JP6380992B2 - データ転送方法及び通信システム - Google Patents

Description

近年、音楽や動画など、多種多様かつ大容量のマルチメディアコンテンツがネットワークを通じて転送されている。これらのコンテンツは一般的にベストエフォートで転送されるため、ネットワーク状況によって、大きな転送時間がかかる場合がある。そこで、非特許文献１のように、ユーザが転送制限時間を定め、不可能な場合は要求を棄却するネットワークモデルが提案されている。

制限時間付きファイル転送モデルにおいては、転送要求Ｒ＿ｉは、
（１）送信元ｓ＿ｉ、
（２）宛先ｄ＿ｉ、
（３）要求発生時刻Ａ＿ｉ、
（４）ファイルサイズＦ＿ｉ、
（５）制限時間Ｄ＿ｉ
というパラメータで定義される。各転送要求Ｒ＿ｉに対して、制限時間内に転送を完了できる最小の帯域をＭｉｎＲａｔｅ＿ｉ＝Ｆ＿ｉ／Ｄ＿ｉとする。

図１は、送信元端末ａから宛先端末ｂに向けて転送される転送要求Ｒ＿１の例である。転送要求Ｒ＿１＝｛ｓ＿１＝ノード３、ｄ＿１＝ノード１、Ａ＿１＝時刻０、Ｆ＿１＝４［Ｇｂｉｔｓ］、Ｄ＿１＝５［ｓ］｝
転送網はノード１からノード４で構成される。転送要求Ｒ＿１は、ノード３、ノード２、ノード１を経由する転送経路を利用する。ＭｉｎＲａｔｅは、Ｆ＿１／Ｄ＿１＝４［Ｇｂｉｔｓ］／５［ｓ］＝０．８［Ｇｂｐｓ］となる。

制限時間付きファイル転送モデルにおいては、転送要求Ｒ＿ｉが制限時間内に転送可能か否か判断するために、ある時刻ｔにおける転送経路の最大の利用可能帯域（ＭａｘＲａｔｅ（ｔ））を計算する。ＭａｘＲａｔｅ（ｔ）は、その転送経路が経由する全てのリンクの利用可能帯域の最小値である。例えば、ＭａｘＲａｔｅ（ｔ）の計算はネットワークを管理する装置が行う。当該装置は、各端末から出された転送要求に基づいて，データの転送経路とその帯域使用量の時間推移を既に設定している。このため、当該装置は、転送要求Ｒ＿ｉが発生した時点で各転送経路の将来の転送データ量を把握している。当該装置は、この情報を用いてＭａｘＲａｔｅ（ｔ）を計算することができる。

転送経路のＭａｘＲａｔｅ（ｔ）を制限時間に渡って合算した値（以下、転送可能量と呼ぶ）が、ファイルサイズＦ＿ｉより大きくなれば、転送要求Ｒ＿ｉは制限時間内に転送可能である。それ以外の場合は制限時間内に転送を完了することができないので、転送要求Ｒ＿ｉは棄却される。

図２は、転送要求Ｒ＿１の転送経路３−２−１のＭａｘＲａｔｅ（ｔ）の例である。
例えば最初の１［ｓ］間は、
・リンク２−３： １．０［Ｇｂｐｓ］
・リンク１−２： ０．８［Ｇｂｐｓ］
が利用可能であるため、この期間の経路３−２−１のＭａｘＲａｔｅは
ｍｉｎ｛１．０、０．８｝＝０．８［Ｇｂｐｓ］
となる。他の期間についても同様にＭａｘＲａｔｅを計算できる。転送経路３−２−１の転送可能量３．２［Ｇｂｉｔｓ］は、ファイルサイズＦ＿１＝４．０［Ｇｂｉｔｓ］より小さく、転送要求Ｒ＿１を制限時間Ｄ＿１内に転送を完了できないため、転送要求Ｒ＿１は棄却される。

転送要求のパラメータと、経由するリンクの利用可能帯域をもとに、棄却率を下げるような転送要求の帯域割当方法が提案されている。例えば非特許文献２では、転送要求Ｒ＿ｉのＭｉｎＲａｔｅ＿ｉを、転送要求Ｒ＿ｉが経由する全てのリンク上に確保する手法が提案されている。この手法では、転送要求Ｒ＿ｉが将来に渡って確保する帯域を最小限に抑えることで、転送要求Ｒ＿ｉ以降の転送要求の棄却率を下げることができる。

また、転送要求のパラメータと、転送網内の各リンクの利用可能帯域をもとに、棄却率を下げるような転送要求の経路割当方法が提案されている。例えば非特許文献３では、
（そのリンクを経由して転送される予定のファイルサイズの総和）÷（そのリンクの残余帯域）
をリンクコスト値として定め、最小リンクコスト和となる経路を選択する経路選択方法が提案されている。この手法では、ファイルサイズが大きな転送要求ほどホップ数の小さい転送経路を選択することで、転送網全体の負荷を分散させ、転送要求の棄却率を下げることができる。

Ｂ． Ｃｈｅｎ， ｅｔ ａｌ．，"Ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇ ｄｅａｄｌｉｎｅ−ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ ｂｕｌｋ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｆｅｒｓ ｔｏ ｍｉｎｉｍｉｚｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ"， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ７ｔｈ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｃｌｕｓｔｅｒ Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ Ｇｒｉｄ （ＣＣＧＲＩＤ） ， ２００７． Ｄｒａｇｏｓ Ａｎｄｒｅｉ，"Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｐｒｏｖｉｓｉｏｎｉｎｇ ｏｆ Ｄａｔａ−Ｉｎｔｅｎｓｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｖｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ"， Ｐｈ． Ｄ． ｔｈｅｓｉｓ， ＵＣ．Ｄａｖｉｓ， ２００９． 河野史織、他、"制限時間付き大容量ファイルダウンロードのための動的経路制御方式"、電子情報通信学会総合大会、２０１３

非特許文献２、３で提案された手法は、転送要求の転送開始から転送終了まで、同一の転送経路を、転送網内の帯域を最大限利用することができず、本来より棄却率が悪化してしまう場合がある、という課題がある。

図３はその例を示す。転送開始から転送終了まで同一の転送経路を使用し続ける場合、転送経路３−２−１（転送可能量３．２［Ｇｂｉｔｓ］）と転送経路３−０−１（転送可能量２．６［Ｇｂｉｔｓ］）のいずれを用いても、ファイルサイズ４．０［Ｇｂｉｔｓ］の転送を完了できないため、転送要求Ｒ＿１は棄却される。一方で、適切なタイミングで転送経路３−２−１と転送経路３−０−１を切り替える場合、転送可能量は４．０［Ｇｂｉｔｓ］となり、転送要求Ｒ＿１を制限時間内に転送することが可能となる。このように、転送経路を動的に切り替えれば制限時間内に転送可能な転送要求であったとしても、従来手法は棄却してしまう場合があった。

そこで、本発明は、上記課題を解決すべく、転送要求の棄却率を低下できるデータ転送方法及び通信システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るデータ転送方法は、新たな転送要求に対し、転送経路を動的に変更することで棄却率を改善する。

具体的には、本発明に係るデータ転送方法は、データを転送する転送経路が複数存在するネットワークにおいて、１つのデータの転送中に１の転送経路から他の転送経路へ切り替え、前記１つのデータの転送を継続する経路切替手順を行う。

本データ転送方法は、各転送要求に対し予め設定された１以上の転送経路候補から、動的に転送経路を選択することで、ネットワーク内での負荷の偏りを回避し、転送要求の棄却率を改善することができる。従って、本発明は、転送要求の棄却率を低下できるデータ転送方法を提供することができる。

本データ転送方法の動的に転送経路を選択する手法は、次の通りである。

前記１つのデータを転送する要求が発生した後、
所定間隔で時間を区切り、区切られた時間における最大利用可能帯域を転送経路毎に算出する算出手順と、
前記算出手順で算出された転送経路毎の前記最大利用可能帯域に基づいて、前記１つのデータについて設定された転送制限時間内に前記１つのデータの転送が完了するように、前記区切られた時間ごとに転送経路を選択する経路選択手順と、
を行い、
前記経路切替手順で、前記区切られた時間ごとに前記経路選択手順で選択した転送経路に切り替えて前記１つのデータを転送することを特徴とする。

前記経路選択手順で、いずれの転送経路を選択しても前記転送制限時間内に前記１つのデータの転送が完了しない場合、前記１つのデータを転送する要求を棄却する棄却手順を行うことを特徴とする。

前記１つのデータを転送する要求が発生した後、且つ前記算出手順前に、
任意の転送経路を１つ選択し、前記任意の転送経路の前記最大利用可能帯域に基づいて前記転送制限時間内に前記１つのデータの転送が完了するか否かを判断する判断手順と、
前記判断手順で、前記転送制限時間内に前記１つのデータの転送が完了すると判断した場合に前記任意の転送経路で前記１つのデータを転送する単一経路転送手順と、
を行い、
前記判断手順で、前記転送制限時間内に前記１つのデータの転送が完了しないと判断した場合に前記算出手順、前記経路選択手順及び経路切替手順を行うことを特徴とする。

具体的な経路選択方法は、次の手順で実行される。まず、転送開始から転送終了まで転送経路Ｐ０を利用する場合、制限時間内に転送を完了するか否か判定する。転送を完了できる場合は、転送経路Ｐ０を用いてファイルを転送する。転送を完了できない場合は、転送経路Ｐ０に対し、ボトルネック期間Ｔ１を算出し、その期間Ｔ１だけ別の転送経路Ｐ１を用いて転送する場合に、制限時間内に転送を完了するか否か判定する。転送を完了できる場合は、ボトルネック期間Ｔ１においては転送経路Ｐ１を用いて、それ以外の期間は転送経路Ｐ０を用いてファイルを転送する。転送を完了できない場合は、転送要求を棄却する。

上記データ転送方法を実行できる通信システムは、
データを転送する複数の転送経路を形成する複数の転送ノードと、
前記１つのデータを転送する要求に基づいて、前記データ転送方法を行うように前記転送ノードに指示する管理装置と、
を備える。

また、上記データ転送方法を実行できる他の通信システムは、データを転送する複数の転送経路を形成する複数の転送ノードを備える通信システムであって、
少なくとも１つの前記転送ノードは、前記１つのデータを転送する要求に基づいて、前記データ転送方法を行うように、自転送ノード及び他の前記転送ノードに指示する管理部を有することを特徴とする。

通信システムをこれらのような構成とすることで本データ転送方法を実現できる。従って、本発明は、転送要求の棄却率を低下できる通信システムを提供することができる。

本発明は、転送要求の棄却率を低下できるデータ転送方法及び通信システムを提供することができる。

端末からの転送要求を説明する図である。 転送経路の最大利用可能帯域を説明する図である。 本発明の課題を説明する図である。 本発明に係るデータ転送方法を説明するフローチャートである。 本発明に係る通信システムの構成を説明する図である。 本発明に係る通信システムの管理装置を説明する図である。 本発明に係る通信システムの構成を説明する図である。 本発明に係る通信システムの転送ノードを説明する図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施形態であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図５は、本実施形態の通信システム３０１を説明する図である。なお、本発明は図５の構成に制限されるものではない。
通信システム３０１は、
データを転送する複数の転送経路を形成する複数の転送ノード１１と、
前記１つのデータを転送する要求に基づいて、後述するデータ転送方法を行うように転送ノード１１に指示する管理装置１２と、
を備える。
前記データ転送方法は、データを転送する転送経路が複数存在するネットワークにおいて、１つのデータの転送中に１の転送経路から他の転送経路へ切り替え、前記１つのデータの転送を継続する経路切替手順を行うデータ転送方法である。

本実施形態は、転送網上の管理装置によりデータ転送方法を実行する例である。転送網は、１以上のファイル転送用ノード１１と、１以上の管理装置１２から成る。送信元端末１３は、転送網を介して、宛先端末１４に制限時間付きのファイルを転送する。管理装置１２は制御チャネルを介して転送網上のファイル転送用ノード１１と、送信元端末１３と、宛先端末１４のうち少なくとも一つと接続する。このとき、制御チャネルは、制御信号を転送できる転送路であれば、物理的な別線でも良いし、論理的な転送路でも構わない。

図６は管理装置１２の構成を説明する図である。管理装置１２は、インターフェース部５３と、計算部５４と、指示部５５を有し、ファイル転送用ノード１１は、ファイル転送部６１を有する。

インターフェース部５３は、指示部５５とファイル転送用ノード１１のファイル転送部６１間の、あるいは計算部５４とファイル転送用ノード１１のファイル転送部６１間の、制御信号を中継する機能を有する。

計算部５４は、ファイル転送用ノード１１、送信元端末１３、宛先端末１４の少なくとも一つから、現在転送中の転送要求の情報と、リンクの帯域使用情報と、新規転送要求Ｒ＿ｉの情報を取得し、経路選択のための計算を実行し、計算結果を指示部５５に送信する機能を有する。

指示部５５は、計算部５４の計算結果をもとに、ファイル転送用ノード１１のファイル転送部６１に制御信号を送信する機能を有する。ファイル転送部６１は、管理装置１２から受信した制御信号をもとに、転送要求Ｒ＿ｉを棄却あるいは転送する機能を有する。

図４は、本実施形態のデータ転送方法、特にどのように経路を選択するかについて説明するフローチャートである。
本データ転送方法は、前記１つのデータを転送する要求が発生した後、
所定間隔で時間を区切り、区切られた時間における最大利用可能帯域を転送経路毎に算出する算出手順（ステップＳ０４）と、
前記算出手順で算出された転送経路毎の前記最大利用可能帯域に基づいて、前記１つのデータについて設定された転送制限時間内に前記１つのデータの転送が完了するように、前記区切られた時間ごとに転送経路を選択する経路選択手順（ステップＳ０４、Ｓ０５）と、
を行い、
前記経路切替手順で、前記区切られた時間ごとに前記経路選択手順で選択した転送経路に切り替えて前記１つのデータを転送する（ステップＳ０６）。
なお、前記経路選択手順で、いずれの転送経路を選択しても前記転送制限時間内に前記１つのデータの転送が完了しない場合、前記１つのデータを転送する要求を棄却する棄却手順を行う（ステップＳ０７）。
さらに、前記１つのデータを転送する要求が発生した後、且つ前記算出手順前に、
任意の転送経路を１つ選択し、前記任意の転送経路の前記最大利用可能帯域に基づいて前記転送制限時間内に前記１つのデータの転送が完了するか否かを判断する判断手順（ステップＳ０２、Ｓ０３）と、
前記判断手順で、前記転送制限時間内に前記１つのデータの転送が完了すると判断した場合に前記任意の転送経路で前記１つのデータを転送する単一経路転送手順（ステップＳ０６）と、
を行い、
前記判断手順で、前記転送制限時間内に前記１つのデータの転送が完了しないと判断した場合に前記算出手順、前記経路選択手順及び経路切替手順を行う（ステップＳ０４）。

より具体的に説明する。本データ転送方法は、次の三つの過程を有する。

［過程１］
まず、ある転送経路Ｐ０を転送開始から転送終了まで使用し続けた場合に、転送要求Ｒ＿ｉを制限時間内に転送完了できるか否か判定し（ステップＳ０１〜Ｓ０３）、転送を完了できる場合は転送要求Ｒ＿ｉを採択し経路選択方法を終了する（ステップＳ０６、Ｓ０８）。転送を完了できない場合は次の過程に進む。ここで、転送経路Ｐ０は、転送要求Ｒ＿ｉの送信元ｓ＿ｉと宛先ｄ＿ｉを繋ぐ転送網上の転送経路であれば、どのようなものでも構わない。例えば、非特許文献４の経路選択方法を用いて計算した最適な転送経路でも良いし、ｓ＿ｉとｄ＿ｉの最短ホップ経路でも良い。

［過程２］
次に、転送要求Ｒ＿ｉを転送経路Ｐ０で転送する上でボトルネック期間Ｔ１を算出し、過程３に進む（ステップＳ０４）。ここで、ボトルネック期間Ｔ１は、転送経路Ｐ０のＭａｘＲａｔｅを用いた算出方法であれば、どのように算出しても構わない。例えば、転送要求Ｒ＿ｉのＭｉｎＲａｔｅ＿ｉの定数倍を閾値として定め、ＭａｘＲａｔｅが閾値より小さい時間帯をボトルネック期間Ｔ１として定めて良い。あるいは、ＭａｘＲａｔｅの時間微分値ｄＭａｘＲａｔｅ／ｄｔが閾値以下となる時間帯をボトルネック期間Ｔ１として定めても良い。

［過程３］
最後に、ボトルネック期間Ｔ１の間、転送経路Ｐ０と異なる転送経路Ｐ１を利用したとき、転送要求Ｒ＿ｉを制限時間以内に転送できるか否か判定する（ステップＳ０５）。転送を完了できる場合は転送要求Ｒ＿ｉを採択し（ステップＳ０６）、転送を完了できない場合は転送要求Ｒ＿ｉを棄却する（ステップＳ０７）。ここで、転送経路Ｐ１は転送経路Ｐ０と異なる転送経路であり、転送要求Ｒ＿ｉの送信元ｓ＿ｉと宛先ｄ＿ｉを繋ぐ転送網上の転送経路であれば、どのようなものでも構わない。例えば、転送経路Ｐ０を除いた全ての転送経路の中で、非特許文献４の経路選択方法を用いて計算した最適な転送経路でも良いし、ｓ＿ｉとｄ＿ｉの最短ホップ経路でも良い。

特に断らない限り、他の実施形態においても、同様のデータ転送方法を実行する。

（実施形態２）
図７は、本実施形態の通信システム３０２を説明する図である。なお、本発明は図７の構成に制限されるものではない。
通信システム３０２は、データを転送する複数の転送経路を形成する複数の転送ノード１５を備える通信システムであって、
少なくとも１つの転送ノード１５は、前記１つのデータを転送する要求に基づいて、図４で説明したデータ転送方法を行うように、自転送ノード及び他の前記転送ノードに指示する管理部６２を有する。

本実施形態は、転送網上の１以上のファイル転送用ノード１５によりデータ転送方法を実行する例である。転送網は、１以上のファイル転送用ノード１５から成る。送信元端末１３は、転送網を介して、宛先端末１４に制限時間付きのファイルを転送する。経路選択方法を実行するファイル転送用ノード１５は、制御チャネルを介して他のファイル転送用ノード１５と、送信元端末１３と、宛先端末１４のうち少なくとも一つと接続する。このとき、制御チャネルは、制御信号を転送できる転送路であれば、物理的な別線でも良いし、論理的な転送路でも構わない。通信システム３０２は、ファイル転送用ノード１５−０が具備する管理部６２が図４のデータ転送方法を実行する例である。

図８は、ファイル転送用ノード１５−０の構成を説明する図である。ファイル転送用ノード１５−０は、管理部６２とファイル転送部６１を有し、他のファイル転送用ノード１５は、ファイル転送部６１を有する。管理部６２は、実施形態１で説明した管理装置１２と同様に、インターフェース部５３と、指示部５５と、計算部５４を有する。ファイル転送部６１は、管理部６２から受信した制御信号をもとに、転送要求Ｒ＿ｉを棄却あるいは転送する機能を有する。

通信システム３０２は、図６の通信システム３０１と比較して、転送網に新たに管理装置を設置する必要がないため、設置コストを削減することができる。

（実施形態３）
本実施形態は、複数の管理装置、あるいは管理部が、図４で説明したデータ転送方法を実行する例である。管理装置あるいは管理部は、最大で転送網内の全てのファイル転送用ノードに対し、前述した経路選択方法を実施することができる。各管理装置あるいは管理部の制御対象となるファイル転送用ノードは、重複しても構わない。

本実施形態は、実施形態１や実施形態２と異なり、複数の管理装置あるいは管理部が経路選択方法を実行するため、個々の管理装置あるいは管理部の処理量を軽減できる、という利点を持つ。また、一つのファイル転送用ノードを制御可能な管理装置あるいは管理部を複数設定することで、図４のデータ転送方法の装置故障耐性を高めることができる。つまり、現用の管理装置あるいは管理部が故障した際も、予備の管理装置あるいは管理部を利用することで、継続的にデータ転送することが可能である。

１１、１５：転送ノード（ファイル転送用ノード）
１２：管理装置
１３：送信元端末
１４：宛先端末
５３：インターフェース部
５４：計算部
５５：指示部
６１：ファイル転送部
６２：管理部
３０１、３０２：通信システム

Claims (5)

1. データを転送する転送経路が複数存在するネットワークにおいて、１つのデータの転送中に１の転送経路から他の転送経路へ切り替え、前記１つのデータの転送を継続する経路切替手順を行うデータ転送方法であって、
   前記１つのデータを転送する要求が発生した後、
   所定間隔で時間を区切り、区切られた時間における最大利用可能帯域を転送経路毎に算出する算出手順と、
   前記算出手順で算出された転送経路毎の前記最大利用可能帯域と、前記１つのデータについて設定された転送制限時間内に前記１つのデータの転送が完了するために必要な最小帯域とを、前記区切られた時間毎に比較し、前記区切られた時間ごとに前記最大利用可能帯域が前記最小帯域以上である転送経路を選択する経路選択手順と、
   を行い、
   前記経路切替手順で、前記区切られた時間ごとに前記経路選択手順で選択した転送経路に切り替えて前記１つのデータを転送することを特徴とするデータ転送方法。
2. 前記経路選択手順で、いずれの転送経路を選択しても前記転送制限時間内に前記１つのデータの転送が完了しない場合、前記１つのデータを転送する要求を棄却する棄却手順を行うことを特徴とする請求項１に記載のデータ転送方法。
3. 前記１つのデータを転送する要求が発生した後、且つ前記算出手順前に、
   任意の転送経路を１つ選択し、前記任意の転送経路の最大利用可能帯域を算出し、該最大利用可能帯域に基づいて前記転送制限時間内に前記１つのデータの転送が完了するか否かを判断する判断手順と、
   前記判断手順で、前記転送制限時間内に前記１つのデータの転送が完了すると判断した場合に前記任意の転送経路で前記１つのデータを転送する単一経路転送手順と、
   を行い、
   前記判断手順で、前記転送制限時間内に前記１つのデータの転送が完了しないと判断した場合に前記算出手順、前記経路選択手順及び前記経路切替手順を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のデータ転送方法。
4. データを転送する複数の転送経路を形成する複数の転送ノードと、
   前記１つのデータを転送する要求に基づいて、請求項１から３のいずれかに記載のデータ転送方法を行うように前記転送ノードに指示する管理装置と、
   を備える通信システム。
5. データを転送する複数の転送経路を形成する複数の転送ノードを備える通信システムであって、
   少なくとも１つの前記転送ノードは、前記１つのデータを転送する要求に基づいて、請求項１から３のいずれかに記載のデータ転送方法を行うように、自転送ノード及び他の前記転送ノードに指示する管理部を有することを特徴とする通信システム。

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