JPH11122297A - ネットワーク制御方法及びネットワーク制御装置並びに記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ネットワークシステムが渋滞する場合において
も、信頼性及びトラフィックの拡大の双方を考慮してパ
ケットの送受信を行うことができるネットワーク制御方
法及び装置並びに記録媒体を提供する。 【解決手段】 所定の流量で入力される移動体がサーバ
ーを通過するのに要する時間を検出する検出手段６と、
検出手段６で検出された移動体のサーバーを通過するの
に要する時間が所定値以上となる間隔分布及び頻度を求
める計数手段７と、計数手段７で求められた間隔分布と
頻度との関係を対数プロットする演算手段８と、演算手
段８で得られた間隔分布と頻度との関係を直線とするよ
うに移動体の流量を制御する制御手段９とを有する。そ
して、上記制御手段９は、いわゆるフラクタル的性質を
有するように移動体の流量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばパケット等
の移動体が所定の流量で入力されるサーバー等の処理手
段を有しこの処理手段に入力される移動体の流量を制御
するネットワーク制御方法及び装置並びに記録媒体に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数のクライアントとサーバーと
からなるネットワークシステムにおいて、例えばクライ
アントから他のクライアントにパケットを送信するとき
には、複数のサーバーを介して他のクライアントにパケ
ットを送信していた。

【０００３】このとき、サーバー側では、多くのクライ
アントからパケットが送信された状態となると、いわゆ
る渋滞状態となり、パケットを送受信することができな
いということが生じていた。

【０００４】このとき、サーバーでは、パケットを受信
する待ち時間を調整してパケットの送受信を行ってい
る。すなわち、サーバーでは、パケットが渋滞により送
ることができないときには、ある程度待って送ることが
行われていた。このように、サーバーでは、ある程度待
ってパケットを送ることにより、渋滞してもパケットの
送受信を行うことを可能としている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したネットワーク
システムにおいては、パケットを送受信するときに、パ
ケットを確実に送受信する信頼性とパケットを送受信す
るトラフィックの拡大との双方が望まれ、これらを考慮
して設計することが重要である。

【０００６】しかし、上述したように、ネットワークシ
ステムにおいては、渋滞していない状態においては信頼
性が満たされ、渋滞している状態においてはトラフィッ
ク拡大が満たされるが、双方の要件をともに満たすよう
に調整することは容易ではなかった。

【０００７】そこで、本発明は、上述したような実情に
鑑みて提案されたものであり、ネットワークシステムが
渋滞する場合においても、信頼性及びトラフィックの拡
大の双方を考慮してパケットの送受信を行うことができ
るネットワーク制御方法及び装置並びに記録媒体を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述した目
的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、非渋滞状態から
渋滞状態へと変化する相転移点においてトラフィックの
効率が最大となるということに着目して、この相転移点
をフラクタル的性質を利用して識別できることを見出し
た。すなわち、本発明に係るネットワーク制御方法は、
このような知見に基づいて完成されたものであり、入力
される移動体が処理手段を通過するのに要する時間を検
出する検出工程と、移動体の処理手段を通過するのに要
する時間が所定値以上となる間隔分布及び頻度を求める
計数工程と、計数工程で求められた間隔分布と頻度との
関係を対数プロットする演算工程と、演算工程で対数プ
ロットされた間隔分布と頻度との関係が直線となるよう
に移動体の流量を制御する制御工程とを有することを特
徴とする。

【０００９】このようなネットワーク制御方法は、処理
手段を通過する移動体の流量に応じて変化する移動体が
処理手段を通過するのに要する時間に基づいて間隔分布
と頻度との関係が直線となるように移動体の流量を制御
することができる。

【００１０】また、本発明に係るネットワーク制御装置
は、入力される移動体の処理手段を通過するのに要する
時間を検出する検出手段と、検出手段で検出された移動
体の処理手段を通過するのに要する時間が所定値以上と
なる間隔分布及び頻度を求める計数手段と、計数手段で
求められた間隔分布と頻度との関係を対数プロットする
演算手段と、演算手段で得られた間隔分布と頻度との関
係を直線とするように移動体の流量を制御する制御手段
とを有することを特徴とするものである。

【００１１】このように構成されたネットワーク制御装
置は、移動体の処理手段を通過するのに要する時間に基
づいて演算手段で得られた間隔分布と頻度との関係を直
線とするように制御手段により移動体の流量を制御する
ことができる。

【００１２】また、本発明に係る記録媒体は、入力され
る移動体が処理手段を通過するのに要する時間を検出す
る検出処理と、移動体の処理手段を通過するのに要する
時間が所定値以上となる間隔分布及び頻度を求める計数
処理と、計数処理で求められた間隔分布と頻度との関係
を対数プロットする演算処理と、演算処理で対数プロッ
トされた間隔分布と頻度との関係が直線となるように移
動体の流量を制御する制御処理とを有するプログラムが
格納されていることを特徴とするものである。

【００１３】このように構成された記録媒体は、当該プ
ログラムをコンピュータに読み込ませることによって、
移動体が処理手段を通過するのに要する時間に基づいて
移動体の流量を制御する処理を実行することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るネットワーク
制御方法及び装置並びに記録媒体について図面を参照し
ながら説明する。

【００１５】このネットワーク制御方法及び装置は、例
えば図１に示すようなサーバー１ａ，１ｂ，１ｃ，１
ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈ，１ｉ，１ｊと複数のクラ
イアント２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｇ，
２ｈ，２ｉ，２ｊ，２ｋ，２ｌからなるネットワークシ
ステムに適用することができる。このネットワークシス
テムは、例えばクライアント２ａからクライアント２ｃ
にパケットを送信するとき、複数のサーバー１ｃ，１
ｂ，１ａ，１ｄ，１ｅを介して送信する。このとき、サ
ーバー１ｃ，１ｂ，１ａ，１ｄ，１ｅは、複数のクライ
アント２からパケットが送信されると、いわゆる渋滞状
態となり、パケットを処理することができなくなる。な
お、以下の説明において、ネットワーク制御装置に含ま
れる各サーバーを指すときにはサーバー１と称し、各ク
ライアントを指すときにはクライアント２と称する。

【００１６】各サーバー１は、図２に示すように、クラ
イアント２又は他のサーバー１からパケットを受信する
受信部３と、クライアント２又は他のサーバー１にパケ
ットを送信する送信部４と、受信部３に接続された記録
部５と、これら受信部３及び送信部４に接続された検出
部６と、検出部６から検出結果が入力される計数部７
と、計数部７から計数結果が入力される演算部８と、受
信部３及び送信部４を制御する制御部９とを有する。

【００１７】この受信部３には、検出部６と記録部５と
が接続されている。そして、この受信部３は、パケット
を受信すると、記録部５に出力して受信したパケットを
格納させる。

【００１８】送信部４は、記録部５と接続されている。
この送信部４は、記録部５からパケットを入力して受信
部３で受信したパケットをクライアント２又は他のサー
バー１に送信する。具体的には、この送信部４は、例え
ばパケットに付加されたアドレス情報を認識してクライ
アント２又は他のサーバー１にパケットを送信する。

【００１９】また、この受信部３及び送信部４には、制
御部９が接続されている。この受信部３及び送信部４
は、制御部９に制御されて、上述した動作を行う。ま
た、受信部３は、制御部９により入力するパケットの流
量が制御される。

【００２０】記録部５には、受信部３と送信部４とが接
続されている。すなわち、この記録部５は、受信部３が
受信したパケットを格納するとともに、送信部４へとパ
ケットを出力する。すなわち、この記録部５は、制御部
９により制御された送信部４からの命令に応じて送信部
４へとパケットを出力する。

【００２１】検出部６には、受信部３及び送信部４が接
続されている。そして、この検出部６は、パケット毎に
受信部３でパケットを受信した受信時間及び送信部４で
パケットを送信した送信時間を検出する。この検出部６
は、受信時間及び送信時間を検出することで所定の流量
で入力されるパケットに応じて当該パケットのサーバー
１を通過するのに要する通過時間を検出して計数部７に
計数結果を出力する。

【００２２】計数部７には、検出部６が接続されてお
り、この計数部７は、検出部６で検出されたパケットが
サーバー１を通過するのに時間が入力される。そして、
この計数部７では、通過時間が所定時間以上となったと
きの間隔分布及び頻度を求める。すなわち、この計数部
７では、例えば第１の通過時間が所定値以上となったと
きと、上記第１の通過時間の次に所定値以上となったと
きの第２の通過時間の時間差を検出することにより間隔
分布を検出する。また、この計数部７は、所定の時間当
たりに通過時間が所定時間以上となったときの頻度を検
出する。そして、計数部７は、演算部８に間隔分布及び
頻度を計数結果として出力する。

【００２３】演算部８には、計数部７が接続され、当該
計数部７から間隔分布及び頻度が入力される。そして、
この演算部８では、計数部７で求められた間隔分布と頻
度との関係を対数プロットする。また、この演算部８
は、間隔分布と頻度との関係を演算結果として制御部９
に出力する。

【００２４】制御部９には、演算部８が接続されてお
り、演算部８で得られた間隔分布と頻度との関係が入力
される。また、この制御部９には、受信部３及び送信部
４が接続されており、当該送信部４から送信するパケッ
トの流量を制御する。このように制御部９は、受信部３
及び送信部４により送受信するパケットの流量を制御す
ることにより、上述した対数プロットしたときにおける
間隔分布と頻度との関係が直線的、いわゆるフラクタル
的性質を有するようにパケットの流量を制御する。

【００２５】つぎに、このように構成されたサーバー１
でパケットの流量を制御するときの一例を説明する。

【００２６】ここで、サーバー１においては、パケット
が通過するのに要する通過時間がある。図３は、パケッ
トがサーバー１を通過するのに要する通過時間をシミュ
レーションした図であり、縦軸に１つのパケットが通過
するのに要する通過時間を示し、横軸に経過時間を示し
たものである。また、この図３は、受信部３で受信する
パケットの密度が約０．００４５の場合と約０．００３
の場合における経過時間と通過時間との関係を示してい
る。

【００２７】この図３によれば、パケットの密度が０．
００３である場合、経過時間が増加しても、通過時間は
ほぼ一定となっており、パケットの渋滞が生じていない
状態となっていることがわかる。

【００２８】また、パケットの密度が０．００４５であ
る場合においては、経過時間が増加するとともに通過時
間が大きくなっていることがわかる。ここで、通過時間
は、それぞれ異なっており、約３００以上かかっている
状態においては、パケットの渋滞が生じている状態とな
っていることがわかる。

【００２９】また、上述したサーバー１においては、外
部から注入するパケットの割合を変化させたとき、パケ
ットの密度と経過時間の関係が変化する。このパケット
の密度と経過時間との関係は、図４に示すように、１０
％〜８０％まで変化させたときのパケットの密度と経過
時間との関係をシミュレーションしたときの結果を示す
図である。この図４は、縦軸にパケットの密度を示し、
横軸に経過時間を示した図である。

【００３０】この図４によれば、外部からサーバー１に
注入する割合を大きくするほど、短い経過時間でパケッ
ト密度が飽和していることがわかる。すなわち、サーバ
ー１は、外部から注入されるパケットの割合が大きくな
ると、送受信可能なパケット密度を超えて渋滞を生じさ
せることとなる。

【００３１】一方、このサーバー１は、外部からパケッ
トを注入する割合が６０％程度である場合、経過時間が
長くても、パケット密度が飽和しないことがわかる。す
なわち、このサーバー１は、外部からパケットを注入す
る割合を変化させることにより、パケットを注入し始め
て長い時間経過しても、渋滞を生じさせずにパケットを
送受信できることがわかる。

【００３２】上述した図３及び図４より、パケットがサ
ーバー１を通過する通過時間及びパケットのネットワー
ク中に溜まっている密度は、外部から注入されるパケッ
トの密度に応じて図５に示すように変化する。また、こ
の図５における縦軸は、通過時間及びネットワーク中に
溜まっている密度を規格化して最も大きい値を１として
示している。

【００３３】すなわち、この図５によれば、外部から注
入されるパケットの密度が０．００４以上となると、通
過時間及びネットワーク中に溜まっている密度は急峻な
傾きで大きくなることがわかる。従って、この図５によ
れば、約０．００４付近で渋滞と非渋滞との相転移点が
存在することがわかる。また、この図５によれば、約
０．００４付近では、外部から注入されるパケットの密
度が大きいのに対して１つのパケットを送受信するのに
要する時間及びネットワーク中に溜まっている密度は小
さく、送受信効率が高いことがわかる。すなわち、この
図５に示すような関係を有するサーバー１は、相転移点
においてパケットを送受信することにより、より効率よ
くパケットの送受信が行うことができる。

【００３４】つぎに、上述したような観点から、上記サ
ーバー１の制御方法について説明する。

【００３５】このサーバー１の制御方法は、１つのパケ
ットを受信して送信するのに要する通過時間を検出する
検出工程と、検出工程で検出された通過時間が所定時間
以上かかった間隔分布及び頻度を計数する計数工程と、
計数工程で計数された間隔分布及び頻度を両対数プロッ
トする演算工程と、演算工程の演算結果に基づいて受信
部３及び送信部４を制御する制御工程とを有する。

【００３６】検出工程では、パケット毎に受信部３で受
信した受信時間及び受信したパケットを送信部４で送信
した送信時間を検出部６で検出する。そして、この検出
工程では、検出部６で受信時間と送信時間との差分を計
算することにより、パケットが各サーバー１を通過する
のに要する通過時間を算出する。また、この検出工程で
は、検出部６で受信時間及び送信時間を検出することで
所定の流量で入力されるパケットに応じて当該パケット
のサーバー１を通過するのに要する通過時間を検出し、
これらを検出結果として計数部７に出力させる。

【００３７】次に、計数工程では、検出工程で検出され
た通過時間が検出結果として検出部６から計数部７に入
力される。そして、この計数工程では、計数部７で通過
時間が所定時間以上となったときの間隔分布及び頻度を
求める。この所定時間とは、例えば図３に示す経過時間
とサーバー１を通過するのに要する通過時間との関係お
いて、パケットの通過時間が定常状態となった後におけ
る平均値を求め、平均値と標準偏差値の０．５倍の和と
した時間である。そして、この計数工程では、計数部７
で経過時間において隣接する通過時間が平均値と標準偏
差値の０．５倍の和以上となったときの時間差を検出す
ることにより間隔分布を検出する。また、この計数工程
では、計数部７で所定の時間当たりに通過時間が平均値
と標準偏差値の０．５倍の和以上となったときの頻度を
検出する。

【００３８】次に、演算工程では、計数部７で求められ
た間隔分布と頻度との関係を演算部８で対数プロットす
る。このように演算工程において演算部８で間隔分布と
頻度との関係を対数プロットすることにより、図６に示
すような演算結果を得る。この図６によれば、パケット
密度が０．００４，０．００４５，０．００５以外にお
ける間隔分布と頻度との関係は非直線的、すなわち、非
フラクタル的であることがわかる。一方、パケット密度
が０．００４，０．００４５，０．００５における間隔
分布と頻度との関係Ａ，Ｂ，Ｃはほぼ直線的であり、フ
ラクタル的であることがわかる。このことは、上述した
図４に示したように、約０．００４５程度で非渋滞と渋
滞との相転移点が存在するということに対応する。

【００３９】さらに、この図６によれば、パケット密度
が約０．００４５である場合において間隔分布と頻度と
の関係は、最も直線的、すなわちフラクタル的な特性を
示すことがわかる。したがって、演算工程では、パケッ
ト密度が約０．００４５のときが相転移点であることを
演算部８で認識して演算結果として制御部９に出力す
る。

【００４０】なお、上述の計数工程で設定した所定値
は、平均値と標準偏差値の０．５倍の和でなくても良
く、平均値又は平均値と標準偏差値との和の値であって
もよい。このように平均値及び平均値と標準偏差値との
和における間隔分布と頻度との関係Ｄ，Ｅは、図７に示
すように、パケット密度が０．００４５であるとき平均
値と標準偏差値の０．５倍の和で計数工程を行ったとき
とほぼ同様の特性を示していることがわかる。

【００４１】次に、制御工程では、上述の演算工程で得
られた演算結果に基づいて送信部４及び受信部３で送受
信されるパケットの流量を制御部９で制御する。この制
御工程では、制御部９で送受信するパケットの流量を制
御することにより、図６に示した間隔分布と頻度との関
係が直線的、いわゆるフラクタル的性質を有するように
パケットの流量を制御する。具体的には、制御部９で受
信部３で受信するパケットの流量を制御することで１つ
のパケットが各サーバー１を通過する通過時間を制御す
ることにより、図６に示した間隔分布と頻度との関係が
フラクタル的となるように制御する。

【００４２】したがって、このようなサーバー１の制御
方法によれば、検出工程で検出した通過時間に基づいて
計数工程及び演算工程を行うことにより渋滞と非渋滞と
の相転移点を求め、制御部９でパケットの流量が相転移
点となるように送信部４及び受信部３を制御するので、
常に相転移点でパケットの送受信を行うことができる。
したがって、このサーバー１の制御方法によれば、図８
に示すように、パケットの密度が０．００４５の相転移
点において、所定の時間内における信頼性及びパケット
の総流量がともに高い状態にてパケットの送受信を行う
ことができる。なお、図８は、縦軸に信頼性及び所定の
時間内におけるパケットの総流量を規格化して最も大き
い値を１として示している。

【００４３】また、上述したサーバーの制御方法は、上
述した工程をプログラムとして記録媒体に格納しても良
い。このサーバーの制御方法が格納された記録媒体は、
起動することにより、例えばコンピュータに上述した工
程と同様の処理を行わせることができる。

【００４４】なお、上述した説明は、本発明に係るネッ
トワーク制御方法及び装置並びに記録媒体をサーバーと
クライアントからなるネットワークシステムに適用した
一例について説明したが、本発明に係るネットワーク制
御方法及び装置並びに記録媒体は、例えば自動車等を移
動体とした交通網の制御にも適用可能である。

【００４５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
るネットワーク制御方法は、間隔分布と頻度との関係を
対数プロットする演算工程を有し、間隔分布と頻度との
関係が直線となるように移動体の流量を制御するので、
間隔分布と頻度との関係がフラクタル的となるように移
動体の流量を制御することができる。したがって、この
ネットワーク制御方法によれば、間隔分布と頻度との関
係をフラクタル的となるように移動体の流量を制御する
ことにより、移動体の非渋滞と渋滞との境界である相転
移点で移動体の入出力を制御することができる。

【００４６】また、本発明に係るネットワーク制御装置
は、計数手段で求められた間隔分布と頻度との関係を対
数プロットする演算手段と、演算手段で得られた間隔分
布と頻度との関係を直線とするように移動体の流量を制
御する制御手段とを有するので、間隔分布と頻度との関
係をフラクタル的となるように移動体の流量を制御する
ことにより、移動体の非渋滞と渋滞との境界である相転
移点で移動体の入出力を制御することができる。

【００４７】また、本発明に係る記録媒体は、所定の流
量で入力される移動体に応じて当該移動体がサーバーを
通過するのに要する時間を検出する検出処理と、移動体
のサーバーを通過するのに要する時間が所定値以上とな
る間隔分布及び頻度を求める計数処理と、計数処理で求
められた間隔分布と頻度との関係を対数プロットする演
算工程と、演算処理で対数プロットされた間隔分布と頻
度との関係が直線となるように移動体の流量を制御する
制御処理とを有するプログラムが格納されていることに
よって、移動体がサーバーを通過するのに要する時間の
変化に基づいて移動体の流量を制御する処理を実行する
ことができる。したがって、この記録媒体によれば、例
えばサーバー等のコンピュータを間隔分布と頻度との関
係をフラクタル的となるように移動体の流量を制御する
ことにより、移動体の非渋滞と渋滞との境界である相転
移点で移動体の入出力を制御するように駆動させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】クライアントとサーバーとからなるネットワー
クシステムの一例を示す図である。

【図２】サーバーの一例を示すブロック図である。

【図３】パケットが通過するのに要する時間とパケット
を送受信し始めてからの経過時間との関係を示した図で
ある。

【図４】外部から注入されるパケットの割合を変化させ
たときのパケットの密度とパケットを送受信し始めてか
らの経過時間との関係を示した図である。

【図５】１つのパケットを送受信するのに要する時間及
びネットワーク中に溜まっている密度を、規格化して最
も大きい値を１として縦軸に示し、外部から注入される
パケットの密度を横軸に示した図である。

【図６】間隔分布と頻度との関係を対数プロットして示
した図である。

【図７】平均値と標準偏差値の０．５倍との和における
間隔分布と頻度との関係をＢとして示し、平均値におけ
る間隔分布と頻度との関係をＤとして示し、平均値と標
準偏差値との和における間隔分布と頻度との関係をＥと
して示した図である。

【図８】外部からのパケットの密度を変化させたときの
信頼性及びパケットの総流量を示した図である。

【符号の説明】

１ サーバー、２ クライアント、３ 受信部、４ 送
信部、５ 記録部、６検出部、７ 計数部、８ 演算
部、９ 制御部

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力される移動体が処理手段を通過する
   のに要する時間を検出する検出工程と、 移動体の上記処理手段を通過するのに要する時間が所定
   値以上となる間隔分布及び頻度を求める計数工程と、 上記計数工程で求められた間隔分布と頻度との関係を対
   数プロットする演算工程と、 上記演算工程で対数プロットされた間隔分布と頻度との
   関係が直線となるように移動体の流量を制御する制御工
   程とを有することを特徴とするネットワーク制御方法。
2. 【請求項２】 上記移動体をパケットとし、上記処理手
   段をサーバーとしたことを特徴とする請求項１記載のネ
   ットワーク制御方法。
3. 【請求項３】 上記所定値を移動体の処理手段を通過す
   るのに要する時間の平均値以上としたことを特徴とする
   請求項１記載のネットワーク制御方法。
4. 【請求項４】 所定の流量で入力される移動体が処理手
   段を通過するのに要する時間を検出する検出手段と、 上記検出手段で検出された移動体の上記処理手段を通過
   するのに要する時間が所定値以上となる間隔分布及び頻
   度を求める計数手段と、 上記計数手段で求められた間隔分布と頻度との関係を対
   数プロットする演算手段と、 上記演算手段で得られた間隔分布と頻度との関係を直線
   とするように移動体の流量を制御する制御手段とを有す
   ることを特徴とするネットワーク制御装置。
5. 【請求項５】 上記移動体はパケットとし、上記処理手
   段はサーバーであることを特徴とする請求項４記載のネ
   ットワーク制御装置。
6. 【請求項６】 上記所定値は、移動体の処理手段を通過
   するのに要する時間の平均値以上であることを特徴とす
   る請求項４記載のネットワーク制御装置。
7. 【請求項７】 所定の流量で入力される移動体が処理手
   段を通過するのに要する時間を検出する検出処理と、 移動体の上記処理手段を通過するのに要する時間が所定
   値以上となる間隔分布及び頻度を求める計数処理と、 上記計数処理で求められた間隔分布と頻度との関係を対
   数プロットする演算処理と、 上記演算処理で対数プロットされた間隔分布と頻度との
   関係が直線となるように移動体の流量を制御する制御処
   理とを有するプログラムが格納されていることを特徴と
   する記録媒体。
8. 【請求項８】 上記移動体をパケットとし、上記処理手
   段をサーバーとしたことを特徴とする請求項７記載の記
   録媒体。
9. 【請求項９】 上記所定値を移動体の処理手段を通過す
   るのに要する時間の平均値以上としたことを特徴とする
   請求項７記載の記録媒体。