JP2013162393A - Content distribution system distribution route calculation method and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンテンツ配信システムの配信経路計算方法および装置に係り、特に、一つのコンテンツを複数の部分コンテンツに分割してネットワーク上に分散配置し、これらの部分コンテンツを一つの配信先ノードへ複数の経路で配信して復号する閾値秘密分散に好適なコンテンツ配信システムの配信経路計算方法および装置に関する。 The present invention relates to a distribution route calculation method and apparatus for a content distribution system, and in particular, divides one content into a plurality of partial contents and distributes them on a network, and distributes a plurality of these partial contents to one distribution destination node. It is related with the delivery route calculation method and apparatus of a content delivery system suitable for the threshold secret sharing which delivers and decodes by this route.
１つのコンテンツを暗号化されたN個の部分コンテンツに分割し、当該N個の部分コンテンツのうち、K (≦N) 個以上の部分コンテンツが集まらないと元のコンテンツを復号できないように秘密分散する閾値秘密分散が非特許文献１に開示されている。 Dividing one content into N pieces of encrypted partial content, and secret sharing so that the original content cannot be decrypted unless K (≦ N) or more of the N pieces of partial content are collected Non-Patent Document 1 discloses threshold secret sharing.
また、データ保持のリスク分散を図るために、N個に分割された部分コンテンツを複数のノードで秘密分散保持する技術が特許文献１，２に開示されている。 Also, Patent Documents 1 and 2 disclose techniques for secretly distributing and holding N partial contents divided by a plurality of nodes in order to distribute the risk of data retention.
さらに、複数のノードで秘密分散保持されているN個の部分コンテンツの内のK (≦N) 個をネットワーク経由で配信先ノードまで転送する際に、全ての部分コンテンツが転送途中に盗聴される確率が最小となる配信経路を算出する技術が特許文献３，４に開示されている。 Furthermore, when K (≦ N) of N pieces of partial content held secretly held by multiple nodes is transferred to the distribution destination node via the network, all partial contents are wiretapped during the transfer. Patent Documents 3 and 4 disclose techniques for calculating a delivery route that minimizes the probability.
（K，N）閾値秘密分散では、N個の部分コンテンツから任意のK個の部分コンテンツを集めれば元データを復号できるので、複数のノードで秘密分散保持されているN個の部分コンテンツを配信先ノードまでネットワークを介して転送する際、転送途中でN-K個の部分コンテンツが失われても、配信先ノードで元のコンテンツを復号できる。 In (K, N) threshold secret sharing, the original data can be decrypted by collecting arbitrary K partial contents from N partial contents, so N partial contents that are secretly distributed and held by multiple nodes are distributed. When transferring to the destination node via the network, the original content can be decrypted at the distribution destination node even if NK partial contents are lost during the transfer.
すなわち、多重リンク障害によってN-K+1個以上の部分コンテンツが欠落してしまう確率を最小化できる部分コンテンツの配信経路を設定できれば、多重リンク障害により元のコンテンツを復号できなくなる確率を最小化できる。 In other words, if a partial content distribution path that can minimize the probability of missing N-K + 1 or more partial contents due to a multilink failure is established, the probability that the original content cannot be decoded due to the multilink failure is minimized. it can.
例えば、各部分コンテンツの配信経路が同一リンクを通っていると、当該リンクに障害が発生した場合には、N-K本未満の多重リンク障害でも元のコンテンツを復号できなくなってしまう場合がある。したがって、（K，N）閾値秘密分散を適用したデータ配信では、各配信経路は同一リンクを通らない経路（リンク独立経路）であることが望ましい。 For example, if the distribution route of each partial content passes through the same link, if a failure occurs in the link, the original content may not be able to be decoded even if there are less than N-K multi-link failures. Therefore, in data distribution to which (K, N) threshold secret sharing is applied, each distribution path is preferably a path that does not pass through the same link (link independent path).
しかしながら、従来技術では（K，N）閾値秘密分散を利用して部分コンテンツを複数経路で配信する際に、部分コンテンツがリンク独立経路を通るようにすることで、多重リンク障害により元のコンテンツを復号できなくなる確率を最小化できる経路を簡単に計算することができなかった。 However, in the prior art, when distributing partial content using multiple paths using (K, N) threshold secret sharing, the partial content is allowed to pass through a link-independent route. A route that can minimize the probability of being unable to decode could not be calculated easily.
本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、閾値秘密分散された複数の部分コンテンツがネットワーク上の配信元ノードに分散配置され、各配信元ノードから配信先ノードへ複数の経路で各部分コンテンツを配信する際に、多重リンク障害によって元のコンテンツを復号できなくなる確率を最小化できる配信経路の計算方法および装置を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, and a plurality of partial contents with threshold secret sharing are distributed and distributed to distribution source nodes on the network, and a plurality of routes from each distribution source node to the distribution destination node. An object of the present invention is to provide a distribution route calculation method and apparatus capable of minimizing the probability that original content cannot be decoded due to a multilink failure when distributing each partial content.
上記の目的を達成するために、本発明は、配信対象のコンテンツが(K，N)閾値秘密分散法によりN分割されてネットワーク上の複数の配信元ノードに分散配置され、各配信元ノードから配信先ノードへ複数の経路で各部分コンテンツを配信するコンテンツ配信システムの経路計算装置において、以下の構成を具備した点に特徴がある。 In order to achieve the above object, the present invention is configured such that content to be distributed is divided into N by (K, N) threshold secret sharing method and distributed to a plurality of distribution source nodes on the network. A route calculation apparatus of a content distribution system that distributes each partial content to a distribution destination node by a plurality of routes is characterized by having the following configuration.
(1)ネットワークのトポロジに基づいて、各配信元ノードから配信先ノードへ至るリンク独立な経路の最大数mを第１の整数計画法で求解する第１求解手段と、N本の経路をm本のリンクに均等に配分するときに、N-K+1本の経路が含まれ得る最少のリンク数Fを算出する多重数算出手段と、N-K+1本以上の経路が含まれるF本のリンク組でリンク障害が生じるＦ重リンク障害の発生確率を最少化するN本の経路を第２の整数計画法で求解する第２求解手段とを具備した。 (1) Based on the topology of the network, a first solution means for solving the maximum number m of link-independent routes from each distribution source node to the distribution destination node by a first integer programming method, and N routes m Multiplex number calculating means for calculating the minimum number of links F that can include N-K + 1 paths when equally distributing to one link, and F including N-K + 1 paths or more And second solving means for finding N paths that minimize the probability of occurrence of an F-fold link failure in which a link failure occurs in a pair of links by a second integer programming method.
(2)ネットワークのトポロジを、各配信元ノードの上流側に擬似発ノードを仮想的に設けて各配信元ノードと仮想リンクで接続した仮想トポロジに変換する仮想トポロジ変換手段をさらに設けた。そして、第１求解手段および第２求解手段は、各配信元ノードと接続される仮想リンクの容量を、当該配信元ノードが保有している部分コンテンツ数に相当する値に設定し、擬似発ノードから各仮想リンクおよび各配信元ノードを経由して配信先ノードへ至る経路を求解するようにした。 (2) Virtual topology conversion means is further provided for converting a network topology into a virtual topology in which a pseudo source node is virtually provided upstream of each distribution source node and connected to each distribution source node by a virtual link. Then, the first solving means and the second solving means set the capacity of the virtual link connected to each distribution source node to a value corresponding to the number of partial contents held by the distribution source node, The route to the destination node via each virtual link and each source node is obtained.
本発明によれば、以下のような効果が達成される。 According to the present invention, the following effects are achieved.
(1)複数の配信元ノードで閾値秘密分散保持されているN個の部分コンテンツを配信先ノードまでネットワークを介して転送する際に、多重リンク障害によって転送途中のN-K+1個以上の部分コンテンツが損失する確率を最小化することにより、配信先ノードで元のコンテンツを復号できる確率を最大化する高信頼なコンテンツ配信経路の最適計算が可能となる。 (1) When N pieces of partial content held by threshold secret sharing at multiple distribution source nodes are transferred to the distribution destination node via the network, N-K + 1 or more intermediate transfer points due to multiple link failures By minimizing the probability that the partial content is lost, it is possible to optimally calculate a highly reliable content distribution route that maximizes the probability that the original content can be decoded at the distribution destination node.
(2)各配信元ノードの上流側に擬似発ノードを仮想的に設けると共に、擬似発ノードと各配信元ノードとを接続する仮想リンクの容量が、当該配信元ノードが保有している部分コンテンツ数に相当する値に設定されるので、各配信元ノードが保持する部分コンテンツ数を考慮した経路計算が可能になる。 (2) The virtual origination node is virtually provided upstream of each distribution source node, and the capacity of the virtual link connecting the pseudo origination node and each distribution source node is the partial content held by the distribution source node. Since the value is set to a value corresponding to the number, route calculation considering the number of partial contents held by each distribution source node becomes possible.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の配信経路計算方法および装置が適用されるコンテンツ配信システムのネットワーク構成を示した図であり、ここでは、(K，N)閾値秘密分散を利用した複数経路によるコンテンツ配信を例にして説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a network configuration of a content distribution system to which a distribution route calculation method and apparatus according to the present invention is applied. Here, content distribution by a plurality of routes using (K, N) threshold secret sharing is performed. An example will be described.
制御対象のネットワークには、コンテンツを保持するS個の配信元ノードsnodeが配置され、各配信元ノードsnode(s)には、１つのコンテンツをN分割して得られるN個の部分コンテンツが分散配置されている。各配信元ノードsnode(s)に分散配置される部分コンテンツは一つとは限らず、複数の異なる部分コンテンツが配置される場合もある。 In the control target network, S distribution source nodes snode holding content are arranged, and N partial contents obtained by dividing one content into N are distributed to each distribution source node snode (s). Has been placed. The partial contents distributed to each distribution source node snode (s) are not limited to one, and a plurality of different partial contents may be arranged.
配信先ノードdは、少なくともK個の部分コンテンツから元のコンテンツを復号するコンテンツ復号機能を備えている。配信経路算出サーバ１は、各配信元ノードsnode(s)から配信先ノードdへ、N個の部分コンテンツを漏れなく配信する経路を決定して各配信元ノードsnode(s)へ通知し、その配信を要求する。各配信元ノードsnode(s)は、保持している部分コンテンツを、通知された配信経路で配信先ノードdへ配信する。 The distribution destination node d has a content decoding function for decoding the original content from at least K partial contents. The distribution route calculation server 1 determines a route for distributing N pieces of partial content from each distribution source node snode (s) to the distribution destination node d, and notifies each distribution source node snode (s). Request delivery. Each distribution source node snode (s) distributes the held partial content to the distribution destination node d through the notified distribution route.
なお、配信経路算出サーバ１から各配信元ノードsnode(s)へ配信要求される部分コンテンツ数は一つとは限らず、複数の場合もあればゼロの場合もある。そして、複数の部分コンテンツを配信する配信元ノードsnode(s)に対しては、部分コンテンツ数分の複数の経路が通知される Note that the number of partial contents requested for distribution from the distribution route calculation server 1 to each distribution source node snode (s) is not limited to one, and may be plural or zero. Then, a plurality of routes corresponding to the number of partial contents are notified to the distribution source node snode (s) that distributes the plurality of partial contents.
本発明は、S個の配信元ノードsnode(s)において閾値秘密分散保持されているN個の部分コンテンツを、N本の経路を使って配信先ノードdまで転送する際の経路計算を対象とし、通過する複数のリンクで障害が発生することによりN-K+1個以上の部分コンテンツの損失を引き起こす確率を最小化するN本の配信経路を算出する。 The present invention is intended for route calculation when transferring N pieces of partial content held in threshold secret sharing at S delivery source nodes snode (s) to a delivery destination node d using N routes. , N distribution routes that minimize the probability of causing a loss of N−K + 1 or more partial contents due to a failure in a plurality of passing links are calculated.
図２は、前記配信経路算出サーバ（コンピュータ）１の主要部の構成を示した機能ブロック図であり、本発明の説明に不要な構成は図示が省略されている。 FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of the main part of the distribution route calculation server (computer) 1, and illustrations of components unnecessary for the description of the present invention are omitted.
トポロジ取得部１００は、前記ネットワークのトポロジを取得する。トポロジ変形部１０１は、図１に示した監視対象ネットワークNWの実トポロジを、後に詳述するように、図４に示した仮想トポロジに変換する。第１求解部１０２は、各配信元ノードsnode(s)から配信先ノードdへ至るリンク独立な経路の最大数mを、後述する第１の整数計画法により求解する。 The topology acquisition unit 100 acquires the topology of the network. The topology transformation unit 101 converts the real topology of the monitoring target network NW shown in FIG. 1 into the virtual topology shown in FIG. 4 as will be described in detail later. The first solver 102 finds the maximum number m of link-independent paths from each distribution source node snode (s) to the distribution destination node d by a first integer programming method to be described later.
多重数計算部１０３は、N個の部分コンテンツを転送するためのN本の経路を、配信元ノードsnodeと配信先ノードdとの間の最小カットセットを構成するm個のリンクに均等に配分するときに、N-K+1本の経路が含まれる最少のリンク組数Ｆを算出する。第２求解部１０４は、N-K+1本以上の経路が含まれることになるF本のリンク組でリンク障害が生じるＦ重リンク障害の発生確率を最少化するN本の経路を、後述する第２の整数計画法により求解する。経路通知部１０５は、前記N本の経路の決定結果を、対応する各配信元ノードsnode(s)へ通知する。 The multiplexing number calculation unit 103 evenly distributes N routes for transferring N partial contents to m links constituting the minimum cut set between the distribution source node snode and the distribution destination node d. Then, the minimum number of link sets F including N−K + 1 paths is calculated. The second solver 104 determines N paths that minimize the probability of occurrence of an F-multiple link failure in which a link failure occurs in an F link set including N-K + 1 or more routes, which will be described later. To solve by the second integer programming method. The route notification unit 105 notifies the determination result of the N routes to each corresponding distribution source node snode (s).
次いで、本発明の一実施形態の動作を図３のフローチャートに沿って説明する。ステップＳ１では、ネットワークのトポロジ(Node，Link)が前記トポロジ取得部１００により取得される。ステップＳ２では、コンテンツ配信経路を算出するためのネットワークが、前記トポロジ変形部１０１により、図４の様に仮想的に変形される。 Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. In step S1, the topology (Node, Link) of the network is acquired by the topology acquisition unit 100. In step S2, the network for calculating the content distribution route is virtually deformed as shown in FIG.
すなわち、配信ノードsnodeの上流側に擬似発ノードvsを仮想的に新たに設け、これを各配信元ノードsnodeと仮想リンクvlinkで接続する。各仮想リンクvlinkの障害確率はゼロとし、各仮想リンクvlinkの容量は、接続している配信元ノードsnodeが保有している部分コンテンツ数に相当する値に設定する。このようなネットワーク変形により、各配信元ノードsnodeが保持している部分コンテンツ数を考慮してコンテンツ配信経路を計算できるようになる。 That is, a pseudo origin node vs is virtually newly provided on the upstream side of the distribution node snode, and this is connected to each distribution source node snode by a virtual link vlink. The failure probability of each virtual link vlink is set to zero, and the capacity of each virtual link vlink is set to a value corresponding to the number of partial contents held by the connected distribution source node snode. Such a network modification makes it possible to calculate a content distribution route in consideration of the number of partial contents held by each distribution source node snode.
ステップＳ３では、部分コンテンツを保持しているS個の配信元ノードsnode(s)から配信先ノードdに至る多数の経路のうち、互いに共通のリンクを含まないリンク独立な経路の最大数mが、前記第１求解部１０２において、以下の第１の整数計画法を解くことにより求められる。第１の整数計画法では、定数が以下のように定義される。
・node：ネットワークを構成するノード（擬似発ノードは含まない）
・Node：ノードnodeの集合
・d：配信先ノード
・link：ネットワークを構成するリンク（仮想リンクも含む）
・Link：リンクlinkの集合
・vs：擬似発ノード
・vlink：仮想リンク
・VLink：仮想リンクの集合
・snode(vlink)：仮想リンクvlinkが接続する部分コンテンツ保持ノード
・SNode：配信元ノードの集合
・C snode(vlink)：コンテンツ保持ノードsnode(vlink)が保有している部分コンテンツ数
・INnode：ノードnodeを終点とするリンクの集合
・OUTnode：ノードnodeを始点とするリンクの集合
In step S3, the maximum number m of link-independent paths that do not include a common link among the many paths from the S distribution source nodes snode (s) holding the partial content to the distribution destination node d is In the first solution solving unit 102, the following first integer programming is solved. In the first integer programming, constants are defined as follows:
-Node: Nodes that make up the network (not including pseudo-originating nodes)
-Node: A set of nodes node-d: Distribution node-link: Links that make up the network (including virtual links)
-Link: Set of link links-vs: Pseudo-originating node-vlink: Virtual link-VLink: Set of virtual links-snode (vlink): Partial content holding node to which virtual link vlink connects-SNode: Set of distribution source nodes- C snode (vlink) : Number of partial contents held by the content holding node snode (vlink)-IN node : A set of links with the node node as an end point-OUT node : A set of links with the node node as a starting point
また、本実施形態では変数が以下の様に定義される。
・x link：：リンクlinkを通過するリンク独立経路の本数を表す整数変数。
・M：リンク独立な経路の数。
In this embodiment, variables are defined as follows.
X link :: An integer variable representing the number of link independent paths passing through the link link.
• M: Number of link independent paths.
前記第１求解部１０２における第１の整数計画法では、制約式が次式(1)〜(5)で与えられる。これらは経路保存則に係り、(1)式は、擬似発ノードvsから出る経路の総数がリンク独立な経路の数Mと等しくなるという制約である。(2)式は、配信先ノードdに入る経路数がMであるという制約である。(3)式は、配信先ノードdから出る経路数がゼロであるという制約である。(4)式は、擬似発ノードvsおよび配信先ノードd以外のノード（中継ノード）では、入る経路数と出る経路数とが同一であるという制約である。 In the first integer programming method in the first solving unit 102, the constraint equations are given by the following equations (1) to (5). These are related to the path conservation rule, and equation (1) is a constraint that the total number of paths exiting from the pseudo-origin node vs becomes equal to the number M of link-independent paths. Equation (2) is a constraint that the number of routes entering the delivery destination node d is M. Equation (3) is a constraint that the number of routes from the distribution destination node d is zero. The expression (4) is a constraint that the number of incoming routes is the same as the outgoing route number in nodes (relay nodes) other than the pseudo origin node vs and the distribution destination node d.
また、本実施形態では全ての経路がリンク独立でなければならず、各リンクlinkを複数の経路が通ることは無いので、次式(5)がリンク独立の条件として与えられる。 In the present embodiment, all routes must be link-independent, and a plurality of routes do not pass through each link link, so the following equation (5) is given as a link-independent condition.
さらに、本実施形態では仮想リンクvlinkの容量条件が次式(6)で与えられる。これは、擬似発ノードvsと各配信元ノードsnodeとを結ぶ仮想リンクvlinkを通過する経路の本数、すなわち当該配信元ノードsnodeから配信される部分コンテンツ数は、当該配信元ノードsnodeが保持している部分コンテンツ数を超えないという条件となる。 Furthermore, in this embodiment, the capacity condition of the virtual link vlink is given by the following equation (6). This is because the distribution source node snode holds the number of routes passing through the virtual link vlink connecting the pseudo origin node vs and each distribution source node snode, that is, the number of partial contents distributed from the distribution source node snode. The condition is that the number of partial contents is not exceeded.
ここで、最大化すべき目的関数Objは変数Mなので、ステップＳ３では、上記の第１の整数計画法を解いてリンク独立な経路数Mの最大数mが求められる。そして、この最大数mおよび前記変数x linkに基づいて各リンク独立経路が具体的に求まる。 Here, since the objective function Obj to be maximized is the variable M, in step S3, the above-mentioned first integer programming is solved to obtain the maximum number m of the link independent path number M. Each link independent route is specifically obtained based on the maximum number m and the variable x link .
リンク独立な経路数Mの最大数mが求まると、次いで、N本の経路を、できるだけ均等（整数単位で最も均等）にm組に分割することを考える。ステップＳ４では、前記多重数計算部１０３において、N本の経路をm本のリンクに均等に配分するときに、N-K+1本の経路が含まれ得る最少のリンク数Fが算出される。 When the maximum number m of the number M of link-independent paths is obtained, it is next considered to divide the N paths into m sets as evenly as possible (most even in integer units). In step S4, the multiplexing number calculation unit 103 calculates the minimum number of links F that can include N−K + 1 paths when N paths are evenly distributed to m links. .
すなわち、i (=1〜m) 番目のリンクには、次式(7)で与えられるh i本の経路を配分する。 That is, the i (= 1 to m) -th link is allocated with h i routes given by the following equation (7).
また、Hは次式(8)で与えられる。 H is given by the following equation (8).
この時、Ｆの値は、配分される経路数の総和がN-K+1本以上となる最小リンク数として、次式(9)で与えられる。 At this time, the value of F is given by the following equation (9) as the minimum number of links in which the total number of paths to be distributed is N−K + 1 or more.
このようにして算出されたリンク数Fは、F重リンク障害が発生するとN-K+1個以上の部分コンテンツに損失が生じること、すなわち各リンク組に属するF本のリンクに損失が生じるとN-K+1個以上の部分コンテンツに損失が生じ得ること、を意味する。そこで、ステップＳ５以降では、各リンクの障害確率は十分に小さいと仮定してF重リンク障害のみを考慮し、N-K+1個以上の部分コンテンツに損失が生じ得るF重リンク障害の発生確率を最小化するN本の配信経路が、第２の整数計画法により求解される。 The number of links F calculated in this way is such that when an F-multiple link failure occurs, loss occurs in N-K + 1 or more partial contents, that is, loss occurs in F links belonging to each link set. This means that loss can occur in N-K + 1 or more partial contents. Therefore, in step S5 and subsequent steps, assuming that the failure probability of each link is sufficiently small, only the F heavy link failure is considered, and the occurrence of F heavy link failure that may cause a loss in N-K + 1 or more partial contents. N distribution paths that minimize the probability are solved by the second integer programming method.
本実施形態では、第２の整数計画法における定数および集合が以下の様に定義される。なお、前記と同一の符号は同一または同等部分を表しているので、その説明は省略する。
・FLink：仮想リンクを含まないF本のリンクの組合せの集合
・FLink f：FLink内のf番目の組合せに含まれるリンクの集合
・Plink：予め与えられているリンクlinkの障害確率
In this embodiment, constants and sets in the second integer programming method are defined as follows. In addition, since the same code | symbol as the above represents the same or equivalent part, the description is abbreviate | omitted.
-FLink: Set of combinations of F links that do not include virtual links-FLink f : Set of links included in the f-th combination in FLink-P link : Failure probability of a given link link
また、第２の整数計画法における変数は以下の様に定義される。
・Xlink(n)：n（1〜N）番目の経路がリンクlinkを通過する時に「１」、通過しない時に「０」であるバイナリ変数
・Yf(n)：n（1〜N）番目の経路が、f番目のリンク組合せFLink fに含まれるリンクのいずれかを通過する時に「１」、通過しない時に「０」であるバイナリ変数
・Zf：N-K+1本以上の経路が、リンク組合せFLink fに含まれるリンクを通過する時に1.0、通過しない時に0.0に収束する実変数
The variables in the second integer programming method are defined as follows.
-X link (n): A binary variable that is "1" when the n (1 to N) th route passes through the link link, and is "0" when it does not pass through it.-Y f (n): n (1 to N) Binary variable that is “1” when the 1st path passes through one of the links included in the fth link combination FLink f , and “0” when it does not pass. ・ Z f : N-K + 1 or more paths Is a real variable that converges to 1.0 when passing through a link included in the link combination FLink f and to 0.0 when not passing
さらに、この第２の整数計画法では制約式が次式(10)〜(12)で与えられる。(10)式は、各N本の経路が、擬似発ノードから出る仮想リンクの中の１本だけを通ること、すなわちN本の経路は擬似発ノードから出る仮想リンクのいずれかを通るという経路保存則である。(11)式は、全ての監視経路は、配信先ノードに入るリンクのいずれかを１回だけ通過し、配信先ノードから出るリンクを通過することはないという経路保存則である。(12)式は、全ての経路は、配信先ノードd以外の中継ノードを始点とするリンクおよび終点とするリンクを１回だけ通過するか、どちらも通過しないという経路保存則である。 Further, in the second integer programming method, constraint equations are given by the following equations (10) to (12). Equation (10) indicates that each of N routes passes only one of the virtual links that exit from the pseudo-originating node, that is, N routes pass through one of the virtual links that exit from the pseudo-originating node. It is a conservation law. The expression (11) is a path preservation rule that all the monitoring paths pass through any of the links entering the distribution destination node only once and do not pass the link exiting from the distribution destination node. Expression (12) is a path preservation rule that all the paths pass only once through the link starting from the relay node other than the delivery destination node d and the link starting from the end point, or neither.
また、本実施形態ではm本の経路がリンク独立となり、このm本の経路では各リンクを複数の経路が通ることは無い、すなわち各リンクを通る経路数は「０または１」なので、1番目からm番目までの経路がリンク独立である条件を表す次式(13)が加えられる。 In this embodiment, m routes are link-independent, and in this m routes, a plurality of routes do not pass through each link, that is, the number of routes passing through each link is “0 or 1”. The following equation (13) representing the condition that the path from to the m-th route is link-independent is added.
さらに、本実施形態では仮想リンクvlinkの容量条件が次式(14)で与えられる。これは、擬似発ノードvsと各配信元ノードsnodeとを結ぶ仮想リンクvlinkを通過する経路の本数、すなわち当該配信元ノードsnodeから配信される部分コンテンツ数は、当該配信元ノードsnodeが保持している部分コンテンツ数を超えないという条件となる。 Furthermore, in this embodiment, the capacity condition of the virtual link vlink is given by the following equation (14). This is because the distribution source node snode holds the number of routes passing through the virtual link vlink connecting the pseudo origin node vs and each distribution source node snode, that is, the number of partial contents distributed from the distribution source node snode. The condition is that the number of partial contents is not exceeded.
さらに、本実施形態では次式(15)がネットワークを構成するリンクの容量条件となる。但し、次式(15)の不等式の右辺は、N / m 以上の最小整数を示す。本実施形態では、本制約により、各リンクを通過する部分コンテンツ数の最大値を最少化できるので、配信先ノードdで元のコンテンツの復号ができなくなるリンク障害多重数の最大化を保障できる。 Further, in the present embodiment, the following equation (15) is a capacity condition of the links constituting the network. However, the right side of the inequality of the following equation (15) indicates the smallest integer of N / m or more. In the present embodiment, the maximum value of the number of partial contents that pass through each link can be minimized by this restriction, so that it is possible to ensure the maximization of the number of link failures that cannot be decoded at the distribution destination node d.
さらに、リンク組合せに含まれるリンクを経路が通過する条件として次式(16)が与えられる。 Further, the following equation (16) is given as a condition for the route to pass through the link included in the link combination.
さらに、各リンク組合せに含まれるリンクをN-K+1本以上の経路が通過してしまい、元のコンテンツの復号ができなくなる条件として次式(17)が与えられる。なお、Aは十分大きな値を持つ定数である。 Further, the following equation (17) is given as a condition that N-K + 1 or more routes pass through the links included in each link combination and the original content cannot be decoded. A is a constant having a sufficiently large value.
そして、本発明の目的は、F重リンク障害によって、N-K+1本以上の経路が障害になる確率を最小化することであるから、最小化すべき目的関数Objは次式(18)で与えられる。 Since the object of the present invention is to minimize the probability that N−K + 1 or more paths will fail due to F heavy link failure, the objective function Obj to be minimized is expressed by the following equation (18). Given.
図３へ戻り、ステップＳ６では、前記第２の整数計画法を解法することによって得られるXlink(n)の値から、n番目の経路の通過リンクが算出され、計N本の経路の通過リンク情報が、前記経路通知部６から対応する各配信元ノードsnodeへ通知される。 Returning to FIG. 3, in step S6, the passage link of the nth route is calculated from the value of X link (n) obtained by solving the second integer programming, and the passage of N routes in total. The link information is notified from the route notification unit 6 to each corresponding distribution source node snode.
本実施形態によれば、複数のノードで閾値秘密分散保持されているN個の部分コンテンツを配信先ノードdまでネットワークを介して転送する際に、多重リンク障害によって転送途中のN-K+1個以上の部分コンテンツが損失する確率を最小化して、配信先ノードdで元のコンテンツを復号できる確率を最大化する高信頼なコンテンツ配信経路の最適計算が可能となる。 According to this embodiment, when N pieces of partial content held by threshold secret sharing at a plurality of nodes are transferred to the distribution destination node d via the network, N-K + 1 being transferred due to a multilink failure It is possible to perform an optimal calculation of a highly reliable content distribution route that minimizes the probability that one or more partial contents will be lost and maximizes the probability that the original content can be decoded at the distribution destination node d.
さらに、本実施形態によれば、各配信元ノードの上流側に擬似発ノードを仮想的に設けると共に、擬似発ノードと各配信元ノードとを接続する仮想リンクの容量が、当該配信元ノードが保有している部分コンテンツ数に相当する値に設定されるので、各配信元ノードが保持する部分コンテンツ数を考慮した経路計算が可能になる。 Furthermore, according to the present embodiment, a pseudo source node is virtually provided on the upstream side of each distribution source node, and the capacity of a virtual link connecting the pseudo source node and each distribution source node is determined by the distribution source node. Since the value is set to a value corresponding to the number of partial contents held, it is possible to perform route calculation in consideration of the number of partial contents held by each distribution source node.
１…配信経路算出サーバ，１００…トポロジ取得部，１０２…第１求解部，１０３…多重数計算部，１０１…トポロジ変形部，１０４…第２求解部，１０５…経路通知部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Distribution route calculation server, 100 ... Topology acquisition part, 102 ... 1st solution part, 103 ... Multiple number calculation part, 101 ... Topology deformation | transformation part, 104 ... 2nd solution part, 105 ... Path | route notification part
Claims (4)
ネットワークのトポロジに基づいて、各配信元ノードから配信先ノードへ至るリンク独立な経路の最大数mを第１の整数計画法で求解する第１求解手段と、
N本の経路をm本のリンクに均等に配分するときに、N-K+1本の経路が含まれ得る最少のリンク数Fを算出する多重数算出手段と、
N-K+1本以上の経路が含まれるF本のリンク組でリンク障害が生じるＦ重リンク障害の発生確率を最少化するN本の経路を第２の整数計画法で求解する第２求解手段とを具備したことを特徴とするコンテンツ配信システムの配信経路計算装置。 Content to be distributed is divided into N by the (K, N) threshold secret sharing method and distributed to distribution source nodes on the network, and each partial content is distributed from each distribution source node to the distribution destination node through multiple routes In the distribution route calculation device of the distribution system,
First solving means for finding a maximum number m of link-independent paths from each distribution source node to the distribution destination node based on a network topology by a first integer programming;
Multiplex number calculation means for calculating the minimum number of links F that can include N-K + 1 paths when N paths are evenly distributed to m links;
A second solution that solves N routes that minimize the probability of occurrence of an F-multiple link failure in which a link failure occurs in F link pairs including N-K + 1 or more routes by the second integer programming method A distribution route calculation apparatus for a content distribution system.
前記第１求解手段および第２求解手段は、各配信元ノードと接続される各仮想リンクの容量を、当該配信元ノードが保有している部分コンテンツ数に相当する値に設定し、前記擬似発ノードから各仮想リンクおよび各配信元ノードを経由して配信先ノードへ至る経路を求解することを特徴とする請求項１に記載のコンテンツ配信システムの配信経路計算装置。 Virtual topology conversion means for converting the topology of the network into a virtual topology virtually provided on the upstream side of each distribution source node and connected to each distribution source node by a virtual link;
The first solving unit and the second solving unit set the capacity of each virtual link connected to each distribution source node to a value corresponding to the number of partial contents held by the distribution source node, and 2. The distribution route calculation apparatus for a content distribution system according to claim 1, wherein a route from the node to each of the distribution destination nodes via each virtual link and each distribution source node is obtained.
コンピュータが、ネットワークのトポロジに基づいて、各配信元ノードから配信先ノードへ至るリンク独立な経路の最大数mを第１の整数計画法で求解する手順と、
コンピュータが、N本の経路をm本のリンクに均等に配分するときに、N-K+1本の経路が含まれ得る最少のリンク数Fを算出する手順と、
コンピュータが、N-K+1本以上の経路が含まれるF本のリンク組でリンク障害が生じるＦ重リンク障害の発生確率を最少化するN本の経路を第２の整数計画法で求解する手順とを含むことを特徴とするコンテンツ配信システムの配信経路計算方法。 The distribution target content is divided into N by (K, N) threshold secret sharing method and distributed to the distribution source nodes on the network, and the route for distributing each partial content from each distribution source node to the distribution destination node is calculated. In the delivery route calculation method of the content delivery system to
A procedure in which a computer solves a maximum number m of link-independent paths from each distribution source node to a distribution destination node based on a network topology by a first integer programming method;
A procedure for calculating the minimum number of links F that can include N−K + 1 paths when the computer equally distributes N paths to m links, and
The computer uses the second integer programming method to solve N paths that minimize the probability of occurrence of an F-double link failure in which a link failure occurs in an F link set including N-K + 1 or more routes. A distribution route calculation method for a content distribution system.
コンピュータが、各配信元ノードと接続される仮想リンクの容量を、当該配信元ノードが保有している部分コンテンツ数に相当する値に設定する手順とを更に含み、
前記第１の整数計画法および第２の整数計画法では、前記擬似発ノードから各仮想リンクおよび各配信元ノードを経由して配信先ノードへ至る経路が求解されることを特徴とする請求項３に記載のコンテンツ配信システムの配信経路計算方法。 A procedure in which a computer virtually establishes a pseudo-origin node upstream of each distribution source node and connects to each distribution source node with a virtual link;
A procedure in which the computer further sets a capacity of a virtual link connected to each distribution source node to a value corresponding to the number of partial contents held by the distribution source node;
The first integer programming method and the second integer programming method are characterized in that a route from the pseudo source node to each distribution destination node via each virtual link and each distribution source node is obtained. 4. A distribution route calculation method for the content distribution system according to 3.
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