortest route control in which an adjacent node in the shortest route direction is a transfer destination, and a random walk in which one of the adjacent nodes is uniformly and randomly selected as a transfer destination. The packet transfer destination is determined in combination with the control.

具体的には、特許文献1に記載されたパケット経路制御方法では、宛先ノードがノードkであるパケットを、ノードiが隣接ノードjに転送する確率は、以下の式1で表される。   Specifically, in the packet route control method described in Patent Document 1, the probability that the node i forwards the packet whose destination node is the node k to the adjacent node j is expressed by the following Expression 1.

Figure 2012227707
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ここで、p(S)k ijは、最短経路制御により宛先ノードがkであるパケットを、ノードiがノードjに転送する確率である。また、p(R)k ijは、ランダムウォーク制御により宛先ノードがkであるパケットを、ノードiがノードjに転送する確率である。 Here, p (S) k ij is a probability that the node i forwards the packet whose destination node is k to the node j by the shortest path control. Further, p (R) k ij is a probability that the node i forwards the packet whose destination node is k to the node j by random walk control.

この式1は、最短経路制御によるパケット転送処理とランダムウォーク制御によるパケット転送処理が、それぞれ確率δおよび1−δでランダムに選択されることを意味している。このように、特許文献1に記載されたパケット経路制御方法では、最短経路以外へパケットをの経路を分散させることにより、パケットが集中しているノードへのパケットの配送を軽減している。   This equation 1 means that the packet transfer process by the shortest path control and the packet transfer process by the random walk control are selected at random with probabilities δ and 1-δ, respectively. As described above, in the packet route control method described in Patent Document 1, the distribution of packets to nodes where packets are concentrated is reduced by distributing the route of packets to other than the shortest route.

また、特許文献1には、隣接ノードへパケットを転送する確率の算出方法が記載されている。特許文献1に記載された算出方法では、ネットワークの負荷状況として各隣接ノードlのキュー長qを監視しておく。そして、式1により算出される確率を隣接ノードのキュー長によって重み付けした値をパケット転送確率とする。この場合のパケット転送確率は、以下の式2で表される。 Patent Document 1 describes a method for calculating the probability of transferring a packet to an adjacent node. In the calculation method described in Patent Document 1, the queue length q l of each adjacent node 1 is monitored as the network load status. Then, a value obtained by weighting the probability calculated by Expression 1 with the queue length of the adjacent node is set as the packet transfer probability. The packet transfer probability in this case is expressed by the following Equation 2.

Figure 2012227707
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ここで、f(q)は、q(すなわち、キュー長)に関する任意の減少関数である。特許文献1に記載されたパケット経路制御方法では、このパケット転送確率を用いて、より負荷の少ない隣接ノードにパケットを転送することによって、負荷を分散させている。   Here, f (q) is an arbitrary decreasing function with respect to q (ie, queue length). In the packet path control method described in Patent Document 1, the load is distributed by transferring the packet to an adjacent node having a lower load by using the packet transfer probability.

なお、非特許文献1には、ホップバイホップ方式でパケットが転送されるとき、そのパケットが通る軌跡がランダムになるパケット転送確率の算出方法が記載されている。   Note that Non-Patent Document 1 describes a method for calculating a packet transfer probability in which, when a packet is transferred by a hop-by-hop method, a trajectory through which the packet passes is random.

特開2010−178062号公報JP 2010-178062 A

Z.Burda、J.Duda、J.M.Luck、and B.Waclaw、「Localization of maximal entropy random walk」、Phys.Rev.Lett.102、160602、2008Z. Burda, J .; Duda, J. et al. M.M. Luck, and B.L. Waclaw, “Localization of maximum entropy random walk”, Phys. Rev. Lett. 102, 160602, 2008

特許文献1に記載されたパケット経路制御方法を用いることで、ネットワーク全体の通信を監視することなく、ハブノードへパケットが集中することを回避することはある程度可能である。しかし、特許文献1に記載されたパケット経路制御方法を用いても、パケット転送負荷分散の効果が薄いという問題がある。特許文献1に記載されたパケット経路制御方法では、パケット転送負荷を分散させるため、隣接ノードのうちの1つに一様ランダムに転送を行うランダムウォーク制御を用いているが、このランダムウォーク制御では、ハブノードへパケットが集中してしまうからである。以下、この理由について説明する。   By using the packet path control method described in Patent Document 1, it is possible to avoid the concentration of packets to the hub node to some extent without monitoring the communication of the entire network. However, even if the packet route control method described in Patent Document 1 is used, there is a problem that the effect of packet transfer load distribution is small. In the packet route control method described in Patent Document 1, random walk control is used to uniformly and randomly transfer one of adjacent nodes in order to distribute the packet transfer load. In this random walk control, This is because the packets are concentrated on the hub node. Hereinafter, this reason will be described.

今、ランダムウォーク制御によって、あるパケットがネットワーク内で転送されていくモデルを考える。すなわち、パケットが存在するノードの隣接ノードの1つにそのパケットが毎時刻ごとにランダムに移動していくものとする。ノードjがパケットを受信したとき、これをノードiに転送する確率Tijは、以下の式3で表される。 Consider a model in which a packet is transferred in the network by random walk control. That is, it is assumed that the packet moves at random every one time to one of the adjacent nodes of the node where the packet exists. When node j receives a packet, the probability T ij of transferring the packet to node i is expressed by the following Equation 3.

Figure 2012227707
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ここで、Aijは、ノードiとノードjの間にリンクが張られているときの値が1になり、リンクが張られていないときの値が0になる変数である。また、kは、ノードjの隣接ノードの数である。また、時刻tにおいて、パケットがノードiに存在する確率p (t)は、以下の式4で表される。 Here, A ij is a variable whose value becomes 1 when a link is established between the node i and the node j and becomes 0 when a link is not established. K j is the number of nodes adjacent to node j. Further, the probability p i (t) that the packet exists in the node i at time t is expressed by the following Expression 4.

Figure 2012227707
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さらに、i行j列成分をTijとする転送確率行列Tと、i番目成分をpとする列ベクトルp(t)を用いると、上記式4は、以下の式5で表すことができる。なお、Tは、n行n列の行列で、nはネットワーク内のノードの数である。 Further, using a transfer probability matrix T having an i-th row and j-th column component T ij and a column vector p (t) having an i-th component p i , the above equation 4 can be expressed by the following equation 5. . T is a matrix of n rows and n columns, and n is the number of nodes in the network.

Figure 2012227707
Figure 2012227707

十分時間が経過し、p(t)が定常状態pに収束したとすると、上記式5は、以下の式6で表すことができる。 Assuming that sufficient time has elapsed and p (t) has converged to the steady state p * , the above equation 5 can be expressed by the following equation 6.

Figure 2012227707
Figure 2012227707

すなわち、ランダムウォーク制御において、転送確率行列の固有値1に対応する固有ベクトルは、定常状態でパケットが各ノードに存在している確率と等しい。このときのpにおける各成分は、ノードの中心性と呼ばれ、ランダムウォーク制御を行った場合におけるパケットの到達のしやすさを表す。 That is, in random walk control, the eigenvector corresponding to eigenvalue 1 of the transfer probability matrix is equal to the probability that a packet exists in each node in a steady state. Each component in p * at this time is called node centrality, and represents the ease of arrival of a packet when random walk control is performed.

スケールフリーネットワークでは、一般に、ハブノードの中心性が高くなりやすいことが知られている。このため、ランダムウォーク制御によるパケット転送は、ハブノードへパケットを集中させやすい性質をもつといえる。よって、特許文献1に記載されたランダムウォーク制御によりパケットを転送するパケット経路制御方法では、パケット転送負荷分散の効果が薄いと考えられる。   In scale-free networks, it is generally known that the centrality of hub nodes tends to be high. For this reason, it can be said that the packet transfer by the random walk control has the property of easily concentrating the packets to the hub node. Therefore, the packet route control method for transferring packets by random walk control described in Patent Document 1 is considered to have little effect on packet transfer load distribution.

そこで、本発明は、パケットを中継する際の転送負荷をより効果的に分散できるパケット中継システム、パケット中継方法およびパケット中継用プログラムを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a packet relay system, a packet relay method, and a packet relay program that can more effectively distribute a transfer load when relaying a packet.

本発明によるパケット中継システムは、トポロジ情報に基づいて、ネットワーク内の各ノードにパケットを分散させる確率である転送確率を算出する転送確率算出手段と、トポロジ情報に基づいてパケットの宛先ノードまでの最短経路を決定する最短経路決定手段と、転送確率に応じて選択されるノードと最短経路におけるノードを、確率的に選択して転送先ノードと決定する転送先決定手段とを備えたことを特徴とする。   The packet relay system according to the present invention includes a transfer probability calculation means for calculating a transfer probability that is a probability of distributing a packet to each node in the network based on the topology information, and a shortest distance to the destination node of the packet based on the topology information. The shortest path determining means for determining a path, and the transfer destination determining means for selecting the node selected according to the transfer probability and the node in the shortest path stochastically and determining the transfer destination node. To do.

本発明によるパケット中継方法は、トポロジ情報に基づいて、ネットワーク内の各ノードにパケットを分散させる確率である転送確率を算出し、トポロジ情報に基づいてパケットの宛先ノードまでの最短経路を決定し、転送確率に応じて選択されるノードと最短経路におけるノードを、確率的に選択して転送先ノードと決定することを特徴とする。   The packet relay method according to the present invention calculates a transfer probability that is a probability of distributing a packet to each node in the network based on the topology information, determines the shortest path to the destination node of the packet based on the topology information, A node selected according to a transfer probability and a node in the shortest path are selected probabilistically and determined as a transfer destination node.

本発明によるパケット中継用プログラムは、コンピュータに、トポロジ情報に基づいて、ネットワーク内の各ノードにパケットを分散させる確率である転送確率を算出する転送確率算出処理、トポロジ情報に基づいてパケットの宛先ノードまでの最短経路を決定する最短経路決定処理、および、転送確率に応じて選択されるノードと最短経路におけるノードを、確率的に選択して転送先ノードと決定する転送先決定処理を実行させることを特徴とする。   A packet relay program according to the present invention includes a transfer probability calculation process for calculating a transfer probability, which is a probability of distributing a packet to each node in a network, based on topology information, and a packet destination node based on topology information. The shortest path determination process for determining the shortest path to and the transfer destination determination process for selecting the node selected according to the transfer probability and the node in the shortest path stochastically to determine the transfer destination node It is characterized by.

本発明によれば、パケットを中継する際の転送負荷をより効果的に分散できる。   According to the present invention, it is possible to more effectively distribute the transfer load when relaying a packet.

本発明によるパケット中継システムの第1の実施形態の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of 1st Embodiment of the packet relay system by this invention. 第1の実施形態のパケット中継システムの動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of the packet relay system of 1st Embodiment. 本発明によるパケット中継システムの第2の実施形態の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of 2nd Embodiment of the packet relay system by this invention. 第2の実施形態のパケット中継システムの動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of the packet relay system of 2nd Embodiment. 本発明によるパケット中継システムの最小構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the minimum structural example of the packet relay system by this invention.

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

実施形態1.
図1は、本発明によるパケット中継システムの第1の実施形態の構成例を示すブロック図である。以下の説明では、本発明によるパケット中継システムを、ネットワークノード100、または、単にノードと記す。本実施形態におけるネットワークノード100は、転送先決定部110と、パケット分散制御部120と、最短経路制御部130と、通信部140と、トポロジ情報管理部150とを備えている。
Embodiment 1. FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a first embodiment of a packet relay system according to the present invention. In the following description, the packet relay system according to the present invention is referred to as a network node 100 or simply a node. The network node 100 according to the present embodiment includes a transfer destination determination unit 110, a packet distribution control unit 120, a shortest path control unit 130, a communication unit 140, and a topology information management unit 150.

ネットワークノード100は、通信ネットワーク上に少なくとも1つ以上存在し、各ネットワークノード100は、同様に動作する。ここでは、ノードjの動作について説明する。   At least one network node 100 exists on the communication network, and each network node 100 operates similarly. Here, the operation of the node j will be described.

通信部140は、隣接ノードと通信を行い、パケットの授受を行う。通信部140は、パケットを受信すると、転送先決定部110にパケットの転送先を問い合わせ、転送先決定部110の指示する転送先に、受信したパケットを転送する。通信部140は、通信のプロトコルとして任意のプロトコルを用いてよい。   The communication unit 140 communicates with adjacent nodes to exchange packets. When receiving the packet, the communication unit 140 inquires the transfer destination determination unit 110 about the transfer destination of the packet, and transfers the received packet to the transfer destination indicated by the transfer destination determination unit 110. The communication unit 140 may use any protocol as a communication protocol.

トポロジ情報管理部150は、ネットワークのトポロジ情報を収集し、収集したトポロジ情報を保持する。また、トポロジ情報管理部150は、パケット分散制御部120または最短経路制御部130からの要求に応じて、ネットワークのトポロジ情報の提供を行う。ここで、トポロジ情報には、ネットワーク内の各ノード間におけるリンクの有無を示す情報が含まれる。ただし、トポロジ情報は、ノード間のリンクの有無を示す情報以外の情報を含んでいてもよい。   The topology information management unit 150 collects network topology information and holds the collected topology information. The topology information management unit 150 also provides network topology information in response to a request from the packet distribution control unit 120 or the shortest path control unit 130. Here, the topology information includes information indicating the presence / absence of a link between the nodes in the network. However, the topology information may include information other than information indicating the presence / absence of a link between nodes.

転送先決定部110は、通信部140が受信したパケットの次の転送先を決定する。転送先決定部110は、パケットの宛先を読み出し、宛先が自身の隣接ノードであれば宛先ノードを転送先ノードと決定する。一方、パケットの宛先ノードが、自身の隣接ノードでない場合、転送先決定部110は、後述する最短経路制御部130が決定した転送先と、パケット分散制御部120が算出した確率に従って決定される転送先とを確率的に選択することでパケットの転送先を決定する。   The transfer destination determination unit 110 determines the next transfer destination of the packet received by the communication unit 140. The transfer destination determination unit 110 reads the destination of the packet, and determines that the destination node is the transfer destination node if the destination is its own adjacent node. On the other hand, when the destination node of the packet is not its own adjacent node, the transfer destination determination unit 110 determines the transfer determined according to the transfer destination determined by the shortest path control unit 130 described later and the probability calculated by the packet distribution control unit 120. The destination of the packet is determined by selecting the destination stochastically.

ここで、転送先を確率的に選択するとは、具体的には、例えば、管理者等により予め定められる確率δ(0≦δ≦1)に基づいて、パケット分散制御部120が算出した転送確率に応じて選択されるノードを確率δで選択し、最短経路制御部130が決定した転送先を確率1−δで選択する、としてもよい。言い換えると、パケット分散制御部120が算出した各隣接ノードへ転送する確率と、最短経路制御部130が決定した隣接ノードへの転送確率(ここでは、100%)に、確率δを用いて重み付けした転送確率にしたがって隣接ノードを選択するということもできる。   Here, the selection of the transfer destination stochastically means specifically, for example, the transfer probability calculated by the packet distribution control unit 120 based on a probability δ (0 ≦ δ ≦ 1) predetermined by an administrator or the like. It is also possible to select the node selected according to the probability δ and select the transfer destination determined by the shortest path control unit 130 with the probability 1−δ. In other words, the probability of transfer to each adjacent node calculated by the packet distribution control unit 120 and the transfer probability to the adjacent node determined by the shortest path control unit 130 (here, 100%) are weighted using the probability δ. It can also be said that an adjacent node is selected according to the transfer probability.

あるいは、転送先決定部110は、予め隣接ノードのキュー長など、各ノードの負荷状況を監視しておいてもよい。そして、転送先決定部110は、確率δを用いて重み付けされた転送確率に対して、負荷状況に応じた重み付けをさらに行った確率を用いて、パケット転送先を選択してもよい。具体的には、転送先決定部110は、隣接するノードの転送確率に対して、負荷が小さいほど重み付けを重く設定してもよい。   Alternatively, the transfer destination determination unit 110 may monitor the load status of each node in advance, such as the queue length of an adjacent node. Then, the transfer destination determination unit 110 may select a packet transfer destination using a probability obtained by further weighting the transfer probability weighted using the probability δ according to the load status. Specifically, the transfer destination determination unit 110 may set the weighting more heavily as the load is smaller with respect to the transfer probability of the adjacent node.

以下では、説明のため、パケット分散制御部120が算出した転送確率に応じて選択されるノードを確率δで選択し、最短経路制御部130が決定した転送先を確率1−δで選択する場合について述べる。   In the following, for description, a node selected according to the transfer probability calculated by the packet distribution control unit 120 is selected with a probability δ, and a transfer destination determined by the shortest path control unit 130 is selected with a probability 1−δ. Is described.

パケット分散制御部120は、転送先決定部110からの要求に対して、トポロジ情報管理部150が保持するトポロジ情報を参照して、ネットワーク内の各ノードになるべく均一にパケットを分散させる、各隣接ノードへの転送確率を算出する。すなわち、パケット分散制御部120は、各ノードにパケットを均一に分散させる転送確率を算出する。   In response to a request from the transfer destination determination unit 110, the packet distribution control unit 120 refers to the topology information held by the topology information management unit 150 and distributes the packets as uniformly as possible to each node in the network. The transfer probability to the node is calculated. That is, the packet distribution control unit 120 calculates a transfer probability that distributes the packet uniformly to each node.

まず、パケット分散制御部120は、パケットがネットワーク内の各ノードに等確率で存在するような、転送確率行列を算出する。そして、パケット分散制御部120は、算出した転送確率行列におけるj列目の各要素を各隣接ノードへの転送確率とする。以下、転送確率の算出方法について、具体的に説明する。   First, the packet distribution control unit 120 calculates a transfer probability matrix such that a packet exists with equal probability at each node in the network. Then, the packet distribution control unit 120 sets each element in the jth column in the calculated transfer probability matrix as the transfer probability to each adjacent node. Hereinafter, a method for calculating the transfer probability will be described in detail.

パケット分散制御部120は、以下の式7に示すように、固有値1に対応する固有ベクトルがqである転送確率行列T’をトポロジ情報を元に作成する。ここで、ネットワーク内のノード数をnとしたとき、T’はn行n列の行列であり、また、ベクトルqは、全ての成分が1/nであるn次元の列ベクトルである。   The packet distribution control unit 120 creates a transfer probability matrix T ′ in which the eigenvector corresponding to the eigenvalue 1 is q based on the topology information, as shown in Equation 7 below. Here, when the number of nodes in the network is n, T ′ is an n-by-n matrix, and the vector q is an n-dimensional column vector in which all components are 1 / n.

Figure 2012227707
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ここで、式7の表す意味について説明する。パケットの宛先や最短経路を無視して「各ノードが、ある転送確率行列で規定される転送確率のみに従って、あるパケットを転送していく(すなわち、パケットがネットワーク内を動き回る)」場合を考える。この場合、十分に時間が経った後、あるパケットがノードiに存在する確率は、転送確率行列の固有値1に対応する固有ベクトルのi番目成分に等しくなるという性質が知られている。よって、十分時間が経った後に、パケットがノードiに確率1/nで存在する(すなわち、各ノードにパケットが存在する確率が均等である)ための転送確率は、固有値1に対応する固有ベクトルのi番目成分が1/nである転送確率行列を算出することで算出することができる。すなわち、式7は、この性質を近似的に用いた式であり、式7におけるT’は、パケットを各ノードに均一に分散させる転送確率行列を表している。   Here, the meaning represented by Expression 7 will be described. Consider a case where each node forwards a packet according to only the transfer probability specified by a certain transfer probability matrix (that is, the packet moves around in the network) ignoring the packet destination and the shortest path. In this case, it is known that after a sufficient amount of time has passed, the probability that a certain packet exists at the node i is equal to the i-th component of the eigenvector corresponding to the eigenvalue 1 of the transfer probability matrix. Therefore, after a sufficient time has passed, the transfer probability for a packet to exist at node i with probability 1 / n (that is, the probability that a packet exists at each node is equal) is the eigenvector corresponding to eigenvalue 1. It can be calculated by calculating a transfer probability matrix whose i-th component is 1 / n. That is, Expression 7 is an expression that approximately uses this property, and T ′ in Expression 7 represents a transfer probability matrix that uniformly distributes packets to each node.

さらに、転送確率行列T’は、以下に示す式8、式9および式10を満たす必要がある。ここで、転送確率行列T’の要素T’ ijは、ノードjがパケットを受信したとき、このパケットをノードiに転送する確率を表す。 Further, the transfer probability matrix T ′ needs to satisfy the following expressions 8, 9, and 10. Here, the element T ′ ij of the transfer probability matrix T ′ represents the probability of transferring this packet to the node i when the node j receives the packet.

Figure 2012227707
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Figure 2012227707
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Figure 2012227707
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式8は、パケットを受信したノードjがノードiに転送する確率が0以上1以下であることを意味する。式9は、各列(すなわち、各ノードj)が、隣接ノードiに転送する確率の合計が1になることを意味する。また、式10は、ノードiとノードjとの間にリンクが存在しない場合に、転送確率の値が0になることを意味する。ここで、Aijは、ノードiとノードjの間にリンクが張られているときの値が1になり、リンクが張られていないときの値が0になる変数である。ノード間のリンクの有無は、トポロジ情報から判断される。すなわち、式10は、ノード間のリンクの有無によって定められる転送確率行列T’の制約条件を表す。 Expression 8 means that the probability that the node j receiving the packet transfers to the node i is 0 or more and 1 or less. Equation 9 means that the total probability that each column (ie, each node j) transfers to the adjacent node i is 1. Further, Expression 10 means that the transfer probability value becomes 0 when there is no link between the node i and the node j. Here, A ij is a variable whose value becomes 1 when a link is established between the node i and the node j and becomes 0 when a link is not established. The presence / absence of a link between nodes is determined from the topology information. That is, Expression 10 represents a constraint condition of the transfer probability matrix T ′ determined by the presence / absence of a link between nodes.

一般に、式8〜式10の制約を満たしつつ、式7が成り立つT’が存在しない場合がある。この場合、パケット分散制御部120は、式8〜式10の制約を満たしつつ、固有値1に対応する固有ベクトルrがなるべくqに近くなるT’を求める。そして、パケット分散制御部120は、T’のj列目の要素を各隣接ノードへの転送確率として、転送先決定部110に通知する。パケット分散制御部120は、例えば、以下の式11に示す関数を最小化するT’を求めてもよい。   In general, there may be no T ′ that satisfies Expression 7 while satisfying the restrictions of Expressions 8 to 10. In this case, the packet distribution control unit 120 obtains T ′ so that the eigenvector r corresponding to the eigenvalue 1 is as close to q as possible while satisfying the constraints of Expressions 8 to 10. Then, the packet distribution control unit 120 notifies the transfer destination determination unit 110 of the element in the j-th column of T ′ as the transfer probability to each adjacent node. For example, the packet distribution control unit 120 may obtain T ′ that minimizes the function shown in the following Expression 11.

Figure 2012227707
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パケット分散制御部120は、例えば、山登り法や遺伝的アルゴリズムなど、最適化の分野で知られている種々の手法を用いて、式11に例示する関数を最小化するT’を求めればよい。   The packet distribution control unit 120 may obtain T ′ that minimizes the function exemplified in Expression 11 using various methods known in the field of optimization, such as a hill-climbing method and a genetic algorithm.

最短経路制御部130は、転送先決定部110からの要求に対して、パケットの宛先ノードまでの最短経路をトポロジ情報管理部150を参照して探索する。そして、最短経路制御部130は、パケットが最短で宛先ノードに到達するための転送先情報を転送先決定部110に返信する。なお、この転送先情報には、通信部140がパケットを転送する隣接ノードを示す情報も含まれる。最短経路制御部130は、例えば、ダイクストラ法など、任意の手法を用いて最短経路を探索する。   The shortest path control unit 130 searches the shortest path to the destination node of the packet with reference to the topology information management unit 150 in response to the request from the transfer destination determination unit 110. Then, the shortest path control unit 130 returns, to the transfer destination determination unit 110, transfer destination information for the packet to reach the destination node in the shortest time. The transfer destination information includes information indicating an adjacent node to which the communication unit 140 transfers a packet. The shortest path control unit 130 searches for the shortest path using an arbitrary method such as a Dijkstra method.

転送先決定部110と、パケット分散制御部120と、最短経路制御部130とは、プログラム(パケット中継用プログラム)に従って動作するコンピュータのCPUによって実現される。例えば、プログラムは、ネットワークノード100の記憶部(図示せず)に記憶され、CPUは、そのプログラムを読み込み、プログラムに従って、転送先決定部110、パケット分散制御部120および最短経路制御部130として動作してもよい。また、転送先決定部110と、パケット分散制御部120と、最短経路制御部130とは、それぞれが専用のハードウェアで実現されていてもよい。   The transfer destination determination unit 110, the packet distribution control unit 120, and the shortest path control unit 130 are realized by a CPU of a computer that operates according to a program (packet relay program). For example, the program is stored in a storage unit (not shown) of the network node 100, and the CPU reads the program and operates as the transfer destination determination unit 110, the packet distribution control unit 120, and the shortest path control unit 130 according to the program. May be. In addition, each of the transfer destination determination unit 110, the packet distribution control unit 120, and the shortest path control unit 130 may be realized by dedicated hardware.

次に、本実施形態におけるネットワークノード100の動作を説明する。まず、通信部140は、パケットを受信すると(ステップS201)、転送先決定部110にパケットの転送先を問い合わせる。転送先決定部110は、パケットの宛先ノードを読み出す(ステップS202)。パケットの宛先が自身の隣接ノードであれば(ステップS203におけるYes)、転送先決定部110は、パケットの転送先を宛先ノードとして通信部140からの問い合わせに返答する(ステップS207)。   Next, the operation of the network node 100 in this embodiment will be described. First, when receiving a packet (step S201), the communication unit 140 inquires the transfer destination determination unit 110 about the transfer destination of the packet. The transfer destination determination unit 110 reads the destination node of the packet (step S202). If the destination of the packet is its own adjacent node (Yes in step S203), the transfer destination determination unit 110 replies to the inquiry from the communication unit 140 with the transfer destination of the packet as the destination node (step S207).

一方、パケットの宛先が自身の隣接ノードでない場合(ステップS203におけるNo)、転送先決定部110は、パケットがネットワーク内に均一に分散するための転送確率をパケット分散制御部120に問い合わせる。さらに、転送先決定部110は、パケットが最短経路を通って宛先ノードに到達するための転送先を最短経路制御部130に問い合わせる。パケット分散制御部120は、トポロジ情報をもとに転送確率を算出し(ステップS204)、算出結果を転送先決定部110に通知する。また、最短経路制御部130は、トポロジ情報をもとに最短経路に基づく転送先を決定し(ステップS205)、決定した転送先を転送先決定部110に通知する。   On the other hand, when the destination of the packet is not its own adjacent node (No in step S203), the transfer destination determination unit 110 inquires the packet distribution control unit 120 about the transfer probability for the packet to be uniformly distributed in the network. Further, the transfer destination determination unit 110 inquires of the shortest path control unit 130 about a transfer destination for the packet to reach the destination node through the shortest path. The packet distribution control unit 120 calculates the transfer probability based on the topology information (step S204), and notifies the transfer destination determination unit 110 of the calculation result. Further, the shortest path control unit 130 determines a transfer destination based on the shortest path based on the topology information (step S205), and notifies the transfer destination determination unit 110 of the determined transfer destination.

次に、転送先決定部110は、パケット分散制御部120が提供する転送確率に従った転送先と、最短経路制御部130が決定した転送先とを確率的に選択する(ステップS206)。転送先決定部110は、例えば、確率δでパケット分散制御部120が提供する転送確率に従った転送先を選択し、確率1−δで最短経路制御部130が決定した転送先を選択する。最後に、通信部140は、転送先決定部110が指示する転送先に、パケットを転送する(ステップS208)。   Next, the transfer destination determination unit 110 probabilistically selects the transfer destination according to the transfer probability provided by the packet distribution control unit 120 and the transfer destination determined by the shortest path control unit 130 (step S206). For example, the transfer destination determination unit 110 selects a transfer destination according to the transfer probability provided by the packet distribution control unit 120 with the probability δ, and selects the transfer destination determined by the shortest path control unit 130 with the probability 1−δ. Finally, the communication unit 140 transfers the packet to the transfer destination designated by the transfer destination determination unit 110 (step S208).

以上のように、本実施形態によれば、パケット分散制御部120が、トポロジ情報に基づいて、ネットワーク内の各ノードにパケットを分散させる確率(転送確率)を算出し、最短経路制御部130が、トポロジ情報に基づいてパケットの宛先ノードまでの最短経路を決定する。そして、転送先決定部110が、転送確率に応じて選択されるノードと最短経路におけるノードを、確率的に選択して転送先ノードと決定する。よって、パケットを中継する際の転送負荷をより効果的に分散できる。   As described above, according to the present embodiment, the packet distribution control unit 120 calculates the probability (transfer probability) of distributing a packet to each node in the network based on the topology information, and the shortest path control unit 130 The shortest path to the packet destination node is determined based on the topology information. Then, the transfer destination determination unit 110 probabilistically selects the node selected according to the transfer probability and the node in the shortest path as the transfer destination node. Therefore, the transfer load when relaying the packet can be more effectively distributed.

すなわち、本実施形態では、パケットは、常に最短経路に転送されるのではなく、確率δでネットワーク内のノードに均一に分散するよう転送される。その結果、パケットがハブノードに集中することを防止でき、ネットワークの輻輳を回避できる。   In other words, in this embodiment, the packets are not always transferred to the shortest path, but are transferred so as to be uniformly distributed to the nodes in the network with a probability δ. As a result, packets can be prevented from concentrating on the hub node, and network congestion can be avoided.

また、宛先ノードが隣接するノードの場合、転送先決定部110が、その隣接するノードを転送ノードと決定している。このように、転送先が明らかな場合には、無駄な転送処理を抑制することで、転送負荷を効果的に抑制できている。   When the destination node is an adjacent node, the transfer destination determination unit 110 determines the adjacent node as the transfer node. Thus, when the transfer destination is clear, the transfer load can be effectively suppressed by suppressing useless transfer processing.

実施形態2.
図3は、本発明によるパケット中継システムの第2の実施形態の構成例を示すブロック図である。なお、第1の実施形態と同様の構成については、図1と同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態におけるネットワークノード300は、転送先決定部110と、パケット分散制御部320と、最短経路制御部130と、通信部140と、トポロジ情報管理部150と、転送容量情報管理部360とを備えている。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the second embodiment of the packet relay system according to the present invention. In addition, about the structure similar to 1st Embodiment, the code | symbol same as FIG. 1 is attached | subjected and description is abbreviate | omitted. The network node 300 in this embodiment includes a transfer destination determination unit 110, a packet distribution control unit 320, a shortest path control unit 130, a communication unit 140, a topology information management unit 150, and a transfer capacity information management unit 360. I have.

すなわち、本実施形態のネットワークノード300は、転送容量情報管理部360を備えており、パケット分散制御部320の動作がパケット分散制御部120の動作と異なる点において、第1の実施形態におけるネットワークノード100と異なる。   That is, the network node 300 of this embodiment includes a transfer capacity information management unit 360, and the network node in the first embodiment is different from the operation of the packet distribution control unit 120 in the operation of the packet distribution control unit 320. Different from 100.

転送容量情報管理部360は、ネットワーク内における各ノードのパケット転送容量を示す情報(以下、転送容量情報と記す。)を収集し、収集した転送容量情報を保持する。また、転送容量情報管理部360は、パケット分散制御部320からの要求に応じて、各ノードの転送容量情報を提供する。   The transfer capacity information management unit 360 collects information (hereinafter referred to as transfer capacity information) indicating the packet transfer capacity of each node in the network, and holds the collected transfer capacity information. Further, the transfer capacity information management unit 360 provides transfer capacity information of each node in response to a request from the packet distribution control unit 320.

パケット分散制御部320は、トポロジ情報管理部150が保持するトポロジ情報と、転送容量情報管理部360が保持する転送容量情報とを参照し、各ノードの転送容量に比例した量にパケットを分散させる転送確率を算出する。すなわち、パケット分散制御部320は、各ノードの転送容量に応じてパケットを分散させる転送確率を算出する。   The packet distribution control unit 320 refers to the topology information held by the topology information management unit 150 and the transfer capacity information held by the transfer capacity information management unit 360, and distributes the packet to an amount proportional to the transfer capacity of each node. Calculate the transfer probability. That is, the packet distribution control unit 320 calculates a transfer probability for distributing packets according to the transfer capacity of each node.

具体的には、ベクトルq’の各成分q’を、以下の式12のように定義する。ここで、ベクトルq’は、第1の実施形態における固有ベクトルqに対応するn次元の列ベクトルである。また、uは、各ノードjの転送容量を表す。すなわち、転送容量が多いノードに対応するq’には、より大きな値が設定される。 Specifically, each component q ′ j of the vector q ′ is defined as in the following Expression 12. Here, the vector q ′ is an n-dimensional column vector corresponding to the eigenvector q in the first embodiment. U j represents the transfer capacity of each node j. That is, a larger value is set for q ′ j corresponding to a node having a large transfer capacity.

Figure 2012227707
Figure 2012227707

そして、パケット分散制御部320は、以下の式13に示すように、固有値1に対応する固有ベクトルがベクトルq’になる転送確率行列T’を求める。パケット分散制御部320は、T’のj列目の要素を各隣接ノードへの転送確率として、転送先決定部110に通知する。   Then, the packet distribution control unit 320 obtains a transfer probability matrix T ′ in which the eigenvector corresponding to the eigenvalue 1 is a vector q ′ as shown in the following Expression 13. The packet distribution control unit 320 notifies the transfer destination determination unit 110 of the element in the jth column of T ′ as the transfer probability to each adjacent node.

Figure 2012227707
Figure 2012227707

ただし、このT’についても上記の式8〜式10を満たす必要がある。しかし、式13を満たすT’が存在しない場合がある。この場合、パケット分散制御部320は、式8〜式10の制約を満たしつつ、固有値1に対応する固有ベクトルrがなるべくq’に近くなるT’を求める。そして、パケット分散制御部320は、T’のj列目の要素を各隣接ノードへの転送確率として、転送先決定部110に通知する。パケット分散制御部320は、例えば、以下の式14に示す関数を最小化するT’を求めてもよい。   However, this T ′ also needs to satisfy the above formulas 8 to 10. However, there may be no T ′ that satisfies Expression 13. In this case, the packet distribution control unit 320 obtains T ′ where the eigenvector r corresponding to the eigenvalue 1 is as close to q ′ as possible while satisfying the constraints of Expressions 8 to 10. Then, the packet distribution control unit 320 notifies the transfer destination determination unit 110 of the element in the jth column of T ′ as the transfer probability to each adjacent node. For example, the packet distribution control unit 320 may obtain T ′ that minimizes the function shown in the following Expression 14.

Figure 2012227707
Figure 2012227707

パケット分散制御部320は、例えば、山登り法や遺伝的アルゴリズムなど、最適化の分野で知られている種々の手法を用いて、式14に例示する関数を最小化するT’を求めればよい。   The packet distribution control unit 320 may obtain T ′ that minimizes the function exemplified in Expression 14 using various methods known in the field of optimization, such as a hill-climbing method and a genetic algorithm.

転送先決定部110と、パケット分散制御部320と、最短経路制御部130とは、プログラム(パケット中継用プログラム)に従って動作するコンピュータのCPUによって実現される。また、転送先決定部110と、パケット分散制御部320と、最短経路制御部130とは、それぞれが専用のハードウェアで実現されていてもよい。   The transfer destination determination unit 110, the packet distribution control unit 320, and the shortest path control unit 130 are realized by a CPU of a computer that operates according to a program (packet relay program). In addition, each of the transfer destination determination unit 110, the packet distribution control unit 320, and the shortest path control unit 130 may be realized by dedicated hardware.

次に、本実施形態におけるネットワークノード300の動作を説明する。まず、通信部140は、パケットを受信すると(ステップS401)、転送先決定部110にパケットの転送先を問い合わせる。転送先決定部110は、パケットの宛先ノードを読み出す(ステップS402)。パケットの宛先が自身の隣接ノードであれば(ステップS403におけるYes)、転送先決定部110は、パケットの転送先を宛先ノードとして通信部140からの問い合わせに返答する(ステップS407)。   Next, the operation of the network node 300 in this embodiment will be described. First, when receiving a packet (step S401), the communication unit 140 inquires the transfer destination determination unit 110 about the transfer destination of the packet. The transfer destination determination unit 110 reads the destination node of the packet (step S402). If the destination of the packet is its own adjacent node (Yes in step S403), the transfer destination determination unit 110 replies to the inquiry from the communication unit 140 with the transfer destination of the packet as the destination node (step S407).

一方、パケットの宛先が自身の隣接ノードでない場合(ステップS403におけるNo)、転送先決定部110は、ネットワーク内において各ノードの転送容量に比例した量にパケットを分散させる転送確率をパケット分散制御部320に問い合わせる。さらに、転送先決定部110は、パケットが最短経路を通って宛先ノードに到達するための転送先を最短経路制御部130に問い合わせる。パケット分散制御部320は、トポロジ情報および転送容量情報をもとに転送確率を算出し(ステップS404)、算出結果を転送先決定部110に通知する。また、最短経路制御部130は、トポロジ情報をもとに最短経路に基づく転送先を決定し(ステップS405)、決定した転送先を転送先決定部110に通知する。   On the other hand, when the destination of the packet is not its own adjacent node (No in step S403), the transfer destination determining unit 110 sets the transfer probability for distributing the packet to an amount proportional to the transfer capacity of each node in the network. Contact 320. Further, the transfer destination determination unit 110 inquires of the shortest path control unit 130 about a transfer destination for the packet to reach the destination node through the shortest path. The packet distribution control unit 320 calculates the transfer probability based on the topology information and the transfer capacity information (step S404), and notifies the transfer destination determination unit 110 of the calculation result. Further, the shortest path control unit 130 determines a transfer destination based on the shortest path based on the topology information (step S405), and notifies the transfer destination determination unit 110 of the determined transfer destination.

次に、転送先決定部110は、パケット分散制御部320が提供する転送確率に従った転送先と、最短経路制御部130が決定した転送先とを確率的に選択する(ステップS406)。転送先決定部110は、例えば、確率δでパケット分散制御部120が提供する転送確率に従った転送先を選択し、確率1−δで最短経路制御部130が決定した転送先を選択する。最後に、通信部140は、転送先決定部110が指示する転送先に、パケットを転送する(ステップS408)。   Next, the transfer destination determination unit 110 probabilistically selects the transfer destination according to the transfer probability provided by the packet distribution control unit 320 and the transfer destination determined by the shortest path control unit 130 (step S406). For example, the transfer destination determination unit 110 selects a transfer destination according to the transfer probability provided by the packet distribution control unit 120 with the probability δ, and selects the transfer destination determined by the shortest path control unit 130 with the probability 1−δ. Finally, the communication unit 140 transfers the packet to the transfer destination designated by the transfer destination determination unit 110 (step S408).

以上のように、本実施形態によれば、パケット分散制御部320が、トポロジ情報および転送容量情報に基づいて、ネットワーク内の各ノードに、そのノードの転送容量に比例した量のパケットを分散させる転送確率を算出する。すなわち、本実施形態では、パケットは、常に最短経路に転送されるのではなく、確率δでネットワーク内のノードの転送容量に比例した量に分散するよう転送される。その結果、パケットがハブノードに集中することを防止できるとともに、転送容量の乏しいノードの転送負荷が軽減されるため、ネットワークの輻輳を回避できる。   As described above, according to this embodiment, the packet distribution control unit 320 distributes an amount of packets proportional to the transfer capacity of each node to each node in the network based on the topology information and the transfer capacity information. Calculate the transfer probability. That is, in this embodiment, packets are not always transferred to the shortest path, but are transferred so as to be distributed in an amount proportional to the transfer capacity of the nodes in the network with probability δ. As a result, it is possible to prevent the packets from concentrating on the hub node and to reduce the transfer load of the node having a small transfer capacity, thereby avoiding network congestion.

例えば、特許文献1に記載されたパケット経路制御方法では、ネットワーク内における各ノードの転送容量が考慮されていない。すなわち、転送容量の乏しいノードと、転送容量の大きなノードが同列に扱われている。このため、特許文献1に記載されたパケット経路制御方法では、転送容量の乏しいノードがボトルネックになり、輻輳を引き起こす恐れがある。しかし、本実施形態によれば、ノードの転送容量が大きいほど、選択される確率が高くなるため、パケットの転送負荷をより効率的に分散できる。   For example, in the packet route control method described in Patent Document 1, the transfer capacity of each node in the network is not considered. That is, a node having a small transfer capacity and a node having a large transfer capacity are handled in the same row. For this reason, in the packet path control method described in Patent Document 1, a node having a small transfer capacity becomes a bottleneck, which may cause congestion. However, according to the present embodiment, the probability of selection increases as the transfer capacity of the node increases, so that the packet transfer load can be more efficiently distributed.

次に、本発明の最小構成例を説明する。図5は、本発明によるパケット中継システムの最小構成例を示すブロック図である。本発明によるパケット中継システムは、トポロジ情報に基づいて、ネットワーク内の各ノードにパケットを分散させる確率である転送確率(例えば、転送確率行列T’)を算出する転送確率算出手段81(例えば、パケット分散制御部120)と、トポロジ情報に基づいてパケットの宛先ノードまでの最短経路を決定する最短経路決定手段82(例えば、最短経路制御部130)と、転送確率に応じて選択されるノードと最短経路におけるノードを、確率的に選択して転送先ノードと決定する転送先決定手段83(例えば、転送先決定部110)とを備えている。   Next, a minimum configuration example of the present invention will be described. FIG. 5 is a block diagram showing a minimum configuration example of the packet relay system according to the present invention. The packet relay system according to the present invention has a transfer probability calculation means 81 (for example, a packet) that calculates a transfer probability (for example, a transfer probability matrix T ′) that is a probability of distributing a packet to each node in the network based on the topology information. The distribution control unit 120), the shortest route determination means 82 (for example, the shortest route control unit 130) that determines the shortest route to the destination node of the packet based on the topology information, the node selected according to the transfer probability, and the shortest A transfer destination determination unit 83 (for example, a transfer destination determination unit 110) that probabilistically selects a node in the route and determines it as a transfer destination node is provided.

そのような構成により、パケットを中継する際の転送負荷をより効果的に分散できる。   With such a configuration, it is possible to more effectively distribute the transfer load when relaying a packet.

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。   A part or all of the above-described embodiment can be described as in the following supplementary notes, but is not limited thereto.

(付記1)トポロジ情報に基づいて、ネットワーク内の各ノードにパケットを分散させる確率である転送確率を算出する転送確率算出手段と、トポロジ情報に基づいてパケットの宛先ノードまでの最短経路を決定する最短経路決定手段と、前記転送確率に応じて選択されるノードと前記最短経路におけるノードを、確率的に選択して転送先ノードと決定する転送先決定手段とを備えたことを特徴とするパケット中継システム。 (Supplementary note 1) Based on the topology information, a transfer probability calculating means for calculating a transfer probability that is a probability of distributing the packet to each node in the network, and a shortest path to the destination node of the packet is determined based on the topology information. A packet comprising: a shortest path determining unit; a node selected according to the transfer probability; and a transfer destination determining unit that probabilistically selects a node in the shortest path and determines a transfer destination node. Relay system.

(付記2)転送確率算出手段は、ネットワーク内の各ノードにパケットを略均一に分散させる転送確率を算出する付記1記載のパケット中継システム。 (Supplementary note 2) The packet relay system according to supplementary note 1, wherein the transfer probability calculation means calculates a transfer probability that distributes packets substantially uniformly to each node in the network.

(付記3)ネットワーク内における各ノードのパケット転送容量を示す転送容量情報を記憶する転送容量情報記憶手段を備え、転送確率算出手段は、トポロジ情報および前記転送容量情報に基づいて、ネットワーク内の各ノードに、当該ノードの転送容量に比例した量のパケットを分散させる転送確率を算出する付記1記載のパケット中継システム。 (Supplementary Note 3) Transfer capacity information storage means for storing transfer capacity information indicating the packet transfer capacity of each node in the network is provided, and the transfer probability calculation means is based on the topology information and the transfer capacity information. The packet relay system according to supplementary note 1, wherein a packet transfer probability that distributes an amount of packets proportional to a transfer capacity of the node to a node is calculated.

(付記4)転送確率算出手段は、ネットワーク上の各ノードにパケットが存在する確率を固有ベクトルの各成分とする固有値が1である転送確率行列を算出し、算出した転送確率行列における各要素を転送確率とする付記1から付記3のうちのいずれか1つに記載のパケット中継システム。 (Supplementary Note 4) The transfer probability calculation means calculates a transfer probability matrix having an eigenvalue of 1 with the probability that a packet exists at each node on the network as each component of the eigenvector, and transfers each element in the calculated transfer probability matrix The packet relay system according to any one of Supplementary Note 1 to Supplementary Note 3 that is a probability.

(付記5)転送先決定手段は、宛先ノードが隣接するノードの場合、当該ノードを転送ノードと決定する付記1から付記4のうちのいずれか1つに記載のパケット中継システム。 (Supplementary note 5) The packet relay system according to any one of supplementary notes 1 to 4, wherein the forwarding destination determining unit determines that the destination node is a forwarding node when the destination node is an adjacent node.

(付記6)トポロジ情報に基づいて、ネットワーク内の各ノードにパケットを分散させる確率である転送確率を算出し、トポロジ情報に基づいてパケットの宛先ノードまでの最短経路を決定し、前記転送確率に応じて選択されるノードと前記最短経路におけるノードを、確率的に選択して転送先ノードと決定することを特徴とするパケット中継方法。 (Supplementary note 6) Based on the topology information, a transfer probability that is a probability of distributing the packet to each node in the network is calculated, a shortest path to the destination node of the packet is determined based on the topology information, and the transfer probability A packet relay method characterized by probabilistically selecting a node selected accordingly and a node on the shortest path to determine a forwarding destination node.

(付記7)ネットワーク内の各ノードにパケットを略均一に分散させる転送確率を算出する付記6記載のパケット中継方法。 (Additional remark 7) The packet relay method of additional remark 6 which calculates the transfer probability which distributes a packet substantially uniformly to each node in a network.

(付記8)ネットワーク内における各ノードのパケット転送容量およびトポロジ情報に基づいて、ネットワーク内の各ノードに、当該ノードのパケット転送容量に比例した量のパケットを分散させる転送確率を算出する付記6記載のパケット中継方法。 (Supplementary note 8) Supplementary note 6 for calculating, based on the packet transfer capacity and topology information of each node in the network, a transfer probability for distributing an amount of packets proportional to the packet transfer capacity of the node to each node in the network Packet relay method.

(付記9)コンピュータに、トポロジ情報に基づいて、ネットワーク内の各ノードにパケットを分散させる確率である転送確率を算出する転送確率算出処理、トポロジ情報に基づいてパケットの宛先ノードまでの最短経路を決定する最短経路決定処理、および、前記転送確率に応じて選択されるノードと前記最短経路におけるノードを、確率的に選択して転送先ノードと決定する転送先決定処理を実行させるためのパケット中継用プログラム。 (Supplementary note 9) Transfer probability calculation processing for calculating a transfer probability that is a probability of distributing a packet to each node in the network based on the topology information, and a shortest path to the destination node of the packet based on the topology information Packet relay for executing the shortest path determination process to be determined, and the transfer destination determination process in which a node selected according to the transfer probability and a node in the shortest path are stochastically selected and determined as a transfer destination node Program.

(付記10)コンピュータに、転送確率算出処理で、ネットワーク内の各ノードにパケットを略均一に分散させる転送確率を算出させる付記9記載のパケット中継用プログラム。 (Additional remark 10) The packet relay program of Additional remark 9 which makes a computer calculate the transfer probability which distributes a packet substantially uniformly to each node in a network by a transfer probability calculation process.

(付記11)コンピュータに、転送確率算出処理で、ネットワーク内における各ノードのパケット転送容量およびトポロジ情報に基づいて、ネットワーク内の各ノードに、当該ノードのパケット転送容量に比例した量のパケットを分散させる転送確率を算出させる付記9記載のパケット中継システム。 (Supplementary note 11) In a transfer probability calculation process, an amount of packets proportional to the packet transfer capacity of the node is distributed to each node in the network based on the packet transfer capacity and topology information of each node in the network. The packet relay system according to appendix 9, wherein a transfer probability is calculated.

本発明は、パケットの転送負荷分散を実現するパケット中継システムに好適に適用される。例えば、本発明によるパケット中継システムを用いて通信ネットワークを構築することができる。本発明は、例えば、パケット中継用プログラムに従って動作するコンピュータのCPUによって実現することができる。   The present invention is preferably applied to a packet relay system that realizes packet transfer load distribution. For example, a communication network can be constructed using the packet relay system according to the present invention. The present invention can be realized by, for example, a CPU of a computer that operates according to a packet relay program.

100,300 ネットワークノード
110 転送先決定部
120,320 パケット分散制御部
130 最短経路制御部
140 通信部
150 トポロジ情報管理部
360 転送容量情報管理部
100, 300 Network node 110 Transfer destination determination unit 120, 320 Packet distribution control unit 130 Shortest path control unit 140 Communication unit 150 Topology information management unit 360 Transfer capacity information management unit

Claims (10)

トポロジ情報に基づいて、ネットワーク内の各ノードにパケットを分散させる確率である転送確率を算出する転送確率算出手段と、
トポロジ情報に基づいてパケットの宛先ノードまでの最短経路を決定する最短経路決定手段と、
前記転送確率に応じて選択されるノードと前記最短経路におけるノードを、確率的に選択して転送先ノードと決定する転送先決定手段とを備えた
ことを特徴とするパケット中継システム。
Transfer probability calculation means for calculating a transfer probability, which is a probability of distributing packets to each node in the network, based on topology information;
Shortest path determination means for determining the shortest path to the destination node of the packet based on the topology information;
A packet relay system comprising: a destination selected according to the forwarding probability and a forwarding destination determining means for stochastically selecting a node on the shortest path and determining the forwarding destination node.
転送確率算出手段は、ネットワーク内の各ノードにパケットを略均一に分散させる転送確率を算出する
請求項1記載のパケット中継システム。
The packet relay system according to claim 1, wherein the transfer probability calculation means calculates a transfer probability for distributing the packet substantially uniformly to each node in the network.
ネットワーク内における各ノードのパケット転送容量を示す転送容量情報を記憶する転送容量情報記憶手段を備え、
転送確率算出手段は、トポロジ情報および前記転送容量情報に基づいて、ネットワーク内の各ノードに、当該ノードの転送容量に比例した量のパケットを分散させる転送確率を算出する
請求項1記載のパケット中継システム。
Transfer capacity information storage means for storing transfer capacity information indicating the packet transfer capacity of each node in the network;
The packet relay according to claim 1, wherein the transfer probability calculation means calculates a transfer probability for distributing an amount of packets proportional to the transfer capacity of each node to each node in the network based on the topology information and the transfer capacity information. system.
転送確率算出手段は、ネットワーク上の各ノードにパケットが存在する確率を固有ベクトルの各成分とする固有値が1である転送確率行列を算出し、算出した転送確率行列における各要素を転送確率とする
請求項1から請求項3のうちのいずれか1項に記載のパケット中継システム。
The transfer probability calculation means calculates a transfer probability matrix having an eigenvalue of 1 with the probability that a packet exists at each node on the network as each component of the eigenvector, and uses each element in the calculated transfer probability matrix as a transfer probability. The packet relay system according to any one of claims 1 to 3.
転送先決定手段は、宛先ノードが隣接するノードの場合、当該ノードを転送ノードと決定する
請求項1から請求項4のうちのいずれか1項に記載のパケット中継システム。
The packet relay system according to any one of claims 1 to 4, wherein, when the destination node is an adjacent node, the transfer destination determination unit determines the node as a transfer node.
トポロジ情報に基づいて、ネットワーク内の各ノードにパケットを分散させる確率である転送確率を算出し、
トポロジ情報に基づいてパケットの宛先ノードまでの最短経路を決定し、
前記転送確率に応じて選択されるノードと前記最短経路におけるノードを、確率的に選択して転送先ノードと決定する
ことを特徴とするパケット中継方法。
Based on the topology information, calculate the transfer probability, which is the probability of distributing the packet to each node in the network,
Determine the shortest path to the packet destination node based on the topology information,
A packet relay method characterized by probabilistically selecting a node selected according to the transfer probability and a node in the shortest path as a transfer destination node.
ネットワーク内の各ノードにパケットを略均一に分散させる転送確率を算出する
請求項6記載のパケット中継方法。
The packet relay method according to claim 6, wherein a transfer probability that distributes packets substantially uniformly to each node in the network is calculated.
ネットワーク内における各ノードのパケット転送容量およびトポロジ情報に基づいて、ネットワーク内の各ノードに、当該ノードのパケット転送容量に比例した量のパケットを分散させる転送確率を算出する
請求項6記載のパケット中継方法。
7. The packet relay according to claim 6, wherein a transfer probability for distributing an amount of packets proportional to the packet transfer capacity of the node to each node in the network is calculated based on the packet transfer capacity and topology information of each node in the network. Method.
コンピュータに、
トポロジ情報に基づいて、ネットワーク内の各ノードにパケットを分散させる確率である転送確率を算出する転送確率算出処理、
トポロジ情報に基づいてパケットの宛先ノードまでの最短経路を決定する最短経路決定処理、および、
前記転送確率に応じて選択されるノードと前記最短経路におけるノードを、確率的に選択して転送先ノードと決定する転送先決定処理
を実行させるためのパケット中継用プログラム。
On the computer,
A transfer probability calculation process for calculating a transfer probability, which is a probability of distributing packets to each node in the network, based on the topology information;
A shortest route determination process for determining the shortest route to the destination node of the packet based on the topology information, and
A packet relaying program for executing a forwarding destination determination process for stochastically selecting a node selected according to the forwarding probability and a node on the shortest path as a forwarding destination node.
コンピュータに、
転送確率算出処理で、ネットワーク内の各ノードにパケットを略均一に分散させる転送確率を算出させる
請求項9記載のパケット中継用プログラム。
On the computer,
The packet relay program according to claim 9, wherein the transfer probability calculation processing calculates a transfer probability that distributes the packets substantially uniformly to each node in the network.
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