JP6003893B2 - グループ毎同報配信経路設定方法および通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、グループ毎の同報配信の経路を設定するためのグループ毎同報配信経路設定方法および通信装置に関する。

ネットワークによって接続された端末（ノード）間で互いにデータを交換し、共有するという仕組みは、幅広いアプリケーションによって利用されている。データ共有の利用例としては、例えば、各端末がネットワーク内に存在する他の端末に対して自身の位置情報を送信することが挙げられる。このことにより、ネットワーク内の各端末で互いの位置情報をそれぞれ共有することが可能になる。他にも、各端末がもつセンサの情報（温度、消費電力、など）を交換して共有するなど、多くの利用形態が考えられる。

端末間でピアツーピア型にデータ交換および共有を行う場合、端末同士でフルメッシュ状のトポロジ（ネットワーク構成、特にネットワーク上のノードの接続形態をいう。）を構成して通信を行う方法がまず考えられる。しかし、この方法によると、全部でＮ台の端末が存在した場合、各端末は、自端末を除いた（Ｎ−１）台の端末へ向けてデータを送信する必要がある。従って、トラフィック負荷の観点から、Ｎが大きい場合にはフルメッシュトポロジ上でのデータ交換は避けるべきである。

そこで、端末間で論理的なトポロジを構成し、そのトポロジ上でデータの交換を行うことが考えられている。このような論理的なトポロジは、仮想トポロジまたはオーバーレイトポロジとも呼ばれている。

例えば、特許文献１には、端末間で論理的なトポロジを構成し、構成した論理的なトポロジ上でデータの交換を行う方法の一例が記載されている。特許文献１に記載されているネットワーク通信方法では、ネットワークに属する通信端末を、基幹ノードと、基幹ノードを媒介として他の通信装置と通信する枝ノードの二階層のノードとする。管理ノードが、基幹ノード間の通信量が最小になるように論理的なトポロジが定められる。そして、各基幹ノードが、管理ノードによって定められた論理的なトポロジに従って、他の基幹ノードとの通信を行う。このことにより、通信効率の向上を満たしつつ、ピアツーピアネットワークの匿名性向上の条件であるバケツリレー式の情報伝達が行えるようにしている。

端末間でデータを交換するための論理的なトポロジを構成する場合、一般的には、冗長な転送が行われないようにするため、結果として階層型のトポロジ（ツリートポロジ）になる。なお、特許文献１に記載されたネットワーク通信方法では、ツリーの階層は基幹ノードと枝ノードとの２階層であった。一方、ツリートポロジは、任意の数の階層を考えることができる。

図１１は、ツリートポロジ上での同報配信の例を示す説明図である。図１１では、１２台の端末（端末Ｔ１〜Ｔ１２）から構成されるツリートポロジの例が示されている。ここで、端末Ｔ１はツリーの頂点（ルート）に位置する端末である。そして、端末Ｔ１の配下には、頂点よりもレベルが１つ下の階層に属する端末として、端末Ｔ２〜Ｔ４が接続されている。さらに、端末Ｔ２の配下には端末Ｔ５〜Ｔ７が、端末Ｔ３の配下には端末Ｔ８，Ｔ９が、端末Ｔ４の配下には端末Ｔ１０〜Ｔ１２がそれぞれ接続されている。また、図１１において、点線の矢印は、ツリートポロジ上での同報配信におけるデータ交換の経路の一例を示している。

ツリートポロジ上では、各端末は、自端末のもつデータを他の端末全てに配信する場合、自端末のもつ全てのリンクにデータを送信する。例えば、自端末が端末Ｔ２である場合、端末Ｔ２は、端末Ｔ１、Ｔ５〜Ｔ７の４台の端末にデータを送信する。

データを受信した端末は、受信したリンク以外の全てのリンクへ、受信したデータを転送する。例えば、図１１において端末Ｔ４が端末Ｔ１２からデータを受信した場合、端末Ｔ４は、受信したデータを端末Ｔ１，Ｔ１０，Ｔ１１にコピーして転送する。このような動作を各端末が繰り返すことによって、ある端末が送信したデータをツリートポロジ上の全ての端末に届けることができる。

ところで、ネットワークを介して接続された端末間で互いにデータを交換し、共有する形態の発展例として、各端末をグループに分類し、同じグループに属する端末同士でデータの交換および共有を行う利用法がある。例えば、各端末を利用者の所属組織に応じてグループ化し、同じ所属組織に属する利用者の端末間でだけ、各所属組織を配信対象としたデータを交換および共有する、という利用法である。特許文献２には、グループ毎に情報共有を行う方法の一例が記載されている。特許文献２に記載された方法では、クライアントを品質要求に応じた複数の情報共有グループに分ける。各クライアントは、情報共有グループを管理して、他のクライアントとの間で相互に更新情報を送受信して共有グループ別にデータを更新する。

また、アドホックネットワークにおいてデータ送信時と非送信時のオーバーヘッドを抑制するための経路制御方法の一例が特許文献３に記載されている。特許文献３に記載された経路制御方法は、リンク先に存在する各ノードのノード識別子をキーとしたブルームフィルタを経路情報として使用する。

特開２００６−２６１８８０号公報 特開２００７−２０７０１３号公報 特開２００８−１１４４８号公報

図１２は、特許文献２に記載されているようなグループ毎のデータの交換および共有を先に示したツリートポロジ上で行った場合のグループ毎のデータの交換および共有方法の例を示す説明図である。図１２を参照すると、ツリートポロジを構成する端末Ｔ１〜Ｔ１２の各端末は、グループＡ，Ｂ，Ｃのいずれかのグループに属している。本例では、端末Ｔ４〜Ｔ６，Ｔ９，Ｔ１２はグループＡに属し、端末Ｔ１，Ｔ２，Ｔ７，Ｔ１０，Ｔ１１はグループＢに属し、端末Ｔ３，Ｔ８はグループＣに属している。

本例の場合、各端末は、同じグループに属する端末同士で共有すべきデータを交換する。その際、データが転送される経路はグループ毎に設定される。すなわち、全端末を接続するツリートポロジ上において、同じグループの端末だけにデータが転送されるようにグループ毎にツリー状の経路（同報配信経路）が設定される。図１２において、３種の矢印線はグループ毎の同報配信におけるデータ交換の経路（以下、グループ毎同報配信経路という。）の一例を示している。

このように、グループ毎に同報配信経路を設定することによって、異なるグループに属する端末しか存在しない不要な転送を回避することができ、データ交換にかかるトラフィックを削減することができる。例えば、図１２に示す例では、グループＣの同報配信経路は、端末Ｔ３と端末Ｔ８との間のリンクだけであり、その他のリンクにデータ交換のためのトラフィックを流す必要がなくなる。また、グループＢの同報配信経路も、端末Ｔ１−Ｔ２間、端末Ｔ２−Ｔ７間、端末Ｔ１−Ｔ４間、端末Ｔ４−Ｔ１０間、端末Ｔ４−Ｔ１１間のリンクだけでよい。そのため、この方法は、ネットワークを流れるデータトラフィック量の削減に寄与する。

ツリートポロジ上においてグループ毎の同報配信経路を設定するためには、ツリートポロジにおける下位の階層の端末から上位の階層の端末に対して、下位の階層の端末側に存在する端末のグループの識別子（グループ名など）のリストを通知する必要がある。さらに、この場合、上位の階層の端末から下位の階層の端末に対して、上位の階層の端末側に存在する端末群のグループの識別子のリストも通知する必要がある。

例えば、図１２における端末Ｔ３の場合を例に説明する。端末Ｔ３は、端末Ｔ１、Ｔ８、Ｔ９のそれぞれの側にどのグループに属する端末が存在するかを知らないと、グループＣに属する端末宛のデータを、どのリンクへ転送してよいか判断することはできない。これを判断できるようにするため、各端末に、上位および下位のそれぞれの階層の端末側に存在する端末群のグループの識別子のリストを通知する必要がある。

しかし、グループ数が多い場合やグループの識別子が長いなどの場合、グループ毎の同報配信経路を設定するためのグループの識別子のリストの通知に必要な制御情報量が増える、という別の問題が発生する。例えば、ある端末が別の端末に通知するグループ識別子のリストが、１グループあたり８文字（８バイト）、グループ数が１００個である場合、１回の通知で８００バイトのトラフィックが発生することになる。ツリートポロジに参加する端末は動的に変化しうる。そのため、リストの交換は頻繁に行う必要がある。この通知を１秒に１回行う場合、８００バイト／秒（６．４ｋｂｐｓ）の帯域が消費される。特に無線通信環境など、利用できる帯域が少ない状況においては、このような制御情報量は無視できないため、できるだけ削減することが望まれる。

そこで、例えば特許文献３に記載された技術をグループ毎の同報通信経路の設定に利用すれば制御情報量を削減できるかもしれない。しかし、特許文献３に記載された経路制御方法は、通常のユニキャスト通信における経路制御方法であり、グループ毎の同報通信にそのまま適用すると、次のような問題がある。すなわち、特許文献３に記載されているように、受信したブルームフィルタ値を全てルーティングテーブルに設定する方法では、ネットワーク構成によってはグループ毎の同報通信の経路制御が正しく機能しない場合がある。すなわち、物理的なネットワークトポロジをそのままに、全ての隣接ノードに対してブルームフィルタ値の送受信処理を行い、受信したブルームフィルタ値を全てルーティングテーブルに設定するものとする。すると、ループするトポロジの場合、同じノードに対応するブルームフィルタ値を複数ノードから受信することになる。これを全てルーティングテーブルに設定すると、パケット転送のループが発生するおそれがある。

例えば、図１３に示すようなループするトポロジの場合を考える。図１３に示す例では、端末Ｔ１は端末Ｔ２と接続され、その端末Ｔ２はさらに端末Ｔ３と接続され、その端末Ｔ３はさらに端末Ｔ４と接続され、その端末Ｔ４はさらに端末Ｔ５と接続され、その端末Ｔ５はさらに端末Ｔ１と接続される。この構成により、ループ状のトポロジが形成される。特許文献３に記載されているように、全ての隣接ノードに対してブルームフィルタ値の送受信処理を行う方法の場合、例えば、端末Ｔ３が属するグループＡに対応するブルームフィルタ値は、端末Ｔ３から端末Ｔ２経由で端末Ｔ１に通知されるが、その他に端末Ｔ３から端末Ｔ４，Ｔ５経由でも端末Ｔ１に通知されることなる。すると、端末Ｔ１では、グループＡの同報通信経路として、端末Ｔ２と端末Ｔ５のいずれにも転送すべきであると判断することになり、それが毎ホップ発生するとパケット転送のループにつながる。

そこで、本発明は、経路設定時の制御情報によるトラフィック量だけでなく、データ配信時のデータトラフィック量を抑えたグループ毎の同報配信を可能とするグループ毎同報配信経路設定方法および通信装置を提供することを目的とする。より狭義には、データ配信時にループすることがないグループ毎の同報配信の経路を、できるだけ少ない制御情報量で設定可能なグループ毎同報配信経路設定方法および通信装置を提供することを目的とする。

本発明によるグループ毎同報配信経路設定方法は、同じグループに属するノード間でデータを交換または共有するためのグループ毎同報配信の経路を設定するためのグループ毎同報配信経路設定方法であって、各ノードが、ツリー状のトポロジにおける各隣接ノードに対して、当該隣接ノードから見て自ノード側に存在するノード群が属するグループの識別子のリストを表すブルームフィルタ値を送信し、各ノードが、ツリー状のトポロジにおける各隣接ノードから受信したグループの識別子のリストを表すブルームフィルタ値と、当該ブルームフィルタ値を送信した隣接ノードの情報に基づいて、フォワーディングテーブルを設定することを特徴とする。

また、本発明による通信装置は、同じグループに属する通信装置間でデータを交換または共有するためのグループ毎同報配信を行う通信システムが備える通信装置であって、ネットワークを介して１以上の通信装置と接続され、ツリー状のトポロジにおける各隣接ノードに対して、当該隣接ノードから見て自ノード側に存在するノード群が属するグループの識別子のリストを表すブルームフィルタ値を送信するブルームフィルタ送信手段と、ツリー状のトポロジにおける各隣接ノードから受信したグループの識別子のリストを表すブルームフィルタ値と、当該ブルームフィルタ値を送信した隣接ノードの情報に基づいて、フォワーディングテーブルを設定するグループ毎同報通信経路設定手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ツリートポロジに沿ってグループ毎の同報配信経路を設定するためのグループの識別子のリストをブルームフィルタを用いて交換する。そのため、グループの識別子のリストの通知に必要な制御情報量を削減することができる。さらに、本発明によれば、ツリートポロジに沿って設定されたブルームフィルタを用いて表現されるリストによるグループ毎の同報配信経路に従って各ノードがデータを転送する。そのため、グループ毎の同報配信データがネットワーク上をループするといった問題を防ぐことができる。その結果として、経路設定時の制御情報によるトラフィック量だけでなく、データ配信時のデータトラフィック量を含むネットワークを流れるトラフィック量を削減することができる。

第１の実施形態に係る通信装置の構成例を示すブロック図である。 ツリー構成情報の例を示す説明図である グループＩＤとブルームフィルタ値との関係を示す説明図である。 受信ブルームフィルタ・グループＩＤ記憶テーブルの例を示す説明図である。 フォワーディングテーブルの例を示す説明図である。 隣接ノードへブルームフィルタ値を送信する際のノードの動作例を示す流れ図である。 隣接ノードからブルームフィルタ値を受信した際のノードの動作例を示す流れ図である。 ループ状のトポロジから構成される論理的なツリートポロジの例を示す説明図である。 本発明の概要を示すブロック図である。 本発明による通信装置の他の構成例を示すブロック図である。 ツリートポロジ上での同報配信の例を示す説明図である。 ツリートポロジ上でのグループ毎の同報配信の例を示す説明図である ネットワークトポロジの例を示す説明図である

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る通信装置の構成例を示すブロック図である。図１に示す通信装置１０は、本発明が適用される通信システムにおいてノードとして機能する端末であって、ツリー構成部１１と、ツリー構成情報保持部１２と、ブルームフィルタ交換部１３と、フォワーディングテーブル１４と、同報配信データ転送部１５と、ブルームフィルタクエリ生成部１６とを備えている。なお、通信装置１０は、ネットワークに接続された端末であり、無線インターフェースや有線インターフェースを介してネットワークに接続されている。そして通信装置１０は、ネットワークを介して他の端末と互いに接続されているものとする。なお、いずれの端末も通信装置１０と同様の構成要素を備えているものとする。以下、通信装置１０を単に端末と表現する場合がある。当該端末と他の端末を接続するリンクとしては、無線リンクや有線リンクの他、ＩＰトンネルやＵＤＰ／ＴＣＰトンネルなど、カプセル化による論理的なリンクであってもよい。

ツリー構成部１１は、端末間で階層型のツリートポロジを構成する。ツリー構成部１１は、他の端末との間で制御メッセージの交換を行って、当該端末に適用されるツリートポロジを構成する。なお、ツリートポロジを構成するとは、物理的にツリー状であるか否かを問わず、論理的なトポロジがツリー状となるように本発明が適用されるネットワーク上の各ノードの接続形態を決定（固定化）するための各種制御を行うことをいう。このような機能（ツリートポロジ構成機能）を実現するプロトコルの例として、例えば、イーサネット（登録商標）上でループのないツリーを構成するプロトコルであるスパニングツリープロトコルや、マルチキャストツリーを構成するためのＰＩＭ−ＤＭ（Protocol-Independent Multicast Dense Mode ）などが挙げられる。ツリー構成部１１は、構成したツリートポロジを示すツリー構成情報をツリー構成情報保持部１２に登録する。

ツリー構成部１１は、例えば、スパニングツリープロトコルを用いる場合には、次のようにしてツリートポロジを構成してもよい。すなわち、ＢＰＤＵ（bridge protocol data unit ）と呼ばれるフレームがネットワーク上のノードのツリー構成部１１とやり取りされ、まず木構造の根となるブリッジ（ルートブリッジ）が定められる。そして、ルートブリッジまでのコストに基づいて不要なポートが遮断されることにより、ループのないツリーが構成されてもよい。より具体的には、まず、各ブリッジは、ＢＰＤＵを交換し、その内部に含まれるブリッジＩＤを比較して、ルートブリッジを決定する。ルートブリッジを決定すると、各ブリッジは、さらにＢＰＤＵを交換し、ルートブリッジまでのパスコスト（経路上の各リンクに定められたコストを合計した値）を計算する。そして、各ブリッジにおいて、最もルートブリッジに近いポートがルートポート（Root Port 、ＲＰ）とされる。なお、ルートブリッジにいたるルートが複数存在する場合は、リンク速度から求められるコストの和を比較することで、最短ルートを選べばよい。また、各セグメントにおいて、最もルートブリッジに近い（コストが小さい）ポートを指定ポート（Designated Port 、ＤＰ）とする。なお、その他のポートを非指定ポート（Non Designated Port 、ＮＤＰ）とする。各セグメントは、非指定ポートを閉塞することで、スパニングツリーを形成してもよい。

他に、ノード間で仮想ネットワーク（オーバーレイネットワーク）を構成し、物理的なトポロジに全く依存せずにツリー状トポロジを仮想的に構成することも可能である。この場合、図示しない管理サーバよりツリー状トポロジとなるように仮想リンク設定が指示されるようにしてもよい。また、分散ストリーム配信ツリーなどで使われるピアツーピア型のプロトコルにより分散的に仮想リンクを構成することで、論理的なツリートポロジを構成してもよい。ツリー構成部１１は、このようなツリー構成動作を、例えば、他ノードの参加や離脱を検出したタイミングを利用して行うようにしてもよい。

ツリー構成情報保持部１２は、ツリー構成部１１によって構成されたツリートポロジのツリー構成情報を記憶する。ツリー構成情報は、例えば、当該端末の接続先（隣接ノード）をツリートポロジの階層情報とともに示す情報であってもよい。例えば、ツリー構成情報保持部１２は、構成されているツリートポロジにおいて、自ノードからみて上位側に存在する隣接ノードと、下位側に存在する隣接ノードのリストを記憶してもよい。なお、グループ毎の同報通信に用いられるループのないツリートポロジであれば、ツリー構成情報は、上位または下位といった階層情報が省略された、当該端末の接続先（隣接ノード）を示す情報だけであってもよい。

図２は、ツリー構成情報保持部１２に登録されるツリー構成情報テーブルのエントリ（ツリー構成情報）の例を示す説明図である。図２に示すツリー構成情報テーブルには、図１２に示した端末Ｔ２におけるツリー構成情報が登録されている。当該エントリは、上位側隣接ノードとして端末Ｔ１が存在し、下位側隣接ノードとして端末Ｔ５〜Ｔ７が存在していることを示している。

ブルームフィルタ交換部１３は、他の端末との間で、各隣接ノードから見て自ノード側に存在するノード群が属するグループ、すなわち自ノード以遠のノードが属するグループの識別子のリストをブルームフィルタを用いて交換しあうための処理部である。ブルームフィルタ交換部１３は、受信ブルームフィルタ・グループＩＤ記憶部１３１と、ブルームフィルタ生成部１３２と、ブルームフィルタ送信部１３３と、ブルームフィルタ受信部１３４と、フォワーディングテーブル設定部１３５とを含む。

ブルームフィルタとは、要素が集合のメンバーであるかどうかのテストに使われるビット列である。ある要素のブルームフィルタ値は、ｍビットのビット配列において、その要素のキー値がｋ個のハッシュ関数を用いて算出され、各ハッシュ値に対応するビット位置に１が設定された値になる。本実施の形態では、各ノードが属するグループの識別子（グループＩＤ）がブルームフィルタによって表現され、少ないビット長でグループの識別子のリストが通知される。

図３は、本発明の第１の実施の形態におけるグループＩＤとブルームフィルタ値との関係を示す説明図である。本実施形態では、図３に示すように、グループＡのブルームフィルタ値は“０１１００１００”であるとする。また、グループＢのブルームフィルタ値は“１００１００１０”であるとする。また、グループＣのブルームフィルタ値は“００１０１００１”であるとする。なお、いずれも８ビットのビット列である。

受信ブルームフィルタ・グループＩＤ記憶部１３１は、ブルームフィルタ受信部１３４が受け付けた隣接ノードから受信したブルームフィルタ値、および自ノードのグループＩＤを記憶する。

図４は、受信ブルームフィルタ・グループＩＤ記憶部１３１に登録されるエントリ（以下、受信ブルームフィルタ・グループＩＤ記憶テーブルという。）の例を示す説明図である。図４は、自ノードが図１２に示す端末Ｔ２であった場合の受信ブルームフィルタ・グループＩＤ記憶テーブルの例を示している。図４では、例えば、自ノードのグループＩＤがグループＢであることが示されている。さらに、隣接ノードである端末Ｔ１、Ｔ５〜Ｔ７から受信したブルームフィルタ値がそれぞれ、“１１１１１１１１”、“０１１００１００”、“０１１００１００”、“１００１００１０”であることが示されている。なお、本実施形態では、リストに含まれるグループのブルームフィルタ値の論理和により、グループＩＤのリストが表現される。

ブルームフィルタ生成部１３２は、受信ブルームフィルタ・グループＩＤ記憶部１３１に登録されている受信ブルームフィルタ・グループＩＤ記憶テーブルに基づいて、他の隣接ノードの各々へ送信するためのブルームフィルタ値を生成する。ブルームフィルタ生成部１３２は、具体的には、自ノードのグループＩＤのブルームフィルタ値と、送信する対象となる隣接ノード以外の隣接ノードから受信した全てのブルームフィルタ値との論理和をとることにより、それぞれの隣接ノードに通知するブルームフィルタ値を生成する。ブルームフィルタ値を生成するタイミングは、予め設定された一定周期ごとであってもよいし、受信ブルームフィルタ・グループＩＤ記憶部１３１に登録されているエントリが更新されたタイミングであってもよい。

例として、自ノードが図１２に示す端末Ｔ２であり、自ノードのグループＩＤおよび各隣接ノードから受信したブルームフィルタ値が図４に示した受信ブルームフィルタ・グループＩＤ記憶テーブルに示すものである場合に、端末Ｔ１へ送信されるブルームフィルタ値を生成する場合について説明する。まず、ブルームフィルタ生成部１３２は、自ノードのグループＩＤであるグループＢのブルームフィルタ値を計算する。ここでは、グループＢのブルームフィルタ値は“１００１００１０”であるとする。次に、ブルームフィルタ生成部１３２は、送信対象ノードである端末Ｔ１以外の全ての隣接ノード（本例では、端末Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７）から受信したブルームフィルタ値“０１１００１００”，“０１１００１００”，“１００１００１０”と、先に計算したグループＢのブルームフィルタ値“１００１００１０”との論理和を計算する。結果、論理和は”１１１１０１１０”となり、この値が端末Ｔ２から端末Ｔ１に送信されるものとして生成されたブルームフィルタ値となる。

なお、上記例では自ノードが属するグループは１つだけであったが、複数のグループに属していてもよい。例えば、自ノードがグループＢとグループＣの２つに属する場合、自ノードのグループＩＤのブルームフィルタ値は、グループＢのブルームフィルタ値“１００１００１０”と、グループＣのブルームフィルタ値“００１０１００１”との論理和をとって“１０１１１０１１”とすればよい。

ブルームフィルタ送信部１３３は、ブルームフィルタ生成部１３２が生成したブルームフィルタ値を各隣接ノードに送信する。送信するタイミングは、予め設定された一定周期ごとであってもよいし、隣接ノード別に当該隣接ノードに対して送信すべきブルームフィルタが更新されたタイミングであってもよい。

ブルームフィルタ受信部１３４は、ツリートポロジ上の隣接ノードからブルームフィルタ値を受信し、受信したブルームフィルタ値を必要に応じて、受信ブルームフィルタ・グループＩＤ記憶部１３１に登録する。また、ブルームフィルタ受信部１３４は、それとともにフォワーディングテーブル設定部１３５に該ブルームフィルタ値を送信したノードの識別子を渡す。

本発明では、ブルームフィルタ受信部１３４は、隣接ノードからブルームフィルタ値を受信した際、ツリー構成情報保持部１２を参照し、ツリートポロジにおける上位側または下位側隣接ノードから受信したブルームフィルタ値だけを受け付け、それ以外のノードからブルームフィルタ値を受信したとしても破棄する。

フォワーディングテーブル設定部１３５は、ブルームフィルタ受信部１３４から渡されたブルームフィルタ値および該ブルームフィルタ値を送信したノードの識別子に基づいて、フォワーディングテーブル１４に経路エントリを設定する。フォワーディングテーブル設定部１３５は、フォワーディングテーブル１４に経路エントリを設定する際、ブルームフィルタ受信部１３４から渡されたブルームフィルタ値を、グループＩＤリストブルームフィルタを示す情報とし、該ブルームフィルタ値を送信したノードの識別子を隣接ノードを示す情報とする経路エントリを登録する。また、フォワーディングテーブル設定部１３５は、登録しようとしたエントリと同じ隣接ノードをもつエントリが既に存在する場合は当該エントリを上書きする。

フォワーディングテーブル１４は、グループ毎の同報配信データを転送する際にどの隣接ノードに転送すべきかを決定するために参照されるテーブルである。フォワーディングテーブル１４に設定されるエントリの例を図５に示す。図５に示すフォワーディングテーブルは、グループＩＤリストブルームフィルタと隣接ノードとを対にする１つのエントリが設定されている。ここで、グループＩＤリストブルームフィルタとは、ツリートポロジにおいて各隣接ノードの側に存在するノード群が属するグループの識別子のリスト（グループＩＤリスト）を表すブルームフィルタ値である。このブルームフィルタ値をチェックすることによって、対応する隣接ノードの側に、あるグループＩＤに属するノードが存在するかどうかを判定することができる。

例えば、図５に示す例からは、隣接ノードの端末Ｔ１の側に、ブルームフィルタ値“１１１１１１１１”で表されるグループＩＤリストに含まれるグループ（本例では、グループＡとグループＢとグループＣ）に属する端末が存在していることがわかる。同様に、図５に示す例からは、隣接ノードの端末Ｔ５の側に、ブルームフィルタ値“０１１００１００”で表されるグループＩＤリストに含まれるグループ（本例では、グループＡ）に属する端末が存在していることがわかる。同様に、図５に示す例からは、隣接ノードの端末Ｔ６の側に、ブルームフィルタ値“０１１００１００”で表されるグループＩＤリストに含まれるグループ（本例では、グループＡ）に属する端末が存在していることがわかる。同様に、図５に示す例からは、隣接ノードの端末Ｔ７の側に、ブルームフィルタ値“１００１００１０”で表されるグループＩＤリストに含まれるグループ（本例では、グループＢ）に属する端末が存在していることがわかる。

同報配信データ転送部１５は、グループ毎の同報配信データを転送する際に、該データをどの隣接ノードに対して転送すべきかをフォワーディングテーブル１４を参照して判定し、判定結果に基づき転送すべき隣接ノードにそのグループ毎の同報配信データを転送する。どの隣接ノードに対して転送すべきか判定する方法を説明する。まず、同報配信データ転送部１５は、同報配信データのヘッダに含まれる対象グループＩＤに基づき、ブルームフィルタクエリ生成部１６を介して該対象グループＩＤに対応する問い合わせ用のクエリを生成する。そして、同報配信データ転送部１５は、フォワーディングテーブル１４においてグループＩＤリストブルームフィルタと問い合わせ用のクエリとの論理積が該クエリと同じ値になるエントリを検索する。同報配信データ転送部１５は、検索した結果、該当するエントリに対応する全ての隣接ノード（ただし、該同報配信データを送信してきた隣接ノードは除く。）を転送すべき隣接ノードとして判定する。以下では、同報配信データを送信してきた隣接ノードを「上流側の隣接ノード」と表現する場合がある。

ブルームフィルタクエリ生成部１６は、同報配信データ転送部１５が転送しようとしているデータの同報配信対象となるグループＩＤから、該データを転送すべき隣接ノードをフォワーディングテーブル１４を参照して検索するためのクエリを生成する。クエリは、対象グループＩＤによって作られるブルームフィルタ値であればよい。

ここで、図１２における端末Ｔ２が端末Ｔ１から受信したグループＢ宛の同報配信メッセージを転送すべき隣接ノードを検索する例を考える。本例では、フォワーディングテーブル１４のエントリは図５に示したものとし、ブルームフィルタクエリ生成部１６はグループＢに対応するクエリとして“１００１００１０”を生成するものとする。図５に示すフォワーディングテーブルにおいては、クエリとグループＩＤリストブルームフィルタの論理積がクエリと同じ値になるエントリとして、隣接ノードが端末Ｔ１、Ｔ７のエントリが該当する。そのうち、端末Ｔ１は転送対象である同報配信データを送信してきた隣接ノード、すなわち上流側の隣接ノードであるため除外される。その結果、端末Ｔ１からのグループＢ宛の同報配信データを転送すべき隣接ノードは、端末Ｔ７の１つであると判定される。

次に、本実施形態の通信装置（ノード）の動作を説明する。グループＩＤリストとしてのブルームフィルタ値を他ノードへ通知する動作を図６を参照して説明する。図６は、本実施の形態の通信装置が隣接ノードにグループＩＤリストとしてのブルームフィルタ値を送信する際のノードの動作例を示す流れ図である。図６を参照すると、まず、ブルームフィルタ生成部１３２は、受信ブルームフィルタ・グループＩＤ記憶部１３１を参照し、受信ブルームフィルタ・グループＩＤ記憶部１３１に記憶されている受信ブルームフィルタ・グループＩＤテーブルの内容、すなわち他の隣接から受信したブルームフィルタ値および自ノードのグループＩＤを用いて、他の隣接ノードの各々に送信するためのブルームフィルタ値を生成する（ステップＳ１０１）。ブルームフィルタ生成部１３２は、この生成動作を、予め設定された一定周期ごとに行ってもよいし、受信ブルームフィルタ・グループＩＤ記憶部１３１に登録されている各々のエントリ（自グループのグループＩＤや各隣接ノードの受信ブルームフィルタ値）が更新されたタイミングで行ってもよい。

例として、自ノードのグループＩＤおよび各隣接ノードから受信したブルームフィルタ値が図４の受信ブルームフィルタ・グループＩＤ記憶テーブルに示すものであり、図１２の端末Ｔ２が端末Ｔ５に送信するブルームフィルタ値を生成する場合について説明する。まず、ブルームフィルタ生成部１３２は、自ノードのグループＩＤである“グループＢ”のブルームフィルタ値を計算する。ここでは、“グループＢ”のブルームフィルタ値は“１００１００１０”として計算されたとする。次に、ブルームフィルタ生成部１３２は、送信対象ノードである端末Ｔ５以外の全ての隣接ノード（端末Ｔ１，Ｔ６，Ｔ７）から受信したブルームフィルタ値（“１１１１１１１１”，“０１１００１００”，“１００１００１０”）と、先に計算した“グループＢ”のブルームフィルタ値（“１００１００１０”）との論理和を計算する。結果、論理和は”１１１１１１１１”となり、この値が端末Ｔ２から端末Ｔ５に送信するブルームフィルタ値となる。

次いで、ブルームフィルタ送信部１３３は、ステップＳ１０１で生成されたブルームフィルタ値を、対応する隣接ノードに対して各々送信する（ステップＳ１０２）。なお、ステップＳ１０１，Ｓ１０２では１つの隣接ノードに対する処理のみを行うものとする。ブルームフィルタ送信部１３３は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０２の処理を必要な隣接ノード分繰り返し行うようにしてもよい。

次に、各ノードがツリートポロジ上における各グループ宛の同報配信データを転送するための経路（すなわち、グループ毎の同報配信経路）を設定する動作を図７を参照して説明する。図７は、隣接ノードからブルームフィルタ値を受信した際のノードの動作例を示す流れ図である。図７を参照すると、まず、ブルームフィルタ受信部１３４が隣接ノードからブルームフィルタ値を受信する（ステップＳ２０１）。

次に、ブルームフィルタ受信部１３４は、ツリー構成情報保持部１２を参照し、受信したブルームフィルタの送信元ノードがツリートポロジにおける上位側または下位側の隣接ノードであるか否かを調べる（ステップＳ２０２、Ｓ２０３）。

そして、受信したブルームフィルタの送信元ノードがツリートポロジにおける上位側または下位側の隣接ノードではない場合には（ステップＳ２０３のＮｏ）、ブルームフィルタ受信部１３４は、受信したブルームフィルタは破棄し、本動作を終了する（ステップＳ２０５）。

一方、受信したブルームフィルタの送信元ノードがツリートポロジにおける上位側または下位側の隣接ノードである場合には（ステップＳ２０３のＹｅｓ）、ブルームフィルタ受信部１３４は、受信したブルームフィルタを受理し、受理したブルームフィルタを送信元ノードの情報とともに受信ブルームフィルタ・グループＩＤ記憶部１３１に記憶する（ステップＳ２０４）。

また、ブルームフィルタ受信部１３４は、受信したブルームフィルタを受理すると、フォワーディングテーブル１４を参照し、受理したブルームフィルタの送信元ノードと同じ隣接ノードに対応するエントリがフォワーディングテーブル１４に既に登録されているか否かを調べる（ステップＳ２０６、Ｓ２０７）。

ここで、受理したブルームフィルタの送信元ノードと同じ隣接ノードに対応するエントリがフォワーディングテーブル１４に既に登録されている場合には（ステップＳ２０７のＹｅｓ）、ブルームフィルタ受信部１３４は、フォワーディングテーブル１４におけるそのエントリのグループＩＤリストブルームフィルタの値を、受理したブルームフィルタ値で更新する（ステップＳ２０８）。

一方、受理したブルームフィルタの送信元ノードと同じ隣接ノードに対応するエントリがフォワーディングテーブル１４に登録されていない場合には（ステップＳ２０７のＮｏ）、ブルームフィルタ受信部１３４は、受理したブルームフィルタ値をグループＩＤリストブルームフィルタとし、その送信元ノードを隣接ノードとするエントリをフォワーディングテーブル１４に新たに追加する（ステップＳ２０９）。

以上のように、本実施形態によれば、グループ毎の同報配信経路を設定するために、ツリートポロジ上におけるグループの識別子のリストをブルームフィルタを用いて交換する。ブルームフィルタを用いることによって、グループの識別子のリストを小さなサイズで表現することができ、グループの識別子のリストの通知に必要な制御情報量を削減することが可能となる。

具体的には、偽陽性率１％の場合、１要素（グループ）あたり９．６ビットで、偽陽性率０．１％の場合、１４．４ビットでグループの識別子を表現することが可能である。例えば、グループ識別子を８文字（８バイト＝６４ビット）で表現する場合に比べると、大幅に制御情報量を削減する効果がある。なお、ブルームフィルタを用いる場合、偽陽性が発生することが問題となる。しかし、本実施形態の場合、偽陽性が発生した際は、同報配信データの対象グループに属するノードが存在しない隣接ノードの側へも同報配信データが転送される（すなわち誤配信となる）だけで、最終的にその同報配信データは異なるグループの同報配信データとして受信されず廃棄されることになる。しかし、このときも同報配信データは対象グループに属するノードが存在する方向へ必ず転送されるため、データ転送量が若干増えるだけで機能的には問題がないと言える。

すなわち、通常のユニキャストの経路では、パケットを複数のリンクにコピーして転送するといった同報配信は行われない。そのため、偽陽性が発生し転送先が決定できずに間違った方向に転送されると、そのパケットは宛先へ届かないことになり問題である。しかし、グループ毎同報配信においては、異なるグループに属するノードへ誤配信されることよりも、対象グループに属する全てのノードへ同報配信データが配信されないこと（すなわち非配信）を避けるべきである。そのため、偽陽性の発生は致命的な問題にはならない。ブルームフィルタを使用することによる偽陽性の発生を考慮し、誤配信の発生に伴うデータトラフィックの増加と、ブルームフィルタの使用による制御メッセージ量の削減効果とのトレードオフを考慮して、適切なブルームフィルタ長を決定すべきである。

また、グループＩＤリストを通知するためにブルームフィルタが交換される。具体的には、ツリートポロジ上の隣接ノード以外から受信したブルームフィルタ値を破棄し、ツリートポロジ上の隣接ノードから受信したブルームフィルタのみを受理して、フォワーディングテーブルに設定する。さらに、これは、他の隣接ノードに送信するブルームフィルタ値を計算するために用いられる。このようにすることにより、グループ毎の同報配信経路をツリートポロジに沿って設定することが可能となる。

また、本実施形態によれば、たとえ物理的には図１３に示したようなループ状のトポロジであってもツリー構成部１１が図８に示すようなループのないツリー型トポロジを論理的に構成し、その構成（より具体的には各ノードにおけるリンク）を示すツリー構成情報をツリー構成情報保持部１２に記憶しておく。こうすることで、物理トポロジ（および物理リンク）と論理トポロジ（および論理リンク）を分けて認識することを可能にしている。ブルームフィルタ受信部１３４やブルームフィルタ送信部１３３は、ツリー構成情報保持部１２に記憶されたツリー構成情報を基に論理トポロジを認識する。そして、ブルームフィルタ受信部１３４やブルームフィルタ送信部１３３は、ツリー上の隣接ノードからのみブルームフィルタ値を受信し、その他の隣接ノードからは受信しない、またツリー上の隣接ノードにのみ計算したブルームフィルタ値を送信するといった制御を行う。そのため、上述したようなループ状のトポロジでブルームフィルタ値が送受信されることを防ぐことができる。

次に、本発明の概要を説明する。図９は、本発明の概要を示すブロック図である。図９に示す通信装置５００は、同じグループに属する通信装置間でデータを交換または共有するためのグループ毎同報配信を行う通信システムが備える通信装置であって、ブルームフィルタ送信手段５０１と、グループ毎同報配信経路設定手段５０２とを備えている。なお、通信装置５００は、ネットワークを介して１以上の通信装置と接続されているものとする。

ブルームフィルタ送信手段５０１（例えば、ブルームフィルタ送信部１３３）は、ツリー状のトポロジにおける各隣接ノードに対して、当該隣接ノードから見て自ノード側に存在するノード群が属するグループの識別子のリストを表すブルームフィルタ値を送信する。

グループ毎同報配信経路設定手段５０２（例えば、ブルームフィルタ受信部１３４およびフォワーディングテーブル設定部１３５）は、ツリー状のトポロジにおける各隣接ノードから受信したグループの識別子のリストを表すブルームフィルタ値と、当該ブルームフィルタ値を送信した隣接ノードの情報に基づいて、フォワーディングテーブルを設定する。

このような構成を、ネットワーク上の各通信装置が備えることによって、経路設定時の制御情報によるトラフィック量だけでなく、データ配信時のデータトラフィック量を抑えたグループ毎の同報配信を可能とする。

また、ブルームフィルタ送信手段５０１は、自ノードが属するグループの識別子から生成したブルームフィルタ値と、ツリー状のトポロジにおける各隣接ノードから受信したブルームフィルタ値のうち、送信対象とした隣接ノード以外の全ての隣接ノードから受信したブルームフィルタ値との論理和を、グループの識別子のリストを表すブルームフィルタ値として各隣接ノードに送信してもよい。このような構成によれば、各隣接ノードに送信するグループの識別子のリストを表すブルームフィルタ値を簡単に生成することができ、通知に係る処理の時間短縮にもつながる。

また、グループ毎同報通信経路設定手段５０２は、ツリー状のトポロジにおける隣接ノード以外からブルームフィルタ値を受信した場合には、受信したブルームフィルタ値をフォワーディングテーブルに設定せずに破棄してもよい。このような構成によれば、仮に通信ネットワーク内に本発明によるブルームフィルタ送信手段を備えない通信装置が参入してきたとしても、パケット転送のループにつながるような正しくない経路設定がされることを防ぐことができる。

また、通信装置５００は、さらにグループ毎同報配信データ転送手段５０３や、ツリー構成手段５０４、ツリー構成情報保持手段５０５を備える構成であってもよい。図１０は、本発明による通信装置の他の構成例を示すブロック図である。図１０に示す通信装置５００は、さらにグループ毎同報配信データ転送手段５０３と、ツリー構成手段５０４と、ツリー構成情報保持手段５０５とを備えている。

グループ毎同報配信データ転送手段５０３（例えば、同報配信データ転送部１５）は、グループ毎同報配信データを転送する際に、フォワーディングテーブルに登録されているエントリのうち、エントリに含まれるブルームフィルタ値と、当該グループ毎同報配信データの配信対象となるグループの識別子から生成したブルームフィルタ値であるブルームフィルタクエリとの論理積が該ブルームフィルタクエリの値に一致するエントリに含まれる隣接ノードであって、当該グループ毎同報配信データの上流側の隣接ノード以外の隣接ノードに、当該グループ毎同報配信データを転送する。なお、本構成では、グループ毎同報通信経路設定手段５０２は、ツリー状のトポロジにおける隣接ノードから受信したグループの識別子のリストを表すブルームフィルタ値と、当該ブルームフィルタ値を送信した隣接ノードとを対応づけて、フォワーディングテーブルのエントリとして登録するものとしている。

このような構成によれば、グループ毎同報データの転送先を容易に決定することができる。なお、仮にブルームフィルタに偽陽性が発生したとしても、同報配信データは対象グループに属するノードが存在する方向へ必ず転送されるため、データ転送量が若干増えるだけで機能的には問題がない。

また、ツリー構成手段５０４（例えば、ツリー構成部１１）は、少なくともグループ毎の同報配信を行うためのツリー状のトポロジを論理的に構成する。

ツリー情報保持手段５０５（例えば、ツリー構成情報保持部１２）は、少なくともツリー構成手段によって構成されたツリー状のトポロジにおける隣接ノードを示す情報を保持する。ツリー構成手段５０４およびツリー情報保持手段５０５を備える構成によれば、たとえ物理的にはループ状のトポロジであったとしても、グループ毎同報配信経路が正しくルーティングテーブルに設定されないことに起因するパケット転送のループの発生を防ぐことができる。

以上、実施形態及び実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１１年９月９日に出願された日本特許出願２０１１−１９７２５９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

本発明は、同じグループに属するノード間でデータを交換または共有するためのグループ毎同報配信を行う通信システムに好適に適用可能である。

Ｔ１〜Ｔ１２ 端末
１０ 通信装置
１１ ツリー構成部
１２ ツリー構成情報保持部
１３ ブルームフィルタ交換部
１３１ 受信ブルームフィルタ・グループＩＤ記憶部
１３２ ブルームフィルタ生成部
１３３ ブルームフィルタ送信部
１３４ ブルームフィルタ受信部
１３５ フォワーディングテーブル設定部
１４ フォワーディングテーブル
１５ 同報配信データ転送部
１６ ブルームフィルタクエリ生成部
５０１ ブルームフィルタ送信手段
５０２ グループ毎同報配信経路設定手段
５０３ グループ毎同報配信データ転送手段
５０４ ツリー構成手段
５０５ ツリー構成情報保持手段

Claims (10)

1. 同じグループに属するノード間でデータを交換または共有するためのグループ毎同報配信の経路を設定するためのグループ毎同報配信経路設定方法であって、
   各ノードが、ツリー状のトポロジにおける各隣接ノードに対して、前記各隣接ノードから見て自ノード側に存在するノード群が属するグループの識別子のリストを表すブルームフィルタ値を送信し、
   各ノードが、前記ツリー状のトポロジにおける各隣接ノードから受信した前記グループの識別子のリストを表すブルームフィルタ値と、当該ブルームフィルタ値を送信した隣接ノードの情報に基づいて、フォワーディングテーブルを設定する
   ことを特徴とするグループ毎同報配信経路設定方法。
2. 各ノードが、自ノードが属するグループの識別子から生成したブルームフィルタ値と、ツリー状のトポロジにおける各隣接ノードから受信したブルームフィルタ値のうち、送信対象とした隣接ノード以外の全ての隣接ノードから受信したブルームフィルタ値との論理和を、グループの識別子のリストを表すブルームフィルタ値として各隣接ノードに送信する
   請求項１に記載のグループ毎同報配信経路設定方法。
3. 各ノードが、ツリー状のトポロジにおける隣接ノードから受信した前記グループの識別子のリストを表すブルームフィルタ値と、当該ブルームフィルタ値を送信した隣接ノードとを対応づけて、フォワーディングテーブルのエントリとして登録し、
   各ノードが、同報配信データの転送先を、前記フォワーディングテーブルに登録されているエントリのうち、前記エントリに含まれるブルームフィルタ値と、当該グループ毎同報配信データの配信対象となるグループの識別子から生成したブルームフィルタ値であるブルームフィルタクエリとの論理積が該ブルームフィルタクエリの値に一致するエントリに含まれる隣接ノードであって、当該グループ毎同報配信データの上流側の隣接ノード以外の隣接ノードに決定する
   請求項１または請求項２に記載のグループ毎同報配信経路設定方法。
4. 各ノードが、ツリー状のトポロジにおける隣接ノード以外からグループの識別子のリストを表すブルームフィルタ値を受信した場合には、受信したブルームフィルタ値をフォワーディングテーブルに設定せずに破棄する
   請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のグループ毎同報配信経路設定方法。
5. 各ノードが、少なくともグループ毎の同報配信を行うためのツリー状のトポロジを論理的に構成して、少なくとも構成されたツリー状のトポロジにおける隣接ノードを示す情報を保持し、
   各ノードが、前記保持しているツリー状のトポロジにおける隣接ノードを示す情報を参照して、送信先または送信元ノードがツリー状のトポロジにおける隣接ノードか否かを判定する
   請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載のグループ毎同報配信経路設定方法。
6. 同じグループに属する通信装置間でデータを交換または共有するためのグループ毎同報配信を行う通信システムが備える通信装置であって、
   ネットワークを介して１以上の通信装置と接続され、
   ツリー状のトポロジにおける各隣接ノードに対して、前記各隣接ノードから見て自ノード側に存在するノード群が属するグループの識別子のリストを表すブルームフィルタ値を送信するブルームフィルタ送信手段と、
   前記ツリー状のトポロジにおける各隣接ノードから受信した前記グループの識別子のリストを表すブルームフィルタ値と、当該ブルームフィルタ値を送信した隣接ノードの情報に基づいて、フォワーディングテーブルを設定するグループ毎同報通信経路設定手段とを備えた
   ことを特徴とする通信装置。
7. ブルームフィルタ送信手段は、自ノードが属するグループの識別子から生成したブルームフィルタ値と、ツリー状のトポロジにおける各隣接ノードから受信したブルームフィルタ値のうち、送信対象とした隣接ノード以外の全ての隣接ノードから受信したブルームフィルタ値との論理和を、グループの識別子のリストを表すブルームフィルタ値として各隣接ノードに送信する
   請求項６に記載の通信装置。
8. グループ毎同報通信経路設定手段は、ツリー状のトポロジにおける隣接ノードから受信した前記グループの識別子のリストを表すブルームフィルタ値と、当該ブルームフィルタ値を送信した隣接ノードとを対応づけて、フォワーディングテーブルのエントリとして登録し、
   グループ毎同報配信データを転送する際に、前記フォワーディングテーブルに登録されているエントリのうち、前記エントリに含まれるブルームフィルタ値と、当該グループ毎同報配信データの配信対象となるグループの識別子から生成したブルームフィルタ値であるブルームフィルタクエリとの論理積が該ブルームフィルタクエリの値に一致するエントリに含まれる隣接ノードであって、当該グループ毎同報配信データの上流側の隣接ノード以外の隣接ノードに、当該グループ毎同報配信データを転送するグループ毎同報配信データ転送手段を備えた
   請求項６または請求項７に記載の通信装置。
9. グループ毎同報通信経路設定手段は、ツリー状のトポロジにおける隣接ノード以外からブルームフィルタ値を受信した場合には、受信したブルームフィルタ値をフォワーディングテーブルに設定せずに破棄する
   請求項６から請求項８のうちのいずれか１項に記載の通信装置。
10. 少なくともグループ毎の同報配信を行うためのツリー状のトポロジを論理的に構成するツリー構成手段と、
    少なくとも前記ツリー構成手段によって構成されたツリー状のトポロジにおける隣接ノードを示す情報を保持するツリー情報保持手段とを備えた
    請求項６から請求項９のうちのいずれか１項に記載の通信装置。

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