JP4947131B2 - Data transfer network, data transfer network configuration method, and data transfer network evaluation method - Google Patents

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本発明は、データ転送ネットワーク、データ転送ネットワークの構成方法法及びデータ転送ネットワークの評価方法に関する。   The present invention relates to a data transfer network, a data transfer network configuration method, and a data transfer network evaluation method.

複数のノードをリンクによって接続したデータ転送ネットワークは、例えば、一般のインターネットネットワーク、公衆通信網、企業内通信網、LAN、コンピュータ網、分散コンピュータ網、分散ルータ網、交換機網、ルータや各種装置内部等で使用される各種スイッチ綱、CPUやメモリをつなぐデータ通信網、CPUなどのLSI内部でのデータ通信網など、今日では多く用いられている。   A data transfer network in which a plurality of nodes are connected by a link is, for example, a general Internet network, a public communication network, a corporate communication network, a LAN, a computer network, a distributed computer network, a distributed router network, an exchange network, a router, and various devices. Are widely used today, such as various switch ropes used in the world, data communication networks connecting CPUs and memories, and data communication networks inside LSIs such as CPUs.

複数のノードを結合し、ノード処理を分散させる従来のデータ転送ネットワークの構成方式としては、(ア)バスネットワーク、(イ)リングネットワーク、(ウ)ハブネットワーク(スター状ネットワーク)、(エ)完全メッシュネットワーク、(オ)バス及びリングのハイパー拡張(ハイパーキューブ)ネットワークなどのさまざまな規則的なネットワーク構成方法があった。   The conventional data transfer network configuration method that combines multiple nodes and distributes node processing includes (a) bus network, (b) ring network, (c) hub network (star network), and (d) complete. There were various regular network configuration methods such as mesh networks, (e) bus and ring hyper-extended (hypercube) networks.

また、実際に情報通信系ネットワークとして使用されているネットワークの中では、インターネットのネットワーク構造のように複雑系ネットワークと呼ばれるネットワーク構造になっているものがある。   Some networks that are actually used as information communication networks have a network structure called a complex network such as the Internet network structure.

さらに、実用的にはあまり使用されていないが、学術的な観点で、ランダムネットワーク、一般化ランダムネットワークなどがネットワークの構造として盛んに研究されてきた。   In addition, although not used practically, random networks and generalized random networks have been actively studied as network structures from an academic point of view.

これらの様々な形状・構造・構成法(以下、形状・構造・構成法をまとめて単に「構造」と呼ぶ)をとるネットワークは、仮に、同じ性能で同じ数のノードと同じ性能で同じ数のリンクを用いたとしても、その構造の違いにより、ネットワーク全体で処理できるトラフィック総量に違いが生じ、また、同時に平均中継数(平均ホップ数)に関しても違いが生じる(非特許文献1の第2節のシミュレーション結果参照)。   A network that adopts these various shapes, structures, and construction methods (hereinafter, the shapes, structures, and construction methods are simply referred to as “structure”) is assumed to have the same number of nodes with the same performance and the same number of nodes. Even if a link is used, a difference occurs in the total amount of traffic that can be processed in the entire network due to a difference in the structure, and a difference also occurs in the average number of relays (average number of hops) (Section 2 of Non-Patent Document 1) (See simulation results for

今後、コンピュータITネットワークなどで見られるように、端末数が巨大で、端末速度が現状よりも一段と高速になるデータ転送ネットワークが多数出現する。このような巨大、高速なネットワークについては、ネットワーク全体でトラフィック収容能力を上げると共にネットワーク内の中継数を下げることが重要であり、そのため、ネットワーク構造の最適化・効率化が重要となる。   In the future, as will be seen in computer IT networks and the like, a large number of data transfer networks will appear that have a large number of terminals and whose terminal speed is much higher than the current level. For such a large and high-speed network, it is important to increase the traffic capacity of the entire network and reduce the number of relays in the network. Therefore, optimization and efficiency of the network structure are important.

一般に、同じノード数でリンク数だけを増やしていくと、ネットワーク全体で処理できるトラフィック総量が増えて、平均ホップ数も減るが、リンクに対するコストが増える。そのため、コスト的に最適なノード数と最適なリンク数が存在し、そのような最適なノード数と最適なリンク数を適用したデータ転送ネットワークの中にも、最適なトラフィック総量値と最適な平均ホップ数を達成するものが存在するはずである。   In general, if only the number of links is increased with the same number of nodes, the total amount of traffic that can be processed in the entire network increases and the average number of hops also decreases, but the cost for the links increases. Therefore, there are the optimal number of nodes and the optimal number of links in terms of cost, and the optimal traffic total value and the optimal average are included in the data transfer network to which the optimal number of nodes and the optimal number of links are applied. There must be something that achieves the number of hops.

また、ノード数とリンク数が与えられたとき、この条件を満たす最大のトラフィック量maxXeffを示すネットワーク構造が存在する。最大トラフィック量maxXeffを示すネットワークの平均ホップ数(以下、最大NW平均ホップ数と呼ぶ)maxHは比較的大きく、最大トラフィック量maxXeffをとるからと言って、必ずしも実用的には優れているとは限らない。実用的には、与えられたノード数とリンク数を持ったネットワークの中で、平均ホップ数が最大NW平均ホップ数maxH以下という条件下で、最大のトラフィック量を示すネットワーク構造を明らかにすることが望まれる。   In addition, when the number of nodes and the number of links are given, there is a network structure showing the maximum traffic amount maxXeff that satisfies this condition. The average number of hops (hereinafter referred to as the maximum number of NW average hops) maxH of the network indicating the maximum traffic amount maxXeff is relatively large, and just because the maximum traffic amount maxXeff is taken, it is not always excellent in practical use. Absent. Practically, in a network with a given number of nodes and links, clarify the network structure that shows the maximum traffic volume under the condition that the average hop count is less than the maximum NW average hop count maxH. Is desired.

平均ホップ数がH以下で最大のトラフィック総量を示すとき、その最大トラフィック総量をX(H)と書くこととし、HとX(H)との関係をH−Xeff限界性能と呼ぶこととする。この場合、X(maxH)=maxXeffとなる。また、非特許文献2には、ノード数がNでリンク数がLとなるネットワークにおいて、最小の平均ホップ数minHは、minH=2−2*L/N/(N−1)となることが示されている。今、X(minH)=minXeffとする。   When the average number of hops is equal to or less than H and indicates the maximum traffic total amount, the maximum traffic total amount is written as X (H), and the relationship between H and X (H) is referred to as H-Xeff limit performance. In this case, X (maxH) = maxXeff. In Non-Patent Document 2, in a network where the number of nodes is N and the number of links is L, the minimum average hop number minH may be minH = 2-2 * L / N / (N−1). It is shown. Now, X (minH) = minXeff.

H−Xeff限界性能X(H)は、横軸にホップ数(平均中継数性能)H、縦軸にトラフィック量(ネットワーク帯域性能)Xeffをとった2次元座標系に、各ネットワーク構造での平均ホップ数及びトラフィック量に応じてプロットした場合に、(minH,minXeff)から(maxH,maxXeff)に(階段状に)単調増加する関数(ステップファンクション)となっている。   H-Xeff limit performance X (H) is an average of each network structure in a two-dimensional coordinate system in which the horizontal axis represents the number of hops (average relay number performance) H and the vertical axis represents the traffic volume (network bandwidth performance) Xeff. When plotted according to the number of hops and the traffic volume, a function (step function) that monotonously increases (stepwise) from (minH, minXeff) to (maxH, maxXeff).

図18に、N=50、L=75のネットワークを例に、ネットワーク帯域性能Xeffと平均中継数性能Hの分布を示している。図18は、N=50、L=75のあるネットワークについて得たネットワーク帯域性能Xeffと平均中継数性能Hとをプロットし、このようなプロットを、N=50、L=75の多数の異なるネットワークについて行ったものである。   FIG. 18 shows the distribution of the network bandwidth performance Xeff and the average number of relays performance H by taking a network with N = 50 and L = 75 as an example. FIG. 18 plots the network bandwidth performance Xeff and the average number of relays performance H obtained for a network with N = 50 and L = 75, and plots such a plot for a number of different networks with N = 50 and L = 75. Is what I did.

図18において、点PMが(maxH,maxXeff)の点を表し、点PLが(minH,minXeff)の点を表している。(minH,minXeff)の点PLから最大点(maxH,maxXeff)の点までの分布の左端の境界を階段状にしたものが、H−Xcff限界性能X(H)を表している。   In FIG. 18, a point PM represents a point (maxH, maxXeff), and a point PL represents a point (minH, minXeff). A step in which the boundary at the left end of the distribution from the point PL of (minH, minXeff) to the point of the maximum point (maxH, maxXeff) represents the H-Xcff limit performance X (H).

同一の平均中継数性能Hをとる複数のネットワークの中では、ネットワーク帯域性能Xeffが最も良いネットワークが好適である。相前後する2つの平均中継数性能H、Hで、大きい方の平均中継数性能Hにおけるネットワーク帯域性能Xeffの方が、小さい方の平均中継数性能Hにおけるネットワーク帯域性能Xeffより悪いならば、(max,Xeff)のネットワークの方が好適である。このように見た場合、平均中継数性能がmaxHより大きいネットワークに好適なネットワークは存在しない。また、(minH,minXeff)から(maxH,maxXeff)に(階段状に)単調増加するH−Xeff限界性能X(H)上に、好適なネットワークが存在する。 Among a plurality of networks having the same average number of relays performance H, a network having the best network bandwidth performance Xeff is preferable. The network bandwidth performance Xeff 1 in the smaller average number of relays performance H 1 is larger in the network bandwidth performance Xeff 2 in the larger average number of relays performance H 2 in the two average relay number performances H 1 and H 2 that follow each other. If worse, the (max 1 , Xeff 1 ) network is preferred. In this way, there is no network suitable for a network whose average number of relays performance is greater than maxH. In addition, a suitable network exists on the H-Xeff limit performance X (H) that monotonously increases (in a stepped manner) from (minH, minXeff) to (maxH, maxXeff).

第5回ネットワーク生態学シンポジウム、社団法人情報処理学会ネットワーク生態学研究グループ主催、川原正人、今中規景、伊達正晃、中平佳裕、中井敏久発表、発表用文書「複雑ネットワークとしてのインターネットとそのネットワーク帯域性能」、2009年3月Sponsored by the 5th Network Ecology Symposium, Network Ecology Research Group of Information Processing Society of Japan, Masato Kawahara, Noriyoshi Imanaka, Masami Date, Yoshihiro Nakahira, Toshihisa Nakai, presentation document “The Internet as a Complex Network and Its Network Bandwidth Performance "March 2009 社団法人電子情報通信学会「複雑系ネットワーク時限研究会発表、発表者川原正人、発表用文書「ネットワーク構造とネットワーク性能−規則的大規模構造、ランダムネットワーク、スケールフリーネットワーク−」、2007年4月The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers "Presentation of Complex Network Time Study Group, Presenter Masato Kawahara, Presentation Document" Network Structure and Network Performance-Regular Large Scale Structure, Random Network, Scale Free Network-", April 2007

実際、N個のノードをどのように繋げれば、より経済的・省エネ的で大容量・高速のネットワークを構築することができるかという問題は、重要な問題である。   In fact, the problem of how N nodes can be connected to build a more economical, energy-saving, large-capacity, high-speed network is an important issue.

ネットワークの経済性・省エネ性を上げるためには、与えられたノード数Nに対して、なるべく少ないリンク数Lで平均ホップ数Hを小さくしなければならない。平均ホップ数Hを下げることによりネットワークの高速性も上がる。同時に、大容量性を上げるためには、ネットワーク構造を、平均ホップ数Hで決まる限界性能X(H)をもつネットワーク構造にすれば良い。   In order to improve the economical efficiency and energy saving of the network, the average number of hops H must be reduced with the smallest number of links L for a given number of nodes N. Lowering the average hop count H also increases the network speed. At the same time, in order to increase the capacity, the network structure may be a network structure having a limit performance X (H) determined by the average hop count H.

しかし、H−Xeff限界性能X(H)上のネットワーク構造を、種々の最適化方法を用いて導き出すことは不可能ではないが、かなり時間を要する。実際には、種々の既存制約条件の下で構造を全て決めることは困難である。   However, it is not impossible to derive the network structure on the H-Xeff limit performance X (H) using various optimization methods, but it takes a considerable amount of time. In practice, it is difficult to determine all the structures under various existing constraints.

そのため、厳密にH−Xeff限界性能X(H)上のネットワーク構造にならなくとも、H−Xeff限界性能X(H)上のネットワーク構造がもつネットワーク帯域性能と平均中継数性能に近い性能を示すネットワーク構造を簡単に導き出すことができれば、実用上非常に有効となる。   Therefore, even if the network structure is not strictly on the H-Xeff limit performance X (H), the network structure on the H-Xeff limit performance X (H) has performance close to the network bandwidth performance and the average number of relays performance. If the network structure can be easily derived, it will be very effective in practice.

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、H−Xeff限界性能X(H)上のネットワーク構造が有するネットワーク帯域性能と平均中継数性能に近い性能を示す、そのことを容易に確認できたデータ転送ネットワークを提供しようとしたものである。   The present invention has been made in view of the above points, and easily exhibits the network bandwidth performance and the average number of relays performance of the network structure on the H-Xeff limit performance X (H). An attempt was made to provide a confirmed data transfer network.

また、本発明は、H−Xeff限界性能X(H)上のネットワーク構造が有するネットワーク帯域性能と平均中継数性能に近い性能を示すことを保証し得るデータ転送ネットワークの構成方法を提供しようとしたものである。   In addition, the present invention has sought to provide a method for configuring a data transfer network that can guarantee that the network structure on the H-Xeff limit performance X (H) has performance close to the network bandwidth performance and the average number of relays performance. Is.

さらに、本発明は、評価対象のデータ転送ネットワークが、H−Xeff限界性能X(H)上のネットワーク構造が有するネットワーク帯域性能と平均中継数性能に近い性能を示すか否かを評価し得るデータ転送ネットワークの評価方法を提供しようとしたものである。   Furthermore, the present invention provides data that can be evaluated whether or not the data transfer network to be evaluated exhibits performance close to the network bandwidth performance and average number of relays performance of the network structure on the H-Xeff limit performance X (H). An attempt was made to provide a transport network evaluation method.

なお、3次正則グラフ、4次正則グラフ、5次正則グラフ、二部グラフなどの構造を有するネットワーク構造は、検討するまでもなく、効率的なネットワーク構造になっていることは周知であり、本発明では対象外としている。   It is well known that network structures having structures such as cubic regular graphs, quadratic regular graphs, quintic regular graphs, bipartite graphs, etc. are efficient network structures, without needing to be studied. In the present invention, it is excluded.

第1の本発明は、ノード数をN、リンク数をLとしたとき、N>10、N<L<3Nの関係を満足する、3次正則グラフ、4次正則グラフ、5次正則グラフ、二部グラフの構造以外の構造を有する連結されたデータ転送ネットワークにおいて、以下の条件C1、C2及びC3の全てを充足するよう構成したことを特徴とする。 In the first aspect of the present invention, when the number of nodes is N and the number of links is L, a third order regular graph, a fourth order regular graph, a fifth order regular graph satisfying a relationship of N> 10 and N <L <3N, in concatenated data transfer network having a structure other than the structure of the bipartite graph, and characterized by being configured so as to satisfy all of the following conditions C1, C2 and C3.

第2の本発明は、ノード数をN、リンク数をLとしたとき、N>10、N<L<3Nの関係を満足する、3次正則グラフ、4次正則グラフ、5次正則グラフ、二部グラフの構造以外の構造を有する連結されたデータ転送ネットワークの構成方法において、条件C1〜C7のうち、条件C1〜C3を含む3以上の条件を充足するようにデータ転送ネットワークを構成したことを特徴とする。   The second aspect of the present invention provides a third order regular graph, a fourth order regular graph, a fifth order regular graph satisfying the relationship of N> 10 and N <L <3N, where N is the number of nodes and L is the number of links. In the method for configuring a connected data transfer network having a structure other than the structure of the bipartite graph, the data transfer network is configured to satisfy three or more conditions including the conditions C1 to C3 among the conditions C1 to C7. It is characterized by.

第3の本発明は、ノード数をN、リンク数をLとしたとき、N>10、N<L<3Nの関係を満足する連結された評価対象のデータ転送ネットワークを評価するデータ転送ネットワークの評価方法であって、条件C1〜C7のうち、条件C1〜C3を含む3以上の条件の充足性に基づいて、評価結果を定めることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a data transfer network for evaluating a connected data transfer network to be evaluated that satisfies a relationship of N> 10 and N <L <3N, where N is the number of nodes and L is the number of links. The evaluation method is characterized in that an evaluation result is determined based on satisfaction of three or more conditions including the conditions C1 to C3 among the conditions C1 to C7.

(条件C1)当該ネットワークにおいて、次数1となるノードは、必ず次数3以上のコアノードに連結していて、次数2以下のノードとは連結していない。   (Condition C1) In the network, a node having degree 1 is always connected to a core node having degree 3 or higher, and is not connected to a node having degree 2 or lower.

(条件C2)当該ネットワークを一次縮約させたネットワークにおいて、コアノード数Ncoreは2≦Ncore≦Nとなる整数で、一次縮約ネットワークでのNcore個のコアノードの平均値Kcoreの回りの平均相対偏差dkcoreがdkcore<0.6となっている。   (Condition C2) In a network in which the network is linearly reduced, the number of core nodes Ncore is an integer satisfying 2 ≦ Ncore ≦ N, and the average relative deviation dkcore around the average value Kcore of Ncore core nodes in the primary reduced network Is dkcore <0.6.

(条件C3)当該ネットワークの平均中継数性能値Hとネットワーク帯域性能値Xeffが、平均リンク率をp、平均ノード次数をk、kをノード次数とする仮想的なcageグラフ構造のネットワークにおけるcage限界ネットワーク帯域性能値をcageXeffとしたとき、(A)式の関係を満たすものとなっている。   (Condition C3) The network limit in a network having a virtual cage graph structure in which the average number of relays performance value H and the network bandwidth performance value Xeff of the network are p, the average node order is k, and k is the node order. When the network bandwidth performance value is cageXeff, the relationship of the formula (A) is satisfied.

Xeff>(cageXeff/N−1)(H+p−2)
/{2(1/cageXeff+p−3)}+1 …(A)
(条件C4)コアノード数Ncoreが2(L−N)の約数となっている。
Xeff> (cageXeff / N-1) (H + p-2)
/ {2 (1 / cageXeff + p-3)} + 1 (A)
(Condition C4) The number of core nodes Ncore is a divisor of 2 (L−N).

(条件C5)コアノード数Ncoreが、平均ノード次数を有する仮想的なcage構造における最外殻層数hshellに対する閉殻コア数Ncc(hshell)となっている。 (Condition C5) The core node number Ncore is the number of closed shell cores N cc (h shell ) with respect to the outermost shell layer number h shell in a virtual cage structure having an average node order.

(条件C6)0≦S≦max(0,N−Ncore−Dmax)の範囲にあるSが当該ネットワークにおける次数が1となるノードの数となり、かつ、D=N−Ncore−Sより求められるDが当該ネットワークにおける次数が2となるノードの数となっている。   (Condition C6) S in the range of 0 ≦ S ≦ max (0, N-Ncore-Dmax) is the number of nodes whose degree is 1 in the network, and D obtained from D = N-Ncore-S Is the number of nodes with degree 2 in the network.

(但し、Dmaxは、Ncore{2(L−N)/Ncore+2−X}/2を超えない最大の整数である)
(条件C7)当該ネットワークにおけるS個の次数1のノードを一次縮約ネットワークにおけるNcore個のコアノードに分配すると仮定し、その分配方法として、S個の次数1のノードを分配した後のコアノードの次数分布のバラツキが最も小さくなるという理想的な分配方法を適用したと仮定した場合の結果に、当該ネットワークにおける次数1のノードとコアノードとの繋がり方が一致している。又は、当該ネットワークにおけるS個の次数1のノードを一次縮約ネットワークにおけるNcore個のコアノードに分配すると仮定し、その分配方法として、S個の次数1のノードを分配した後のコアノードの次数分布のバラツキが最も小さくなるというように一旦分配した後、低次のコアノードに繋がっている次数1のノードのうちの一部若しくは全てをより高次のコアノードへ移動する分配方法を適用したと仮定した場合の結果に、当該ネットワークにおける次数1のノードとコアノードとの繋がり方が一致している。
(However, Dmax is a maximum integer not exceeding Ncore {2 (L−N) / Ncore + 2−X} / 2)
(Condition C7) Assuming that S degree 1 nodes in the network are distributed to Ncore core nodes in the primary contracted network, the order of the core nodes after distributing the S order 1 nodes is the distribution method. Assuming that an ideal distribution method in which the variation in distribution is the smallest is applied, the way in which the nodes of degree 1 and the core nodes are connected in the network matches. Alternatively, it is assumed that S degree 1 nodes in the network are distributed to Ncore core nodes in the primary contracted network, and the distribution method is as follows. When it is assumed that a distribution method is applied in which part or all of the nodes of degree 1 connected to the lower-order core nodes are moved to higher-order core nodes after being distributed once so that the variation becomes the smallest As a result, the way of connection of the node of degree 1 and the core node in the network matches.

第1の本発明によれば、H−Xeff限界性能X(H)上のネットワーク構造が有するネットワーク帯域性能と平均中継数性能に近い性能を示すデータ転送ネットワークを提供できる。   According to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a data transfer network that exhibits performance close to the network bandwidth performance and the average number of relays performance of the network structure on the H-Xeff limit performance X (H).

また、第2の本発明によれば、当該構成方法で構成したデータ転送ネットワークが、H−Xeff限界性能X(H)上のネットワーク構造が有するネットワーク帯域性能と平均中継数性能に近い性能を示すことを保証することができる。   Further, according to the second aspect of the present invention, the data transfer network configured by the configuration method exhibits performance close to the network bandwidth performance and the average number of relays performance of the network structure on the H-Xeff limit performance X (H). Can be guaranteed.

さらに、第3の本発明によれば、評価対象のデータ転送ネットワークが、H−Xeff限界性能X(H)上のネットワーク構造が有するネットワーク帯域性能と平均中継数性能に近い性能を示すか否かを評価することができる。   Furthermore, according to the third aspect of the present invention, whether or not the data transfer network to be evaluated exhibits performance close to the network bandwidth performance and the average number of relays performance of the network structure on the H-Xeff limit performance X (H). Can be evaluated.

ノード次数が3のツリー構造のネットワーク構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the network structure of a tree structure with a node degree of 3. ノード数N=50、リンク数L=75における種々のネットワークを3種類に分け、各種類のネットワークの平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性の分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows distribution of the average number-of-relays performance H-network bandwidth performance Xeff characteristic of each type of network, dividing various networks in the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75 into three types. 条件C1を満たす平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性の分布と、条件C1を満たさない平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性の分布とを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the distribution of the average relay number performance H-network band performance Xeff characteristic which satisfy | fills the condition C1, and the distribution of the average relay number performance H-network band performance Xeff characteristic which does not satisfy | fill the condition C1. ノード数N=50、リンク数L=75のネットワーク中、ネットワーク帯域性能XeffがH−Xeff限界性能値から劣ること1未満の限界性能値近傍のネットワークの、一次縮約ネットワークでのコアノード次数平均値Kcoreの回りの、平均相対偏差dkcoreの出現頻度を示す説明図である。In a network with the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75, the network bandwidth performance Xeff is inferior to the H-Xeff limit performance value. The average value of the core node order in the primary reduced network of the network near the limit performance value less than 1. It is explanatory drawing which shows the appearance frequency of the average relative deviation dkcore around Kcore. 平均相対偏差dkcoreを4つの領域に分けた場合における、それぞれの領域に含まれた、ノード数N=50、リンク数L=75のネットワークの平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性を示す説明図である。Description showing average relay number performance H-network bandwidth performance Xeff characteristics of a network with the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75 included in each region when the average relative deviation dkcore is divided into four regions FIG. ノード数N=50、リンク数L=75のネットワークにおいて、コアノード数Ncoreが、条件C4又はC5を満たすことで、平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性で突出した特性を示していることを示す説明図である。In a network with the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75, the core node number Ncore satisfies the condition C4 or C5, and thus shows an outstanding characteristic in the average relay number performance H-network bandwidth performance Xeff characteristic. It is explanatory drawing shown. ノード数N=50で、平均ノード次数kが3から9まで、リンク数を変化させたときの、(maxH,maxXeff)の変化の様子を示している。The figure shows how (maxH, maxXeff) changes when the number of links is changed with the number of nodes N = 50 and the average node order k from 3 to 9. Dエッジノードがトラフィック中継に携わることがほんの僅かしかない理由の説明図である。It is explanatory drawing of a reason why D edge node is engaged only in traffic relay. コアノードへのSエッジノードの配分数と、平均中継数性能H及びネットワーク帯域性能Xeffの平均値の分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows distribution of the average value of the distribution number of the S edge node to a core node, average number-of-relays performance H, and network bandwidth performance Xeff. 条件C1〜C7の全てを満足する、ノード数N=50、リンク数L=75のデータ転送ネットワークの一実施例におけるネットワーク構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the network structure in one Example of the data transfer network of the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75 which satisfies all the conditions C1-C7. ノード数N=30000、リンク数L=61500のネットワーク構造例を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the example of a network structure of the number of nodes N = 30000 and the number of links L = 61500. 条件C1〜C7を備えたネットワークがそれぞれ示す平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性のコアノード数ごとの分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows distribution for every number of core nodes of the average relay number performance H-network band performance Xeff characteristic which the network provided with conditions C1-C7 shows, respectively. データ転送ネットワークの構成方法の第1の実施形態である単純試行法の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of the simple trial method which is 1st Embodiment of the structure method of a data transfer network. データ転送ネットワークの構成方法の第2の実施形態である試行選択法の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of the trial selection method which is 2nd Embodiment of the structure method of a data transfer network. データ転送ネットワークの構成方法の第3の実施形態であるランダムリンク張り替え法の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of the random link replacement method which is 3rd Embodiment of the structure method of a data transfer network. データ転送ネットワークの構成方法の第4の実施形態であるGA最適化法の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of GA optimization method which is 4th Embodiment of the structure method of a data transfer network. データ転送ネットワークの評価方法における処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process in the evaluation method of a data transfer network. ノード数N=50、リンク数L=75のネットワークについて、ネットワーク帯域性能Xeffと平均中継数性能Hの分布を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows distribution of network bandwidth performance Xeff and average number-of-relays performance H about a network with the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75.

(A)データ転送ネットワークの実施形態
以下、本発明によるデータ転送ネットワークの一実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
(A) Embodiment of Data Transfer Network Hereinafter, an embodiment of a data transfer network according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

この実施形態のデータ転送ネットワークは、連結されたネットワークであって、そのノード数をN、リンク数をLとするとき、N>10、N<L<3N、4L<Nの関係を満たし、3次正則グラフ、4次正則グラフ、5次正則グラフ、二部グラフのネットワーク構造以外のネットワーク構造を有し、以下の条件(C1)〜(C7)を満たすものである。 The data transfer network of this embodiment is a concatenated network, and when the number of nodes is N and the number of links is L, the relationship of N> 10, N <L <3N, 4L 2 <N 3 is satisfied. It has a network structure other than the network structure of the third order regular graph, the fourth order regular graph, the fifth order regular graph, and the bipartite graph, and satisfies the following conditions (C1) to (C7).

(C1)ネットワークNWにおいて、次数1となるノードは、必ず次数3以上のノードに連結していて、次数2以下のノードとは連結していない。   (C1) In the network NW, a node having degree 1 is always connected to a node having degree 3 or higher, and is not connected to a node having degree 2 or lower.

(C2)ネットワークNWを一次縮約させたネットワークNW*において、コアノード数Ncoreは2≦Ncore≦Nとなる整数で、Ncore個のコアノードの一次縮約ネットワークNW*での平均値Kcoreの回りの平均相対偏差dkcoreがdkcore<0.6となっている。   (C2) In the network NW * obtained by linearly reducing the network NW, the number of core nodes Ncore is an integer satisfying 2 ≦ Ncore ≦ N, and the average around the average value Kcore in the primary reduced network NW * of Ncore core nodes The relative deviation dkcore is dkcore <0.6.

(C3)ネットワークNWの平均中継数性能値Hとネットワーク帯域性能値Xeffが、平均リンク率をp、平均ノード次数をk、kをノード次数とする仮想的なcageグラフ構造のネットワークにおけるcage限界ネットワーク帯域性能値をcageXeffとしたとき、(1)式の関係を満たすものとなっている。   (C3) The network of limit networks in a network having a virtual cage graph structure in which the average relay number performance value H and the network bandwidth performance value Xeff of the network NW are p, the average node order is k, and k is the node order. When the bandwidth performance value is cageXeff, the relationship of the expression (1) is satisfied.

Xeff>(cageXeff/N−1)(H+p−2)
/{2(1/cageXeff+p−3)}+1 …(1)
(C4)コアノード数Ncoreが2(L−N)の約数となっている。
Xeff> (cageXeff / N-1) (H + p-2)
/ {2 (1 / cageXeff + p-3)} + 1 (1)
(C4) The number of core nodes Ncore is a divisor of 2 (L−N).

(C5)コアノード数Ncoreが、最外殻層数hshellに対する閉殻コア数Ncc(hshell)となっている。 (C5) The number of core nodes Ncore is the number N cc (h shell ) of closed shells relative to the number h shell of the outermost shell layer.

(C6)0≦S≦max(0,N−Ncore−Dmax)の範囲にあるSがネットワークNWにおけるノード次数kが1となるノードの数となり、かつ、D=N−Ncore−Sより求められるDがネットワークNWにおけるノード次数kが2となるノードの数となっている。   (C6) S in the range of 0 ≦ S ≦ max (0, N−Ncore−Dmax) is the number of nodes whose node order k is 1 in the network NW, and is obtained from D = N−Ncore−S. D is the number of nodes whose node order k is 2 in the network NW.

(C7)ネットワークNWにおけるS個のSエッジノードを一次縮約ネットワークNW*におけるNcore個のコアノードに分配すると仮定し、その分配方法として、S個のSエッジノードを分配した後のコアノードの次数分布のバラツキが最も小さくなるという理想的な分配方法を適用したと仮定した場合の結果に、ネットワークNWにおけるSエッジノードとコアノードとの繋がり方が一致している。又は、ネットワークNWにおけるS個のSエッジノードを一次縮約ネットワークNW*におけるNcore個のコアノードに分配すると仮定し、その分配方法として、S個のSエッジノードを分配した後のコアノードの次数分布のバラツキが最も小さくなるというように一旦分配した後、低次のコアノードに繋がっているSエッジノードのうちの一部若しくは全てをより高次のコアノードへ移動する分配方法を適用したと仮定した場合の結果に、ネットワークNWにおけるSエッジノードとコアノードとの繋がり方が一致している。   (C7) Assuming that S S edge nodes in the network NW are distributed to Ncore core nodes in the primary contracted network NW *, the distribution method of the core nodes after distributing the S S edge nodes as the distribution method As a result of assuming that an ideal distribution method in which the variation of the network is the smallest is applied, the connection method between the S edge node and the core node in the network NW matches. Alternatively, it is assumed that S S edge nodes in the network NW are distributed to Ncore core nodes in the primary contracted network NW *, and as a distribution method, the order distribution of the core nodes after the S S edge nodes are distributed When it is assumed that a distribution method is applied in which a part or all of S edge nodes connected to a lower-order core node are moved to a higher-order core node after being distributed so that the variation is minimized. As a result, the connection method between the S edge node and the core node in the network NW is consistent.

実施形態のデータ転送ネットワークは、条件C1〜C7の全てを充足するものであるが、変形例としては、条件C1〜C3だけを満たすもの、条件C1〜C3と条件C4〜C7のうちの1以上の条件(条件C1〜C7の全ての場合を除く)を満たすものを挙げることができる。   The data transfer network according to the embodiment satisfies all of the conditions C1 to C7. However, as a modification, only one of the conditions C1 to C3 and the conditions C4 to C7 is satisfied. That satisfy the above conditions (excluding all cases of conditions C1 to C7).

N>10を満たすことを前提としたのは、ノード数Nがある程度多い大規模なネットワーク構造を対象としようとしたためである。また、N<L<3N、4L<Nの関係を満たすことを前提としたのは、ノード数Nに対して少ないリンク数Lのネットワーク構造で、効率的なデータ転送ネットワークを定めようとしたためである。なお、ノード数Nに対して少ないリンク数Lのネットワーク構造を、N<L<3Nの関係だけで規定するようにしても良い。 The reason for satisfying N> 10 is that an attempt was made to target a large-scale network structure having a certain number of nodes N. Also, the premise of satisfying the relationship of N <L <3N, 4L 2 <N 3 is to define an efficient data transfer network with a network structure having a smaller number of links L than the number of nodes N. This is because. Note that a network structure having a smaller number of links L than the number of nodes N may be defined only by the relationship N <L <3N.

(A−1)条件C1〜C3について
(A−1−1)用語、パラメータの定義
まず、各用語や各パラメータの定義を説明する。
(A-1) Conditions C1 to C3 (A-1-1) Definition of terms and parameters First, definitions of terms and parameters will be described.

今、ノード数がNでリンク数がLとなるネットワークNWを考える。ノードにつながるリンクの数を、そのノードの「ノード次数」又は単に「次数」という。   Consider a network NW in which the number of nodes is N and the number of links is L. The number of links connected to a node is referred to as the “node order” or simply “order” of the node.

ノード次数が1となるノードをSエッジノードと呼び、Sエッジノードの数をSと表し、また、ノード次数が2となるノードをDエッジノードと呼び、Dエッジノードの数をDと表す。ノード次数が3以上のノードをコアノードと呼び、コアノードのノード数をNcoreと表す。このとき、N=S+D+Ncoreの関係が成り立っている。   A node whose node order is 1 is called an S edge node, the number of S edge nodes is expressed as S, a node whose node order is 2 is called a D edge node, and the number of D edge nodes is expressed as D. A node having a node degree of 3 or more is called a core node, and the number of core nodes is expressed as Ncore. At this time, the relationship of N = S + D + Ncore is established.

ノード次数が3以上のノードをコアノードとして重要するのは、以下の理由による。ノード次数が1となるノードへの経路は、そのノードが直接接続されているノードまでの経路が定まれば一意に決まり、直接接続されているノードとの間で経路の選択の余地がなく、経路の選択性に関し、ノード次数が3以上のノードより重要性が劣るためである。後述する一次縮約ネットワークNW*を導入しているのも、同様な理由による。また、ノード次数が2となるノードは、トラフィックの入出力ポートが2つであって、一方の入出力ポートから入力されたトラフィックは他方の入出力ポートへ出力し、他方の入出力ポートから入力されたトラフィックは一方の入出力ポートへ出力するので、ノード次数が2となるノードで経路を選択することはできず、経路の選択性に関し、ノード次数が3以上のノードより重要性が劣るためである。   The reason why a node having a node degree of 3 or more is important as a core node is as follows. The route to a node with a node degree of 1 is uniquely determined if the route to the node to which the node is directly connected is determined, and there is no room for route selection with the directly connected node. This is because the route selectivity is less important than a node having a node degree of 3 or more. For the same reason, a primary contracted network NW * described later is introduced. A node with node order 2 has two traffic input / output ports. Traffic input from one input / output port is output to the other input / output port and input from the other input / output port. Since the output traffic is output to one of the input / output ports, the route cannot be selected by the node having the node order of 2, and the route selectivity is less important than the node having the node order of 3 or more. It is.

ここで、次数1となるS個のノードとその次数1となるノードに繋がっているS本のリンクをネットワークから全て取り除いたネットワークを、元のネットワークを一次縮約させたネットワークという。元のネットワークをNWと表したとき、一次縮約させたネットワークをNW*と表す。一次縮約させたネットワーク(以下、一次縮約ネットワークと縮めて呼ぶ)NW*には、元のネットワークNWでノード次数が2以上のD+Ncore個のノードが含まれている。   Here, a network obtained by removing all S links having a degree of 1 and S links connected to the nodes having a degree of 1 from the network is referred to as a network obtained by linearly reducing the original network. When the original network is represented as NW, the first reduced network is represented as NW *. The primary contracted network (hereinafter referred to as a primary contracted network) NW * includes D + Ncore nodes having a node degree of 2 or more in the original network NW.

一次縮約ネットワークNW*でのノード次数をK(大文字)を用いて表し、元のネットワークNWでのノード次数をk(小文字)を用いて区別して表す。なお、kそのものは、後述するように、ネットワークNWでの平均ノード次数を表している。   The node order in the primary contracted network NW * is expressed using K (upper case), and the node order in the original network NW is expressed separately using k (lower case). Note that k itself represents the average node order in the network NW, as will be described later.

Ncore個あるコアノードのうち、i番目(iは1からNcoreまでの整数)のコアノードの一次縮約ネットワークNW*でのノード次数をKiとする。Ncore個のコアノードの一次縮約ネットワークNM*でのノード次数Kの平均値をKcoreとしたとき、平均値Kcoreの回りの平均相対偏差dkcoreを、以下の(2)式のように定める。但し、(2)式における総和Σはiが1からNcoreまでについてであり、√{ }は平方根を表している。   Of the Ncore core nodes, Ki is the node order in the primary contracted network NW * of the i-th (i is an integer from 1 to Ncore) core node. When the average value of the node degree K in the primary reduced network NM * of the Ncore core nodes is Kcore, the average relative deviation dkcore around the average value Kcore is determined as in the following equation (2). However, the sum Σ in the equation (2) is for i from 1 to Ncore, and √ {} represents the square root.

dkcore
=√{Σ(Ki−Kcore)/(Ncore−1)}/Kcore …(2)
また、ネットワークNWに対して、平均中継数性能値H、ネットワーク帯域性能値Xeff、平均リンク率p、cage限界ネットワーク帯域性能値cageXeffを以下のように定める。
dkcore
= √ {Σ (Ki−Kcore) 2 / (Ncore−1)} / Kcore (2)
For the network NW, the average number of relays performance value H, the network bandwidth performance value Xeff, the average link rate p, and the cage limit network bandwidth performance value cageXeff are determined as follows.

平均中継数性能値Hは、全てのノード対間の最短経路ホップ数の平均である。ノードiからノードjまでの経路で最短となる経路のホップ数をHi,jと表したとき(1≦i<j≦N)、平均中継数性能値Hは(3)式で表すことができる。但し、(3)式における総和Σは、N(N−1)/2個だけあるノード対に対する和である。最短経路のホップ数Hi,jは、ネットワーク構造が定まっていると、ダイクストラ法などで求めることができる。   The average number-of-relays performance value H is an average of the number of shortest path hops between all node pairs. When the number of hops of the shortest route from the node i to the node j is expressed as Hi, j (1 ≦ i <j ≦ N), the average number of relays performance value H can be expressed by equation (3). . However, the sum Σ in the equation (3) is a sum for a node pair of N (N−1) / 2. The hop count Hi, j of the shortest path can be obtained by the Dijkstra method or the like when the network structure is determined.

H=ΣHi,j/{N(N−1)/2} …(3)
また、ノードiからノードjまでの経路で最短となる経路の数をSi,jと表わす。ノード間最短経路数Si,jもダイクストラ法などを利用して求めることができる。ノード間最短経路数Si,jを用いて、各ノードkのノード負荷Tkを(4)式で定義すると共に、(5)式のようにノード負荷Tkの最大値をYと定める。(4)式における総和Σは、1≦i,j,k≦Nで、Hi,j=Hi,k+Hk,jとなる組み合わせの和である。また、(5)式のmaxは1≦k≦Nでの最大値である。
H = ΣHi, j / {N (N−1) / 2} (3)
Further, the number of the shortest paths from the node i to the node j is represented as Si, j. The number of shortest paths between nodes Si, j can also be obtained using the Dijkstra method. The node load Tk of each node k is defined by equation (4) using the shortest number of paths between nodes Si, j, and the maximum value of node load Tk is defined as Y as in equation (5). The sum Σ in equation (4) is the sum of combinations where 1 ≦ i, j, k ≦ N and Hi, j = Hi, k + Hk, j. Further, max in the equation (5) is a maximum value when 1 ≦ k ≦ N.

Tk=ΣSi,k Sk,j/Si,j …(4)
Y=max(Tk) …(5)
(4)式で表すノードkのノード負荷Tkは、ノードkを通り、ノードi,kの最短経路となる経路とノードk,jの最短経路となる経路の全ての組み合わせの、2つのノードi,jの最短経路となる全ての経路に対する割合を、2つのノードi,jの全ての対について合成したものである。
Tk = ΣSi, k Sk, j / Si, j (4)
Y = max (Tk) (5)
The node load Tk of the node k represented by the equation (4) passes through the node k, and two nodes i of all combinations of the route that becomes the shortest route of the nodes i and k and the route that becomes the shortest route of the nodes k and j. , J with respect to all the paths that are the shortest paths, for all pairs of two nodes i, j.

ノード負荷Tkの最大値Yを用いて、ネットワーク帯域性能Xeffを(6)式で定義する。   Using the maximum value Y of the node load Tk, the network bandwidth performance Xeff is defined by equation (6).

Xeff={N(N−1)/2}/Y …(6)
(6)式及び後述する(7)式において、N(N−1)/2は、ノード数Nの場合において、2個のノードの組み合わせ数になっている。全てのノードの能力が同じ場合において、ノード負荷Tkの最大値Yをとるノードがネットワークの処理能力を規定するものとなる。ノードの能力(処理量の上限)は、通信可能な帯域と、1通信当たりの負荷との積に応じている。(6)式は、ノードの能力(処理量の上限)の一定値を「1」としてネットワーク帯域性能Xeffを定義したものであり、このようにしても、ネットワーク構造を評価することができる。
Xeff = {N (N−1) / 2} / Y (6)
In the expression (6) and the expression (7) described later, N (N−1) / 2 is the number of combinations of two nodes when the number of nodes is N. When all the nodes have the same capacity, the node having the maximum value Y of the node load Tk defines the network processing capacity. The capability of the node (upper limit of processing amount) depends on the product of the communicable bandwidth and the load per communication. Expression (6) defines the network bandwidth performance Xeff with a constant value of the node capability (upper limit of processing amount) being “1”, and the network structure can be evaluated in this way as well.

また、平均リンク率pを(7)式で定義する。ネットワークNWでの平均ノード次数kを(8)式で定義する。   Further, the average link rate p is defined by equation (7). The average node order k in the network NW is defined by equation (8).

p=2L/N/(N−1) …(7)
k=2L/N …(8)
1つのリンクには2つのノードが繋がっている。従って、(7)式のように、リンク数Lを、2個のノードの組み合わせ数N(N−1)/2で割った値を平均リンク率とすることができる(なお、(7)式は、N(N−1)/2での割り算を、分子分母を入れ替えた乗算で表している)。上述のように、1つのリンクには2つのノードが繋がっているので、ノードに繋がっているリンクの端部の総数は、リンク数の2倍(2L)であり、それをノード数で割ることにより、1ノード当たりのリンクの端部数である平均ノード次数を得ることができる。
p = 2L / N / (N-1) (7)
k = 2L / N (8)
Two nodes are connected to one link. Therefore, as shown in equation (7), a value obtained by dividing the number of links L by the number of combinations of two nodes N (N−1) / 2 can be used as the average link rate (note that equation (7) Represents the division by N (N-1) / 2 by multiplication with the numerator denominator swapped). As described above, since two nodes are connected to one link, the total number of link ends connected to the node is twice the number of links (2L) and is divided by the number of nodes. Thus, it is possible to obtain the average node order which is the number of link ends per node.

ネットワークNWでの平均ノード次数kを用いた、h番目の項がf(k)となる(9)式に示す数列{f(k)}と、その1番目の項からh番目の和F(k)である(10)式に示す級数{F(k)}を考える。 Using the average node order k in the network NW, the sequence {f h (k)} shown in equation (9) in which the h-th term becomes f h (k), and the h-th sum from the first term is F h (k) (10) consider the series {F h (k)} in the expression.

{f(k)}={1,k,k(k−1),k(k−1),…k(k−1)h−2,…}
…(9)
{F(k)}={1,1+k,1+k+k(k−1),1+k+k(k−1)+k(k−1),…} …(10)
図1は、数列{f(k)}及び級数{F(k)}の表している意味合いの説明図であり、平均ノード次数kが3である場合の例を示している。図1は、最外殻のノードを除き、他のノードのノード次数がk(=3)であるツリー構造のネットワーク(いわゆるcageグラフ構造のネットワーク)を示しており、図1(A)は、ツリー構造のトップノードNTから最大で4ホップで到達できるネットワークを示し、図1(B)は、ツリー構造のトップノードNTから最大で5ホップで到達できるネットワークを示している。なお、図1(A)に示すネットワークは、図1(B)に示すネットワークの一次縮約ネットワークになっている。
{F h (k)} = {1, k, k (k−1), k (k−1) 2 ,... K (k−1) h− 2 ,.
... (9)
{F h (k)} = {1, 1 + k, 1 + k + k (k−1), 1 + k + k (k−1) + k (k−1) 2 ,...} (10)
FIG. 1 is an explanatory diagram of the meanings represented by the sequence {f h (k)} and the series {F h (k)}, and shows an example in which the average node order k is 3. FIG. 1 shows a tree-structured network (so-called “cage graph-structured network”) in which the node order of other nodes is k (= 3) except for the outermost shell node, and FIG. FIG. 1B shows a network that can be reached from the top node NT of the tree structure in a maximum of 4 hops, and FIG. 1B shows a network that can be reached from the top node NT of the tree structure in a maximum of 5 hops. Note that the network illustrated in FIG. 1A is a primary contracted network of the network illustrated in FIG.

ツリー構造のトップノードNTに着目すると、0ホップで到達できるノードの数は当該ノードに係る「1」であり、1ホップで到達できるノードの数は当該ノードに繋がっているリンクの数に等しい「k」であり、2ホップで到達できるノードの数は、1ホップで到達できるノードの数kに、1ホップで到達できる各ノードから外向きに枝分かれした数(k−1)を乗算した「k(k−1)」であり、3ホップで到達できるノードの数は、2ホップで到達できるノードの数k(k−1)に、2ホップで到達できる各ノードから外向きに枝分かれした数(k−1)を乗算した「k(k−1)」であり、以下同様に、任意のホップ数で到達できるノードの数を表すことができる。このようなホップ数毎に、到達可能なノードの数を羅列した数列は、(9)式に示す数列{f(k)}と一致する。 Focusing on the top node NT of the tree structure, the number of nodes that can be reached in 0 hops is “1” related to the node, and the number of nodes that can be reached in 1 hop is equal to the number of links connected to the node “ k ”, and the number of nodes that can be reached in two hops is“ k ”obtained by multiplying the number k of nodes that can be reached in one hop by the number (k−1) branching outward from each node that can be reached in one hop. (K-1) ", and the number of nodes that can be reached in 3 hops is the number of nodes that can be reached in 2 hops k (k-1). “k (k−1) 2 ” multiplied by k−1), and similarly represents the number of nodes that can be reached with an arbitrary number of hops. For each hop number, the number sequence that lists the number of reachable nodes matches the number sequence {f h (k)} shown in equation (9).

(9)式に示す数列{f(k)}が上述した意味合いを有するので、(10)式に示す級数{F(k)}の1番目の項は、トップノードNTから0ホップで到達できるノードの数「1」を表し、2番目の項は、トップノードNTから1ホップ以内で到達できるノードの数「1+k」を表し、3番目の項は、トップノードNTから2ホップ以内で到達できるノードの数「1+k+k(k−1)」を表し、4番目の項は、トップノードNTから3ホップ以内で到達できるノードの数「1+k+k(k−1)+k(k−1)」を表し、以下同様である。 Since the sequence {f h (k)} shown in equation (9) has the above-mentioned meaning, the first term of the series {F h (k)} shown in equation (10) is 0 hops from the top node NT. The number of reachable nodes represents “1”, the second term represents the number of nodes reachable within 1 hop from the top node NT, “1 + k”, and the third term represents within 2 hops from the top node NT. The number of nodes that can be reached is “1 + k + k (k−1)”, and the fourth term is the number of nodes that can be reached within 3 hops from the top node NT “1 + k + k (k−1) + k (k−1) 2 ”. The same applies hereinafter.

(k)≦Nとなる最大の整数をhとするとき、h−1を、ノード数N、リンク数Lにおけるcage限界最外殻層数cagehshellと呼ぶ。h番目の項は、トップノードNTから(h−1)ホップ以内で到達できるノード数を表しているので、cage限界最外殻層数cagehshellは、この数以下のホップ数で到達できるノード数はノード数(総ノード数)N以下であるが、この数より1だけ大きいホップ数までで到達できるノード数はノード数(総ノード数)Nを超えることを表している。 When h is the maximum integer satisfying F h (k) ≦ N, h−1 is referred to as the cage limit outermost layer number cageh shell in the number of nodes N and the number of links L. Since the h-th term represents the number of nodes that can be reached from the top node NT within (h-1) hops, the cage limit outermost layer number cageh shell is the number of nodes that can be reached with the number of hops less than this number. Represents the number of nodes (total number of nodes) N or less, but the number of nodes that can be reached by the number of hops larger by 1 than this number exceeds the number of nodes (total number of nodes) N.

図1の例の場合、{F(k)}は{1,4,10,22,46,94,…}であるので、仮に、ノード数(総ノード数)Nが50であれば、F(k)≦Nとなる最大の整数hは5であり、cage限界最外殻層数cagehshellは「4」となる。図1(A)は、このcage限界最外殻層数cagehshellまでのノードを記載したと同様な構造となっており、46個のノードが記載されている。仮に、ノード数(総ノード数)Nが50であれば、この46個のノードの外側に4個のノードを設けるようにすることもできる。 In the case of the example in FIG. 1, {F h (k)} is {1, 4, 10, 22, 46, 94,...}, So if the number of nodes (total number of nodes) N is 50, The maximum integer h that satisfies F h (k) ≦ N is 5, and the cage limit outermost shell layer number cageh shell is “4”. FIG. 1A shows a structure similar to that described for the nodes up to the number of the cage limit outermost shell layers, the cageh shell , and 46 nodes are described. If the number of nodes (total number of nodes) N is 50, four nodes can be provided outside the 46 nodes.

今、一般項が(h−1)k(k−1)h−2で表わされる(11)式に示す数列{(h−1)k(k−1)h−2}を考える。 Now, consider the general term of (h-1) k (k -1) represented by h-2 (11) sequence shown in the expression {(h-1) k ( k-1) h-2}.

{(h−1)k(k−1)h−2}={(1−1)1,(2−1)k,(3−1)k(k−1),(4−1)k(k−1),…,(h−1)k(k−1)h−2,…} …(11)
図1に示すようなツリー構造において、トップノードNTから、N個のノードに同一回数ずつ(ここでは1回とする)トラフィックが発生した場合を考えている。(h−1)k(k−1)h−2におけるk(k−1)h−2は、図1に示すようなツリー構造において、トップノードNTから(h−1)ホップで到達するノードの数を表しており、(h−1)k(k−1)h−2における(h−1)はホップ数を表している。従って、(h−1)k(k−1)h−2は、トップノードNTから(h−1)ホップで到達するノード数にそのホップ数を掛けた値であり、(h−1)ホップで到達し得るノードへのホップ数の総和を表している。
{(H-1) k (k-1) h-2 } = {(1-1) 1, (2-1) k, (3-1) k (k-1), (4-1) k (K-1) 2 , ..., (h-1) k (k-1) h-2 , ...} ... (11)
In the tree structure as shown in FIG. 1, a case is considered in which traffic occurs from the top node NT to the N nodes the same number of times (here, once). (H-1) k (k -1) k in h-2 (k-1) h-2 , in the tree structure shown in FIG. 1, the node that reaches the top node NT in (h-1) hop (H-1) k (k-1) (h-1) in h-2 represents the number of hops. Therefore, (h-1) k (k-1) h-2 is a value obtained by multiplying the number of nodes reached by (h-1) hops from the top node NT by the number of hops, and (h-1) hops. Represents the total number of hops to the node that can be reached by.

cage限界最外殻層数cagehshellより1だけ大きいホップ数で到達できるノード数は、ノード数Nから、cage限界最外殻層数cagehshell以下のホップ数で到達できるノード数F(k)を引いたN−Fh(k)である。cage限界最外殻層数cagehshellより1だけ大きいホップ数で到達できるノードへのホップ数は、当然に、cagehshell+1である。 cage limit the number of nodes that can reach one greater in number of hops than the outermost layer number Cageh shell from the node number N, the number of nodes reachable cage limit outermost layer number Cageh shell less than the number of hops F h (k) N-Fh (k) minus. cage number of hops to the node which can be reached one greater in number of hops than the limit outermost layer number Cageh shell is, of course, is cageh shell +1.

cage限界平均ホップ数cagehを、(12)式に示すように、数列{(h−1)k(k−1)h−2}の初項から第cagehshell+1番目までの項の和に、(N−F(k))(cagehshell+1)を加えた値を、N−1で割ることで定義する。N−1における1は、トップノードNTへのホップを考慮しないためである。なお、cage限界最外殻層数cagehshellは、その定義よりh−1で表すことができる。 The cage limit average hop count cageh is expressed as the sum of the terms from the first term of the sequence {(h-1) k (k-1) h-2 } to the cageh shell + 1th as shown in the equation (12): A value obtained by adding (N−F h (k)) (cageh shell +1) is defined by dividing by N−1. This is because 1 in N-1 does not consider a hop to the top node NT. In addition, the cage limit outermost shell layer number cageh shell can be represented by h-1 from its definition.

cageh={(1−1)1+(2−1)k+(3−1)k(k−1)+(4−1)k(k−1)+…+(h−1)k(k−1)h−2+(N−F(k))(cagehshell+1)}/(N−1) …(12)
cage限界ネットワーク帯域性能値cageXeHは、cage限界平均ホップ数cagehを用いて(13)式に示すように定義する。
cageh = {(1-1) 1+ (2-1) k + (3-1) k (k-1) + (4-1) k (k-1) 2 + ... + (h-1) k (k -1) h-2 + (N -F h (k)) (cageh shell +1)} / (N-1) ... (12)
The “cage limit network bandwidth performance value“ cageXeH ”is defined as shown in equation (13) using the“ cage limit average hop count “cageh”.

cageXeff=N/(cageh+1) …(13)
以上のように定めた各種のパラメータ、すなわち、cage限界ネットワーク帯域性能値cageXeff、平均リンク率p、平均ノード次数k、cage限界最外殻層数cagehshell、cage限界平均ホップ数cagehは全て、ノード数N及びリンク数Lが定まれば定まり、値を実際に求めることができるものである。
cageXeff = N / (cageh + 1) (13)
The various parameters determined as described above, that is, the cage limit network bandwidth performance value cageXeff, the average link rate p, the average node order k, the cage limit outermost shell layer number cageh shell , and the cage limit average hop count cageh are all nodes. If the number N and the link number L are determined, the values are determined, and the values can be actually obtained.

上述した条件C1〜C3は、以上説明した各用語や各パラメータによって表現されている。   The above-described conditions C1 to C3 are expressed by the terms and parameters described above.

(A−1−2)条件C1〜C3を満たすデータ転送ネットワークの概要
条件C1〜C3を満たすデータ転送ネットワークは、ノード数Nが11以上でリンク数LがN<L<3Nとなるリンク数が稀なネットワークにおいて、簡単で、しかもネットワーク帯域性能と平均中継数性能が優れた構成を有するものである。N<L<3Nより、ノード数の割にはリンク数が稀なため、ネットワーク帯域性能と平均中継数性能が上げられれば経済的・省エネ的なネットワークが組めると期待される。
(A-1-2) Outline of data transfer network satisfying conditions C1 to C3 The data transfer network satisfying conditions C1 to C3 has a number of links where the number of nodes N is 11 or more and the number of links L is N <L <3N. In a rare network, the network has a simple configuration and excellent network bandwidth performance and average relay number performance. Since N <L <3N, the number of links is rare with respect to the number of nodes, so it is expected that an economical and energy-saving network can be built if the network bandwidth performance and the average number of relays are improved.

H−Xeff限界性能X(H)近傍のどのようなネットワーク構造でも、コア・エッジ分離構造という構造をとることを本件発明者が見出した。コア・エッジ分離構造は、Sエッジノードは必ずコアノードと繋がり、一次縮約ネットワークNW*には連結数が1のリンクがないという特徴がある。   The present inventor has found that any network structure in the vicinity of the H-Xeff limit performance X (H) takes a structure of a core / edge separation structure. The core edge separation structure is characterized in that the S edge node is always connected to the core node, and the primary contracted network NW * does not have a link with the number of connections of one.

このコア・エッジ分離構造の特徴を持つとき、コアノードの一次縮約ネットワークNW*内での平均次数が2(L−N)/Ncore+2となり、逆に一次縮約ネットワークNW*内でコアノードの平均次数が2(L−N)/Ncore+2となればネットワークはコア・エッジ分離構造となる。   When the core / edge separation structure is used, the average order of the core nodes in the primary contracted network NW * is 2 (L−N) / Ncore + 2, and conversely, the average order of the core nodes in the primary contracted network NW *. Is 2 (L−N) / Ncore + 2, the network has a core / edge separation structure.

このように、ネットワークの構造を見るときSエッジノード、Dエッジノードとコアノードにノードを区別し、ネットワークNWを一次縮約させ、一次縮約ネットワークNW*の中での次数分布をみることにより、簡単にネットワーク帯域性能と平均中継数性能が優れた構成のデータ転送ネットワークを把握することができる。   In this way, when looking at the network structure, the nodes are distinguished into the S edge node, the D edge node, and the core node, the network NW is linearly reduced, and the order distribution in the primary reduced network NW * is observed. It is possible to easily grasp a data transfer network having a configuration excellent in network bandwidth performance and average number of relays performance.

(A−1−3)条件C1〜C3の採用理由
次に、条件C1〜C3を採用する理由、裏返せば、条件C1〜C3を満たすデータ転送ネットワークにより、得られる効果を説明する。
(A-1-3) Reasons for Adopting Conditions C1 to C3 Next, the reasons for adopting the conditions C1 to C3, in other words, the effects obtained by the data transfer network that satisfies the conditions C1 to C3 will be described.

非特許文献1の第4節の図3に示されているように、N<L<3Nとなる比較的リンクが稀なネットワークでは、インターネットなどの実際のネットワークと比較して、ランダムネットワークの方がはるかにネットワーク帯域性能が優れている。   As shown in FIG. 3 in Section 4 of Non-Patent Document 1, in a network with relatively few links where N <L <3N, a random network is more difficult than an actual network such as the Internet. There is much better network bandwidth performance.

図2は一つの例として、N=50、L=75における種々のネットワークの平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性を示したもので、横軸に平均中継数性能H、縦軸にネットワーク帯域性能Xeffを示している。図2(B)は、ランダムネットワークのH−Xeff特性を示し、図2(C)は、複雑ネットワークのH−Xeff特性を示し、図2(A)は、それら以外のネットワークのH−Xeff特性を示している。   FIG. 2 shows, as an example, the average number of relays performance H of various networks at N = 50 and L = 75—the network bandwidth performance Xeff characteristic. The horizontal axis represents the average number of relays performance H, and the vertical axis represents the network. Band performance Xeff is shown. 2B shows the H-Xeff characteristics of the random network, FIG. 2C shows the H-Xeff characteristics of the complex network, and FIG. 2A shows the H-Xeff characteristics of the other networks. Is shown.

インターネットなどの構造として一般に使用されている複雑ネットワークの構造は、平均中継数性能Hは小さいが大きなネットワーク帯域性能Xeffを取れなく、ランダムネットワークは逆により大きなネットワーク帯域性能Xeffはとれるが平均中継数性能Hも大きくなる傾向があることが分かる。図2(A)に示す各点(プロット)が現在までH−Xeff特性を調べられた点(ネットワーク)で、これらの左上の境界線が上述したH−Xeff限界性能を示している。H−Xeff限界性能上の適切なネットワークを選べば複雑ネットワークやランダムネットワークより平均中継数性能、ネットワーク帯域性能がともに良いネットワークなど優れたネットワークを選ぶことができる。   The structure of a complex network generally used as a structure of the Internet or the like has a small average relay number performance H but a large network bandwidth performance Xeff, and a random network can take a larger network bandwidth performance Xeff but an average relay number performance. It can be seen that H also tends to increase. Each point (plot) shown in FIG. 2 (A) is a point (network) whose H-Xeff characteristics have been examined so far, and the upper left boundary line indicates the above-described H-Xeff limit performance. If an appropriate network on the H-Xeff limit performance is selected, an excellent network such as a network having better average relay number performance and network bandwidth performance than a complex network or a random network can be selected.

図3は、図2で調べられたH−Xeff特性上のネットワークで、条件C1に満たすものと、満たさないものとを示している。図3(A)が条件C1を満たすものを示し、図3(B)が条件C1を満たさないものを示している。   FIG. 3 shows the network on the H-Xeff characteristic examined in FIG. 2 that satisfies the condition C1 and does not satisfy the condition C1. FIG. 3A shows what satisfies the condition C1, and FIG. 3B shows that which does not satisfy the condition C1.

図3から、条件C1を満たしたネットワークがH−Xeff限界性能の近傍に存在し、条件C1を満たさないネットワークがH−Xeff限界性能の近傍に存在しないことが分かる。これにより、ネットワークがH−Xeff限界性能近傍の特性値を示すためには、条件C1が確率統計的にほぼ必要条件となっていることが分かる。   FIG. 3 shows that a network that satisfies the condition C1 exists in the vicinity of the H-Xeff limit performance, and a network that does not satisfy the condition C1 does not exist in the vicinity of the H-Xeff limit performance. Thus, it can be understood that the condition C1 is almost necessary in terms of probability statistics in order for the network to exhibit a characteristic value in the vicinity of the H-Xeff limit performance.

ここでは、N=50、L=75の例で示したが、どのようなノード数Nとリンク数Lの組み合わせでも同様である。   Here, an example in which N = 50 and L = 75 is shown, but any combination of the number of nodes N and the number of links L is the same.

リンクを、次のように6通りに区別することができ、それぞれのリンク数を区別して表記する。コアノードの間に張られたリンクの数をLcc、コアノードとDエッジノードの間に張られたリンクの数をLcd、コアノードとSエッジノードの間に張られたリンクの数をLcs、Dエッジノードの間に張られたリンクの数をLdd、DエッジノードとSエッジノードの間に張られたリンクの数をLds、Sエッジノードの間に張られたリンクの数をLssと表す。このとき、各種のノード数と、各種のリンク数との間には、(14)式〜(16)式に示す関係がある。   The links can be classified into six types as follows, and the number of each link is distinguished and described. The number of links stretched between core nodes is Lcc, the number of links spanned between core nodes and D edge nodes is Lcd, the number of links stretched between core nodes and S edge nodes is Lcs, and D edge nodes The number of links stretched between the S edge nodes is denoted by Ldd, the number of links spanned between the D edge node and the S edge node is denoted by Lds, and the number of links stretched between the S edge nodes is denoted by Lss. At this time, there is a relationship shown in the equations (14) to (16) between the various node numbers and the various link numbers.

S=2Lss+Lds+Lcs …(14)
2D=Lds+2Ldd+Lcd …(15)
L=Lcc+Lcd+Lcs+Ldd+Lds+Lss …(16)
ネットワークが全てのノードの間で連結しているために、Lss=0が一般的に成り立っているため、(16)式は(17)式のように変形することができる。
S = 2Lss + Lds + Lcs (14)
2D = Lds + 2Ldd + Lcd (15)
L = Lcc + Lcd + Lcs + Ldd + Lds + Lss (16)
Since Lss = 0 is generally established because the network is connected between all nodes, equation (16) can be transformed into equation (17).

L=Lcc+Lcd+Lcs+Ldd+Lds …(17)
条件C1を式で表すとLds=0となるため、(14)式、(15)式及び(17)式はそれぞれ、(18)式、(19)式及び(20)式のように変形することができる。
L = Lcc + Lcd + Lcs + Ldd + Lds (17)
When the condition C1 is expressed by an equation, Lds = 0, and thus the equations (14), (15), and (17) are transformed into equations (18), (19), and (20), respectively. be able to.

S=Lcs …(18)
2D=2Ldd+Lcd …(19)
L=Lcs+Ldd+Lcd+Lcc …(20)
(19)式よりLdd=D−Lcd/2が得られ、これと、(18)式を適用すると、(20)式は、(21)式のように変形することができる。
S = Lcs (18)
2D = 2Ldd + Lcd (19)
L = Lcs + Ldd + Lcd + Lcc (20)
From equation (19), Ldd = D−Lcd / 2 is obtained. By applying this and equation (18), equation (20) can be transformed into equation (21).

L=S+D+(Lcd+2Lcc)/2 …(21)
Ncore個のコアノードの一次縮約ネットワークNW*でのノード次数の平均値Kcoreを用い、一次縮約ネットワークNW*のコアノードに繋がっているリンクの数の全てのコアノードについて総数を考えると、(22)式が成立する。また、ノード数に関して、(23)式が成立する。(22)式及び(23)式を(21)式に適用することにより、(24)式が得られる。
L = S + D + (Lcd + 2Lcc) / 2 (21)
Considering the total number of all the core nodes of the number of links connected to the core nodes of the primary contracted network NW * using the average value Kcore of the node orders in the primary contracted network NW * of the Ncore core nodes, (22) The formula holds. Further, with respect to the number of nodes, the equation (23) is established. By applying the formulas (22) and (23) to the formula (21), the formula (24) is obtained.

Ncore・Kcore=Lcd+2Lcc …(22)
N=Ncore+S+D …(23)
L=N−Ncore+Ncore・Kcore/2 …(24)
(24)より、一次縮約ネットワークNW*におけるノード次数平均値Kcoreは、(25)式で表されることが分かる。条件C1より、一次縮約ネットワークNW*におけるノード次数の平均値Kcoreについての(25)式の条件が得られる。逆に、(25)式の条件より、条件C1を導き出すことができるため、条件C1と、一次縮約ネットワークNW*におけるノード次数の平均値KcoreがKcore=2(L−N)/Ncore+2となることは全く等価であることが分かる。
Ncore · Kcore = Lcd + 2Lcc (22)
N = Ncore + S + D (23)
L = N-Ncore + Ncore · Kcore / 2 (24)
From (24), it can be seen that the node order average value Kcore in the primary contracted network NW * is expressed by equation (25). From the condition C1, the condition of the expression (25) for the average value Kcore of the node orders in the primary contracted network NW * is obtained. Conversely, since the condition C1 can be derived from the condition of the equation (25), the average value Kcore of the node order in the condition C1 and the primary contracted network NW * is Kcore = 2 (L−N) / Ncore + 2. It turns out that they are completely equivalent.

Kcore=2(L−N)/Ncore+2 …(25)
図2から分かるように、複雑ネットワークなどの一般に使用されているネットワークやランダムネットワークと比べて、H−Xeff限界性能値近傍のネットワークは、はるかに性能が高く、また、図3からは、その優れた性能のネットワークの中でも、条件C1を満たしたネットワークがとりわけ優れた性能を持つ傾向があることが分かる。このような優れたネットワークとなるために必要な構造条件が条件C1であり、ネットワークを一次縮約したときのコアノード数とコアノード次数平均値の間の関係式Kcore=2(L−N)/Ncore+2を満たすことである。
Kcore = 2 (L-N) / Ncore + 2 (25)
As can be seen from FIG. 2, the network in the vicinity of the H-Xeff limit performance value is much higher in performance than the generally used network such as a complex network or a random network, and FIG. It can be seen that among the networks with high performance, the network satisfying the condition C1 tends to have particularly excellent performance. The structural condition necessary to obtain such an excellent network is the condition C1, and the relational expression Kcore = 2 (LN) / Ncore + 2 between the number of core nodes and the average value of the core nodes when the network is linearly reduced. Is to satisfy.

図4は、N=50、L=75を例に、ネットワーク帯域性能XeffがH−Xeff限界性能値から劣ること1未満の限界性能値近傍のネットワークの、一次縮約ネットワークでのコアノード次数平均値Kcoreの回りの、上述した(2)式で表される平均相対偏差dkcoreの出現頻度を示している。図4において、横軸は平均相対偏差dkcoreを表しており、曲線freqは、その平均相対偏差dkcoreをとるネットワークの出現頻度であり、曲線accumは、出現頻度freqの累積度数である。   FIG. 4 shows, for example, N = 50 and L = 75, where the network bandwidth performance Xeff is inferior to the H-Xeff limit performance value. The frequency of appearance of the average relative deviation dkcore expressed by the above-described equation (2) around Kcore is shown. In FIG. 4, the horizontal axis represents the average relative deviation dkcore, the curve freq is the appearance frequency of the network taking the average relative deviation dkcore, and the curve accum is the cumulative frequency of the appearance frequency freq.

図5は、平均相対偏差dkcoreを、(R1)dkcore=0.0、(R2)0.0<dkcore≦0.2、(R3)0.2<dkcore≦0.4、(R4)0.5<dkcore≦0.6という4つの領域R1〜R4に分けた場合における、それぞれの領域に含まれたネットワークの平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性を示している。図5(A)〜(D)はそれぞれ、領域R1〜R4の平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性を示している。   FIG. 5 shows average relative deviations dkcore as follows: (R1) dkcore = 0.0, (R2) 0.0 <dkcore ≦ 0.2, (R3) 0.2 <dkcore ≦ 0.4, (R4) 0. The figure shows the average relay number performance H-network bandwidth performance Xeff characteristics of the networks included in each of the four regions R1 to R4 where 5 <dkcore ≦ 0.6. 5A to 5D respectively show the average number of relays performance H-network bandwidth performance Xeff characteristic of the regions R1 to R4.

図5から、平均相対偏差dkcoreが上述した4つの領域R1〜R4に値を持つネットワークのときに、そのネットワークが、H−Xeff限界性能値とその近傍に特性を有することが分かる。   FIG. 5 shows that when the average relative deviation dkcore is a network having values in the four regions R1 to R4 described above, the network has characteristics in the H-Xeff limit performance value and its vicinity.

一方、上記の4つの領域R1〜R4に含まれないdkcoreを有するネットワークの中には(0.6<dkcore)、H−Xeff限界性能値とその近傍を取るネットワークは存在していない。   On the other hand, among the networks having dkcore not included in the above four regions R1 to R4 (0.6 <dkcore), there is no network that takes the H-Xeff limit performance value and its vicinity.

このN=50、L=75の例に見られるように、平均値Kcoreの回りの平均相対偏差dkcoreの値でdkcore<0.6のとき、確率統計的に優れた平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性を示すことが期待される。これが、上述した条件C2の根拠である。   As seen in the example of N = 50 and L = 75, when the average relative deviation dkcore around the average value Kcore is dkcore <0.6, the average number of relays performance H-network that is stochastically superior It is expected to exhibit bandwidth performance Xeff characteristics. This is the basis for the above-described condition C2.

図3から分かるように、条件C1を満たしたからといって、必ずしもH−Xeff限界性能値近傍にあるとは限らない。条件C2も同様である。   As can be seen from FIG. 3, just because the condition C1 is satisfied, it is not always in the vicinity of the H-Xeff limit performance value. The same applies to condition C2.

上述した(1)式を満足することを規定した条件C3は、必ずH−Xeff限界性能値近傍になる条件である。   The condition C3 that defines that the above-described expression (1) is satisfied is a condition that is always near the H-Xeff limit performance value.

条件C3が表す領域は、(minH,minXeff)と(cageh,cageXeff/2)を結ぶ直線より上側の領域となっている。(cageh,cageXeff/2)は、cage限界(cageh,cageXeff)の半分のネットワーク帯域性能Xeffの値を持つ点で、ネットワーク帯域性能特性として十分優れている特性を示していて、H−Xeff限界性能値近傍になっている。第1の実施形態が対象としているどのようなノード数N、リンク数Lの組み合わせにおいても、限界性能値は条件C3が表す領域に入っており、条件C3が表す領域は、H−Xeff限界性能値近傍を規定する領域となっている。   The region represented by the condition C3 is a region above the straight line connecting (minH, minXeff) and (cageh, cageXeff / 2). (Cageh, cageXeff / 2) is a network bandwidth performance characteristic that is half the value of the cage limit (cageh, cageXeff), and is sufficiently excellent as a network bandwidth performance characteristic. H-Xeff limit performance It is close to the value. In any combination of the number of nodes N and the number of links L targeted by the first embodiment, the limit performance value is in the region represented by the condition C3, and the region represented by the condition C3 is the H-Xeff limit performance. This is an area that defines the vicinity of the value.

以上説明した理由により、条件C1〜C3を採用し、条件C1〜C3が満足していることにより、そのデータ転送ネットワークが、をH−Xeff限界性能X(H)上のネットワーク構造が有するネットワーク帯域性能と平均中継数性能に近い性能を示すことを保証できるようにした。   For the reasons described above, the conditions C1 to C3 are adopted, and the conditions C1 to C3 are satisfied, so that the data transfer network has the network bandwidth of the network structure on the H-Xeff limit performance X (H). The performance and the performance close to the average number of relays can be guaranteed.

(A−2)条件C4及びC5について
(A−2−1)条件C4の内容
条件C1〜C3を満たすネットワークの中でも、突出した平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性を示すためのコアノード数Ncoreに対する条件が、条件C4と後述する条件C5である。
(A-2) Conditions C4 and C5 (A-2-1) Contents of Condition C4 Among the networks satisfying the conditions C1 to C3, the number of core nodes for exhibiting the outstanding average number of relays performance H-network bandwidth performance Xeff characteristics Conditions for Ncore are a condition C4 and a condition C5 described later.

ノード数N、リンク数Lのネットワークが条件C1を満たすとき、Ncore個のコアノードの一次縮約ネットワークNW*でのノード次数Kの平均値Kcoreは、(25)式に示したように、Kcore=2(L−N)/Ncore+2となっている。一次縮約ネットワークNW*でのコアノード次数Kの平均値Kcoreの回りでの分布が、条件C2を満たすdkcore<0.6となるとき、2≦Ncore≦Nとなるどのような整数Ncoreにおいても、ネットワーク帯域性能と平均中継数性能に優れた性能を示すが、とりわけ、「コアノード数Ncoreが2(L−N)の約数となっている」という条件C4を満たすとき、さらに優れたネットワーク帯域性能と平均中継数性能が確率統計的に期待される。   When the network having the number N of nodes and the number L of links satisfies the condition C1, the average value Kcore of the node degree K in the primary reduced network NW * of the Ncore core nodes is expressed as Kcore = 2 (L-N) / Ncore + 2. When the distribution around the average value Kcore of the core node order K in the primary reduced network NW * is dkcore <0.6 that satisfies the condition C2, any integer Ncore where 2 ≦ Ncore ≦ N is satisfied. The network bandwidth performance and the average number of relays performance are excellent. Especially, when the condition C4 that “the number of core nodes Ncore is a divisor of 2 (L−N)” is satisfied, the network bandwidth performance is further improved. And the average number of relays is expected statistically.

(A−2−2)条件C5の内容
同様に、条件C1〜C3を満たすネットワークでも、とりわけ、「コアノード数Ncoreが、最外殻層数hshellに対する閉殻コア数Ncc(hshell)となっている」という条件C5を満たすとき、さらに優れたネットワーク帯域性能と平均中継数性能が確率統計的に期待される。
(A-2-2) Contents of Condition C5 Similarly, in the network satisfying the conditions C1 to C3, in particular, “the number of core nodes Ncore is the number of closed shell cores N cc (h shell ) with respect to the outermost shell number h shell” . When the condition C5 is satisfied, a further excellent network bandwidth performance and average number of relays performance are expected statistically.

ここで、最外殻層数hshell及び閉殻コア数Ncc(hshell)は、次のように定義されているものである。 Here, the outermost shell layer number h shell and the closed shell core number N cc (h shell ) are defined as follows.

実数xに対し、h番目の項がf(x)となる(26)式に示す数列{f(x)}と、その1番目の項からh番目の和F(x)である(27)式に示す級数{F(x)}を考える。(26)式及び(27)式は、上述した(9)式及び(10)式と同様な式である。 For the real number x, the sequence {f h (x)} shown in the equation (26) in which the h-th term becomes f h (x), and the h-th sum F h (x) from the first term. Consider the series {F h (x)} shown in equation (27). Expressions (26) and (27) are similar to the expressions (9) and (10) described above.

{f(x)}={1,x,x(x−1),x(x−1),…x(x−1)h−2,…}
…(26)
{F(x)}={1,1+x,1+x+x(x−1),1+x+x(x−1)+x(x−1),…} …(27)
ここで、それぞれのコアノード数Ncoreに対し、F{2(L−N)/Ncore+2}≦Nとなる最大の整数hを、コアノード数Ncoreに対応する最外殻層数hshellと呼ぶ。
{F h (x)} = {1, x, x (x−1), x (x−1) 2 ,... X (x−1) h− 2 ,.
... (26)
{F h (x)} = {1, 1 + x, 1 + x + x (x-1), 1 + x + x (x-1) + x (x-1) 2 , ...} (27)
Here, for each core node number Ncore, the maximum integer h satisfying F h {2 (L−N) / Ncore + 2} ≦ N is referred to as the outermost shell layer number h shell corresponding to the core node number Ncore.

実数xが整数のときには、数列{f(x)}は、ノード次数が全てxである場合のネットワークにおいて、一つのノードからh−1ホップで到達できるノード数の最大値を表している。また、級数{F(x)}は、一つのノードからh−1ホップまでに到達できるノード数の和の最大値を表している。 When the real number x is an integer, the sequence {f h (x)} represents the maximum number of nodes that can be reached from one node by h−1 hops in a network in which the node orders are all x. The series {F h (x)} represents the maximum value of the sum of the number of nodes that can be reached from one node to h−1 hops.

実数xが整数でないときには、数列{f(x)}は、平均ノード次数がxである場合のネットワークにおいて、一つのノードからh−1ホップで到達できるノード数の最大値の期待値を表していると考えられる。また、級数{F(x)}は、一つのノードからh−1ホップまでに到達できるノード数の和の最大値の期待値を表していると考えられる。 When the real number x is not an integer, the sequence {f h (x)} represents an expected value of the maximum number of nodes that can be reached from one node by h−1 hops in the network in which the average node order is x. It is thought that. Further, the series {F h (x)} is considered to represent an expected value of the maximum value of the sum of the number of nodes that can be reached from one node to h−1 hops.

また、f(x)、F(x)、最外殻層数hshellを元に、次のように閉殻コア数Ncc(hshell)を考える。 Based on f h (x), F h (x), and the outermost shell layer number h shell , the closed core number N cc (h shell ) is considered as follows.

2≦Ncore≦Nとなるどのような整数Ncoreにおいても、それぞれのNcoreに対し、上述したように定められた最外殻層数hshellが対応する。最外殻層数hshellはコアノード数Ncoreに対して単調に増加する。最外殻層数hshellの最大値はNcore=Nのときであり、F(2L/N)≦Nとなる最大整数hを求めることで得られる。この最大の最外殻層数hshellをmaxhshellとする。最大の最外殻層数maxhshell以下のそれぞれの最外殻層数hshellにおいて、最外殻層数hshellが対応する最大のコアノード数Ncoreを、最外殻層数hshellに対する閉殻コア数Ncc(hshell)と呼ぶIn any integer Ncore where 2 ≦ Ncore ≦ N, the outermost shell layer number h shell determined as described above corresponds to each Ncore. The outermost shell layer number h shell monotonically increases with respect to the core node number Ncore. The maximum value of the outermost shell layer number h shell is when Ncore = N, and is obtained by obtaining the maximum integer h that satisfies F h (2L / N) ≦ N. This maximum outermost shell layer number h shell is defined as maxh shell . In the largest outermost layer number maxh shell following each outermost layer number h shell, the largest core node number nCore, number closed shell core against the outermost shell layer number h shell the outermost shell layer number h shell corresponding Called N cc (h shell ).

上述した条件C5は、以上のように定義された最外殻層数hshellと閉殻コア数Ncc(hshell)を用いて表現されている。 The condition C5 described above is expressed by using the outermost shell layer number h shell and the closed shell core number N cc (h shell ) defined as described above.

(A−2−3)条件C4及びC5の採用理由
次に、条件C4及びC5を採用する理由、裏返せば、条件C4又はC5を満たすデータ転送ネットワークにより、得られる効果を説明する。
(A-2-3) Reasons for Adopting Conditions C4 and C5 Next, the reasons for adopting the conditions C4 and C5, in other words, the effects obtained by the data transfer network satisfying the condition C4 or C5 will be described.

上述したように、条件C1〜C3を満たすネットワークの中でも、突出した平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性を示すためのコアノード数Ncoreに対する条件が、条件C4又はC5である。これらの条件C4及びC5は、どちらも独立で、どちらか一方が成り立つこともあれば、両方同時に成り立つこともある。両方同時に成り立つときが、平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性として優れた特性を示すことが一層期待できるときである。   As described above, among the networks satisfying the conditions C1 to C3, the condition for the core node number Ncore for showing the outstanding average relay number performance H-network bandwidth performance Xeff characteristic is the condition C4 or C5. These conditions C4 and C5 are both independent, and either one of them may be satisfied or both may be satisfied at the same time. The time when both hold simultaneously is the time when it can be further expected to show excellent characteristics as the average number of relays performance H-network bandwidth performance Xeff characteristics.

図6に、ノード数N=50、リンク数L=75のネットワークを例に、コアノード数Ncoreが、条件C4又はC5を満たすことで、平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性で突出した特性を示していることを示す。図6の突出部に対応してコアノード数Ncoreと対応した条件C4又はC5を示す。   FIG. 6 shows an example of a network with the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75. When the core node number Ncore satisfies the condition C4 or C5, the average number of relays performance H-network bandwidth performance Xeff characteristics Is shown. The condition C4 or C5 corresponding to the core node number Ncore corresponding to the protruding portion of FIG. 6 is shown.

なお、図6でコアノード数Ncore=50の最大に突出しているネットワークは、丁度3次の正則グラフのネットワーク構造を有し、本明細書における検討外の構造である。検討外の構造であるが、この最大に突出したネットワークは、条件C1〜C3は満たさないものの、条件C4と条件C5は満たしている。   In addition, the network which protrudes to the maximum of the number of core nodes Ncore = 50 in FIG. 6 has a network structure of a regular graph of the third order, and is a structure outside the examination in this specification. Although this structure is not considered, this maximally protruding network satisfies the conditions C4 and C5, although the conditions C1 to C3 are not satisfied.

上述したように、H−Xeff限界性能X(H)値近傍では、ネットワーク構造はコア・エッジ分離構造という構造をとっている。条件C1を満たすことと、コア・エッジ分離構造をとることは同義である。条件C1を満たすことにより、一次縮約ネットワークにおけるコアノード次数平均値KcoreはKcore=2(L−N)/Ncore+2となっている。条件C2は、このコアノード次数の分布が平均値Kcoreの近くに分布しているものに、優れた平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性のネットワークが多いことを示している。図5に示したように、ネットワーク帯域性能Xeffが大きくコアノード数Ncoreも大きいときは、コアノード次数は平均値の近くに集中している。コアノード数Ncoreが小さいところでは、H−Xeff限界性能近傍の構造数密度が小さく、コアノード次数が平均値から幾分はなれていても、H−Xeff限界性能近傍の特性を示すことが可能と考えられる。条件C2はコアノード数Ncoreが小さいところでのコアノード次数の平均値からのずれとして許される許容範囲を示している。   As described above, in the vicinity of the H-Xeff limit performance X (H) value, the network structure is a core / edge separation structure. Satisfying the condition C1 is synonymous with taking a core / edge separation structure. By satisfying the condition C1, the core node order average value Kcore in the primary contraction network is Kcore = 2 (L−N) / Ncore + 2. The condition C2 indicates that there are many networks having excellent average relay number performance H-network bandwidth performance Xeff characteristics, although the distribution of the core node order is distributed near the average value Kcore. As shown in FIG. 5, when the network bandwidth performance Xeff is large and the core node number Ncore is also large, the core node orders are concentrated near the average value. When the number of core nodes Ncore is small, the structure number density near the H-Xeff limit performance is small, and even if the core node order is somewhat deviated from the average value, it is possible to show the characteristics near the H-Xeff limit performance. . The condition C2 indicates an allowable range that is allowed as a deviation from the average value of the core node orders when the number of core nodes Ncore is small.

なぜ、条件C4又はC5を満たすところが、平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性で突出するかを納得するためには、以下に示すことを理解する必要がある。   In order to convince the reason why the condition C4 or C5 is satisfied due to the average number-of-relays performance H-network bandwidth performance Xeff characteristic, it is necessary to understand the following.

ネットワーク帯域性能Xeffを上げるためには、それぞれのノードでのトラフィック処理をなるべく下げる必要がある。特に、ネットワークの中で最大の処理を行っているノードの処理量を下げると、ネットワーク全体のネットワーク帯域性能Xeffが上がる。   In order to increase the network bandwidth performance Xeff, it is necessary to reduce the traffic processing at each node as much as possible. In particular, when the processing amount of the node performing the maximum processing in the network is reduced, the network bandwidth performance Xeff of the entire network is increased.

ところで、平均中継数性能Hとノード処理量の間には密接な関係がある。それは、ネットワーク全体のノードの処理量の総和が平均中継数性能Hに比例する(厳密には、ノードの処理量の総和は、平均中継数性能Hに1を足したものに比例する)という関係である。   Incidentally, there is a close relationship between the average number of relays performance H and the amount of node processing. The relationship is that the total processing amount of nodes in the entire network is proportional to the average relay number performance H (strictly, the total processing amount of nodes is proportional to the average relay number performance H plus one). It is.

ネットワーク帯域性能Xeffは最大ノード処理量で決まり、平均中継数性能Hは全ノード処理総量で決まる。このため、同じ平均中継数性能値Hならばノード処理量のばらつきをなくしたとき最大のネットワーク帯域性能が得られる。平均処理量は厳密に(H+1)/Nに比例するため、ネットワーク帯域性能XeffはN/(H+1)となる。この値は、平均中継数Hでノード処理ばらつきをなくせたときのネットワーク帯域性能の最良値であり、一般のネットワークではこの値以下となる。   The network bandwidth performance Xeff is determined by the maximum node processing amount, and the average relay number performance H is determined by the total processing amount of all nodes. For this reason, if the average number of relays performance value H is the same, the maximum network bandwidth performance can be obtained when variations in node throughput are eliminated. Since the average processing amount is strictly proportional to (H + 1) / N, the network bandwidth performance Xeff is N / (H + 1). This value is the best value of the network bandwidth performance when the average number of relays H can eliminate the node processing variation, and is lower than this value in a general network.

因みに、L≧N1.5となるリンク数の豊富なネットワークでは、この最良値をとることが容易に可能であるが、本明細書が対象としているN<L<3Nの領域ではリンクが稀なため、ノード処理のばらつきをなくせず、この最良値を下回る値となる。 Incidentally, in a network with a large number of links such that L ≧ N 1.5 , it is possible to easily take this best value. However, in the region of N <L <3N, which is the subject of this specification, links are rare. Therefore, the variation in node processing is not lost, and the value is less than this best value.

図6に、ノード数N=50、リンク数L=75のネットワークでのネットワーク帯域性能Xeffの最良値N/(H+1)を示す曲線を示している。ノード数N=50、リンク数L=75のネットワークにおける(maxH,maxXeff)の点は、この最良値曲線の極近傍に位置するが、僅かながらノード処理が揃わず、ばらつきが存在するため、この最良値に達することができないことを示している。   FIG. 6 shows a curve indicating the best value N / (H + 1) of the network bandwidth performance Xeff in a network with the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75. The point of (maxH, maxXeff) in a network with the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75 is located in the immediate vicinity of this best value curve, but the node processing is not even a little and there are variations. Indicates that the best value cannot be reached.

ここで、(maxH,maxXeff)のネットワークにおけるノード処理のばらつきを少なくする方法を考える。ノード数Nの全てのノードでなるべく処理量を揃えて、なおかつ、平均中継数性能Hを極力抑えることが必要である。そのため、それぞれのノードの次数はなるべく揃っていた方が、処理量に差がなくなると考えられる。   Here, consider a method of reducing variations in node processing in a network of (maxH, maxXeff). It is necessary to arrange the processing amount as much as possible in all the nodes with N nodes and to suppress the average relay number performance H as much as possible. For this reason, it is considered that there is no difference in the processing amount when the orders of the respective nodes are aligned as much as possible.

2L/Nが整数となるとき、全てのノード次数を揃えることができる。例えば、N=50、L=75では平均ノード次数はちょうど3となり、全てのノード次数を揃えることができる。2L/Nが整数のとき、ネットワークは、「グラフ理論」でいう「正則グラフ」となる。因みに、正則グラフは、「グラフ理論」研究を含めて広い研究分野で研究されていて、多くの構造が既に知られているため、本明細書における対象外としてある。N=50、L=75でも、全てのノード次数が3となっていなくて正則グラフでないものも存在し、本明細書では、このような正則グラフでないものを対象としている。   When 2L / N is an integer, all node orders can be made uniform. For example, when N = 50 and L = 75, the average node order is exactly 3, and all node orders can be made uniform. When 2L / N is an integer, the network is a “regular graph” in “graph theory”. By the way, regular graphs have been studied in a wide range of research fields including “graph theory” research, and many structures are already known, so they are out of the scope of this specification. Even when N = 50 and L = 75, all node orders are not 3 and are not regular graphs, and in this specification, those not regular graphs are targeted.

図7は、ノード数N=50で、平均ノード次数kが3から9まで、リンク数を変化させたときの、(maxH,maxXeff)の変化の様子を示している。リンク数Lが増えるにつれて平均ノード次数が増えて、maxHが減りmaxXeffが増えてゆくが、maxXeffは一様に増えるのではなく、平均ノード次数kが整数値のところで極大値をとり、上下に変動しながら増えてゆく。このように、平均ノード次数がちょうど整数値を持つとき、全てのノードの次数が揃い、大きいmaxXeffをとることが分かる。   FIG. 7 shows changes in (maxH, maxXeff) when the number of links is changed from the number of nodes N = 50 to the average node degree k ranging from 3 to 9. As the number of links L increases, the average node order increases, maxH decreases, and maxXeff increases. However, maxXeff does not increase uniformly, but takes a local maximum value when the average node order k is an integer value and fluctuates up and down. While increasing. Thus, it can be seen that when the average node order has an integer value, the orders of all the nodes are aligned and take a large maxXeff.

特に、平均ノード次数が整数であり、どのノードから見てもネットワーク全体が同じように見えるような構造(自己同型構造)が存在するならば、全てのノードの処理量は厳密に均等になる。ノード数N=50、リンク数L=75のネットワークではそのような構造は今までに見出されていない。このような自己同型構造が存在するか存在しないかは、ノード数Nとリンク数Lの数の組み合わせにより決まり、リンク数Lがノード数Nに比べて稀であるとなかなか存在しない。自己同型構造は、「グラフ理論」でいうcageグラフやMooreグラフの研究で見いだされており、一例としてN=50、L=175という、リンク数Lがノード数Nに比べて多いとき、次数7の正則グラフであるHoffman Singleton graphが知られている。   In particular, if there is a structure in which the average node order is an integer and the entire network looks the same from any node (automorphic structure), the processing amount of all the nodes is strictly equal. Such a structure has not been found so far in a network with the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75. Whether such an automorphic structure exists or not depends on the combination of the number of nodes N and the number of links L, and the number of links L is rare compared to the number of nodes N. The automorphic structure has been found in the study of the “cage graph” and “Moore graph” in “graph theory”. As an example, when the number of links L is larger than the number of nodes N, N = 50 and L = 175, the degree 7 Hoffman Singleton graph is known, which is a regular graph of

Hoffman Singleton graphでは、どのノードから見ても最近接ノードは7個あり、ホップ数2の第二次近接ノードは42個となっていて、全てのノード間のホップ数は2以下となっている。なお、これにより、Hoffman Singleton graphの平均中継数性能Hとネットワーク帯域性能Xeffは、H=(1×7+2×42)/(N−1)=13/7、Xeff=50/(H+1)=17.5と簡単に計算される。   In the Hoffman Singleton graph, there are 7 nearest nodes from any node, 42 secondary neighbors with 2 hops, and 2 or fewer hops between all nodes. . As a result, the average relay number performance H and network bandwidth performance Xeff of Hoffman Singleton graph are H = (1 × 7 + 2 × 42) / (N−1) = 13/7, Xeff = 50 / (H + 1) = 17 It is calculated as .5.

一般のcageグラフやMooreグラフと呼ばれる正則なネットワークで、次数をkとしたとき、どのようなノードからでも第0ホップ、第1ホップ、第2ホップ、…第hホップとホップ数を増やしていった場合に初めて到達することができるノードの数の最大は、それぞれ、上述した(9)式(や(26)式)に示す数列{f(k)}の1番目、2番目、3番目、…h+1番目の項に当たる。 In a regular network called a general cage graph or Moore graph, when the degree is k, the number of hops from the 0th hop, the 1st hop, the 2nd hop, ... is increased from any node. In this case, the maximum number of nodes that can be reached for the first time is the first, second, third in the sequence {f h (k)} shown in equation (9) (or equation (26)), respectively. , ... h + 1 corresponds to the first term.

ノード次数kで正則なネットワークで、どのようなノードからでもホップ数hで初めて到達することができるノードの数が最大数k(k−1)h−1になっている場合、このネットワーク構造は「h閉殻である」とここではいう。Hoffman Singleton graphは2閉殻である。ノード数N=50、リンク数L=75のネットワークでは、{1,3,6,12,24,4}となる4閉殻の構造が考えられる。仮に、このような構造が存在するのならば最大ホップ数は5である。ノード数N=50、リンク数L=75のネットワークでは、このような4閉殻の構造はまだ見つけられていないが、3閉殻の構造は見つけられている。存在する最大の閉殻数をもつ構造を最大閉殻構造という。与えられたノード数Nとリンク数Lのネットワークの中で、ノード間の最大ホップ数が最小となるネットワークで、その最小値の値を、与えられたノード数Nとリンク数Lのネットワークにおける最外殻層数hshellと呼ぶ。ノード数N=50、リンク数L=75のネットワークにおける最外殻層数hshellは5である。最外殻層数hshellで閉殻なものを完全閉殻と呼ぶ。Hoffman Singleton graphは完全閉殻である。ノード数N=50、リンク数L=75のネットワークで4閉殻が存在したとしても完全閉殻でない。完全閉殻とMooreグラフは同義である。 In a regular network with node order k, if the number of nodes that can be reached for the first time from any node with hop count h is the maximum number k (k−1) h−1 , this network structure is Here we say “h closed shell”. The Hoffman Singleton graph is two closed shells. In a network with the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75, a four-shell structure of {1, 3, 6, 12, 24, 4} is conceivable. If such a structure exists, the maximum number of hops is five. In a network with the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75, such a four-closed shell structure has not yet been found, but a three-closed shell structure has been found. The structure having the largest number of closed shells is called the maximum closed shell structure. In a network with a given number of nodes N and a link number L, the maximum number of hops between nodes is the smallest, and the minimum value is the maximum value in a network with a given number of nodes N and links L. It is called the outer shell layer number h shell . The outermost layer number h shell in the network with the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75 is 5. A closed shell with the outermost shell layer number h shell is called a completely closed shell. The Hoffman Singleton graph is completely closed. Even if four closed shells exist in a network with the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75, they are not completely closed. Fully closed shell and Moore graph are synonymous.

ノード次数kで正則なネットワークでは閉殻数が大きければ平均中継数Hが小さいことが示される。また、閉殻数が大きければノードの対称性が増すために、ノード処理のばらつきも小さくなると考えられる。そのために、2L/Nが整数となるネットワークでは、(maxH,maxXeff)となるネットワークは、今まで調べた全てのネットワーク構造の中で例外なくの最大閉殻構造となっている。   In a regular network with node order k, it is shown that the average number of relays H is small when the number of closed shells is large. Moreover, since the symmetry of a node increases when the number of closed shells is large, the variation in node processing is also considered to be small. Therefore, in a network in which 2L / N is an integer, the network having (maxH, maxXeff) has a maximum closed shell structure without exception among all the network structures examined so far.

2L/Nが整数にならないとき、全てのノード次数を揃えることができず、Ncore=Nと見たときの平均コアノード次数Kcoreも整数にならない。そのために、厳密には、「正則グラフ」で成り立った議論がそのままでは成り立たない。しかし、実際に、このような平均コアノード次数が整数でないネットワーク構造でも統計的に「正則グラフ」と同じ傾向を示していることが経験されている。   When 2L / N is not an integer, all node orders cannot be made uniform, and the average core node order Kcore when Ncore = N is not an integer. Therefore, strictly speaking, the argument made up of “regular graphs” does not hold as it is. However, in fact, it has been experienced that such a network structure in which the average core node order is not an integer shows the same tendency as the “regular graph” statistically.

2L/Nが整数にならず、Ncore=Nと見たときの平均コアノード次数kが非整数でも、上述した(9)式(や(26)式)に示す数列{f(k)}の1番目、2番目、3番目、…h+1番目の項は、全てのノードからの第0ホップ、第1ホップ、第2ホップ、…第hホップとホップ数を増やしていった場合に初めて到達することができるノードの数の最大値の平均と考えられる。 Even if 2L / N is not an integer and the average core node order k when Ncore = N is a non-integer, the sequence {f h (k)} shown in the above equation (9) (or equation (26)) The first, second, third,..., H + 1th term arrives only when the number of hops from the 0th hop, the first hop, the second hop,. The average of the maximum number of nodes that can be considered.

2L/Nが整数のとき、最大閉殻構造や完全閉殻の構造をとると、優れた平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性を期待することができるように、2L/Nが非整数のときでも、上述した(9)式(や(26)式)に示す数列が、全てのノードからの第0ホップ、第1ホップ、第2ホップ、…第hホップとホップ数を増やしていった場合に初めて到達することができるノードの数の平均値となるような分布を持つとき、同様に、優れた平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性を期待することができる。   When 2L / N is an integer, 2L / N is a non-integer so that excellent average relay number performance H-network bandwidth performance Xeff characteristics can be expected if the maximum closed shell structure or the completely closed shell structure is taken. However, when the number sequence shown in the above equation (9) (or equation (26)) increases the number of hops from the 0th hop, 1st hop, 2nd hop, ... h hop from all nodes Similarly, an excellent average relay number performance H-network bandwidth performance Xeff characteristic can be expected when the distribution has an average value of the number of nodes that can reach for the first time.

以上は(max,maxXeff)近傍での傾向であるが、H−Xeff限界性能近傍におけるネットワークNWの一次縮約ネットワークNW*において、その一次縮約ネットワークNW*のノード数D+Ncoreと一次縮約ネットワークNW*における平均ノード次数k*においても同様な傾向があり、実際に、図6に示したように、ある限られたコア数Ncoreで平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性が突出している。   The above is a tendency in the vicinity of (max, maxXeff). In the primary reduced network NW * of the network NW in the vicinity of the H-Xeff limit performance, the number of nodes D + Ncore of the primary reduced network NW * and the primary reduced network NW There is a similar tendency in the average node order k * in *. Actually, as shown in FIG. 6, the average relay number performance H-network bandwidth performance Xeff characteristic is prominent with a certain limited number of cores Ncore.

つまり、図7を用いて上述した説明に対応して、一次縮約ネットワークNW*におけるノード次数k*が整数となっていると優れた平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性を期待することができる。条件C4は、このような内容に対応する。   In other words, in correspondence with the explanation given above with reference to FIG. 7, when the node order k * in the primary contracted network NW * is an integer, excellent average relay number performance H-network bandwidth performance Xeff characteristic is expected. Can do. Condition C4 corresponds to such contents.

また、一次縮約ネットワークNW*においてノード数D+Ncoreのそれぞれのノードから、第0ホップ、第1ホップ、第2ホップ、…第hホップとホップ数を増やしていった場合に初めて到達することができるノードの数の平均値が、(28)式に示すように分布しているとき、最大閉殻構造のように、優れた平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性を期待することができる。特に、このノード次数を非整数に拡張した場合の完全閉殻の構造が特に期待される。条件C5は、このような内容に対応する。   Also, in the primary contracted network NW *, it can be reached only when the number of hops is increased from the respective nodes of the number of nodes D + Ncore to the 0th hop, the 1st hop, the 2nd hop,. When the average value of the number of nodes is distributed as shown in the equation (28), excellent average relay number performance H-network bandwidth performance Xeff characteristics can be expected as in the maximum closed shell structure. In particular, a completely closed shell structure is expected when this node order is extended to a non-integer. Condition C5 corresponds to such contents.

1,k*,k*(k*−1),…,k*(k*−1)h−1 …(28)
(A−3)条件C6について
(A−3−1)条件C6の内容
条件C1〜C3、条件C1〜C4、条件C1〜C3、C5、又は、条件C1〜C5を満たすネットワークの中でも、条件C6を満たすネットワークは、さらに優れたネットワーク帯域性能と平均中継数性能が確率統計的に期待される。
1, k *, k * (k * -1), ..., k * (k * -1) h-1 (28)
(A-3) Condition C6 (A-3-1) Contents of Condition C6 Condition C1 to C3, Condition C1 to C4, Condition C1 to C3, C5, or the network satisfying Condition C1 to C5, Condition C6 network satisfying the better network bandwidth performance and the average number of relays performance is probabilistic statistically expected.

上述した条件C1〜C5は、ノード数N、リンク数L、コアノード数Ncoreなどで定まっており、Sエッジノード数SやDエッジノード数Dが実際にとる値に依存していない。条件C1〜C3、条件C1〜C4、条件C1〜C3、C5、又は、条件C1〜C5を満たすネットワークの中でも、S+D=N−Ncore、0≦S≦N−Ncore、0≦D≦N−Ncoreなどの条件の中で任意性があり、どのSエッジノード数S及びDエッジノード数Dの組み合わせでも、優れたネットワーク帯域性能と平均中継数性能が確率統計的に期待されるが、さらに、Sエッジノード数SやDエッジノード数Dについての条件C6を同時に満たすことにより、さらに優れたネットワーク帯域性能と平均中継数性能が確率統計的に期待される。   The above-described conditions C1 to C5 are determined by the number of nodes N, the number of links L, the number of core nodes Ncore, and the like, and do not depend on the values actually taken by the S edge node number S and the D edge node number D. Among the networks satisfying the conditions C1 to C3, the conditions C1 to C4, the conditions C1 to C3, C5, or the conditions C1 to C5, S + D = N-Ncore, 0 ≦ S ≦ N-Ncore, 0 ≦ D ≦ N-Ncore In any combination of S edge node number S and D edge node number D, excellent network bandwidth performance and average number of relays performance can be expected stochastically. By satisfying the condition C6 for the number of edge nodes S and the number D of edge nodes at the same time, further excellent network bandwidth performance and average number of relays performance are probabilistically expected.

上述した数列{f(x)}、級数{F(x)}、最外殻層数hshellの考え方を用いて、以下のように考えることができる。 Using the above-described concepts of the sequence {f h (x)}, the series {F h (x)}, and the outermost shell layer number h shell , the following can be considered.

(27)式で示した級数{F(x)}を用いて、それぞれのコアノード数Ncoreに対し、F{2(L−N)/Ncore+2}≦Nとなる最大の整数hを、コアノード数Ncoreに対応する最外殻層数hshellとした。このとき、X≦2(L−N)/Ncore+2でFhmax(X)=NとなるXが存在する。このようなXを用いて、Dmaxを、Ncore{2(L−N)/Ncore+2−X}/2を超えない最大の整数と決める。このようにDmaxは、ノード数N、リンク数L、コアノード数Ncoreより求めることができる。 Using the series {F h (x)} expressed by the equation (27), for each core node number Ncore, a maximum integer h satisfying F h {2 (L−N) / Ncore + 2} ≦ N is determined as a core node. The outermost shell layer number h shell corresponding to the number Ncore was used. At this time, there is X where Fhmax (X) = N with X ≦ 2 (L−N) / Ncore + 2. Using such X, Dmax is determined as the maximum integer not exceeding Ncore {2 (L−N) / Ncore + 2−X} / 2. Thus, Dmax can be obtained from the number of nodes N, the number of links L, and the number of core nodes Ncore.

このようにして求められたDmaxを用いて、条件C6が記述されており、優れたネットワーク帯域性能と平均中継数性能を実現できるSエッジノード数SやDエッジノード数Dの範囲が定められている。   The condition C6 is described by using the Dmax thus obtained, and the range of the S edge node number S and the D edge node number D capable of realizing excellent network bandwidth performance and average relay number performance is defined. Yes.

(A−3−2)条件C6の採用理由
次に、条件C6を採用する理由、裏返せば、条件C6を満たすデータ転送ネットワークにより、得られる効果を説明する。
(A-3-2) Reason for Adoption of Condition C6 Next, the reason for adopting the condition C6, in other words, the effect obtained by the data transfer network that satisfies the condition C6 will be described.

ノード数N=50、リンク数L=75のネットワークの中で限界性能を示しているネットワークに関する各種パラメータを、代表的なコアノード数Ncoreについて、表1に示している。表1の1行には、コアノード数Ncore、コアノード次数分布、Dエッジノード数D、Dエッジノード数の取り得る最大値(上限値)Dmax、Sエッジノード数S、充足している条件が記述されている。コアノード次数分布の欄における例えば「18K3+16K4」は、「ノード次数3の18個のコアノードと、ノード次数4の16個のコアノードの総ノード次数」を表している。

Figure 0004947131
Table 1 shows various parameters related to the network showing the limit performance in the network having the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75 with respect to the typical number of core nodes Ncore. The first row of Table 1 describes the number of core nodes Ncore, the core node degree distribution, the number D of edge nodes D, the maximum value (upper limit value) Dmax that the number of edge D nodes can take, the number S of edge nodes, and the conditions that are satisfied. Has been. For example, “18K3 + 16K4” in the column of the core node degree distribution represents “the total node order of 18 core nodes having a node degree of 3 and 16 core nodes having a node degree of 4.”
Figure 0004947131

コアノード数Ncoreの大きさに応じて、コアノードの一次縮約ネットワークNW*での平均値Kcoreは決定されるが、Dエッジノード数D、Sエッジノード数Sが取り得る値には任意性がある。上述したように求められた取り得る最大値Dmaxより、実際のDエッジノード数Dの値は、0≦D≦Dmaxの範囲に入っていることが分かる。条件C6を満たすネットワークの効果はこの表1に示されている。   The average value Kcore in the primary contraction network NW * of the core node is determined according to the size of the core node number Ncore, but the values that the D edge node number D and S edge node number S can take are arbitrary. . From the maximum value Dmax that can be obtained as described above, it can be seen that the actual value of the D edge node number D is in the range of 0 ≦ D ≦ Dmax. The effect of the network satisfying the condition C6 is shown in Table 1.

表1からも分かるようにDエッジノード数Dは、0か取り得る最大値Dmaxのどちらかをとる場合が多い傾向がある。   As can be seen from Table 1, the number D of edge nodes tends to take either 0 or the maximum possible value Dmax.

なぜ、上述のように求めた取り得る最大値Dmaxにより、Dエッジノード数Dが取り得る範囲が0≦D≦Dmaxと表わされる理由を、以下に説明する。   The reason why the possible range of the number D of edge nodes D is expressed as 0 ≦ D ≦ Dmax by the maximum value Dmax that can be obtained as described above will be described below.

この理由を理解するために、次のことを念頭に置く必要がある。   To understand why, you need to keep the following in mind:

ネットワークNWの中を流れるトラフィックはほとんど、一次縮約ネットワークNW*の中を通る。例外は、トラフィックの送り出したノードや送り先のノードがSエッジノードのときだけであり、最初か最後に一回だけ一次縮約ネットワークNW*上にないリンクを通る。   Most of the traffic flowing through the network NW passes through the primary reduced network NW *. The exception is only when the node that sent the traffic or the destination node is an S edge node, and passes through a link that is not on the primary contracted network NW * only once at the beginning or at the end.

Sエッジノードがネットワーク全体としてなぜ必要になるかは、Dエッジノードも合わせて、自らのノード次数を減らすことにより、より大きいコアノード平均次数Kcoreを実現するためにある。そのため、SエッジノードもDエッジノードも、ネットワークの中でトラフィック中継に携わることは少なくなる。   The reason why the S edge node is necessary for the entire network is to realize a larger core node average order Kcore by reducing its own node order together with the D edge node. For this reason, both the S edge node and the D edge node are less involved in traffic relaying in the network.

Dエッジノードは、Sエッジノードとは異なり、一次縮約ネットワークNW*中のノードであるため、トラフィック中継に携わることもあるが、ほんの僅かしか携わらないと考えられる。ほんの僅かしか携わらない理由を、図8を用いて説明する。   Unlike the S edge node, the D edge node is a node in the primary contracted network NW * and may be involved in traffic relaying. The reason why only a small amount is involved will be described with reference to FIG.

図8(A)は、一つのDエッジノードDが一次縮約ネットワークNW*の中で他のノードと繋がっている様子を示している。この場合、一次縮約ネットワークNW*は限界性能近傍の性能を示していると考える。DエッジノードDが繋がっているノードをnとnとしている。nとnが直接リンクされていなければ、少なくともn間のトラフィック中継にDエッジノードDは携わっている。DエッジノードDが携わっている中継トラフィックを、図8(A)のfで示している。DエッジノードDが携わっているトラフィックには、f以外にも、図8(C)に示すように、DエッジノードDで終端されるトラフィックf、fが存在する。 FIG. 8 (A) shows a state in which one of D edge node D 1 is connected to the other nodes in the primary contraction network NW *. In this case, the primary contracted network NW * is considered to exhibit performance near the limit performance. The node D the edge node D 1 are connected is set to n a and n b. If n a and n b are not directly linked, D edge node D 1 is engaged in relaying traffic between at least n a n b . Relay traffic D edge node D 1 is engaged, is indicated by f 1 in FIG. 8 (A). The traffic D edge node D 1 is involved, in addition to f 1, as shown in FIG. 8 (C), traffic f a, is f b exists that is terminated at D the edge node D 1.

、fのような終端トラフィックより中継トラフィックfが多いときは、図8(A)よりも、図8(B)の配置などが有利である。逆に、中継トラフィックfが終端トラフィックf、fより少ないとき、図8(A)の配置が有利となることが分かる。 When there is more relay traffic f 1 than terminal traffic such as f a and f b , the arrangement of FIG. 8B is more advantageous than FIG. 8A. Conversely, when the relay traffic f 1 is less than the terminal traffic f a and f b , it can be seen that the arrangement of FIG. 8A is advantageous.

このようにDエッジノードも一次縮約ネットワークNW*中のノードではあるが、ほとんどトラフィック中継に一般には携わっておらず、ネットワーク中継はもっぱらコアノード間のリンクがなすネットワークにより行われていると一般に考えられる(ここで一般と断ったのは、その例外も、極く少数であるが、存在しているためである)。   As described above, although the D edge node is also a node in the primary contracted network NW *, it is generally not involved in traffic relay in general, and it is generally considered that the network relay is performed exclusively by a network formed by links between core nodes. (The reason I refused to be general here is that there are very few exceptions, but they exist).

ネットワーク中継はもっぱらコアノード間のリンクがなすネットワークにより行われているため、コアノード間のリンクがなすネットワークがどのような構造を持つかが、ネットワーク全体の平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性を決める鍵となる。   Since network relay is performed exclusively by a network formed by links between core nodes, the structure of the network formed by links between core nodes has an average number of relays performance H-network bandwidth performance Xeff characteristic of the entire network. It is the key to decide.

Ncore個のコアノードとD個のDエッジノードからなる、一次縮約ネットワークNW*における平均ノード次数k*は、コアノードの平均ノード次数がkcoreでDエッジノードのノード次数が2のため、(29)式で表される。   The average node order k * in the primary reduced network NW * composed of Ncore core nodes and D D edge nodes is (29) because the average node order of the core nodes is kcore and the node order of the D edge nodes is 2. It is expressed by an expression.

k*=(Ncore・kcore+2D)/(Ncore+D) …(29)
Dエッジノード数DはS+D=N−Ncore、0≦S≦N−Ncore、0≦D≦N−Ncoreなどの条件の中で任意性があるため、(28)式が(拡張された)完全閉殻の構造の条件になるようにDを加減して調整することができる。この調整により得られたDの値が、上述した計算方法で得られるDmaxである。
k * = (Ncore · kcore + 2D) / (Ncore + D) (29)
Since the number D of edge nodes D is arbitrary in the conditions such as S + D = N−Ncore, 0 ≦ S ≦ N−Ncore, 0 ≦ D ≦ N−Ncore, the expression (28) is completely (extended). D can be adjusted by adjusting so as to satisfy the condition of the closed shell structure. The value of D obtained by this adjustment is Dmax obtained by the calculation method described above.

数の条件からはDがちょうどDmaxのとき(拡張された)完全閉殻の構造が得られても良いが、必ずしもそのような構造が実際にあるとは限らない。そのため、最大の閉殻数を得るためには、DはDmax以下であれば良いので、Dの値は0≦D≦Dmaxの範囲に入っていることが分かる。   From a numerical condition, a (closed) fully closed shell structure may be obtained when D is exactly Dmax, but such a structure does not necessarily exist. Therefore, in order to obtain the maximum number of closed shells, it suffices that D is equal to or less than Dmax, so that the value of D is in the range of 0 ≦ D ≦ Dmax.

一般の場合は、上述した議論により、Sエッジノードが多いよりも、Dエッジノードが多い方が多少なりとも、平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性的に有利と考えられるが、差は僅差であり、実際の構造の条件により、Sエッジノードが多い方が有利であったり、Dエッジノードが多い方が有利であったりするため、実際のDエッジノード数Dは0≦D≦Dmaxの範囲の数で、0かDmaxをとることが多いことが理解される。   In the general case, according to the above discussion, it is considered that the number of D edge nodes is more advantageous than the number of S edge nodes. There is a small difference, and depending on the conditions of the actual structure, it is advantageous to have more S edge nodes or more D edge nodes. Therefore, the actual number D of D edge nodes is 0 ≦ D ≦ Dmax. It is understood that the number in the range is often 0 or Dmax.

(A−4)条件C7について
(A−4−1)条件C7の内容
条件C1〜C6のうち、条件C1〜C3を含めた3つ以上の条件を満たすネットワークの中でも、条件C7を満たすネットワークは、さらに優れたネットワーク帯域性能と平均中継数性能が確率統計的に期待される。
(A-4) Condition C7 (A-4-1) Contents of Condition C7 Among the conditions C1 to C6, among the networks satisfying three or more conditions including the conditions C1 to C3, the network satisfying the condition C7 is Even better network bandwidth performance and average number of relays are expected statistically .

条件C1〜C6のうち、条件C1〜C3を含めた3つ以上の条件を満たすSエッジノード数S、Dエッジノード数D、コアノード数Ncoreの組み合わせがあった場合、ネットワークNWにおけるS個のSエッジノードが、一次縮約ネットワークNW*におけるNcore個のコアノードうちどれに繋げるかには任意性があり、どのような繋げ方であっても、条件C1〜C6のうち、条件C1〜C3を含めた3つ以上の条件を満たす個数のSエッジノード、Dエッジノード、コアノードで構成されていれば、確率統計的に、ネットワーク帯域性能と平均中継数性能に優れた性能を示すことが期待できる。   Of the conditions C1 to C6, if there is a combination of the S edge node number S, the D edge node number D, and the core node number Ncore that satisfy three or more conditions including the conditions C1 to C3, the S S in the network NW An edge node is arbitrarily connected to any one of the Ncore core nodes in the primary contracted network NW *. Regardless of the connection method, the conditions C1 to C3 are included in the conditions C1 to C6. If the number of S edge nodes, D edge nodes, and core nodes satisfying three or more conditions is satisfied, it can be expected that the network bandwidth performance and the average number of relays are excellent in terms of probability statistics.

しかし、以下に示す理想的な分配方法に従って、ネットワークNWにおけるS個のSエッジノードを一次縮約ネットワークNW*におけるNcore個のコアノードに分配したと仮定した場合、Sエッジノードのコアノードの現実の繋がり方が、そのような理想的な分配方法で分配したものと同様であれば、より優れたネットワーク帯域性能と平均中継数性能が確率統計的に期待される。   However, if it is assumed that the S edge nodes in the network NW are distributed to the Ncore core nodes in the primary contracted network NW * according to the ideal distribution method shown below, the actual connection of the core nodes of the S edge node If it is the same as that distributed by such an ideal distribution method, better network bandwidth performance and average number-of-relays performance are expected statistically.

「Sエッジノードの理想的な分配方法」
一次縮約ネットワークNW*におけるNcore個のそれぞれのコアノードにネットワークNWにおけるSエッジノードを一つずつ順番に繋げていくことを考える。それぞれのコアノードに繋げたSエッジノードの数をsとする。
"Ideal distribution method of S edge node"
Suppose that one S edge node in the network NW is sequentially connected to each of the Ncore core nodes in the primary contracted network NW *. Let s be the number of S edge nodes connected to each core node.

(ア)sは、各コアノードについてSエッジノードを繋ぎ始めるまでは零である。   (A) s is zero until the S edge node is started for each core node.

(イ)一次縮約ネットワークNW*における各コアノードのノード次数をKとしたとき、K+sが一番小さいコアノードの中からどれか一つのノードを任意に選んで、それに一つのSエッジノードを繋げる。この操作により、Sエッジノードを繋げたコアノードのsは1だけ増え、残ったSエッジノードの数は1つだけ減る。   (A) When the node degree of each core node in the primary contracted network NW * is K, any one node is arbitrarily selected from the core nodes having the smallest K + s, and one S edge node is connected thereto. By this operation, s of the core nodes connected to the S edge node is increased by 1, and the number of remaining S edge nodes is decreased by 1.

(ウ)(イ)の操作を、コアノードに繋げられていないSエッジノードがなくなるまで繰り返す。   (C) The operations (a) are repeated until there are no S edge nodes connected to the core node.

上記(ア)〜(ウ)の操作を行うことにより、最終的に、ネットワークNWにおけるS個のSエッジノードを、一次縮約ネットワークNW*におけるNcore個のコアノードに分配することができる。   By performing the operations (a) to (c), it is possible to finally distribute S S edge nodes in the network NW to Ncore core nodes in the primary contracted network NW *.

Sエッジノードの理想的な分配方法は、全てのSエッジノードを分配した後のコアノードの次数分布のバラツキが最も小さくなる方法であれば良く、上述した方法に限定されるものではない。   An ideal distribution method for the S edge nodes may be any method that minimizes the variation in the degree distribution of the core nodes after distributing all the S edge nodes, and is not limited to the method described above.

上述した条件C7は、ネットワークNWにおけるS個のSエッジノードを一次縮約ネットワークNW*におけるNcore個のコアノードに理想的な分配方法を適用して分配したと仮定した結果に、ネットワークNWにおけるSエッジノードとコアノードとの繋がり方が一致しているという条件である。なお、条件C7は、ネットワークNWにおけるS個のSエッジノードを一次縮約ネットワークNW*におけるNcore個のコアノードに理想的な分配方法を適用して一旦分配した後、低次のコアノードに繋がっているSエッジノードのうちの一部若しくは全てをより高次のコアノードへ移動する分配方法を適用したと仮定した場合の結果に、ネットワークNWにおけるSエッジノードとコアノードとの繋がり方が一致しているも含むものとしている。   Condition C7 described above is based on the assumption that the S edge nodes in the network NW are distributed to the Ncore core nodes in the primary contracted network NW * by applying an ideal distribution method. This is a condition that the connection method between the node and the core node is the same. Note that the condition C7 is such that the S S edge nodes in the network NW are once distributed by applying an ideal distribution method to the Ncore core nodes in the primary contracted network NW * and then connected to the lower order core nodes. Assuming that a distribution method of moving some or all of the S edge nodes to higher-order core nodes is applied, the connection between the S edge nodes and the core nodes in the network NW is identical. It is supposed to include.

(A−4−2)条件C7の採用理由
次に、条件C7を採用する理由、裏返せば、条件C7を満たすデータ転送ネットワークにより、得られる効果を説明する。以下では、ノード数N=50、リンク数L=75、コアノード数Ncore=20のときを例に説明する。
(A-4-2) Reason for Adoption of Condition C7 Next, the reason for adopting the condition C7, in other words, the effect obtained by the data transfer network satisfying the condition C7 will be described. In the following, a case where the number of nodes N = 50, the number of links L = 75, and the number of core nodes Ncore = 20 will be described as an example.

ノード数N=50、リンク数L=75、コアノード数Ncore=20のとき、一次縮約ネットワークNW*におけるコアノードのノード次数平均値KcoreはKcore=2(L−N)/Ncore+2=4.5となる。平均値Kcoreの回りの平均相対偏差をdkcoreが一番小さくなる平均次数の分布は、ノード次数4のノードが10個とノード次数5のノードが10個とでなる分布である。この分布を10K4+10K5のように表す。また、Dエッジノード数として取り得る最大値Dmaxは1となっている。なお、この分布を持つネットワークは、条件C1〜C3、C5を満たしており、Dエッジノード数Dが0か1ならば条件C4を満たしている。以下では、D=0を例にする。このとき、Sエッジノード数Sは30となり、Sエッジノードをどのようにコアノードに配分するかが問題となる。この場合、コアノードは、ノード次数面からは、10個ずつの2種類のコアノードがあるため、30個のSエッジノードを2種類のコアノードに配分する仕方は、表2に示す31通りがある。但し、表2において、SK4はノード次数4のコアノードに接続されたSエッジノードの数を表し、SK5はノード次数5のコアノードに接続されたSエッジノードの数を表している。

Figure 0004947131
When the number of nodes N = 50, the number of links L = 75, and the number of core nodes Ncore = 20, the node order average value Kcore of the core nodes in the primary contracted network NW * is Kcore = 2 (L−N) /Ncore+2=4.5. Become. The distribution of the average order in which dkcore has the smallest average relative deviation around the average value Kcore is a distribution of 10 nodes of node order 4 and 10 nodes of node order 5. This distribution is expressed as 10K4 + 10K5. The maximum value Dmax that can be taken as the number of D edge nodes is 1. A network having this distribution satisfies the conditions C1 to C3 and C5, and satisfies the condition C4 if the number D of edge nodes D is 0 or 1. In the following, D = 0 is taken as an example. At this time, the number S of S edge nodes becomes 30, and it becomes a problem how to distribute the S edge nodes to the core nodes. In this case, since there are two types of core nodes in terms of node order, there are 31 ways shown in Table 2 for distributing the 30 S edge nodes to the two types of core nodes. In Table 2, S K4 represents the number of S edge nodes connected to the core node having the node degree of 4, and S K5 represents the number of S edge nodes connected to the core node of the node order of 5.
Figure 0004947131

ノード次数4のノードが10個とノード次数5のノードが10個とでなるネットワークも種々あり、平均中継数性能H及びネットワーク帯域性能Xeffについては平均値を表2に記述している。   There are various networks in which there are 10 nodes of node order 4 and 10 nodes of node order 5, and the average values of average relay number performance H and network bandwidth performance Xeff are described in Table 2.

図9は、ノード次数4のコアノードへのSエッジノードの配分数SK4と、平均中継数性能H及びネットワーク帯域性能Xeffの平均値の分布をH−Xeff平面に示したものである。 FIG. 9 shows the distribution of the average value of the distribution number S K4 of the S edge node to the core node of the node degree 4 and the average number of relays performance H and the network bandwidth performance Xeff on the H-Xeff plane.

図9から分かるように、4次のコアノードにSエッジノードを20個、5次のコアノードにSエッジノードを10個それぞれ配分する仕方が、ネットワーク全体の平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性から見て優れていることが分かる。この配分方法は、より具体的には、10個の4次のコアノードにそれぞれSエッジノードを2個ずつ、かつ、10個の5次のコアノードにそれぞれSエッジノードを1個ずつ配分する方法であり、配分後のコアノードの次数は全てのコアノードについて6となる。この配分方法は、上述した「Sエッジノードの理想的な分配方法」に一致する。   As can be seen from FIG. 9, the method of allocating 20 S edge nodes to the 4th-order core node and 10 S edge nodes to the 5th-order core node, respectively, is the average number of relays performance H-network bandwidth performance Xeff characteristics of the entire network. It turns out that it is excellent in view. More specifically, this distribution method is a method of distributing two S edge nodes to ten fourth-order core nodes and one S edge node to ten fifth-order core nodes. Yes, the degree of the distributed core nodes is 6 for all the core nodes. This distribution method coincides with the above-described “ideal distribution method of S edge nodes”.

また、4次のコアノードへのSエッジノード分配数(SK4)が20未満の配分方法は、20のときのネットワーク帯域性能Xeffよりは劣るものの、平均中継数性能Hで優れていることが分かる。すなわち、ネットワーク帯域性能Xeffに比較して平均中継数性能Hのウェイトを大きく捉えるならば、「Sエッジノードの理想的な分配方法」に比較し、低次のコアノードへの分配数を少なくし、高次のコアノードへの分配数を多くすれば良い。条件C7の後半は、このような場合を規定している。 In addition, the distribution method in which the S edge node distribution number (S K4 ) to the fourth-order core node is less than 20 is inferior to the network bandwidth performance Xeff at 20, but is superior in the average relay number performance H. . That is, if the weight of the average number of relays performance H is large compared with the network bandwidth performance Xeff, the number of distribution to the lower-order core nodes is reduced compared to the “ideal distribution method of S edge nodes”, What is necessary is just to increase the number of distribution to a high-order core node. The latter half of the condition C7 defines such a case.

以上では、ノード数N=50、リンク数L=75、コアノード数Ncore=20のときを例に説明したが、他の場合も同様である。   In the above description, the case where the number of nodes N = 50, the number of links L = 75, and the number of core nodes Ncore = 20 has been described as an example, but the same applies to other cases.

条件C4〜C6を満たすネットワークの効果の説明で行った内容を整理すると、H−Xeff限界性能とその近傍のネットワークで、平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性から見て優れたネットワークに見られるネットワーク構造的な特徴を、以下の(i)、(ii)ようにまとめることができる。   The contents of the explanation of the effect of the network satisfying the conditions C4 to C6 can be summarized as an excellent network in terms of the average number of relays performance H-network bandwidth performance Xeff characteristics in the H-Xeff limit performance and nearby networks. The network structural characteristics obtained can be summarized as follows (i) and (ii).

(i)ネットワークは、SエッジノードがDエッジノードと連結していないネットワーク構造であるコア・エッジ分離構造をとる。一次縮約ネットワークNW*でのコアノードのノード次数の平均値KcoreはKcore=2(L−N)/Ncore+2となっている。大きいコアノード数Ncoreでは平均値Kcore小さく、小さなコアノード数Ncoreでは平均値Kcoreは大きい。   (I) The network takes a core / edge separation structure, which is a network structure in which the S edge node is not connected to the D edge node. The average value Kcore of the node orders of the core nodes in the primary contracted network NW * is Kcore = 2 (L−N) / Ncore + 2. When the number of core nodes Ncore is large, the average value Kcore is small, and when the number of core nodes Ncore is small, the average value Kcore is large.

(ii)ネットワーク内を流れるトラフィックは、ほとんどコアノードを経由して中継される。すなわち、Sエッジノードはトラフィックを終端するだけでトラフィックを中継せず、Dエッジノードはほとんど中継せずに終端が主な機能である。このため、最大処理ノードはコアノードとなり、ネットワーク帯域性能である有効最大ノード数Xeffは、ほぼ最大でXeff〜Ncore/3程度となる。コアノード数Ncoreが大きければネットワーク帯域性能Xeffが大きく、コアノード数Ncoreが小さければネットワーク帯域性能Xeffは小さくなる。トラフィックは、第0ホップ、第1ホップ、第2ホップ、…第hホップにより、平均して、上述した(28)式の各項に記述された数のノードを経由して一次縮約ネットワークNW*内を伝わる。そのため、平均中継数Hは(28)式の第2項目以上で、最大の最外殻層数hshellまでのホップ数の平均となる。これは、ほぼ最外殻層数hshellで決まる。一次縮約ネットワークNW*におけるコアノードのノード次数平均値Kcoreが小さいと最外殻層数hshellは大きく、この平均値Kcoreが大きいと最外殻層数hshellは小さい。このため、コアノード数Ncoreが大きいネットワークだと平均中継数Hは大きく、コアノード数Ncoreが小さいと平均中継数Hは小さい。 (Ii) Almost all traffic flowing in the network is relayed via the core node. In other words, the S edge node only terminates the traffic, does not relay the traffic, and the D edge node does not almost relay, and the termination is the main function. Therefore, the maximum processing node becomes a core node, and the effective maximum node number Xeff, which is the network bandwidth performance, is about Xeff to Ncore / 3 at most. If the core node number Ncore is large, the network bandwidth performance Xeff is large, and if the core node number Ncore is small, the network bandwidth performance Xeff is small. The traffic is averaged by the 0th hop, the 1st hop, the 2nd hop,... The hth hop, via the number of nodes described in each term of the above equation (28) on the average, and the primary reduced network NW. * Travel through. Therefore, the average number of relays H is equal to or more than the second item of equation (28), and is the average number of hops up to the maximum outermost shell layer number h shell . This is almost determined by the number h shell of the outermost shell layer. When the node order average value Kcore of the core nodes in the primary contracted network NW * is small, the outermost shell layer number h shell is large, and when the average value Kcore is large, the outermost shell layer number h shell is small. For this reason, if the network has a large core node number Ncore, the average relay number H is large, and if the core node number Ncore is small, the average relay number H is small.

次数が大きいノードには、確率的にトラフィックが集中する。トラフィック処理が一部のノードに偏るとネットワーク帯域性能Xeffが下がる。その反面、次数が大きいノード間を経由してトラフィックを中継すると、トラフィックの平均的中継数は小さくなる。   Traffic is probabilistically concentrated on nodes with a high degree. If the traffic processing is biased to some nodes, the network bandwidth performance Xeff decreases. On the other hand, when the traffic is relayed between nodes having a large degree, the average number of traffic relays is reduced.

条件C7が、図9のように、ネットワーク全体の平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性から見て優れている理由は、以下のように考えることができる。   The reason why the condition C7 is superior from the viewpoint of the average number of relays performance H-network bandwidth performance Xeff characteristic of the entire network as shown in FIG. 9 can be considered as follows.

一次縮約ネットワークNW*においてノード次数が異なるコアノードがある場合、ノード次数平均値Kcoreが大きければ大きいほど中継トラフィック量が多くなる傾向がある。このような場合、Sエッジノードをうまく配分して、コアノード間の処理量のばらつきをなくして均等化することができる。このような均等化することにより最大のネットワーク帯域性能Xeffを実現することができる。条件C7の前半部分の条件を満足すると、Sエッジノードがうまく配分されてこのノード処理量が均等化されて最大のネットワーク帯域性能Xeffが得られることが分かる。   When there are core nodes having different node orders in the primary contracted network NW *, the larger the node order average value Kcore, the greater the amount of relay traffic. In such a case, it is possible to distribute the S edge nodes well and to equalize the processing amount among the core nodes without variation. By performing such equalization, the maximum network bandwidth performance Xeff can be realized. When the condition of the first half of the condition C7 is satisfied, it can be seen that the S edge nodes are well allocated, the node processing amount is equalized, and the maximum network bandwidth performance Xeff is obtained.

この最大のネットワーク帯域性能Xeffを与える配置より、ノード次数が大きいコアノードにSエッジノードを片寄せることにより、ネットワーク帯域性能Xeffは下がるが、その分、平均中継数性能Hが優れたネットワーク構造が得られる。   The network bandwidth performance Xeff is lowered by shifting the S edge node to the core node having a higher node order than the arrangement that gives the maximum network bandwidth performance Xeff. However, a network structure with an excellent average relay number performance H is obtained. It is done.

(A−5)実施形態のデータ転送ネットワークの効果
実施形態のデータ転送ネットワークによれば、リンク数が稀なネットワークにおいて、少なくとも条件C1〜C3を満足しているので、ネットワーク帯域性能と平均中継数性能が優れたものとすることができる。条件C4〜C7の1以上を充足していると、ネットワーク帯域性能と平均中継数性能が一段と優れたものになる。
(A-5) Effect of Data Transfer Network of Embodiment According to the data transfer network of the embodiment, the network bandwidth performance and the average number of relays are satisfied in a network with a small number of links because at least the conditions C1 to C3 are satisfied. The performance can be excellent. When one or more of the conditions C4 to C7 are satisfied, the network bandwidth performance and the average number-of-relays performance are further improved.

(A−6)実施形態のデータ転送ネットワークの第1実施例
図10は、条件C1〜C7の全てを満足する、ノード数N=50、リンク数L=75のデータ転送ネットワークの一実施例の非正則なネットワーク構造を示している。
(A-6) First Example of Data Transfer Network of Embodiment FIG. 10 shows an example of a data transfer network that satisfies all of the conditions C1 to C7 and has the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75. It shows an irregular network structure.

図10(A)は、この実施例のネットワークの、H−Xeff平面上の位置を表している。   FIG. 10A shows the position of the network of this embodiment on the H-Xeff plane.

図10(C)は、各コアノードの接続関係を配置図的に記述したものである。図10(C)では、Sエッジノード、Dエッジノードの図示を省略し、全10個のコアノードと、コアノード間の直接リンク(実線)を示している。図10(C)の破線は、破線の両端のコアノード間にDエッジノードを介した間接リンクがあることを表している。   FIG. 10C describes the connection relationship of each core node in a layout diagram. In FIG. 10C, illustration of the S edge node and the D edge node is omitted, and all 10 core nodes and direct links (solid lines) between the core nodes are shown. The broken line in FIG. 10C indicates that there is an indirect link via the D edge node between the core nodes at both ends of the broken line.

図10(B)は、各コアノードの接続関係を表で記述したものである。各行は、コアノードの番号と、接続されているSエッジノードの数と、直接リンクを介して接続している他のコアノードの番号と、間接リンクで接続されている他のコアノードの番号及び間接リンク数の組とからなっている。1番目の行は、番号「1」のコアノードの行であり、1個のSエッジノードに繋がっており、番号3、7、9、10のコアノードには直接リンクされており、番号2のコアノードには4本の間接リンクで繋がっており、番号4のコアノードには2本の間接リンクで繋がっており、番号5のコアノードには1本(1本の場合は表記が省略されている)の間接リンクで繋がっていることを表している。   FIG. 10B describes the connection relationship of each core node in a table. Each row includes the number of core nodes, the number of connected S edge nodes, the number of other core nodes connected via a direct link, and the numbers and indirect links of other core nodes connected via an indirect link. It consists of a set of numbers. The first row is the row of the core node with the number “1”, is connected to one S edge node, is directly linked to the core nodes with the numbers 3, 7, 9, 10 and the core node with the number 2 Are connected by four indirect links, connected to the core node of number 4 by two indirect links, and one core node of number 5 (notation is omitted in the case of one). It shows that it is connected with an indirect link.

(A−7)ノード数N=50、リンク数L=75のネットワークについて
以下、上述の説明で種々用いたノード数N=50、リンク数L=75のネットワークについて、上述した条件との関係を整理して説明する。
(A-7) About a network with the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75 Hereinafter, with respect to the network with the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75 used in the above description, the relationship with the above-described conditions Organize and explain.

表3に、ノード数N=50、リンク数L=75のネットワークにおけるコア・エッジ分離構造の、一次縮約ネットワークNW*におけるコアノード次数の平均値Kcore、平均相対偏差dkcoreを最小とするコアノード次数Kの分布、最外殻層数hshell、Dエッジノード数として取り得る最大値Dmax、最大D値とそのときのS値とを示している。

Figure 0004947131
Table 3 shows the core node order K that minimizes the average value Kcore and the average relative deviation dkcore of the core node order in the primary contracted network NW * of the core edge separation structure in the network having the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75. , The outermost shell layer number h shell , the maximum value Dmax that can be taken as the number of D edge nodes, the maximum D value, and the S value at that time.
Figure 0004947131

・平均値Kcoreは2≦Ncore≦Nの範囲で、Kcore=2(L−N)/Ncore+2で与えられる。 The average value Kcore is given by Kcore = 2 (L−N) / Ncore + 2 in the range of 2 ≦ Ncore ≦ N.

・平均相対偏差dkcoreが平均値Kcoreを中心に0.6以内ならば、条件C1〜C3を充足する。表3の平均相対偏差dkcoreを最小とするコアノード次数Kの分布は、コアノード数Ncoreが50(表3の1行目)以外は、全て、条件C1〜C3を充足する。 If the average relative deviation dkcore is within 0.6 around the average value Kcore, the conditions C1 to C3 are satisfied. The distribution of the core node degree K that minimizes the average relative deviation dkcore in Table 3 satisfies all of the conditions C1 to C3 except that the core node number Ncore is 50 (first row in Table 3).

・コアノード数Ncoreがノード数Nに等しくなく、平均値Kcoreが整数となれば、条件C4を充足する。コアノード数Ncoreが25、10、5、2のときが、条件C4を充足するときである。 If the core node number Ncore is not equal to the node number N and the average value Kcore is an integer, the condition C4 is satisfied. The number of core nodes Ncore is 25, 10, 5, 2 when the condition C4 is satisfied.

・コアノード数Ncoreの増加と共に最外殻層数hshellも増加する。ノード数N=50、リンク数L=75では、最外殻層数hshellは2から5までの整数値をとる。2から5までのそれぞれの最外殻層数値hshellで最大のコアノード数Ncoreの値をもつ場合、条件C5を充足する。コアノード数Ncoreが48、34、20、8のときに条件C5を充足する。 As the number of core nodes Ncore increases, the number of outermost shell layers h shell also increases. When the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75, the outermost shell layer number h shell takes an integer value from 2 to 5. When each of the outermost shell layer values h shell from 2 to 5 has the maximum core node number Ncore, the condition C5 is satisfied. Condition C5 is satisfied when the number of core nodes Ncore is 48, 34, 20, or 8.

・D値がDmax値以下の場合に条件C6を充足する。 The condition C6 is satisfied when the D value is equal to or less than the Dmax value.

表3のNcore値、平均相対偏差dkcoreを最小とするコアノード次数Kの分布を持ち、D値がDmax値以下の場合は、条件C1〜C3、C6を満たしたネットワーク構造である。   When the core node degree K distribution has the minimum Ncore value and the average relative deviation dkcore in Table 3 and the D value is equal to or less than the Dmax value, the network structure satisfies the conditions C1 to C3 and C6.

具体的なネットワーク構造の一例として、コアノード数Ncore=34で、コアノード次数Kの分布が18K3,16K4で、D=0、S=16のネットワーク構造を2つ示す。前者が、実施形態のデータ転送ネットワークの第2実施例に該当し、後者が実施形態のデータ転送ネットワークの第3実施例に該当する。   As an example of a specific network structure, two network structures with a core node number Ncore = 34, a core node degree K distribution of 18K3, 16K4, D = 0, and S = 16 are shown. The former corresponds to the second example of the data transfer network of the embodiment, and the latter corresponds to the third example of the data transfer network of the embodiment.

[Ncore=34、18K3,16K4、D=0、S=16の例(1)]
表4に、各コアノードの番号、コアノードに接続されたSエッジノードの数、各コアノードが接続している他のコアノードの番号を示している。各行の#の後の番号がコアノードの番号である。コアノードに接続されたSエッジノードの数は、コアノードの番号に続く;と:の間の数で表している。表4のような表現方法を、リンクテーブルという。

Figure 0004947131
[Ncore = 34, 18K3, 16K4, D = 0, S = 16 example (1)]
Table 4 shows the number of each core node, the number of S edge nodes connected to the core node, and the numbers of other core nodes to which each core node is connected. The number after # in each row is the core node number. The number of S edge nodes connected to the core node is represented by the number between the core node numbers; The expression method as shown in Table 4 is called a link table.
Figure 0004947131

表4のリンクテーブルで、実際のネットワーク構造が規定されている。   The link table in Table 4 defines the actual network structure.

この例のネットワーク構造は、Ncore=34、18K3,16K4、D=0、S=16となっている。   The network structure of this example is Ncore = 34, 18K3, 16K4, D = 0, S = 16.

ネットワーク全体の次数の分布は[0,16,0,2,32]となっている。ここで、用いられている[0,16,0,2,32]などの次数分布の表し方は、0次ノードの数から始まり、次数をひとつずつ増やしたときのノード数の数列で表している。このネットワークのSエッジノードの配置は、条件C7の前半部分を充足する配置となっている。   The order distribution of the entire network is [0, 16, 0, 2, 32]. Here, the method of expressing the degree distribution such as [0, 16, 0, 2, 32] used is expressed by a sequence of the number of nodes when the order is increased one by one, starting from the number of the zeroth order nodes. Yes. The arrangement of the S edge nodes of this network is an arrangement that satisfies the first half of the condition C7.

このネットワークの平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性は、H=3.2620408、Xeff=8.968883で、これまで調べられてきたNcore=34のネットワークの中でも最大のネットワーク帯域性能Xeffを示す構造である。   The average number of relays performance H-network bandwidth performance Xeff characteristic of this network is H = 3.2620408, Xeff = 8.968883, and shows the maximum network bandwidth performance Xeff among the Ncore = 34 networks examined so far. Structure.

[Ncore=34、18K3,16K4、D=0、S=16の例(2)]
表5に、Ncore=34、18K3,16K4、D=0、S=16となる、別の構造をリンクテーブルで示す。

Figure 0004947131
[Ncore = 34, 18K3, 16K4, D = 0, S = 16 example (2)]
Table 5 shows another structure with Ncore = 34, 18K3, 16K4, D = 0, S = 16 in the link table.
Figure 0004947131

ネットワーク全体の次数分布も、例(1)と同様に[0,16,0,2,32]であり、また、例(1)と同様に、このネットワークのSエッジノードの配置も、条件C7の前半部分を充足する。   The degree distribution of the entire network is also [0, 16, 0, 2, 32] as in the example (1). Also, as in the example (1), the arrangement of the S edge nodes of this network is the condition C7. Satisfy the first half of.

このネットワークの平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性は、H=3.2359184、Xeff=8.812950で、これまで調べられてきたNcore=34のネットワークの中でも最小の平均中継数性能Hで、その平均中継数性能Hにおいて最大のネットワーク帯域性能Xeffを示す構造である。   The average number of relays H of this network-the network bandwidth performance Xeff characteristics are H = 3.2359184 and Xeff = 8.812950, and the minimum average number of relays performance H among the Ncore = 34 networks investigated so far. In the average relay number performance H, the maximum network bandwidth performance Xeff is shown.

以上、ノード数N=50、リンク数L=75で、Ncore=34、18K3,16K4、D=0、S=16となる2つの実施例(第2実施例、第3実施例)を示したが、2つの実施例から分かるように、優れた平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性を持った実際のネットワーク構造を見出すためには、条件C1〜C7のいくつかを組み合わせて(但し、少なくとも条件C1〜C3を含む)、表4や表5のリンクテーブルのNcore数、各コアノードのリンク先の数というリンクテーブルの枠組みを決め、その枠組みの中で実際のコアノード間の繋がり方を決めていけば良いことが分かる。このような決定方法については後述する。   As described above, two embodiments (second embodiment and third embodiment) in which the number of nodes N = 50, the number of links L = 75, and Ncore = 34, 18K3, 16K4, D = 0, and S = 16 are shown. As can be seen from the two examples, in order to find an actual network structure having excellent average number of relays performance H-network bandwidth performance Xeff characteristics, some of conditions C1 to C7 are combined (however, (Contain at least conditions C1 to C3), Ncore number of the link tables in Table 4 and Table 5, and the number of link destinations of each core node, and determine how to connect the actual core nodes within the framework You can see that it is good. Such a determination method will be described later.

(A−8)ノード数N=30000、リンク数L=61500のネットワークについて
次に、ノード数Nやリンク数Lが、インターネット規模と同程度の規模のネットワークについて、上述した条件との関係を説明する。
(A-8) Regarding a network with the number of nodes N = 30000 and the number of links L = 61500 Next, the relationship between the above-described conditions will be described for a network having the same number of nodes N and the same number of links L as the Internet. To do.

インターネットの規模は、AS(アプリケーションサーバ)レベルでN=30000、L=61500となっている。インターネットの構造は、上述した非特許文献1の第4節に示されているように、複雑ネットワークで、平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性はH≒3.8、Xeff≒6程度と見積もられている。   The scale of the Internet is N = 30000 and L = 61500 at the AS (application server) level. As shown in Section 4 of Non-Patent Document 1 described above, the Internet structure is a complex network, and the average number of relays performance H-network bandwidth performance Xeff characteristics are H≈3.8 and Xeff≈6. Estimated.

ノード数N=30000、リンク数L=61500での上述した表3に当たる表を、表6、表7に分けて示す。表6及び表7は、条件C4又はC5を満たすコアノード数Ncoreを示したものである。

Figure 0004947131
Figure 0004947131
Tables corresponding to Table 3 above when the number of nodes N = 30000 and the number of links L = 61500 are divided into Tables 6 and 7. Tables 6 and 7 show the number of core nodes Ncore that satisfies the condition C4 or C5.
Figure 0004947131
Figure 0004947131

ここでも、具体的なネットワーク構造の一例として、Ncore=252で、コアノード次数Kの分布が252K252で、D=126、S=29622のネットワーク構造を示す。   Here, as an example of a specific network structure, a network structure in which Ncore = 252, the distribution of the core node degree K is 252K252, D = 126, and S = 29622 is shown.

[Ncore=252、252K252、D=126、S=29622の例]
252個のコアノードは、251本のリンクを用いてフルメッシュを組むことができる。残り一本のリンクは、126組の任意のコアノード対の間にDエッジノードを仲介に張るリンクとして適用する。これで一次縮約ネットワークNW*の構造が得られる。この一次縮約ネットワークNW*の構造に対し、Sエッジノードをいずれかのコアノードに分配させれば、実際のネットワーク構造が得られる。
[Example of Ncore = 252, 252K252, D = 126, S = 29622]
The 252 core nodes can form a full mesh using 251 links. The remaining one link is applied as a link for interposing a D edge node between 126 arbitrary core node pairs. Thus, the structure of the primary contracted network NW * is obtained. If the S edge node is distributed to one of the core nodes with respect to the structure of the primary contracted network NW *, an actual network structure can be obtained.

Sエッジノードをどのように分配するかによって、平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性に特徴が生まれる。   Depending on how the S edge nodes are distributed, characteristics are born in the average number of relays performance H-network bandwidth performance Xeff characteristics.

ネットワーク帯域性能Xeffの良い構造を得るにはなるべく構造にむらがないように作れば良い。Sエッジノードの数29622は、29622=117×114+118×(252−114)と分解されるため、114個のコアノードに117個のSエッジノード繋ぎ、残り138個のコアノードに1個多い118個のSエッジノードをつなぐことによりネットワークの構造を決めることができる。   In order to obtain a structure with good network bandwidth performance Xeff, the structure should be made as uniform as possible. Since the number of S edge nodes 29622 is decomposed as 29622 = 117 × 114 + 118 × (252−114), 117 S edge nodes are connected to 114 core nodes, and 118 more than the other 138 core nodes are added. The network structure can be determined by connecting S edge nodes.

図11に、このネットワークの構造を模式的に示す。   FIG. 11 schematically shows the structure of this network.

図11(A)は、30000ノードのうち、252個のコアノードを点PCで表し、円形に配置したもので、図11(B)は、コアノード間をフルメッシュになるようにリンクしている様子を一つのコアノードを代表させ、簡略して表している。図11(C)では、点PDでDエッジノードを表し、二つおきにコアノードPC間を繋げている。また、図11(C)では、一つのコアノードPCを代表としてSエッジノードが複数繋がっている様子を表している。Sエッジノードをここでは点PSで表している。この構造では、実際には、117個のSエッジノードが繋がっているコアノードは114個あり、残りの138個のコアノードには118個のSエッジノードが繋がっている。   FIG. 11A shows 252 core nodes out of 30000 nodes represented by point PCs arranged in a circle, and FIG. 11B shows a state in which the core nodes are linked so as to form a full mesh. Is represented in a simplified manner, representing one core node. In FIG. 11C, the D edge node is represented by a point PD, and every other core node PC is connected. FIG. 11C shows a state in which a plurality of S edge nodes are connected with one core node PC as a representative. Here, the S edge node is represented by a point PS. In this structure, there are actually 114 core nodes to which 117 S edge nodes are connected, and 118 S edge nodes are connected to the remaining 138 core nodes.

このネットワークの平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性は、H=2.9792316、Xeff=125.773515となっている。   The average number of relays performance H-network bandwidth performance Xeff characteristics of this network are H = 2.979316 and Xeff = 125.773515.

平均中継数性能Hがほぼ3となっているのは、コアノード間はフルメッシュのため1ホップでどのコアノード間もトラフィックが行き交うことが可能であるためである。大半のノードはSエッジノードであるために、トラフィックの多くは、出発のSエッジノードからコアノードに1ホップを要し、コアノード間に1ホップを使い、コアノードから出口のSエッジノードに1ホップを要し、最大3ホップで行きつくことができる。それ以下のホップ数で出発ノードから出口ノードまで行きつけるトラフィックも若干あるため平均ホップ数は3より若干低めのH=2.9792316という値をとると解釈される。   The average number of relays performance H is almost 3 because the core nodes are fully meshed so that traffic can pass between any core nodes in one hop. Since most nodes are S edge nodes, much of the traffic requires one hop from the starting S edge node to the core node, one hop between core nodes, and one hop from the core node to the egress S edge node. In short, you can get up to 3 hops. Since there is some traffic that reaches from the departure node to the egress node with the hop count less than that, the average hop count is interpreted as a value of H = 2.979316, which is slightly lower than 3.

ネットワーク帯域性能Xeffは、ほぼコアノード数Ncore数252の半分である126に近い値となっている。Ncore数のほぼ半分がネットワーク帯域性能Xeffになる理由は、ほとんどのトラフィックは、Sエッジノード間を行き交うトラフィックで、そのほとんどが、コアノードを2回中継ノードとして使用することによるためである。   The network bandwidth performance Xeff is a value close to 126, which is almost half of the number of core nodes Ncore 252. The reason why almost half of the Ncore number is the network bandwidth performance Xeff is that most of traffic is traffic between S edge nodes, most of which is due to using the core node as a relay node twice.

現状のインターネットでは、H≒3.8、Xeff≒6程度であったので、図11に示すネットワーク構造は、現状のインターネットより格段的に性能が良くなっている。すなわち、図11に示したネットワーク構造は、現状のインターネットとノード数、リンク数が同規模であるが、平均中継数性能Hは小さく、なおかつ、ネットワーク帯域性能Xeffは約20倍のトラフィックを流せる性能である。   In the current Internet, H≈3.8 and Xeff≈6, so that the network structure shown in FIG. 11 has much better performance than the current Internet. That is, the network structure shown in FIG. 11 has the same number of nodes and links as the current Internet, but the average number of relays performance H is small, and the network bandwidth performance Xeff is about 20 times the traffic. It is.

平均ホップ数(平均中継数)はネットワーク性能的に見て、送信遅延や信号品質に影響する。平均ホップ数が小さいとそれだけ、送信遅延が小さく信号品質は高くなる。平均ホップ数はこれらの信号特性以外にも、ネットワーク運用コストやネットワーク消費電力を直接示す指標でもある。   The average number of hops (average number of relays) affects transmission delay and signal quality in terms of network performance. The smaller the average number of hops, the lower the transmission delay and the higher the signal quality. In addition to these signal characteristics, the average number of hops is an index that directly indicates network operation costs and network power consumption.

平均中継数性能Hをネットワーク帯域性能Xeffで割ったH/Xeffは簡単に単位トラフィック当たりに必要なネットワーク運用コストやネットワーク消費電力を示す指標であり、図11に示したネットワーク構造の例は、この指標で、現状のインターネットより約26倍高いと言える。   H / Xeff, which is obtained by dividing the average number of relays performance H by the network bandwidth performance Xeff, is an index simply indicating the network operation cost and network power consumption required per unit traffic. The example of the network structure shown in FIG. The index is about 26 times higher than the current Internet.

(B)データ転送ネットワークの構成方法の実施形態
次に、本発明によるデータ転送ネットワークの構成方法の4つの実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
(B) Embodiments of Method for Configuring Data Transfer Network Next, four embodiments of a method for configuring a data transfer network according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

各実施形態の構成方法は、上述した条件C1〜C7のうち、少なくとも条件C1〜C3を含む3個以上の条件を充足するデータ転送ネットワークを構成しようとしたものである。各実施形態の構成方法は、ノード数Nやリンク数やコアノード数Ncoreなどの枠組みを決めた上で、初期状態のネットワーク構造を定め、ネットワーク全体のネットワーク帯域性能値や平均中継数性能値のどちらか一方、又は、両方を指標として最適化することで、最終的に、性能が良いデータ転送ネットワークを構成しようとしたものである。   The configuration method of each embodiment is intended to configure a data transfer network that satisfies at least three conditions including at least the conditions C1 to C3 among the above-described conditions C1 to C7. In the configuration method of each embodiment, a network structure in an initial state is determined after determining a framework such as the number of nodes N, the number of links, and the number of core nodes Ncore, and the network bandwidth performance value or the average number of relays performance value of the entire network is determined. By optimizing either or both of them as an index, a data transfer network with good performance is finally constructed.

枠組みの中でコアノード間の繋げ方の決め方として、例えば、最初にランダムに決める方法が考えられる。ランダムに決めることにより、後述する図12に示すようなネットワークの分布が得られる。ランダムな方法で得られた繋げ方を少しずつ替えた場合、平均中継数性能Hやネットワーク帯域性能Xeffが改善するときに、その繋ぎ替えを実施してゆくという最適化を繰り返す。このような最適化方法を適用することにより、H−Xeff限界性能上若しくはH−Xeff限界性能近傍のネットワークを得ることができる。   As a method of deciding how to connect between core nodes in the framework, for example, a method of deciding at random first is conceivable. By randomly deciding, a network distribution as shown in FIG. When the connection method obtained by the random method is changed little by little, when the average relay number performance H and the network bandwidth performance Xeff are improved, the optimization of repeating the connection is repeated. By applying such an optimization method, it is possible to obtain a network on or near the H-Xeff limit performance.

条件C1〜C7を課す効果は、長時間の最適化作業なしで、後述する図12に示される程度の優れた平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性を持ったネットウーク構造を導き出すことができる点であり、また、最適化方法を適用する場合に、最適化を始める出発点で条件C1〜C7のいくつかを満足するネットワーク構造を使用することにより、最適化作業に要する作業量を大幅に短縮できる点にある。これらの効果はノード数Nやリンク数Lが大きくなるほど大きくなると考えられる。   The effect of imposing the conditions C1 to C7 can lead to a network structure having an excellent average number of relays performance H-network bandwidth performance Xeff characteristic as shown in FIG. In addition, when the optimization method is applied, the amount of work required for the optimization work is greatly increased by using a network structure that satisfies some of the conditions C1 to C7 at the starting point of the optimization. It can be shortened. These effects are considered to increase as the number of nodes N and the number of links L increase.

ノード数N=50、リンク数L=75のときを例に、最適化方法を適用することによるメリットを具体的に説明する。   The merits of applying the optimization method will be specifically described by taking the case where the number of nodes N = 50 and the number of links L = 75 as an example.

図12は、条件C1〜C7を備えたネットワークがそれぞれ示す平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性の分布を示したものである。図12は、2≦Ncore≦50の全てNcoreについて示している。代表的なコアノード数Ncoreについては、数値を示しており、その数値の下側に、そのコアノード数での分布が上下に伸びている。図12の分布は、条件C1〜C7でそれぞれのノードを無作為に繋げて得られたものである。このような分布上のある位置のネットワーク構造に対し、ネットワーク全体のネットワーク帯域性能値Xeffと平均中継数性能値Hを指標として最適化することで、H−Xeff限界性能上若しくはH−Xeff限界性能近傍の、優れた平均中継数性能H−ネットワーク帯域性能Xeff特性を持ったネットウーク構造を導き出すことができる。   FIG. 12 shows the distribution of the average number of relays performance H-network bandwidth performance Xeff characteristic shown by the networks having the conditions C1 to C7. FIG. 12 shows all Ncores where 2 ≦ Ncore ≦ 50. A typical number of core nodes Ncore is indicated by a numerical value, and the distribution of the number of core nodes extends vertically below the numerical value. The distribution in FIG. 12 is obtained by randomly connecting the nodes under the conditions C1 to C7. By optimizing the network structure at a certain position on such distribution with the network bandwidth performance value Xeff and the average number-of-relays performance value H of the entire network as indices, the H-Xeff limit performance or the H-Xeff limit performance A network structure having excellent average number of relays performance H-network bandwidth performance Xeff characteristics in the vicinity can be derived.

(B−1)データ転送ネットワークの構成方法の第1の実施形態
次に、データ転送ネットワークの構成方法の第1の実施形態として、単純試行法を説明する。図13は、単純試行法の処理の流れを示すフローチャートである。
(B-1) First Embodiment of Data Transfer Network Configuration Method Next, a simple trial method will be described as a first embodiment of a data transfer network configuration method. FIG. 13 is a flowchart showing a flow of processing of the simple trial method.

例えば、コンピュータに単純試行法を実行するプログラム(単純試行法プログラム)を搭載し、オペレータと単純試行法プログラムの対話によって、単純試行法を実行する。後述する試行選択法、ランダムリンク張り替え法、GA最適化法も同様である。   For example, a program for executing a simple trial method (simple trial method program) is installed in a computer, and the simple trial method is executed by interaction between the operator and the simple trial method program. The same applies to the trial selection method, random link replacement method, and GA optimization method described later.

まず、オペレータはノード数N、リンク数Lを決定して入力する(ステップ100)。ここでは、必要トラフィック総量(トラフィック帯域性能Xeffの下限)、必要ホップ特性(平均中継数性能Hの上限)、ネットワーク構築コスト、ネットワーク運用コスト、ネットワーク消費電力などの必要環境条件を満たすかを、トラフィック帯域性能や平均中継数性能を吟味しながら、しかも、使用ノード容量、使用伝送量(リンクの伝送可能な容量)などのネットワーク部材要件と整合するように決定する。この入力ステップでは、コンピュータは、N<L<3N、4L<Nの関係を確認するようにしても良い。 First, the operator determines and inputs the number of nodes N and the number of links L (step 100). Here, whether traffic meets the necessary environmental conditions such as total required traffic (lower limit of traffic bandwidth performance Xeff), required hop characteristics (upper limit of average number of relays performance H), network construction cost, network operation cost, network power consumption, etc. While examining the bandwidth performance and the average number of relays performance, it is determined so as to be consistent with network member requirements such as used node capacity and used transmission amount (capacity of link transmission). In this input step, the computer may check the relationship of N <L <3N, 4L 2 <N 3 .

次に、必要環境条件に係る項目に合わせて、ネットワークのコアノード数Ncoreの候補を算出する(ステップ101)。例えば、ノード数N、リンク数L、必要環境項目の値から、コアノード数Ncoreを算出する算出式を予め決定しておき、コアノード数Ncoreを算出する。なお、コアノード数Ncoreをもオペレータが入力するようにしても良い。   Next, candidates for the number of core nodes Ncore of the network are calculated according to the items related to the necessary environmental conditions (step 101). For example, a calculation formula for calculating the core node number Ncore is determined in advance from the values of the node number N, the link number L, and the necessary environment items, and the core node number Ncore is calculated. The operator may also input the number of core nodes Ncore.

コアノード数Ncoreの候補が得られると、この候補の近傍に、条件C4及びC5を満たす値があるか否かを判断し、あれば、コアノードの次数分布を定めて、後述するステップ103に移行し、条件C4及びC5を満たす値がなければ、近傍と捉える範囲が妥当か、条件C4及びC5を満たさなくても良いかなどの再検討を行い、再検討でも、適切なコアノード数を定められない場合には、上述したステップ100に戻り、再検討で適切なコアノード数を定めた場合には、コアノードの次数分布を定めて、後述するステップ103に移行する(ステップ102)。例えば、コアノード数Ncoreの候補の近傍に、条件C4及びC5を満たす値があるか否かの判断はコンピュータが自動的に実行する。コアノードの次数分布の決定も、コンピュータが自動的に実行するようにしても良い。例えば、ノード数N、リンク数Lで定まる平均ノード次数Kを算出した後、その所定倍をコアノードに係る平均ノード次数とし、そのコアノードに係る平均ノード次数を、できるだけ少ない種類のノード次数で達成するようにコアノードの次数分布を決定する。   When a candidate for the number of core nodes Ncore is obtained, it is determined whether or not there is a value that satisfies the conditions C4 and C5 in the vicinity of the candidate. If so, the order distribution of the core nodes is determined, and the process proceeds to step 103 described later. If there is no value that satisfies the conditions C4 and C5, a reexamination is performed, such as whether the range to be regarded as a neighborhood is appropriate, or whether the conditions C4 and C5 do not have to be satisfied, and the appropriate number of core nodes cannot be determined even by the reexamination. In this case, the process returns to step 100 described above, and when an appropriate number of core nodes is determined by reexamination, the order distribution of core nodes is determined, and the process proceeds to step 103 described later (step 102). For example, the computer automatically determines whether there is a value that satisfies the conditions C4 and C5 in the vicinity of the candidate for the core node number Ncore. The determination of the core node order distribution may also be automatically executed by the computer. For example, after calculating an average node order K determined by the number of nodes N and the number of links L, a predetermined multiple thereof is set as an average node order related to the core node, and the average node order related to the core node is achieved with as few node orders as possible. The order distribution of the core node is determined as follows.

以上のようにして、適用するノード数N、リンク数L、コアノード数Ncoreが揃い、コアノードの次数分布が定まると、ノード数N、リンク数L、コアノード数Ncoreから、条件C6を充足するように、Dエッジノード数の上限Dmaxを決定し、0≦D≦Dmaxの範囲内のDをランダムに定めた後、Sエッジノード数をS=N−D−Ncoreで定め、全次数分布を決定する(ステップ103)。このステップ103以降の処理は、例えば、全てコンピュータが実行する。なお、コアノードの次数分布を決定する際、又は、全次数分布を決定する際には、条件C2を充足することを確認する。   As described above, when the number of applied nodes N, the number of links L, and the number of core nodes Ncore are aligned and the degree distribution of the core nodes is determined, the condition C6 is satisfied from the number of nodes N, the number of links L, and the number of core nodes Ncore. The upper limit Dmax of the number of D edge nodes is determined, D within a range of 0 ≦ D ≦ Dmax is determined at random, then the number of S edge nodes is determined as S = N−D−Ncore, and the total degree distribution is determined. (Step 103). The processing after step 103 is executed by, for example, the computer. In addition, when determining the degree distribution of the core node or when determining the total degree distribution, it is confirmed that the condition C2 is satisfied.

次に、Sエッジノードを除いたノード(コアノード及びDエッジノード)について、ノード次数の小さいものから順に、そのノードのリンク先を多重リンクにならないようにランダムに決定することを繰り返し、一次縮約ネットワークを形成する(ステップ104)。一次縮約ネットワークの形成中において、多重リンクが生じることを避けることができなくなったり、一次縮約ネットワークが連結されていないものとなったりした場合には、ステップ104に戻って、一次縮約ネットワークの形成を最初からやり直す(ステップ105)。   Next, for the nodes (core node and D edge node) excluding the S edge node, the link destination of the node is randomly determined so as not to be a multiple link in order from the smallest node order, and the primary contraction is repeated. A network is formed (step 104). If it is impossible to avoid the occurrence of multiple links during the formation of the primary reduced network, or if the primary reduced network is not connected, the process returns to step 104 to return to the primary reduced network. Is started again from the beginning (step 105).

一次縮約ネットワークが形成されると、S個のSエッジノードをNcore個のコアノードにランダムにリンクさせ、ネットワーク構造を完成させる(ステップ106)。ステップ106の処理により、条件C1は充足されることになる。完成されたネットワーク構造について、条件C3が充足していることを確認する。また、条件C7の充足も要件としている場合には、完成されたネットワーク構造について、条件C7が充足していることを確認する。なお、条件C3やC7が充足していない場合には、例えば、ステップ104に戻って、一次縮約ネットワークの形成を最初からやり直す。   When the primary contracted network is formed, the S S edge nodes are randomly linked to the Ncore core nodes to complete the network structure (step 106). The condition C1 is satisfied by the process of step 106. It is confirmed that the condition C3 is satisfied for the completed network structure. If the satisfaction of the condition C7 is also a requirement, it is confirmed that the condition C7 is satisfied for the completed network structure. If the conditions C3 and C7 are not satisfied, for example, the process returns to step 104, and the formation of the primary contraction network is performed again from the beginning.

(B−2)データ転送ネットワークの構成方法の第2の実施形態
次に、データ転送ネットワークの構成方法の第2の実施形態として、試行選択法を説明する。図14は、試行選択法の処理の流れを示すフローチャートであり、上述した図13との同一、対応ステップには同一符号を付して示している。
(B-2) Second Embodiment of Data Transfer Network Configuration Method Next, a trial selection method will be described as a second embodiment of the data transfer network configuration method. FIG. 14 is a flowchart showing a flow of processing of the trial selection method, and the same reference numerals are assigned to the same and corresponding steps as in FIG. 13 described above.

試行選択法において、入力されたノード数N及びリンク数Lからコアノード数Ncoreを定め、その後、コアノードの次数分布を定めるまでの処理(ステップ100〜102)は、単純試行法と同様である。   In the trial selection method, the processing (steps 100 to 102) until the core node number Ncore is determined from the inputted node number N and link number L and thereafter the order distribution of the core nodes is determined is the same as in the simple trial method.

この試行選択法では、ステップ103〜106でなるネットワーク構造の決定処理を、ループ処理として複数回実行する(ステップ107)。そして、得られた複数のネットワーク構造の中から、トラフィック帯域性能及び平均ホップ性能の少なくとも一方を反映させた評価式(例えば、両性能値の重み付け加算値)に基づいて、最良のネットワーク構造を選択する(ステップ108)。   In this trial selection method, the network structure determination process in steps 103 to 106 is executed a plurality of times as a loop process (step 107). From the obtained network structures, the best network structure is selected based on an evaluation formula that reflects at least one of traffic bandwidth performance and average hop performance (for example, weighted addition value of both performance values) (Step 108).

ここで、ステップ103〜106でなるネットワーク構造の決定処理の繰り返し回数は固定回数であっても良く、また、最良基準以上のネットワーク構造が見つかるまで繰り返す、回数が固定値でないもの(但し、打ち切り回数を設定してあっても良い)であっても良い。後者の場合、新たなネットワーク構造が決定されると、評価値が最良基準以上か否かを判別し、最良基準以上であればそこで繰り返しを終了させ、最良基準未満であれば、今までの中の最良のネットワーク構造とどちらが良好かを判断し、その時点で最も良好なネットワーク構造を定めておく。   Here, the number of repetitions of the network structure determination processing in steps 103 to 106 may be a fixed number, or the number of repetitions is repeated until a network structure equal to or higher than the best standard is found (however, the number of times of censoring) May be set). In the latter case, when a new network structure is determined, it is determined whether or not the evaluation value is greater than or equal to the best standard, and if it is greater than or equal to the best standard, the iteration is terminated. It is determined which is the best network structure, and the best network structure is determined at that time.

(B−3)データ転送ネットワークの構成方法の第3の実施形態
次に、データ転送ネットワークの構成方法の第3の実施形態として、ランダムリンク張り替え法を説明する。図15は、ランダムリンク張り替え法の処理の流れを示すフローチャートであり、上述した図13との同一、対応ステップには同一符号を付して示している。
(B-3) Third Embodiment of Data Transfer Network Configuration Method Next, a random link replacement method will be described as a third embodiment of the data transfer network configuration method. FIG. 15 is a flowchart showing a flow of processing of the random link replacement method, and the same reference numerals are assigned to the same and corresponding steps as in FIG. 13 described above.

ランダムリンク張り替え法において、入力されたノード数N及びリンク数Lからコアノード数Ncoreを定め、その後、コアノードの次数分布を定めるまでの処理(ステップ100〜102)は、単純試行法と同様である。   In the random link replacement method, the processing (steps 100 to 102) until the core node number Ncore is determined from the inputted node number N and link number L and then the order distribution of the core nodes is determined is the same as in the simple trial method.

以上のようにして、適用するノード数N、リンク数L、コアノード数Ncoreが揃い、コアノードの次数分布が定まると、ノード数N、リンク数L、コアノード数Ncoreから、条件C6を充足するように、Dエッジノード数の上限Dmaxを決定し、0≦D≦Dmaxの範囲内のDをランダムに定めた後、Sエッジノード数をS=N−D−Ncoreで定め、全次数分布を決定し、さらに、S個のSエッジノードをNcore個のコアノードにランダムにリンクさせる(ステップ150)。なお、このステップ150の処理は、単純試行法と同様に、ステップ103とステップ106とに分かれていても良い。   As described above, when the number of applied nodes N, the number of links L, and the number of core nodes Ncore are aligned and the degree distribution of the core nodes is determined, the condition C6 is satisfied from the number of nodes N, the number of links L, and the number of core nodes Ncore. After determining the upper limit Dmax of the number of D edge nodes and randomly determining D within the range of 0 ≦ D ≦ Dmax, the number of S edge nodes is determined by S = N−D−Ncore, and the total degree distribution is determined. Furthermore, S S edge nodes are randomly linked to Ncore core nodes (step 150). Note that the processing in step 150 may be divided into step 103 and step 106 as in the simple trial method.

次に、Sエッジノードを除いたノード(コアノード及びDエッジノード)について、ノード次数の小さいものから順に、そのノードのリンク先を多重リンクにならないようにランダムに決定することを繰り返し、一次縮約ネットワークの部分を形成する(ステップ104)。一次縮約ネットワークの部分の形成中において、多重リンクが生じることを避けることができなくなったり、一次縮約ネットワークが連結されていないものとなったりした場合には、ステップ104に戻って、一次縮約ネットワークの部分の形成を最初からやり直す(ステップ105)。   Next, for the nodes (core node and D edge node) excluding the S edge node, the link destination of the node is randomly determined so as not to be a multiple link in order from the smallest node order, and the primary contraction is repeated. A part of the network is formed (step 104). If it is impossible to avoid the occurrence of multiple links during the formation of the primary contracted network portion, or if the primary contracted network is not connected, the process returns to step 104 to perform the primary contraction. The formation of the network portion is started again from the beginning (step 105).

一次縮約ネットワークの部分が形成されたときには、S個のSエッジノードをNcore個のコアノードにランダムにリンクさせることが既に実行されているので、ネットワーク構造が完成される。   When the portion of the primary contracted network is formed, the network structure is completed since the S S edge nodes have already been randomly linked to the Ncore core nodes.

ステップ150の後段の処理により、条件C1は充足されることになる。完成されたネットワーク構造について、条件C3が充足していることを確認する。また、条件C7の充足も要件としている場合には、完成されたネットワーク構造について、条件C7が充足していることを確認する。なお、条件C3やC7が充足していない場合には、例えば、ステップ104に戻って、一次縮約ネットワークの部分の形成を最初からやり直す。   The condition C1 is satisfied by the processing subsequent to step 150. It is confirmed that the condition C3 is satisfied for the completed network structure. If the satisfaction of the condition C7 is also a requirement, it is confirmed that the condition C7 is satisfied for the completed network structure. If the conditions C3 and C7 are not satisfied, for example, the process returns to step 104 and the formation of the primary contracted network portion is started again.

ネットワーク構造が完成されると、ステップ151〜153でなるループ処理を繰り返し実行する(ステップ154)。   When the network structure is completed, the loop process consisting of steps 151 to 153 is repeatedly executed (step 154).

すなわち、Sエッジノードと繋がっているリンク以外のリンクから、ランダムに一つのリンクを選択して、移動か張り替えのうち、乱数で決まった方を実行する(ステップ151)。リンク移動後又はリンク張り替え後の状態が、多重リンクになったり、ネットワーク構造が連結でなくなったりした場合には、そのリンク移動やリンク張り替えを取り止めてステップ151に戻る(ステップ152)。リンク移動後又はリンク張り替え後のネットワーク構造が、多重リンクを備えず、連結されたものである場合には、トラフィック帯域性能及び平均ホップ性能の少なくとも一方を反映させた評価式に基づいて、リンク移動後又はリンク張り替え後のネットワーク構造が、その移動又は張り替え前のネットワーク構造より改善されたものであるか否かを判別し、改善されていなければ、リンク移動やリンク張り替えを取り止めてステップ151に戻り、改善されている場合には、改善されているネットワーク構造をその時点における決定候補とする(ステップ152)。ステップ153による改善されていないという結果が、所定回数連続して生じたときに、ステップ151〜153でなるループ処理を終了し、その時点のネットワーク構造の決定候補に、最終的にネットワーク構造を決定する。   That is, one link is randomly selected from the links other than the links connected to the S edge node, and the one determined by the random number is executed out of the movement or replacement (step 151). If the state after the link movement or after the link change becomes a multiple link or the network structure is not connected, the link movement or link change is canceled and the process returns to step 151 (step 152). If the network structure after link movement or after link relocation does not have multiple links and is connected, link movement is based on an evaluation formula that reflects at least one of traffic bandwidth performance and average hop performance. It is determined whether or not the network structure after or after the link replacement is improved from the network structure before the movement or replacement, and if not improved, the link movement or link replacement is canceled and the process returns to step 151. If it has been improved, the improved network structure is determined as a decision candidate at that time (step 152). When the result of the improvement in step 153 occurs continuously for a predetermined number of times, the loop processing in steps 151 to 153 is terminated, and the network structure is finally determined as the network structure determination candidate at that time. To do.

(B−4)データ転送ネットワークの構成方法の第4の実施形態
次に、データ転送ネットワークの構成方法の第4の実施形態として、GA(遺伝的アルゴリズム)最適化法を説明する。図16は、GA最適化法の処理の流れを示すフローチャートであり、上述した図15との同一、対応ステップには同一符号を付して示している。
(B-4) Fourth Embodiment of Data Transfer Network Configuration Method Next, a GA (genetic algorithm) optimization method will be described as a fourth embodiment of the data transfer network configuration method. FIG. 16 is a flowchart showing the processing flow of the GA optimization method, in which the same reference numerals are assigned to the same and corresponding steps as in FIG.

このGA最適化法において、ステップ150までの処理は、ランダムリンク張り替え法と同様である。   In this GA optimization method, the processing up to step 150 is the same as the random link replacement method.

GA最適化法においては、上述したステップ104及びステップ105でなる処理を複数回繰り返し実行し、複数のネットワーク構造を形成する(ステップ200)。このようにして形成されたそれぞれの遺伝子サンプルとする(ステップ201)。上述した表4や表5に示したリンクテーブルは、ネットワーク構造を一意に表現するものとなっており、各コアノード番号の接続関係は、各コアノード番号に対応付けられた遺伝子配列と見なすことができる。すなわち、ネットワーク構造を遺伝子サンプルとして用いることができる。   In the GA optimization method, the processes in steps 104 and 105 described above are repeatedly executed a plurality of times to form a plurality of network structures (step 200). Each gene sample formed in this way is used (step 201). The link tables shown in Table 4 and Table 5 described above uniquely represent the network structure, and the connection relationship of each core node number can be regarded as a gene sequence associated with each core node number. . That is, the network structure can be used as a gene sample.

次に、初期の遺伝子サンプルとして複数の遺伝子サンプルをランダムに選択する(ステップ202)。次に、乱数などを用いて、交配、交叉、突然変異などの遺伝子操作によって、新たな遺伝子サンプルを形成させる(ステップ203)。このような遺伝子操作は、リンクの移動や張り替えに該当する。なお、遺伝子操作の結果である新たな遺伝子サンプル(ネットワーク構造)が、多重リンクになったり、ネットワーク構造が連結でなくなったりした場合には、ステップ203に戻って、新たな遺伝子サンプルを形成させ直す(ステップ204)。   Next, a plurality of gene samples are randomly selected as initial gene samples (step 202). Next, using a random number or the like, a new gene sample is formed by genetic manipulation such as mating, crossover, and mutation (step 203). Such genetic manipulation corresponds to the movement or replacement of links. If a new gene sample (network structure) as a result of genetic manipulation becomes a multiple link or the network structure is not connected, the process returns to step 203 to re-form a new gene sample. (Step 204).

次に、新たな遺伝子サンプルを含めた複数の遺伝子サンプルの中から、トラフィック帯域性能及び平均ホップ性能の少なくとも一方を反映させた評価式に基づいて、最も優秀な遺伝子サンプルを決定し、決定した遺伝子サンプルが、その時点で候補となっている遺伝子サンプルより優秀(改善されたもの)か否かを確認し、優秀になっていれば、決定した遺伝子サンプルを候補の遺伝子サンプルとする(ステップ205)。決定した遺伝子サンプルが、その時点で候補となっている遺伝子サンプルより優秀であっても優秀でなくても、比較判断された複数の遺伝子サンプルの中から良好なものを選択すると共に、また、ステップ201で遺伝子サンプルとされた中からも選択し、ステップ203に戻る。   Next, the most excellent gene sample is determined based on an evaluation formula reflecting at least one of traffic bandwidth performance and average hop performance from a plurality of gene samples including a new gene sample. It is confirmed whether or not the sample is superior (improved) to the gene sample that is a candidate at that time. If the sample is superior, the determined gene sample is set as a candidate gene sample (step 205). . Whether the determined gene sample is superior or not superior to the candidate gene sample at that time, a good one is selected from the plurality of gene samples that have been compared and judged, and A selection is also made from among the gene samples in 201, and the process returns to step 203.

最も優秀な遺伝子サンプルと決定された遺伝子サンプルが、その時点で候補となっている遺伝子サンプルより優秀(改善されたもの)でないという結果が、所定回数連続して生じたときに、遺伝的アルゴリズムを終了し、その時点で候補となっている遺伝子サンプル(ネットワーク構造)に、最終的にネットワーク構造を決定する。   When the result that the gene sample determined to be the most excellent gene sample is not superior (improved) than the candidate gene sample at that time has occurred continuously for a predetermined number of times, the genetic algorithm is The network structure is finally determined for the gene sample (network structure) that is a candidate at that time.

(C)データ転送ネットワークの評価方法の実施形態
次に、本発明によるデータ転送ネットワークの評価方法の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
(C) Embodiment of Method for Evaluating Data Transfer Network Next, an embodiment of a method for evaluating a data transfer network according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

この評価方法では、ネットワーク構造が定まっている評価対象のネットワークを評価するものである。例えば、データ転送ネットワークの評価プログラムをコンピュータに搭載し、上述したリンクテーブルのようにネットワーク構造が記述された評価対象のネットワークの情報をコンピュータに入力することにより、コンピュータが評価プログラムを実行し、評価対象のネットワークを評価する。   In this evaluation method, an evaluation target network having a predetermined network structure is evaluated. For example, an evaluation program for a data transfer network is installed in a computer, and the computer executes the evaluation program by inputting information on the network to be evaluated in which the network structure is described like the above-described link table. Evaluate the target network.

図17は、実施形態のデータ転送ネットワークの評価方法における処理の流れを示すフローチャートである。   FIG. 17 is a flowchart illustrating a processing flow in the data transfer network evaluation method according to the embodiment.

まず、評価対象のネットワークの情報を取り込む(ステップ250)。そして、評価対象のネットワークが評価し得るものであるか否かを判別する(ステップ251)。例えば、ノード数N及びリンク数Lの関係が、N>10、N<L<3N、4L<Nの関係を満たしていない場合には、評価し得ないものとする。この場合には、その旨を通知する(ステップ252)。 First, information on the network to be evaluated is fetched (step 250). And it is discriminate | determined whether the network of evaluation object can be evaluated (step 251). For example, if the relationship between the number of nodes N and the number of links L does not satisfy the relationship of N> 10, N <L <3N, 4L 2 <N 3 , it cannot be evaluated. In this case, the fact is notified (step 252).

評価対象のネットワークが評価可能なものであると、上述した条件C1〜C7のそれぞれを充足しているか否かを検出する(ステップ253)。そして、充足している条件の組み合わせで定まる評価結果を、充足している条件の組み合わせと評価結果とを対応付けたテーブルから取り出し(ステップ254)、その評価結果を出力し(ステップ255)、一連の処理を終了する。   If the network to be evaluated can be evaluated, it is detected whether or not each of the above-described conditions C1 to C7 is satisfied (step 253). Then, the evaluation result determined by the combination of satisfied conditions is extracted from the table in which the combination of satisfied conditions and the evaluation result are associated (step 254), and the evaluation result is output (step 255). Terminate the process.

例えば、条件C1〜C3のいずれか1つでも充足していない場合には、好ましくないネットワーク構造であることを表す評価結果とし、条件C1〜C3を満たしたものは、ネットワーク構造として好ましく、しかも、他の条件C4、…、C7の充足性が多いものほど、好ましい度合いを大きくした評価結果とする。   For example, if any one of the conditions C1 to C3 is not satisfied, the evaluation result indicates that the network structure is not preferable, and those satisfying the conditions C1 to C3 are preferable as the network structure, The more satisfactory the other conditions C4,..., C7, the greater the preferable degree.

なお、評価結果を点数化や段階化して出力するようにしても良い。また、平均中継数性能Hやネットワーク帯域性能Xeffの値を併せて出力するようにしても良い。   Note that the evaluation result may be output in a score or in stages. Further, the average relay number performance H and the network bandwidth performance Xeff may be output together.

実施形態の評価方法を適用することにより、データ転送ネットワークを、平均中継数性能Hやネットワーク帯域性能Xeffの面から評価することができる。   By applying the evaluation method of the embodiment, the data transfer network can be evaluated from the aspect of the average relay number performance H and the network bandwidth performance Xeff.

(D)他の実施形態
本発明のデータ転送ネットワークの用途は限定されるものではない。リンクも、光信号を通すものであっても良く、また、電気信号を通すものであっても良く、さらに、有線、無線のいずれであっても良い。光ネットワークの場合において、ノードは、光信号を光のままに中継処理するものであっても良く、光信号を一旦電気信号に戻して中継先などを捉えて中継するものであっても良い。
(D) Other Embodiments The use of the data transfer network of the present invention is not limited. The link may be one that transmits an optical signal, may be one that allows an electrical signal to pass, and may be wired or wireless. In the case of an optical network, a node may be one that relays an optical signal as it is, or may be one that returns an optical signal to an electrical signal and then relays it by capturing a relay destination or the like.

Claims (10)

ノード数をN、リンク数をLとしたとき、N>10、N<L<3Nの関係を満足する、3次正則グラフ、4次正則グラフ、5次正則グラフ、二部グラフの構造以外の構造を有する連結されたデータ転送ネットワークにおいて、
以下の条件C1、C2及びC3の全てを充足するよう構成したことを特徴とするデータ転送ネットワーク。
(条件C1)当該ネットワークにおいて、次数1となるノードは、必ず次数3以上のコアノードに連結していて、次数2以下のノードとは連結していない。
(条件C2)当該ネットワークを一次縮約させたネットワークにおいて、コアノード数Ncoreは2≦Ncore≦Nとなる整数で、一次縮約ネットワークでのNcore個のコアノードの平均値Kcoreの回りの平均相対偏差dkcoreがdkcore<0.6となっている。
(条件C3)当該ネットワークの平均中継数性能値Hとネットワーク帯域性能値Xeffが、平均リンク率をp、平均ノード次数をk、kをノード次数とする仮想的なcageグラフ構造のネットワークにおけるcage限界ネットワーク帯域性能値をcageXeffとしたとき、(A)式の関係を満たすものとなっている。
Xeff>(cageXeff/N−1)(H+p−2)
/{2(1/cageXeff+p−3)}+1 …(A)
When the number of nodes is N and the number of links is L, other than the structure of the cubic regular graph, quadratic regular graph, fifth regular graph, and bipartite graph satisfying the relationship of N> 10 and N <L <3N In a linked data transfer network having a structure,
A data transfer network configured to satisfy all of the following conditions C1, C2, and C3.
(Condition C1) In the network, a node having degree 1 is always connected to a core node having degree 3 or higher, and is not connected to a node having degree 2 or lower.
(Condition C2) In a network in which the network is linearly reduced, the number of core nodes Ncore is an integer satisfying 2 ≦ Ncore ≦ N, and the average relative deviation dkcore around the average value Kcore of Ncore core nodes in the primary reduced network Is dkcore <0.6.
(Condition C3) The network limit in a network having a virtual cage graph structure in which the average number of relays performance value H and the network bandwidth performance value Xeff of the network are p, the average node order is k, and k is the node order. When the network bandwidth performance value is cageXeff, the relationship of the formula (A) is satisfied.
Xeff> (cageXeff / N-1) (H + p-2)
/ {2 (1 / cageXeff + p-3)} + 1 (A)
請求項1に記載のデータ転送ネットワークにおいて、
さらに、以下の条件C4をも充足するよう構成したことを特徴とするデータ転送ネットワーク。
(条件C4)コアノード数Ncoreが2(L−N)の約数となっている。
The data transfer network according to claim 1, wherein
Further, the data transfer network, characterized by being configured to also satisfy the following condition C4.
(Condition C4) The number of core nodes Ncore is a divisor of 2 (L−N).
請求項1又は2に記載のデータ転送ネットワークにおいて、
さらに、以下の条件C5をも充足するよう構成したことを特徴とするデータ転送ネットワーク。
(条件C5)コアノード数Ncoreが、平均ノード次数を有する仮想的なcage構造における最外殻層数hshellに対する閉殻コア数Ncc(hshell)となっている。
In the data transfer network according to claim 1 or 2,
Further, the data transfer network, characterized by being configured to also satisfy the following condition C5.
(Condition C5) The core node number Ncore is the number of closed shell cores N cc (h shell ) with respect to the outermost shell layer number h shell in a virtual cage structure having an average node order.
請求項1〜3のいずれかに記載のデータ転送ネットワークにおいて、
さらに、以下の条件C6をも充足するよう構成したことを特徴とするデータ転送ネットワーク。
(条件C6)0≦S≦max(0,N−Ncore−Dmax)の範囲にあるSが当該ネットワークにおける次数が1となるノードの数となり、かつ、D=N−Ncore−Sより求められるDが当該ネットワークにおける次数が2となるノードの数となっている。
(但し、Dmaxは、Ncore{2(L−N)/Ncore+2−X}/2を超えない最大の整数である)
In the data transfer network according to any one of claims 1 to 3,
Furthermore, the data transfer network characterized by satisfy | filling also the following conditions C6.
(Condition C6) S in the range of 0 ≦ S ≦ max (0, N-Ncore-Dmax) is the number of nodes whose degree is 1 in the network, and D obtained from D = N-Ncore-S Is the number of nodes with degree 2 in the network.
(However, Dmax is a maximum integer not exceeding Ncore {2 (L−N) / Ncore + 2−X} / 2)
請求項1〜4のいずれかに記載のデータ転送ネットワークにおいて、
さらに、以下の条件C7をも充足するよう構成したことを特徴とするデータ転送ネットワーク。
(条件C7)当該ネットワークにおけるS個の次数1のノードを一次縮約ネットワークにおけるNcore個のコアノードに分配すると仮定し、その分配方法として、S個の次数1のノードを分配した後のコアノードの次数分布のバラツキが最も小さくなるという理想的な分配方法を適用したと仮定した場合の結果に、当該ネットワークにおける次数1のノードとコアノードとの繋がり方が一致している。又は、当該ネットワークにおけるS個の次数1のノードを一次縮約ネットワークにおけるNcore個のコアノードに分配すると仮定し、その分配方法として、S個の次数1のノードを分配した後のコアノードの次数分布のバラツキが最も小さくなるというように一旦分配した後、低次のコアノードに繋がっている次数1のノードのうちの一部若しくは全てをより高次のコアノードへ移動する分配方法を適用したと仮定した場合の結果に、当該ネットワークにおける次数1のノードとコアノードとの繋がり方が一致している。
In the data transfer network according to any one of claims 1 to 4,
Further, the data transfer network, characterized by being configured to also satisfy the following condition C7.
(Condition C7) Assuming that S degree 1 nodes in the network are distributed to Ncore core nodes in the primary contracted network, the order of the core nodes after distributing the S order 1 nodes is the distribution method. Assuming that an ideal distribution method in which the variation in distribution is the smallest is applied, the way in which the nodes of degree 1 and the core nodes are connected in the network matches. Alternatively, it is assumed that S degree 1 nodes in the network are distributed to Ncore core nodes in the primary contracted network, and the distribution method is as follows. When it is assumed that a distribution method is applied in which part or all of the nodes of degree 1 connected to the lower-order core nodes are moved to higher-order core nodes after being distributed once so that the variation becomes the smallest As a result, the way of connection of the node of degree 1 and the core node in the network matches.
ノード数をN、リンク数をLとしたとき、N>10、N<L<3Nの関係を満足する、3次正則グラフ、4次正則グラフ、5次正則グラフ、二部グラフの構造以外の構造を有する連結されたデータ転送ネットワークの構成方法において、
条件C1〜C7のうち、条件C1〜C3を含む3以上の条件を充足するようにデータ転送ネットワークを構成したことを特徴とするデータ転送ネットワークの構成方法。
(条件C1)当該ネットワークにおいて、次数1となるノードは、必ず次数3以上のコアノードに連結していて、次数2以下のノードとは連結していない。
(条件C2)当該ネットワークを一次縮約させたネットワークにおいて、コアノード数Ncoreは2≦Ncore≦Nとなる整数で、一次縮約ネットワークでのNcore個のコアノードの平均値Kcoreの回りの平均相対偏差dkcoreがdkcore<0.6となっている。
(条件C3)当該ネットワークの平均中継数性能値Hとネットワーク帯域性能値Xeffが、平均リンク率をp、平均ノード次数をk、kをノード次数とする仮想的なcageグラフ構造のネットワークにおけるcage限界ネットワーク帯域性能値をcageXeffとしたとき、(A)式の関係を満たすものとなっている。
Xeff>(cageXeff/N−1)(H+p−2)
/{2(1/cageXeff+p−3)}+1 …(A)
(条件C4)コアノード数Ncoreが2(L−N)の約数となっている。
(条件C5)コアノード数Ncoreが、平均ノード次数を有する仮想的なcage構造における最外殻層数hshellに対する閉殻コア数Ncc(hshell)となっている。
(条件C6)0≦S≦max(0,N−Ncore−Dmax)の範囲にあるSが当該ネットワークにおける次数が1となるノードの数となり、かつ、D=N−Ncore−Sより求められるDが当該ネットワークにおける次数が2となるノードの数となっている。
(但し、Dmaxは、Ncore{2(L−N)/Ncore+2−X}/2を超えない最大の整数である)
(条件C7)当該ネットワークにおけるS個の次数1のノードを一次縮約ネットワークにおけるNcore個のコアノードに分配すると仮定し、その分配方法として、S個の次数1のノードを分配した後のコアノードの次数分布のバラツキが最も小さくなるという理想的な分配方法を適用したと仮定した場合の結果に、当該ネットワークにおける次数1のノードとコアノードとの繋がり方が一致している。又は、当該ネットワークにおけるS個の次数1のノードを一次縮約ネットワークにおけるNcore個のコアノードに分配すると仮定し、その分配方法として、S個の次数1のノードを分配した後のコアノードの次数分布のバラツキが最も小さくなるというように一旦分配した後、低次のコアノードに繋がっている次数1のノードのうちの一部若しくは全てをより高次のコアノードへ移動する分配方法を適用したと仮定した場合の結果に、当該ネットワークにおける次数1のノードとコアノードとの繋がり方が一致している。
When the number of nodes is N and the number of links is L, other than the structure of the cubic regular graph, quadratic regular graph, fifth regular graph, and bipartite graph satisfying the relationship of N> 10 and N <L <3N In a method for configuring a concatenated data transfer network having a structure,
A method for configuring a data transfer network, wherein the data transfer network is configured to satisfy three or more conditions including the conditions C1 to C3 among the conditions C1 to C7.
(Condition C1) In the network, a node having degree 1 is always connected to a core node having degree 3 or higher, and is not connected to a node having degree 2 or lower.
(Condition C2) In a network in which the network is linearly reduced, the number of core nodes Ncore is an integer satisfying 2 ≦ Ncore ≦ N, and the average relative deviation dkcore around the average value Kcore of Ncore core nodes in the primary reduced network Is dkcore <0.6.
(Condition C3) The network limit in a network having a virtual cage graph structure in which the average number of relays performance value H and the network bandwidth performance value Xeff of the network are p, the average node order is k, and k is the node order. When the network bandwidth performance value is cageXeff, the relationship of the formula (A) is satisfied.
Xeff> (cageXeff / N-1) (H + p-2)
/ {2 (1 / cageXeff + p-3)} + 1 (A)
(Condition C4) The number of core nodes Ncore is a divisor of 2 (L−N).
(Condition C5) The core node number Ncore is the number of closed shell cores N cc (h shell ) with respect to the outermost shell layer number h shell in a virtual cage structure having an average node order.
(Condition C6) S in the range of 0 ≦ S ≦ max (0, N-Ncore-Dmax) is the number of nodes whose degree is 1 in the network, and D obtained from D = N-Ncore-S Is the number of nodes with degree 2 in the network.
(However, Dmax is a maximum integer not exceeding Ncore {2 (L−N) / Ncore + 2−X} / 2)
(Condition C7) Assuming that S degree 1 nodes in the network are distributed to Ncore core nodes in the primary contracted network, the order of the core nodes after distributing the S order 1 nodes is the distribution method. Assuming that an ideal distribution method in which the variation in distribution is the smallest is applied, the way in which the nodes of degree 1 and the core nodes are connected in the network matches. Alternatively, it is assumed that S degree 1 nodes in the network are distributed to Ncore core nodes in the primary contracted network, and the distribution method is as follows. When it is assumed that a distribution method is applied in which part or all of the nodes of degree 1 connected to the lower-order core nodes are moved to higher-order core nodes after being distributed once so that the variation becomes the smallest As a result, the way of connection of the node of degree 1 and the core node in the network matches.
請求項6に記載のデータ転送ネットワークの構成方法において、
条件C1〜C7のうち、条件C1〜C3を含む3以上の条件を充足するデータ転送ネットワークを複数候補として構成し、構成された複数の候補の中から、ネットワーク帯域性能及び平均中継数性能の少なくとも一方に基づいた評価値が高いものを選択することを特徴とするデータ転送ネットワークの構成方法。
The method for configuring a data transfer network according to claim 6,
Among the conditions C1 to C7, a data transfer network that satisfies three or more conditions including the conditions C1 to C3 is configured as a plurality of candidates, and at least the network bandwidth performance and the average number of relays performance are selected from the plurality of configured candidates. A method for configuring a data transfer network, wherein one having a high evaluation value based on one is selected.
請求項6に記載のデータ転送ネットワークの構成方法において、
条件C1〜C7のうち、条件C1〜C3を含む3以上の条件を充足するデータ転送ネットワークを仮候補として構成し、
仮候補に対し、乱数を適用してリンクの移動若しくは張り替えを実行すると共に、移動若しくは張り替え後のネットワーク構造を、ネットワーク帯域性能及び平均中継数性能の少なくとも一方に基づいて評価し、仮候補を最適化して最終的なネットワーク構造を決定することを特徴とするデータ転送ネットワークの構成方法。
The method for configuring a data transfer network according to claim 6,
A data transfer network that satisfies three or more conditions including the conditions C1 to C3 among the conditions C1 to C7 is configured as a temporary candidate.
The random candidate is applied to the temporary candidate to move or relink the link, and the network structure after the movement or replacement is evaluated based on at least one of the network bandwidth performance and the average number of relays to optimize the temporary candidate. And determining a final network structure. A method for configuring a data transfer network.
請求項6に記載のデータ転送ネットワークの構成方法において、
条件C1〜C7のうち、条件C1〜C3を含む3以上の条件を充足するデータ転送ネットワークを複数、遺伝子サンプルとして構成し、構成された遺伝子サンプルに対し、ネットワーク帯域性能及び平均中継数性能の少なくとも一方に基づいた評価値を用いた遺伝的アルゴリズムを適用して、最終的なネットワーク構造を決定することを特徴とするデータ転送ネットワークの構成方法。
The method for configuring a data transfer network according to claim 6,
A plurality of data transfer networks satisfying three or more conditions including the conditions C1 to C3 among the conditions C1 to C7 are configured as gene samples, and at least the network bandwidth performance and the average number of relays performance for the configured gene samples A method for configuring a data transfer network, wherein a final network structure is determined by applying a genetic algorithm using an evaluation value based on one side.
ノード数をN、リンク数をLとしたとき、N>10、N<L<3Nの関係を満足する連結された評価対象のデータ転送ネットワークを評価するデータ転送ネットワークの評価方法であって、
条件C1〜C7のうち、条件C1〜C3を含む3以上の条件の充足性に基づいて、評価結果を定めることを特徴とするデータ転送ネットワークの評価方法。
(条件C1)当該ネットワークにおいて、次数1となるノードは、必ず次数3以上のコアノードに連結していて、次数2以下のノードとは連結していない。
(条件C2)当該ネットワークを一次縮約させたネットワークにおいて、コアノード数Ncoreは2≦Ncore≦Nとなる整数で、一次縮約ネットワークでのNcore個のコアノードの平均値Kcoreの回りの平均相対偏差dkcoreがdkcore<0.6となっている。
(条件C3)当該ネットワークの平均中継数性能値Hとネットワーク帯域性能値Xeffが、平均リンク率をp、平均ノード次数をk、kをノード次数とする仮想的なcageグラフ構造のネットワークにおけるcage限界ネットワーク帯域性能値をcageXeffとしたとき、(A)式の関係を満たすものとなっている。
Xeff>(cageXeff/N−1)(H+p−2)
/{2(1/cageXeff+p−3)}+1 …(A)
(条件C4)コアノード数Ncoreが2(L−N)の約数となっている。
(条件C5)コアノード数Ncoreが、平均ノード次数を有する仮想的なcage構造における最外殻層数hshellに対する閉殻コア数Ncc(hshell)となっている。
(条件C6)0≦S≦max(0,N−Ncore−Dmax)の範囲にあるSが当該ネットワークにおける次数が1となるノードの数となり、かつ、D=N−Ncore−Sより求められるDが当該ネットワークにおける次数が2となるノードの数となっている。
(但し、Dmaxは、Ncore{2(L−N)/Ncore+2−X}/2を超えない最大の整数である)
(条件C7)当該ネットワークにおけるS個の次数1のノードを一次縮約ネットワークにおけるNcore個のコアノードに分配すると仮定し、その分配方法として、S個の次数1のノードを分配した後のコアノードの次数分布のバラツキが最も小さくなるという理想的な分配方法を適用したと仮定した場合の結果に、当該ネットワークにおける次数1のノードとコアノードとの繋がり方が一致している。又は、当該ネットワークにおけるS個の次数1のノードを一次縮約ネットワークにおけるNcore個のコアノードに分配すると仮定し、その分配方法として、S個の次数1のノードを分配した後のコアノードの次数分布のバラツキが最も小さくなるというように一旦分配した後、低次のコアノードに繋がっている次数1のノードのうちの一部若しくは全てをより高次のコアノードへ移動する分配方法を適用したと仮定した場合の結果に、当該ネットワークにおける次数1のノードとコアノードとの繋がり方が一致している。
A data transfer network evaluation method for evaluating a connected data transfer network to be evaluated that satisfies a relationship of N> 10 and N <L <3N, where N is the number of nodes and L is the number of links,
An evaluation method for a data transfer network, characterized in that an evaluation result is determined based on satisfaction of three or more conditions including conditions C1 to C3 among conditions C1 to C7.
(Condition C1) In the network, a node having degree 1 is always connected to a core node having degree 3 or higher, and is not connected to a node having degree 2 or lower.
(Condition C2) In a network in which the network is linearly reduced, the number of core nodes Ncore is an integer satisfying 2 ≦ Ncore ≦ N, and the average relative deviation dkcore around the average value Kcore of Ncore core nodes in the primary reduced network Is dkcore <0.6.
(Condition C3) The network limit in a network having a virtual cage graph structure in which the average number of relays performance value H and the network bandwidth performance value Xeff of the network are p, the average node order is k, and k is the node order. When the network bandwidth performance value is cageXeff, the relationship of the formula (A) is satisfied.
Xeff> (cageXeff / N-1) (H + p-2)
/ {2 (1 / cageXeff + p-3)} + 1 (A)
(Condition C4) The number of core nodes Ncore is a divisor of 2 (L−N).
(Condition C5) The core node number Ncore is the number of closed shell cores N cc (h shell ) with respect to the outermost shell layer number h shell in a virtual cage structure having an average node order.
(Condition C6) S in the range of 0 ≦ S ≦ max (0, N-Ncore-Dmax) is the number of nodes whose degree is 1 in the network, and D obtained from D = N-Ncore-S Is the number of nodes with degree 2 in the network.
(However, Dmax is a maximum integer not exceeding Ncore {2 (L−N) / Ncore + 2−X} / 2)
(Condition C7) Assuming that S degree 1 nodes in the network are distributed to Ncore core nodes in the primary contracted network, the order of the core nodes after distributing the S order 1 nodes is the distribution method. Assuming that an ideal distribution method in which the variation in distribution is the smallest is applied, the way in which the nodes of degree 1 and the core nodes are connected in the network matches. Alternatively, it is assumed that S degree 1 nodes in the network are distributed to Ncore core nodes in the primary contracted network, and the distribution method is as follows. When it is assumed that a distribution method is applied in which part or all of the nodes of degree 1 connected to the lower-order core nodes are moved to higher-order core nodes after being distributed once so that the variation becomes the smallest As a result, the way of connection of the node of degree 1 and the core node in the network matches.
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