JPWO2010061573A1 - 経路制御装置、経路異常予測装置、方法、およびプログラム - Google Patents

経路制御装置、経路異常予測装置、方法、およびプログラム Download PDF

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Abstract

端末装置（３００）に含まれる経路制御装置であって、端末装置（３００）から端末装置（４００）までの複数の経路を示す経路情報を生成する経路情報生成部（３０２）と、前記各経路に少なくとも１つずつ監視対象として定められる中継器において中継されるフローの個数を異常生起確度値として用いて、各中継器における異常を予測する経路異常予測部（３０３）と、前記中継器の１つ以上において異常が予測された場合に、前記複数の経路の中から、前記異常が予測された前記中継器含む経路を除外して、端末装置（３００）から端末装置（４００）までの新たな経路を選択する迂回経路選択部（３０４）とを備える。

Description

本発明は、複数の伝送経路が利用可能なネットワークにおける経路制御装置、方法、およびプログラムに関する。
従来、複数の端末装置（パソコン、ＰＤＡ、携帯電話、カーナビなどの車載機器など）に中継機能を備え、各端末装置間を無線通信によって相互接続してなるメッシュネットワークが実用化されている。
メッシュネットワークには、各端末装置の参加、移動、脱退に応じてネットワークを動的に構成可能であるという、従来の固定的なネットワークにはない柔軟性がある。しかし、その反面、端末の移動や、障害物による無線通信環境の変化などにより、伝送品質の劣化が発生し、データの伝送経路が絶たれる問題が起こり得る。
そのため、メッシュネットワークでは、複数の伝送経路（単に経路とも言う）のなかから１つを動的に選択してデータの伝送に利用する制御が行われる。一般的に、伝送経路が動的に制御されるネットワークは、アドホックネットワークと呼ばれている。
アドホックネットワークにおいて、高品質かつ高信頼なデータ伝送を行う上で好ましい経路を選択するための種々の技術が周知となっている（例えば、特許文献１および特許文献２を参照）。
特許文献１は、データの送信前および送信中に送信先へ通じる複数の経路に経路調査フレームを送信することにより、各経路上の中継局の状態に関する経路情報（例えば、リトライ回数や回線負荷値）を収集し、収集された経路情報を用いて、データの送信に先立って使用すべき経路を決定し、またデータの通信中にも異常を検出して経路を切り替える技術を開示している。
特許文献２は、各経路に所定のパケットを送信することにより、経路を構成する中継端末が中継するパケットの遅延の原因になるトラフィック量の総量を取得し、取得されたトラフィック量の総量が最も小さい経路をパケットの伝送に使用する技術を開示している。
特開２００１−１３６１７８号公報 特開２００５−３４７８７９号公報
しかしながら、従来の技術では、データの伝送に使用している経路に、伝送品質が劣化し、また負荷が上昇するような異常が発生した場合に、経路をすばやく切り替えることができないという第１の課題がある。この課題は、異常が発生したことを、リトライ回数、回線負荷値、トラフィック量の総量といった経路情報を用いて事後に検出するために生じる。
また、少ないリソース（例えば、通信量、消費電力、所要時間）で、かつ異常を適時に発見できる経路情報を収集するための好適な方法が開示されていないという第２の課題がある。
例えば、リソースを抑えるために、予め設定されたしきい値に達しない程度の異常を示す経路情報は収集しないという単純な方法では、しきい値に応じてリソースの抑制効果と異常を見逃す危険性とが相反するため、好適なしきい値を見出せないことが多い。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、アドホックネットワークにおいて経路切り替えをすばやく行うことができる経路制御技術の提供を第１の目的とする。
また、経路情報の収集に必要なリソースを抑え、かつ起こり得る異常も見落としにくい経路制御技術の提供を第２の目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の経路制御装置は、複数の中継器を介して送信端末から受信端末までデータを伝送するための経路を制御する経路制御装置であって、前記送信端末から前記受信端末までデータを伝送するための複数の経路を示す経路情報を生成する経路情報生成部と、前記経路情報で示される各経路に少なくとも１つずつ定められる監視候補となる中継器において１つの送信元から１つの宛て先へ中継される１つ以上のパケットの列であるフローの個数を、各中継器における伝送品質の劣化および負荷の上昇を含む異常の発生のしやすさを表す異常生起確度値として用いて、各中継器における前記異常を予測する経路異常予測部と、前記監視候補となる前記中継器の１つ以上において前記異常が予測された場合に、前記経路情報によって示される前記複数の経路の中から、前記異常が予測された前記中継器を含む経路を除外して、前記送信端末から前記受信端末までのデータの伝送に用いるべき経路を選択する迂回経路選択部とを備える。
また、前記経路異常予測部は、前記各中継器が中継するフローのうち、前記送信端末から前記受信端末へのフロー以外のフローの個数を、前記異常生起確度値として用いてもよい。
また、前記経路異常予測部は、前記各中継器が中継するフローのうち、受信のための通信回線の伝送帯域よりも、送信のための通信回線の伝送帯域のほうが小さいフローの個数を、前記異常生起確度値として用いてもよい。
また、前記経路異常予測部は、前記監視候補となる前記各中継器の異常生起確度値を監視すべき頻度を表す監視頻度値を記憶している監視頻度値記憶部と、前記各中継器について所定の確率値である選択確率値を生成する選択確率値生成部と、前記監視頻度値と前記選択確率値とに従って、前記各中継器の中から異常生起確度値の監視の対象となる中継器を特定する監視対象特定部と、前記監視対象特定部によって特定された中継器から異常生起確度値を取得する異常生起確度値取得部と、前記取得された異常生起確度値を記憶する異常生起確度値記憶部と、前記記憶された異常生起確度値を用いて、前記監視頻度値記憶部に記憶されている前記監視頻度値の妥当性を表す活性度を算出する活性度算出部と、前記活性度に基づき、前記監視頻度値記憶部に記憶されている前記監視頻度値を更新する監視頻度値更新部とを有してもよい。
また、前記迂回経路選択部は、前記監視候補となる前記各中継器との通信における伝送品質を表す伝送品質値を測定し、測定された前記伝送品質値によって表される伝送品質が予め定められた基準よりも悪い中継器を含む経路をさらに除いた経路の中から、前記送信端末から前記受信端末までのデータの伝送に用いるべき経路を選択してもよい。
また、前記迂回経路選択部は、前記監視候補となる前記各中継器のいずれについても伝送品質が予め定められた基準よりも悪いことを示す伝送品質値が測定された場合、前記各中継器から中継器内での輻輳のレベルを表す負荷値を収集し、前記伝送品質値にかかわらず、収集された前記負荷値によって表される輻輳のレベルが予め定められた基準よりも高い中継器を含む経路の中から、前記送信端末から前記受信端末までのデータの伝送に用いるべき経路を選択してもよい。
また、前記経路異常予測部は、前記異常が予測された中継器の周囲で発生している異常の規模を示す異常発生規模情報を取得し、取得された前記異常発生規模情報によって示される異常の規模が予め定められた基準よりも小さい場合は、前記迂回経路選択部における前記経路の選択を抑止してもよい。
また、前記経路異常予測部は、前記異常が予測された中継器の周囲で発生している異常の規模を示す異常発生規模情報を取得し、前記迂回経路選択部は、取得された前記異常発生規模情報によって示される異常の規模が予め定められた基準よりも大きい場合は、前記経路情報によって示される前記複数の経路の中から、前記異常が予測された前記中継器含む経路を除外して、経路のホップ数が最も大きな１つを選択してもよい。
また、前記経路制御装置は、前記送信端末か、または前記ネットワークを構成する前記複数の中継器の１つに設けられてもよい。
本発明は、このような経路制御装置として実現できるのみならず、経路制御方法およびプログラムとして実現することもできる。
以上説明したように、本発明の経路制御装置によれば、中継器において中継されるフローの個数を異常生起確度値として用いて当該中継器の異常を予測し、異常が予測された中継器を含む経路を除外して、新たにデータの伝送に用いるべき経路を選択する。これにより、所定の統計量に反映されるような伝送品質の劣化や負荷の上昇が実際に生じる前に、すばやい迂回処理が可能になる。
また、異常の発生のしやすさに応じた監視頻度に従って確率的に選ばれた中継器から異常生起確度値を収集して異常の予測に用いる。これにより、監視コスト（監視パケットの量、消費電力、観測所要時間）を抑え、かつ異常の見落としも確率的に回避可能になる。
図１は、本発明の経路制御方法に従って伝送経路の制御が行われるアドホックネットワークの一例を模式的に示す図である。 図２（Ａ）〜（Ｄ）は、フローの交差について説明する図である。 図３（Ａ）、（Ｂ）は、フローに発生する伝送帯域ギャップについて説明する図である。 図４は、本発明の実施の形態にかかるネットワークシステムの構成の一例を示す図である。 図５は、中継器の動作の一例を示すフローチャートである。 図６は、端末装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図７（Ａ）は、中継器で中継されるフローの一例を示す図である。図７（Ｂ）は、フロー情報テーブルの一例を示す図である。 図８は、交差フロー数決定処理の一例を示すフローチャートである。 図９（Ａ）は、中継器２００で生じている伝送帯域ギャップの一例を示す図である。図９（Ｂ）は、フロー情報テーブルの一例を示す図である。 図１０は、伝送帯域ギャップ数決定処理の一例を示すフローチャートである。 図１１は、経路異常予測部の機能的な構成の一例を示すブロック図である。 図１２は、各中継器の監視頻度値と異常生起確度値の一例を示す図である。 図１３は、各中継器の監視頻度値と異常生起確度値の一例を示す図である。 図１４は、異常生起確度値テーブルのデータ構造の一例を示す図である。 図１５は、監視頻度値テーブルのデータ構造の一例を示す図である。 図１６は、活性度算出部によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。 図１７は、監視頻度値更新部によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。 図１８は、監視対象選択部によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。 図１９は、正規化済監視頻度値テーブルのデータ構造の一例を示す図である。 図２０は、迂回経路選択処理の一例を示すフローチャートである。 図２１は、本発明の経路制御方法が適用されるネットワークの具体的な構成の一例を示す模式図である。 図２２は、ネットワークにおける異常の発生のしかたについて説明する図である。 図２３は、本発明の変形例にかかるネットワークシステムの構成の一例を示す図である。 図２４は、異常の規模を判定する処理の一例を示すフローチャートである。
本発明の実施の形態にかかる経路制御装置および経路制御方法について、図面を参照しながら説明する。
（経路制御の概要）
図１は、本発明の経路制御方法に従って伝送経路の制御が行われるアドホックネットワークの一例を模式的に示す図である。
図１には、一例として、複数の中継器を通信回線で相互に接続してなるアドホックネットワークにおいて、送信端末から受信端末までの３つの経路（１つの主経路および２つの迂回経路）が示されている。各経路には監視候補となる中継器が少なくとも１つずつ定められる。主経路は現用の経路を示し、迂回経路は待機中の経路を示す。
図１に示すアドホックネットワークにおいて、監視対象としての中継器に異常が予測された場合に、前記複数の経路の中から、異常が予測された中継器を含む経路を除外して、送信端末から受信端末までのデータの伝送に用いるべき新たな経路が選択される。典型的には、主経路上の中継器に異常が予測された場合に、迂回経路の１つが新たな主経路として選択される。経路の選択基準については、後ほど詳しく説明する。
異常とは、中継器が望ましい通信状態から逸脱すること（例えば、伝送品質が劣化すること、および負荷が上昇することを含む）を言う。異常が発生しやすい状況を検出することを、異常を予測すると言う。
本発明では、異常を予測するために、従来の異常検出に用いられるリトライ回数、回線負荷値、トラフィック量などの、異常が実際に生じている事実を反映する統計量ではなく、中継器によって中継されるフローの個数を、異常の発生のしやすさを表す異常生起確度値として用いる。フローとは、１つの送信元から１つの宛て先へ中継される１つ以上のパケットの列を言う。どのようなフローの個数を異常生起確度値として数えるかは、後ほど詳しく説明する。
異常生起確度値は、監視候補の中から所定の監視頻度に従って監視対象に選ばれた中継器から、周期的に収集される。この監視頻度は、既に収集されている異常生起確度値を用いて、異常が発生しやすい中継器ほど高い頻度で監視対象に選ばれ、かつ異常が発生しにくい中継器も低い頻度で監視対象に選ばれるように定められる。監視対象になるべき中継器は、この監視頻度に選択確率値を加えることで、確率的に選択される。
以上のように実行される経路制御によれば、中継器において中継されるフローの個数を異常生起確度値として用いて異常を予測するので、所定の統計量に反映されるような伝送品質の劣化や負荷の上昇が実際に生じる前に、主経路における異常を予測して迂回経路への切り替えを行うことができる。その結果、すばやい迂回処理が可能になる。
また、異常の発生のしやすさに応じた監視頻度に選択確率値を加えることで確率的に選ばれた中継器から異常生起確度値を収集して異常の予測に用いる。その結果、監視コスト（監視パケットの量、消費電力、観測所要時間）を抑え、かつ異常の見落としも確率的に回避できる。
（交差フロー数および伝送帯域ギャップ数の定義）
異常生起確度値の一例として、交差フロー数および伝送帯域ギャップ数を定義する。異常生起確度値は、前述したように、中継器において中継されるフローの個数であり、中継器における異常の発生しやすさを表す。
まず、交差フロー数の定義について説明する。
図２（Ａ）〜図２（Ｄ）は、フローの交差について説明する図である。
フローとは、前述したように、１つの送信端末から１つの受信端末へ伝送される１つ以上のパケットの列を言う。つまり、同一の送信元ＩＰアドレスおよびポート番号、ならびに、同一の宛て先ＩＰアドレスおよびポート番号を持った１つ以上のパケットの列を１つのフローと数える。
中継器が複数のフローを中継する場合、１つのフローを着目するフローとして、送信元ＩＰアドレスおよびポート番号、ならびに、宛て先ＩＰアドレスおよびポート番号のうちのいずれか１つでも着目するフローとは異なるフローを、着目するフローに対して交差するフローと定義する。
図２（Ａ）には、着目するフローとは送信元ＩＰアドレスおよび宛て先ＩＰアドレスのいずれもが異なる２本の交差するフローが模式的に示されている。なお、ＩＰアドレスの違いは図中で中継器からの方向の違いで表現される。
また、図２（Ｂ）には、着目するフローとは送信元ＩＰアドレスおよび宛て先ＩＰアドレスのいずれもが異なる３本の交差するフローが模式的に示されている。
また、図２（Ｃ）には、着目するフローとは送信元ＩＰアドレスが同一でかつ宛て先ＩＰアドレスが異なる２本の交差するフローが模式的に示されている。
また、図２（Ｄ）には、着目するフローとは送信元ＩＰアドレスが異なりかつ宛て先ＩＰアドレスが同一の交差するフロー、着目するフローとは送信元ＩＰアドレスおよび宛て先ＩＰアドレスが逆になっている交差するフロー、ならびに、着目するフローとは送信元ＩＰアドレスおよび宛て先ＩＰアドレスが一致するが送信元ポート番号および宛て先ポート番号の少なくともいずれか一方が異なる交差するフローが模式的に示されている。
本発明では、送信端末から受信端末へ流れるフローを着目するフローとし、各中継器において、着目するフローに対して交差するフローの個数を交差フロー数と定義する。
交差フロー数が多いほど、中継器で中継されるべきトラフィック量が多くなりやすく、かつ無線通信環境の変化（例えば、機器の移動や障害物の変化など）に対する安定性の余裕が小さくなりやすいため、中継器で異常が発生しやすくなると判断する。
次に、伝送帯域ギャップ数の定義について説明する。
図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、フローに発生する伝送帯域ギャップについて説明する図である。
ある種の無線通信の規格では、通信回線における信号の減衰の大きさによって伝送帯域を変化させることが規定される。例えば、無線ＬＡＮの規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ａ、１１ｇでは、無線リンクの伝送帯域を、信号の減衰が大きくなるにつれて段階的に、５４Ｍビット／秒から４８、３６、２４、１２、９、６Ｍビット／秒へ落とすことが規定されている。
このような規格に基づく通信では、車々間通信において中継器として機能する車が移動する場合や、道路に固定的に設置された基地局間を障害物としてのトラックが通過する場合など、信号の減衰により無線リンクの伝送帯域が大きく低下することがある。
中継器が中継する１つのフローに関して、受信側と送信側のそれぞれの無線リンクの伝送帯域は、一般的には独立して変動する。
図３（Ａ）には、受信側の無線リンクの伝送帯域よりも送信側の無線リンクの伝送帯域のほうが大きい場合が模式的に示されている。
図３（Ｂ）には、受信側の無線リンクの伝送帯域よりも送信側の無線リンクの伝送帯域のほうが小さい場合が模式的に示されている。
本発明では、フローの受信側の無線リンクの伝送帯域よりも当該フローの送信側の無線リンクの伝送帯域のほうが小さい場合を、伝送帯域ギャップが生じていると定義する。そして、中継器において、伝送帯域ギャップが生じているフローの個数を伝送帯域ギャップ数と定義する。
伝送帯域ギャップ数が大きいほど、中継器内のバッファで残留するパケットが多くなりやすいため、中継器で異常が発生しやすくなると判断する。
（経路制御装置を含むネットワークの構成）
図４は、本実施の形態にかかる経路制御装置としての端末装置３００を含むネットワークシステム１００の構成の一例を示す図である。
図４に示すように、本実施の形態にかかるネットワークシステム１００は、端末装置３００、端末装置４００を含む複数の端末装置と複数の中継器２００とが通信回線で接続されてなるアドホックネットワークである。端末装置３００および端末装置４００は、それぞれ上述の送信端末および受信端末に対応する。ここで、それぞれの通信回線は無線回線であっても有線回線であってもよく、また、一部または全ての端末装置は中継器としての機能を含んでいてもよい。
ネットワークシステム１００を、一般的な通信ネットワークシステムとして考える場合、具体的に、端末装置３００は、カメラ、携帯電話、テレビ、カーナビ、パソコンなどの機器に対応し、中継器２００は、ルータ、スイッチなどの機器に対応する。
図４において、中継器２００は、パケットを受信するパケット受信部２０６と、受信したパケットの転送先を判定する経路制御部２０７と、決定された転送先へパケットを送信するパケット送信部２０８と、交差フロー数および伝送帯域ギャップ数の一方または両方を異常生起確度値として決定する異常生起確度値決定部２０９とを備える。
端末装置３００は、データの送受信を行うデータ送受信部３０１と、主経路と迂回経路とを示す経路情報を生成する経路情報生成部３０２と、中継器２００から収集した異常生起確度値（交差フロー数および伝送帯域ギャップ数の一方または両方）を用いて中継器の異常を予測する経路異常予測部３０３と、主経路上の中継器に異常が予測されたときに迂回経路の１つを新たな主経路として選択する迂回経路選択部３０４と、通信制御を行う通信部３０５とを備える。
以下では、中継器２００および端末装置３００のそれぞれの動作の概要を、従来の技術に属する事項を含めて簡略に説明し、その後、中継器２００の特徴的な動作、および端末装置３００の特徴的な構成と動作について詳細に説明する。
（中継器の動作の概要）
中継器２００の動作の概要について説明する。
図５は、中継器２００の動作の一例を示すフローチャートである。
パケット受信部２０６は、通信回線で接続された中継器または端末装置からデータを受信する（Ｓ１０１）。
経路制御部２０７は、経路制御部２０７が管理する経路情報に基づき、パケットの行き先ごとの送信キューにパケットを格納する（Ｓ１０２）。
パケット送信部２０８は、各送信キューの残量に基づき、送信キューごとの送信間隔を制御し、パケットを送信する（Ｓ１０３）。
異常生起確度値決定部２０９は、異常生起確度値としての交差フロー数および伝送帯域ギャップ数の一方または両方の最新値を、後ほど詳しく述べる手順に従って、周期的に決定する（Ｓ１０４）。
異常生起確度値決定部２０９は、端末装置３００からの問合せに応じて、決定した異常生起確度値を通知する（Ｓ１０５）。
（端末装置の動作の概要）
経路制御装置としての端末装置３００の動作の概要について説明する。
図６は、端末装置３００の動作の一例を示すフローチャートである。
経路情報生成部３０２は、主経路と迂回経路とを示す経路情報を生成し、主経路を示す経路情報を主経路上の中継器２００へ通知する（Ｓ２０１）。
データ送受信部３０１は、テキスト、映像、音声など様々な種類の情報を含むデータを、主経路を介して伝送する（Ｓ２０２）。
通信部３０５は、主経路および迂回経路のそれぞれにおける各中継器２００から、各中継器２００の異常生起確度値決定部２０９にて決定された異常生起確度値を収集する（Ｓ２０３）。
経路異常予測部３０３は、各中継器２００から収集された異常生起確度値に従って異常が発生しやすい中継器ほど高い頻度で監視対象に選ぶための監視頻度値を決定し、決定された監視頻度値を用いて監視対象になるべき中継器を選択する（Ｓ２０４）。
経路異常予測部３０３は、通信部３０５を介して、監視対象に選ばれた中継器から最新の異常生起確度値を収集する（Ｓ２０５）。
経路異常予測部３０３による中継器の選択および監視のための構成および処理については、後ほど詳細に説明する。
迂回経路選択部３０４は、監視対象に選ばれた中継器２００について、伝送品質を表す伝送品質値、および負荷の大きさを表す負荷値を取得する（Ｓ２０６）。
経路異常予測部３０３は、収集された異常生起確度値を用いて、中継器の異常を予測する（Ｓ２０７）。例えば、主経路上の中継器２００から、予め定められた良判定の上限値を超える異常生起確度値が取得された場合、主経路上の中継器に異常が予測されたことを迂回経路選択部３０４へ通知する（Ｓ２０７でＹＥＳ）。
迂回経路選択部３０４は、前記通知を受けると、決定された伝送品質値によって表される伝送品質が予め定められた基準よりも悪い中継器を含まない迂回経路（典型的には、決定された伝送品質値によって示される伝送品質が最も良い迂回経路）を新たな主経路として選択する。そして、新たな主経路を示す経路情報を新たな主経路上の中継器２００へ通知することにより、新たな主経路を介してデータの伝送を行う（Ｓ２０８）。
迂回経路選択部３０４による迂回経路選択処理については、後ほど詳細に説明する。
（交差フロー数、伝送帯域ギャップ数の決定処理の詳細）
異常生起確度値決定部２０９による交差フロー数および伝送帯域ギャップ数の決定処理について、詳細に説明する。
まず、異常生起確度値決定部２０９が交差フロー数を決定し、決定された交差フロー数を異常生起確度値として端末装置３００へ通知する場合について説明する。
図７（Ａ）は、中継器２００で中継されるフローの一例を示す図である。図７（Ａ）の例では、主経路上で伝送される着目するフロー１（アドレスＡからアドレスＢへのパケットの列）に対して、２つの交差するフロー２およびフロー３（アドレスＣからアドレスＤへのパケットの列）が示されている。
図７（Ｂ）は、異常生起確度値決定部２０９に設けられるフロー情報テーブルの一例を示す図である。フロー情報テーブルには、中継器２００が中継する個々のフローについてフロー情報が記録される。フロー情報は、フローを識別する識別番号、フローを構成するパケットの送信元ＩＰアドレス、送信元ポート番号、宛て先ＩＰアドレス、宛て先ポート番号、およびフローが最後に確認された時刻である更新時刻からなる。
図７（Ｂ）に示されるフロー情報テーブルの内容例は、図７（Ａ）に対応しており、例えば、フロー１について、識別番号が１、送信元アドレスがＡ、送信元ポート番号が１０００、宛て先アドレスがＢ、宛て先ポート番号が２０００、更新時刻がＴ１であるフロー情報が記録されている。
図８は、異常生起確度値決定部２０９によって実行される交差フロー数決定処理の一例を示すフローチャートである。交差フロー数決定処理は、例えば、中継器２００が１つのパケットを中継するたびに実行される。
経路制御部２０７は、中継するパケットを解析することにより、パケットのＩＰヘッダーから送信元ＩＰアドレスおよび宛て先ＩＰアドレスを抽出し、パケットのＴＣＰヘッダーまたはＵＤＰヘッダーから送信元ポート番号および宛て先ポート番号を抽出する（Ｓ３０１）。
異常生起確度値決定部２０９は、送信元ＩＰアドレス、宛て先ＩＰアドレス、送信元ポート番号、および宛て先ポート番号の値が抽出されたそれぞれの値と一致するフロー情報をフロー情報テーブルから検索する。当該フロー情報がフロー情報テーブルに存在すれば、フロー情報テーブルにおける当該フロー情報の更新時刻を現在時刻に変更する。当該フロー情報がフロー情報テーブルに存在しなければ、当該フロー情報を、更新時刻を現在時刻として生成して、フロー情報テーブルへ追加する（Ｓ３０２）。
更新時刻と現在時刻との比較によって一定期間更新されていないことが示されるフロー情報を、フロー情報テーブルから削除する（Ｓ３０３）。
異常生起確度値決定部２０９は、端末装置３００から異常生起確度値の問合せがあった場合に、フロー情報テーブルに記録されているフロー情報の個数から１減じた数である交差フロー数を異常生起確度値として、端末装置３００へ通知する（Ｓ３０４）。
次に、異常生起確度値決定部２０９が伝送帯域ギャップ数を決定し、決定された伝送帯域ギャップ数を異常生起確度値として端末装置３００へ通知する場合について説明する。
図９（Ａ）は、中継器２００で生じている伝送帯域ギャップの一例を示す図である。図９（Ａ）の例では、主経路上で伝送される着目するフロー１（アドレスＡからアドレスＢへのパケット列）に対して、２つの交差するフロー２およびフロー３（アドレスＣからアドレスＤへのパケット列）が示されている。
フロー１について受信側の伝送帯域１０Ｍｂｐｓよりも送信側の伝送帯域５Ｍｂｐｓのほうが小さく、またフロー２およびフロー３について受信側の伝送帯域１０Ｍｂｐｓよりも送信側の伝送帯域８Ｍｂｐｓのほうが小さい。つまり、図９（Ａ）の例では、フロー１、フロー２、およびフロー３の全てに伝送帯域ギャップが生じている。
ここでは、このようなフローごとの受信側の伝送帯域を示す情報およびフローごとの送信側の伝送帯域を示す情報は、例えばパケット受信部２０６およびパケット送信部２０８でそれぞれ記録されているとする。
図９（Ｂ）は、異常生起確度値決定部２０９によって管理されるフロー情報テーブルの一例を示す図である。フロー情報テーブルには、中継器２００において伝送帯域ギャップが生じている個々のフローについて、フローを識別する識別番号、フローを構成するパケットの送信元ＩＰアドレス、送信元ポート番号、宛て先ＩＰアドレス、宛て先ポート番号、更新時刻からなるフロー情報が記録される。
図９（Ｂ）に示されるフロー情報テーブルの内容例は、図９（Ａ）に対応しており、例えば、伝送帯域ギャップが生じている識別番号が１のフローについて、送信元アドレスとしてＡ、送信元ポート番号として１０００、宛て先アドレスとしてＢ、宛て先ポート番号として２０００、更新時刻（フロー情報が最後に確認された時刻）としてＴ１が記録されている。
図１０は、異常生起確度値決定部２０９によって実行される伝送帯域ギャップ数決定処理の一例を示すフローチャートである。伝送帯域ギャップ数決定処理は、例えば、中継器２００が１つのパケットを中継するたびに実行される。
経路制御部２０７は、前述のステップＳ３０１と同様にして、中継するパケットから送信元ＩＰアドレス、送信元ポート番号、宛て先ＩＰアドレス、および宛て先ポート番号を抽出する（Ｓ４０１）。
異常生起確度値決定部２０９は、中継するフローの受信側の伝送帯域を示す情報、および送信側の伝送帯域を示す情報を、それぞれパケット受信部２０６およびパケット送信部２０８から取得する。
取得された情報によって中継するフローに伝送帯域ギャップが生じていると示される場合に、前述のステップＳ３０２と同様にして、中継するフローについてのフロー情報をフロー情報テーブルに追加するか、または当該フロー情報の更新時刻を変更する（Ｓ４０２）。
更新時刻と現在時刻との比較によって一定期間更新されていないことが示されるフロー情報を、フロー情報テーブルから削除する（Ｓ４０３）。
異常生起確度値決定部２０９は、端末装置３００から異常生起確度値の問合せがあった場合に、フロー情報テーブルに記録されているフロー情報の個数である伝送帯域ギャップ数を異常生起確度値として、端末装置３００へ通知する（Ｓ４０４）。
（経路異常予測部の構成の詳細）
経路異常予測部３０３の構成について、詳細に説明する。
図１１は、経路異常予測部３０３の機能的な構成の一例を示すブロック図である。
経路異常予測部３０３は、異常生起確度値取得部１０６、異常生起確度値記憶部１０７、活性度算出部１０９、監視頻度値更新部１１０、監視頻度値記憶部１１１、選択確率値生成部１１２、および監視対象選択部１１３から構成される。
異常生起確度値取得部１０６は、監視対象選択部１１３によって監視対象に選ばれた中継器から異常生起確度値（前述の交差フロー数および伝送帯域ギャップ数）を取得する。
異常生起確度値の取得は、監視対象の中継器に対して問合せパケットを発行することによって行われる。異常生起確度値の収集は、一定周期（例えば、現在時刻が計測予定時刻と一致または超過した時点で）行ってもよく、またその他の時間スケジューリングに従って行ってもよい。
異常生起確度値取得部１０６は、主経路上の中継器から異常生起確度値を取得した場合に、その異常生起確度値が予め定められた良判定の上限値を超えていれば、主経路において異常が発生しやすい状況になっていると判断して、主経路において異常が予測されたことを迂回経路選択部３０４へ通知する。
異常生起確度値記憶部１０７は、異常生起確度値取得部１０６で取得された異常生起確度値を中継器ごとに記憶する。
活性度算出部１０９は、異常生起確度値記憶部１０７で記憶されている各中継器の異常生起確度値と、監視頻度値記憶部１１１で記憶されている各中継器の監視頻度値とから、異常生起確度値が大きい中継器ほど監視頻度値が高いという傾向の強さを表す活性度を算出する。
監視頻度値更新部１１０は、算出された活性度に基づいて各中継器の新たな監視頻度値を算出し、監視頻度値記憶部１１１が記憶している監視頻度値を新たな監視頻度値で更新する。
監視対象選択部１１３は、監視頻度値記憶部１１１で記憶されている各中継器の監視頻度値に、選択確率値生成部１１２が生成する選択確率値を加えることで、監視対象になる中継器を確率的に選択する。
監視対象に選ばれた中継器は、異常生起確度値取得部１０６が次に異常生起確度値を取得する対象になるとともに、迂回経路選択部３０４へ通知され、迂回経路選択部３０４が伝送品質値および負荷値を決定する対象にもなる。
これら一連の処理が繰り返し実行されることにより、各中継器を監視するための頻度に異常の起こりやすさに応じた重み付けを行いつつ、全ての中継器への監視を行き届かせることができる。
（経路異常予測部における中継器の選択および監視処理の詳細）
上述のように構成される経路異常予測部３０３における中継器の選択および監視処理について、さらに詳細に説明する。
まず、各中継器の監視精度の考え方について説明する。なお、ここでは、監視精度とは監視頻度の妥当性のことを意味する。
図１２および図１３は、各中継器の監視頻度値と異常生起確度値の一例を示す図である。図１２および図１３の例では、送信端末から受信端末への伝送経路として、実線で示される主経路と、点線で示される３つの迂回経路とが示されている。また、主経路および各迂回経路には、それぞれ１つの中継器が監視候補として定められている。監視候補であるこれらの４つの中継器から監視対象になる中継器が確率的に選ばれ、異常生起確度値および伝送品質値が取得される。
ここで、異常生起確度値は、前述の交差フロー数また伝送帯域ギャップ数である。中継器４の異常生起確度値５０が、中継器１〜中継器３の異常生起確度値５の１０倍であることは、中継器４では、中継器１〜中継器３に比べて異常が発生しやすいことを示している。
また、監視頻度値は、監視対象として各中継器が選択される頻度を表す。例えば、中継器１の監視頻度値が０．２であることは、中継器１が、全ての監視回数のうち２０％の回数で監視されることを示している。
異常が発生しやすい中継器ほど高い頻度で監視することは、限られた監視回数の中で異常を的確に予測する上で妥当である。
しかしながら、図１２の例では、高頻度で監視される中継器は中継器３であり、異常が発生しやすいと考えられる中継器４は、他の異常が発生しにくいと考えられる中継器１および中継器２と同じ監視頻度値しか与えられていない。
このように異常生起確度値が大きい中継器ほど監視頻度値が高いという傾向が弱い場合を、監視精度が低い状態であると定義する。
これに対し、図１３の例では、他の中継器に比べて異常生起確度値が大きい中継器４の監視頻度値が最も高く、その他の３つの中継器の監視頻度値はいずれも低い。
このように異常生起確度値が大きい中継器ほど監視頻度値が高いという傾向が強い場合を、監視精度が高い状態であると定義する。
（異常生起確度値記憶部１０７）
異常生起確度値記憶部１０７は、異常生起確度値取得部１０６で取得された異常生起確度値を、異常生起確度値テーブルを用いて記憶する。
図１４は、異常生起確度値テーブルのデータ構造の一例を示す図である。
異常生起確度値テーブルにおいて、第１列に各中継器の識別番号、第２列に各中継器のＩＰアドレス、第３列に各中継器から取得された異常生起確度値（交差フロー数または伝送帯域ギャップ数）が記録される。
（監視頻度値記憶部１１１）
監視頻度値記憶部１１１は、各中継器の監視頻度値を、監視頻度値テーブルを用いて記憶する。
図１５は、監視頻度値テーブルのデータ構造の一例を示す図である。
監視頻度値テーブルにおいて、第１列に各中継器の識別番号、第２列に各中継器のＩＰアドレス、第３列に各中継器の監視頻度値が記録される。
（活性度算出部１０９）
活性度算出部１０９は、前述した監視精度の高さを表す活性度αを算出する。活性度αは、異常が発生しやすい中継器ほど高い頻度で監視されるという傾向の強さを数値化した指標であり、具体的には、異常生起確度値と監視頻度値との相関の大きさで与えられる。
図１６は、活性度算出部１０９によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。
活性度算出部１０９は、異常生起確度値テーブルから各中継器の異常生起確度値ｌｉを読み込み（Ｓ４０）、監視頻度値記憶部１１１の監視頻度値テーブルから各中継器の監視頻度値ｍｉを読み込み（Ｓ４１）、読み込んだ異常生起確度値と監視頻度値とを用いて、式１に従って活性度αの変化分を算出する（Ｓ４２〜Ｓ４４）。
Figure 2010061573
式１は活性度αのダイナミクスの定義の一例であり、ｎは監視候補である中継器の台数、ｌｉは異常生起確度値テーブルに記録されている中継器ｉの異常生起確度値、ｍｉは同中継器の監視頻度値、Ｎ、δはダイナミクスの変化速度を司る定数を表す。異常生起確度値と監視頻度値の積和演算の項は、これらの相関の大きさを示す。
ｌｉおよびｍｉの上側に付くチルダーは、各値が正規化されていること、つまり、式２、式３の関係にあることを示している。
Figure 2010061573
Figure 2010061573
式１で算出された活性度αの変化分を用いて、式４に従って活性度αを更新する（Ｓ４５）。ここで、Δｔは更新周期によって決定される時間間隔である。
Figure 2010061573
活性度αの変域を、扱い易さのために０から１の閉区間に制限する（Ｓ４６〜Ｓ４９）。この制限により、活性度αは０以上１以下の実数値になる。
活性度αが０に近い状態は、監視精度が低い状態に対応し、活性度αが１に近い状態は、監視精度が高い状態に対応する。なぜなら、式４のダイナミクスに従えば、活性度αは、各中継器の監視頻度値が異常生起確度値から見て望ましい状態であるほど１に近づき、各中継器の監視頻度値が異常生起確度値と乖離しているほど０に近づく挙動を示すからである。
（監視頻度値更新部１１０）
監視頻度値更新部１１０は、活性度算出部１０９によって決定された活性度αの値を基に、監視候補である各中継器に対する新たな監視頻度値ｍｉを算出する。
図１７は、監視頻度値更新部１１０によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。
監視頻度値更新部１１０は、活性度算出部１０９から決定された活性度αを読み込み（Ｓ５０）、監視頻度値記憶部１１１の監視頻度値テーブルから監視頻度値ｍｉを読み込み（Ｓ５１）、監視頻度値の最大値ｍｍａｘを検索する（Ｓ５２）。読み込んだ活性度α、監視頻度値ｍｉ、および監視頻度値の最大値ｍｍａｘを用いて、各中継器の新たな監視頻度値を算出する（Ｓ５３〜Ｓ５６）。
監視頻度値の算出について、さらに説明を続ける。
式５は、監視頻度値ｍｉのダイナミクスの定義の一例であり、式中のβ、γ、ψはダイナミクスの変化速度を司る定数である。
Figure 2010061573
更新頻度値が最大になる中継器に対するこの非線形常微分方程式の定常解は、式６のようになることが分かっている。
Figure 2010061573
また、その他の中継器に対する定常解は式７のようになる。
Figure 2010061573
式５に従って監視頻度値ｍｉの変化分を算出し、算出された監視頻度値ｍｉの変化分を用いて、式８に従って監視頻度値を更新する。このとき、ΔＴは更新周期によって決定される時間間隔である。
Figure 2010061573
監視頻度値更新部１１０は、監視候補である各中継器について算出された新たな監視頻度値ｍｉで、監視頻度値テーブルに記録されている監視頻度値を更新する。
（選択確率値生成部１１２）
選択確率値生成部１１２は、監視対象選択部１１３で監視対象になる中継器を確率的に選択する際に用いられる乱数である選択確率値を発生させる。選択確率値は乱数であることが望ましいが、比較的生成が容易な疑似乱数によって代用してもよい。またその場合に用いる確率分布としては、一般的な一様分布やガウス分布等でよい。
選択確率値の変動範囲は、式６および式７から決定することができる。活性度αが０の場合を考えると、解間の距離Ｄは、式９で与えられる。
Figure 2010061573
これより、選択確率値ηｉを式１０のように決定する。
Figure 2010061573
Ｒａｎｄｏｍ関数は、規定された範囲内の実数乱数または疑似実数乱数を生成するものであり、κは零以上の値を取る調整係数である。κを大きくすることによって生成される選択確率値の振幅を大きくすることができる。
（監視対象選択部１１３）
図１８は、監視対象選択部１１３によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。
監視対象選択部１１３は、監視頻度値記憶部１１１が管理する監視頻度値テーブルから各中継器の監視頻度値ｍｉを読み出し、式１１によって示すように選択確率値生成部１１２によって生成された対応する中継器の選択確率値ηｉと加算することによって、監視対象の中継器を確率的に選択する（Ｓ６０〜Ｓ６４）。
Figure 2010061573
更新された各中継器の監視頻度値は確率値になるように式１２によって正規化される（Ｓ６５〜Ｓ６７）。
Figure 2010061573
図１９は、このようにして求められた正規化済監視頻度値を記録する正規化済監視頻度値テーブルのデータ構造の一例を示す図である。
正規化済監視頻度値テーブルにおいて、第１列に各中継器の識別番号、第２列に各中継器のＩＰアドレス、第３列に式１２によって算出された正規化済監視頻度値が記録される。
監視対象選択部１１３は、正規化済監視頻度値を各中継器のインデックスに対する確率分布として見ることにより、選択対象の中継器のインデックスを確率変数とみなし、この確率変数が取る値によって監視対象の中継器を選択する（Ｓ６８、Ｓ６９）。
以上説明した動作によって、監視頻度値に従って選択された中継器を監視するため、経路上の全ての中継器を常時監視する場合と比べて、監視処理に要するリソースが節約され、狭帯域網でも良好な監視処理が実行可能になる。
また、中継器において中継されるフローの個数を故障生起確度値として用いて故障を予測するため、リトライ回数、回線負荷値、トラフィック量などの、異常が実際に生じている事実を反映する統計量を参照して故障を検出する従来の方法に比して、そのような統計量に反映される異常が実際に生じる前に、早期に異常を予測することが可能になる。
（迂回経路選択処理の詳細）
次に、迂回経路選択部３０４による迂回経路選択処理について、詳細に説明する。
図２０は、迂回経路選択部３０４によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、例えば、経路異常予測部３０３から主経路において異常が予測されたことを示す通知を受信した場合に実行される。
迂回経路選択部３０４は、この処理に先立って、経路異常予測部３０３で監視対象に選ばれた中継器について、伝送品質を表す伝送品質値（例えば、ロス率、遅延時間、ジッター値など）を測定し、また当該中継器における負荷の大きさを示す負荷値（例えば、バッファ使用率など）を当該中継器から取得し、図示しないテーブルを用いて、中継器ごとに伝送品質値および負荷値を記憶している。
迂回経路選択部３０４は、経路異常予測部３０３から主経路において異常が予測されたことを示す通知を受信すると、記憶されている伝送品質値と負荷値とを用いて、新たな主経路になるべき迂回経路を選択する。
具体的には、次のような経路選択処理が実行される。
迂回経路選択部３０４は、各迂回経路における中継器について記憶されている伝送品質値を参照し、伝送品質値によって示される最も伝送品質の良い（例えば、ロス率が最も低い）中継器を含む迂回経路を新たな主経路として選択する（Ｓ５０１）。
ただし、最も良い伝送品質が所定の基準を満たさない（例えば、最も低いロス率が所定のしきい値以上である）場合は（Ｓ５０２でＮＯ）、各中継器について記憶されている負荷値を参照し、負荷が低い（例えば、バッファ使用率が所定のしきい値未満である）中継器を含む迂回経路を除外して新たな主経路を選びなおす（Ｓ５０３）。
伝送品質が悪いにもかかわらず負荷が低い中継器では、輻輳ではなく伝送誤りによる伝送品質の劣化が優勢になっていると考えられる。そして、伝送誤りは、輻輳と比べて容易には回復しないことが多い。
上記の処理により、輻輳と伝送誤りとを区別して、回復が難しい伝送誤りが発生している迂回経路を新たな主経路の候補から除外できるので、新たな主経路を適切に選択し、高信頼な伝送を実現することが可能になる。
なお、上記では、ロス率、遅延時間、ジッター値などの測定結果を伝送品質値として用いる例を説明したが、迂回経路選択部３０４は、これらの値を測定せず、前述の異常生起確度値（交差フロー数および伝送帯域ギャップ数）の時間的な変化の大きさを、伝送品質値として用いてもよい。
交差フロー数および伝送帯域ギャップ数が激しく変化する中継器では、伝送品質も大きく変化し、その結果、所望の伝送品質を安定して維持することが難しいと考えられるからである。異常生起確度値の時間的な変化の大きさは、例えば、１つの中継器から所定の期間内に取得された複数の異常生起確度値の分散値で表すことができる。
また、上記では、経路異常予測部３０３にて主経路における異常が予測された際に、迂回経路選択部３０４にて新たな主経路を１つ選択する例を説明したが、迂回経路選択部３０４が行うべき処理はこの例に限られない。
例えば、送信端末から受信端末へのマルチパス伝送が行われるネットワークでは、迂回経路選択部３０４は、マルチパスを構成する経路ごとに伝送するデータ量の割当て（例えば、伝送品質が高い経路には伝送品質が低い経路に比べてより多くのデータ量を割当てる）を行ってもよい。また、経路ごとに伝送するデータの振分け（例えば、伝送品質が最も高い経路を用いて制御信号などの重要度の高いデータを伝送する）を行ってもよい。
（適用例）
次に、本発明の経路制御方法の適用例について説明する。
図２１は、本発明の経路制御方法が適用されるネットワークの具体的な構成の一例を示す模式図である。
図２１の例では、送信端末であるカメラから、受信端末であるテレビまで、１つの主経路と２つの迂回経路とが示されている。また、監視候補である中継器が、各経路に１つずつ示されている。
図２１の例では、監視候補である各中継器から収集された異常生起確度値によって異常が発生しやすいと示される中継器は高頻度で監視対象に選ばれ、異常が発生しにくいと示される中継器も低頻度で監視対象に選ばれる。
そして、監視対象に選ばれた中継器について、新たな異常生起確度値および伝送品質値が収集され、収集された異常生起確度値および伝送品質値を用いて、主経路における異常を予測し、新たな主経路になるべき迂回経路を選択することで、異常を未然に回避することが試みられる。
このような処理によって、異常が発生しやすい中継器ほど高い頻度で監視することは、限られた監視回数の中で異常を的確に予測する上で妥当である。
したがって、監視回数を抑制し、かつ異常を的確に予測することができるため、迂回経路が増えた場合や、監視候補である中継器が数多くある場合でも、少ない量の観測パケットを用いて中継器の状態を適正に把握することが可能となり、その結果、省電力化や、観測パケットによるネットワーク負荷の軽減に貢献できる。
なお、特定の条件下では、中継器からの異常生起確度値の収集および監視頻度値の更新を停止してもよい。例えば、伝送経路や伝送帯域を予約する通信方式の場合、通信が終了するまで、交差フロー数が変化しないため、中継器からの異常生起確度値の収集および監視頻度値の更新を停止し、監視対象とする中継器を固定してもよい。
（異常の規模に応じて経路制御を行う変形例）
次に、ネットワークにおける異常の規模に応じて経路制御を行う変形例について説明する。
図２２は、ネットワークにおける異常の発生のしかたについて説明する図である。
異常の発生のしかたには、経路上の中継器と隣接の多数の中継器とで広域に異常が発生する場合（図２２（Ａ））と、経路上の中継器のみで局所的に異常が発生する場合（図２２（Ｂ））とがある。異常が局所的である場合は短時間での回復を期待して迂回処理を行わず、異常が大規模である場合にのみ迂回処理を行うことで、頻繁な迂回処理による伝送性能の劣化を抑制することが可能になる。
異常の規模に応じた経路制御を行うネットワークシステムについて、図２３および図２４を参照して詳細に説明する。
図２３は、異常の規模を判定し、判定された異常の規模に応じて経路制御を行うネットワークシステム１０１の構成の一例を示すブロック図である。
ネットワークシステム１０１における中継器２１０は、図４のネットワークシステム１００における中継器２００と比べて、局所異常状態判定部２１１および広域異常状態判定部２１２が追加される。
局所異常状態判定部２１１は、中継器２１０における輻輳状態または伝送誤りの程度を判定し、判定の結果を表す情報を保持している。輻輳状態の程度を表す情報は、例えば中継器２１０におけるバッファ使用率であり、伝送誤りの程度を表す情報は、例えば中継器２１０と隣接する他の中継器との間でのパケットの送信にかかる伝送誤り率、ロス率、および遅延時間などの測定結果である。
広域異常状態判定部２１２は、中継器２１０から所定のホップ数までにある他の中継器から輻輳状態または伝送誤りの程度に関する情報を収集し、収集された情報を用いて輻輳状態または伝送誤りが広域的に発生しているかを判定する。
また、ネットワークシステム１０１における端末装置３１０は、図４のネットワークシステム１００における端末装置３００と比べて、経路異常予測部３０３が経路異常予測部３１３に変更される。
経路異常予測部３１３は、経路異常予測部３０３と比べて、異常生起確度値を用いて主経路における異常を予測する点で同様であるが、異常の規模を示す異常発生規模情報を中継器から収集して、異常生起確度値とともに迂回の要否判断に用いる点で異なる。
経路異常予測部３１３は、例えば、主経路上の中継器から収集した異常生起確度値から異常が予測された場合、その中継器に対して問合せを行うことにより、異常が予測された中継器の周囲で発生している異常の規模を示す異常発生規模情報を取得する。そして、取得された異常発生規模情報によって示される異常の規模が予め定められた基準よりも小さい場合には、迂回処理を抑止する。
このように構成される中継器２１０の動作について、前述の中継器２００の動作と異なる点について詳細に説明する。
図２４は、中継器２１０によって実行される、異常規模判定処理の一例を示すフローチャートである。なお、中継器２１０は、上述の中継器２００による処理（図５を参照）と同様の処理を実行し、さらに図２４に示される処理を実行する。中継器２００と同様の処理については、ここでは説明を繰り返さない。
局所異常状態判定部２１１は、中継器２１０における輻輳状態または伝送誤りに関する情報として、例えば、パケット受信部２０６およびパケット送信部２０８におけるパケットの伝送誤り率、ロス率、および遅延時間などを測定する（Ｓ６０１）。
広域異常状態判定部２１２は、中継器２１０から所定のホップ数までにある他の中継器で測定された輻輳状態または伝送誤りに関する情報を収集する（Ｓ６０２）。
具体的に、広域異常状態判定部２１２は、他の中継器に対して問合せパケットを送ることで、他の中継器から通知される情報を収集してもよい。
広域異常状態判定部２１２は、収集された情報を用いて輻輳状態または伝送誤りが広域に発生しているかを判定する（Ｓ６０３）。
広域異常状態判定部２１２は、一例として、収集された情報によって伝送誤り率、ロス率、および遅延時間の劣化（例えば、予め定められたしきい値からの超過）が生じていると示される中継器の数を、単純に異常の規模として決定する。
また、広域異常状態判定部２１２は、伝送誤り率、ロス率、および遅延時間の劣化が、中継器２１０から何ホップ目にある中継器まで連続して発生しているかを特定し、特定されたホップ数を異常の規模として決定してもよい。
さらにまた、広域異常状態判定部２１２は、収集された各中継器の伝送誤り率、ロス率、遅延時間の劣化の度合い（例えば、予め定められたしきい値からの超過量）の合計を異常の強さと定義し、前述のホップ数と異常の強さの積を異常の規模として決定してもよい。
広域異常状態判定部２１２は、端末装置３１０からの問合せに応じて、決定された異常の規模を示す異常発生規模情報を通知する（Ｓ６０４）。
端末装置３１０における経路異常予測部３１３は、上述のようにして通知される異常の規模を示す異常発生規模情報を、異常生起確度値とともに用いて迂回の要否判断を行う。
例えば、主経路上の中継器から通知される異常発生規模情報が、何ホップ目の距離にある中継器まで連続して輻輳状態または伝送誤りが発生しているかを示す値であるとして、その値が０である場合、経路異常予測部３１３は、異常が生じていないか、または生じているとしても主経路上の中継器のみに限定されていて短時間での回復が期待されると判断して、迂回経路選択部３０４に対して迂回処理を指示しない。
他方、前述の値が１以上の値である場合、経路異常予測部３１３は、主経路上の中継器の周囲で広域の異常が生じていて回復は難しいと判断して、迂回経路選択部３０４に対して迂回処理を指示する。
なお、主経路上の中継器から通知される異常発生規模情報は、迂回の要否判断に用いられるのみならず、新たな主経路になるべき迂回経路の選択に用いることもできる。
具体的には、迂回経路選択部３０４は、例えば、主経路上の中継器から通知される異常発生規模情報によって、主経路上の中継器の周囲で広域の異常が生じていることが示される場合には、迂回経路の中で経路のホップ数が最も大きな１つを選択する。
そのような迂回経路は主経路からの距離が離れている可能性が高いため、主経路上の中継器の周囲で生じている異常の影響を受けにくい迂回経路が、新たな主経路として選択されやすくなる。
（まとめ）
以上説明したように、本発明の経路制御装置によれば、中継器において中継されるフローの個数を異常生起確度値として用いて中継器の異常を予測し、異常が予測された中継器を含む経路を除外して、新たにデータの伝送に用いるべき経路を選択するので、所定の統計量に反映されるような伝送品質の劣化や負荷の上昇が実際に生じる前に、すばやい迂回処理が可能になる。
また、異常の発生のしやすさに応じた監視頻度に従って確率的に選ばれた中継器から異常生起確度値を収集して異常の予測に用いるので、監視コスト（監視パケットの量、消費電力、観測所要時間）を抑え、かつ異常の見落としも確率的に回避できる。
本発明にかかる経路制御装置は、メッシュネットワークなどのネットワークシステムに利用できる。
１００、１０１ ネットワークシステム
１０６ 異常生起確度値取得部
１０７ 異常生起確度値記憶部
１０９ 活性度算出部
１１０ 監視頻度値更新部
１１１ 監視頻度値記憶部
１１２ 選択確率値生成部
１１３ 監視対象選択部
２００、２１０ 中継器
２０６ パケット受信部
２０７ 経路制御部
２０８ パケット送信部
２０９ 異常生起確度値決定部
２１１ 局所異常状態判定部
２１２ 広域異常状態判定部
３００、３１０、４００ 端末装置
３０１ データ送受信部
３０２ 経路情報生成部
３０３、３１３ 経路異常予測部
３０４ 迂回経路選択部
３０５ 通信部
本発明は、複数の伝送経路が利用可能なネットワークにおける経路制御装置、経路異常予測装置、方法、およびプログラムに関する。
従来、複数の端末装置（パソコン、ＰＤＡ、携帯電話、カーナビなどの車載機器など）に中継機能を備え、各端末装置間を無線通信によって相互接続してなるメッシュネットワークが実用化されている。
メッシュネットワークには、各端末装置の参加、移動、脱退に応じてネットワークを動的に構成可能であるという、従来の固定的なネットワークにはない柔軟性がある。しかし、その反面、端末の移動や、障害物による無線通信環境の変化などにより、伝送品質の劣化が発生し、データの伝送経路が絶たれる問題が起こり得る。
そのため、メッシュネットワークでは、複数の伝送経路（単に経路とも言う）のなかから１つを動的に選択してデータの伝送に利用する制御が行われる。一般的に、伝送経路が動的に制御されるネットワークは、アドホックネットワークと呼ばれている。
アドホックネットワークにおいて、高品質かつ高信頼なデータ伝送を行う上で好ましい経路を選択するための種々の技術が周知となっている（例えば、特許文献１および特許文献２を参照）。
特許文献１は、データの送信前および送信中に送信先へ通じる複数の経路に経路調査フレームを送信することにより、各経路上の中継局の状態に関する経路情報（例えば、リトライ回数や回線負荷値）を収集し、収集された経路情報を用いて、データの送信に先立って使用すべき経路を決定し、またデータの通信中にも異常を検出して経路を切り替える技術を開示している。
特許文献２は、各経路に所定のパケットを送信することにより、経路を構成する中継端末が中継するパケットの遅延の原因になるトラフィック量の総量を取得し、取得されたトラフィック量の総量が最も小さい経路をパケットの伝送に使用する技術を開示している。
特開２００１−１３６１７８号公報 特開２００５−３４７８７９号公報
しかしながら、従来の技術では、データの伝送に使用している経路に、伝送品質が劣化し、また負荷が上昇するような異常が発生した場合に、経路をすばやく切り替えることができないという第１の課題がある。この課題は、異常が発生したことを、リトライ回数、回線負荷値、トラフィック量の総量といった経路情報を用いて事後に検出するために生じる。
また、少ないリソース（例えば、通信量、消費電力、所要時間）で、かつ異常を適時に発見できる経路情報を収集するための好適な方法が開示されていないという第２の課題がある。
例えば、リソースを抑えるために、予め設定されたしきい値に達しない程度の異常を示す経路情報は収集しないという単純な方法では、しきい値に応じてリソースの抑制効果と異常を見逃す危険性とが相反するため、好適なしきい値を見出せないことが多い。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、アドホックネットワークにおいて経路切り替えをすばやく行うことができる経路制御技術の提供を第１の目的とする。
また、経路情報の収集に必要なリソースを抑え、かつ起こり得る異常も見落としにくい経路制御技術の提供を第２の目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の経路制御装置は、複数の中継器を介して送信端末から受信端末までデータを伝送するための経路を制御する経路制御装置であって、前記送信端末から前記受信端末までデータを伝送するための複数の経路を示す経路情報を生成する経路情報生成部と、前記経路情報で示される各経路に少なくとも１つずつ定められる監視候補となる中継器において１つの送信元から１つの宛て先へ中継される１つ以上のパケットの列であるフローの個数を、各中継器における伝送品質の劣化および負荷の上昇を含む異常の発生のしやすさを表す異常生起確度値として用いて、各中継器における前記異常を予測する経路異常予測部と、前記異常生起確度値に基づいて、前記送信端末から前記受信端末までのデータの伝送に用いるべき経路を選択する迂回経路選択部とを備える。
ここで、前記迂回経路選択部は、前記監視候補としての前記中継器の１つ以上において前記異常が予測された場合に、前記経路情報によって示される前記複数の経路の中から、前記異常が予測された前記中継器含む経路を除外して、前記送信端末から前記受信端末までのデータの伝送に用いるべき経路を選択してもよい。
また、前記経路異常予測部は、前記各中継器が中継するフローのうち、前記送信端末から前記受信端末へのフロー以外のフローの個数を、前記異常生起確度値として用いてもよい。
また、前記経路異常予測部は、前記各中継器が中継するフローのうち、受信のための通信回線の伝送帯域よりも、送信のための通信回線の伝送帯域のほうが小さいフローの個数を、前記異常生起確度値として用いてもよい。
また、前記経路異常予測部は、前記監視候補となる前記各中継器の異常生起確度値を監視すべき頻度を表す監視頻度値を記憶している監視頻度値記憶部と、前記各中継器について所定の確率値である選択確率値を生成する選択確率値生成部と、前記監視頻度値と前記選択確率値とに従って、前記各中継器の中から異常生起確度値の監視の対象となる中継器を特定する監視対象特定部と、前記監視対象特定部によって特定された中継器から異常生起確度値を取得する異常生起確度値取得部と、前記取得された異常生起確度値を記憶する異常生起確度値記憶部と、前記記憶された異常生起確度値を用いて、前記監視頻度値記憶部に記憶されている前記監視頻度値の妥当性を表す活性度を算出する活性度算出部と、前記活性度に基づき、前記監視頻度値記憶部に記憶されている前記監視頻度値を更新する監視頻度値更新部とを有してもよい。
また、前記迂回経路選択部は、前記監視候補となる前記各中継器との通信における伝送品質を表す伝送品質値を測定し、測定された前記伝送品質値によって表される伝送品質が予め定められた基準よりも悪い中継器を含む経路をさらに除いた経路の中から、前記送信端末から前記受信端末までのデータの伝送に用いるべき経路を選択してもよい。
また、前記迂回経路選択部は、前記監視候補となる前記各中継器のいずれについても伝送品質が予め定められた基準よりも悪いことを示す伝送品質値が測定された場合、前記各中継器から中継器内での輻輳のレベルを表す負荷値を収集し、前記伝送品質値にかかわらず、収集された前記負荷値によって表される輻輳のレベルが予め定められた基準よりも高い中継器を含む経路の中から、前記送信端末から前記受信端末までのデータの伝送に用いるべき経路を選択してもよい。
また、前記経路異常予測部は、前記異常が予測された中継器の周囲で発生している異常の規模を示す異常発生規模情報を取得し、取得された前記異常発生規模情報によって示される異常の規模が予め定められた基準よりも小さい場合は、前記迂回経路選択部における前記経路の選択を抑止してもよい。
また、前記経路異常予測部は、前記異常が予測された中継器の周囲で発生している異常の規模を示す異常発生規模情報を取得し、前記迂回経路選択部は、取得された前記異常発生規模情報によって示される異常の規模が予め定められた基準よりも大きい場合は、前記経路情報によって示される前記複数の経路の中から、前記異常が予測された前記中継器含む経路を除外して、経路のホップ数が最も大きな１つを選択してもよい。
また、前記経路制御装置は、前記送信端末か、または前記ネットワークを構成する前記複数の中継器の１つに設けられてもよい。
本発明は、このような経路制御装置として実現できるのみならず、経路異常予測装置、経路制御方法およびプログラムとして実現することもできる。
以上説明したように、本発明の経路制御装置によれば、中継器において中継されるフローの個数を異常生起確度値として用いて当該中継器の異常を予測し、異常が予測された中継器を含む経路を除外して、新たにデータの伝送に用いるべき経路を選択する。これにより、所定の統計量に反映されるような伝送品質の劣化や負荷の上昇が実際に生じる前に、すばやい迂回処理が可能になる。
また、異常の発生のしやすさに応じた監視頻度に従って確率的に選ばれた中継器から異常生起確度値を収集して異常の予測に用いる。これにより、監視コスト（監視パケットの量、消費電力、観測所要時間）を抑え、かつ異常の見落としも確率的に回避可能になる。
図１は、本発明の経路制御方法に従って伝送経路の制御が行われるアドホックネットワークの一例を模式的に示す図である。 図２（Ａ）〜（Ｄ）は、フローの交差について説明する図である。 図３（Ａ）、（Ｂ）は、フローに発生する伝送帯域ギャップについて説明する図である。 図４は、本発明の実施の形態にかかるネットワークシステムの構成の一例を示す図である。 図５は、中継器の動作の一例を示すフローチャートである。 図６は、端末装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図７（Ａ）は、中継器で中継されるフローの一例を示す図である。図７（Ｂ）は、フロー情報テーブルの一例を示す図である。 図８は、交差フロー数決定処理の一例を示すフローチャートである。 図９（Ａ）は、中継器２００で生じている伝送帯域ギャップの一例を示す図である。図９（Ｂ）は、フロー情報テーブルの一例を示す図である。 図１０は、伝送帯域ギャップ数決定処理の一例を示すフローチャートである。 図１１は、経路異常予測部の機能的な構成の一例を示すブロック図である。 図１２は、各中継器の監視頻度値と異常生起確度値の一例を示す図である。 図１３は、各中継器の監視頻度値と異常生起確度値の一例を示す図である。 図１４は、異常生起確度値テーブルのデータ構造の一例を示す図である。 図１５は、監視頻度値テーブルのデータ構造の一例を示す図である。 図１６は、活性度算出部によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。 図１７は、監視頻度値更新部によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。 図１８は、監視対象選択部によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。 図１９は、正規化済監視頻度値テーブルのデータ構造の一例を示す図である。 図２０は、迂回経路選択処理の一例を示すフローチャートである。 図２１は、本発明の経路制御方法が適用されるネットワークの具体的な構成の一例を示す模式図である。 図２２は、ネットワークにおける異常の発生のしかたについて説明する図である。 図２３は、本発明の変形例にかかるネットワークシステムの構成の一例を示す図である。 図２４は、異常の規模を判定する処理の一例を示すフローチャートである。
本発明の実施の形態にかかる経路制御装置および経路制御方法について、図面を参照しながら説明する。
（経路制御の概要）
図１は、本発明の経路制御方法に従って伝送経路の制御が行われるアドホックネットワークの一例を模式的に示す図である。
図１には、一例として、複数の中継器を通信回線で相互に接続してなるアドホックネットワークにおいて、送信端末から受信端末までの３つの経路（１つの主経路および２つの迂回経路）が示されている。各経路には監視候補となる中継器が少なくとも１つずつ定められる。主経路は現用の経路を示し、迂回経路は待機中の経路を示す。
図１に示すアドホックネットワークにおいて、監視対象としての中継器に異常が予測された場合に、前記複数の経路の中から、異常が予測された中継器を含む経路を除外して、送信端末から受信端末までのデータの伝送に用いるべき新たな経路が選択される。典型的には、主経路上の中継器に異常が予測された場合に、迂回経路の１つが新たな主経路として選択される。経路の選択基準については、後ほど詳しく説明する。
異常とは、中継器が望ましい通信状態から逸脱すること（例えば、伝送品質が劣化すること、および負荷が上昇することを含む）を言う。異常が発生しやすい状況を検出することを、異常を予測すると言う。
本発明では、異常を予測するために、従来の異常検出に用いられるリトライ回数、回線負荷値、トラフィック量などの、異常が実際に生じている事実を反映する統計量ではなく、中継器によって中継されるフローの個数を、異常の発生のしやすさを表す異常生起確度値として用いる。フローとは、１つの送信元から１つの宛て先へ中継される１つ以上のパケットの列を言う。どのようなフローの個数を異常生起確度値として数えるかは、後ほど詳しく説明する。
異常生起確度値は、監視候補の中から所定の監視頻度に従って監視対象に選ばれた中継器から、周期的に収集される。この監視頻度は、既に収集されている異常生起確度値を用いて、異常が発生しやすい中継器ほど高い頻度で監視対象に選ばれ、かつ異常が発生しにくい中継器も低い頻度で監視対象に選ばれるように定められる。監視対象になるべき中継器は、この監視頻度に選択確率値を加えることで、確率的に選択される。
以上のように実行される経路制御によれば、中継器において中継されるフローの個数を異常生起確度値として用いて異常を予測するので、所定の統計量に反映されるような伝送品質の劣化や負荷の上昇が実際に生じる前に、主経路における異常を予測して迂回経路への切り替えを行うことができる。その結果、すばやい迂回処理が可能になる。
また、異常の発生のしやすさに応じた監視頻度に選択確率値を加えることで確率的に選ばれた中継器から異常生起確度値を収集して異常の予測に用いる。その結果、監視コスト（監視パケットの量、消費電力、観測所要時間）を抑え、かつ異常の見落としも確率的に回避できる。
（交差フロー数および伝送帯域ギャップ数の定義）
異常生起確度値の一例として、交差フロー数および伝送帯域ギャップ数を定義する。異常生起確度値は、前述したように、中継器において中継されるフローの個数であり、中継器における異常の発生しやすさを表す。
まず、交差フロー数の定義について説明する。
図２（Ａ）〜図２（Ｄ）は、フローの交差について説明する図である。
フローとは、前述したように、１つの送信端末から１つの受信端末へ伝送される１つ以上のパケットの列を言う。つまり、同一の送信元ＩＰアドレスおよびポート番号、ならびに、同一の宛て先ＩＰアドレスおよびポート番号を持った１つ以上のパケットの列を１つのフローと数える。
中継器が複数のフローを中継する場合、１つのフローを着目するフローとして、送信元ＩＰアドレスおよびポート番号、ならびに、宛て先ＩＰアドレスおよびポート番号のうちのいずれか１つでも着目するフローとは異なるフローを、着目するフローに対して交差するフローと定義する。
図２（Ａ）には、着目するフローとは送信元ＩＰアドレスおよび宛て先ＩＰアドレスのいずれもが異なる２本の交差するフローが模式的に示されている。なお、ＩＰアドレスの違いは図中で中継器からの方向の違いで表現される。
また、図２（Ｂ）には、着目するフローとは送信元ＩＰアドレスおよび宛て先ＩＰアドレスのいずれもが異なる３本の交差するフローが模式的に示されている。
また、図２（Ｃ）には、着目するフローとは送信元ＩＰアドレスが同一でかつ宛て先ＩＰアドレスが異なる２本の交差するフローが模式的に示されている。
また、図２（Ｄ）には、着目するフローとは送信元ＩＰアドレスが異なりかつ宛て先ＩＰアドレスが同一の交差するフロー、着目するフローとは送信元ＩＰアドレスおよび宛て先ＩＰアドレスが逆になっている交差するフロー、ならびに、着目するフローとは送信元ＩＰアドレスおよび宛て先ＩＰアドレスが一致するが送信元ポート番号および宛て先ポート番号の少なくともいずれか一方が異なる交差するフローが模式的に示されている。
本発明では、送信端末から受信端末へ流れるフローを着目するフローとし、各中継器において、着目するフローに対して交差するフローの個数を交差フロー数と定義する。
交差フロー数が多いほど、中継器で中継されるべきトラフィック量が多くなりやすく、かつ無線通信環境の変化（例えば、機器の移動や障害物の変化など）に対する安定性の余裕が小さくなりやすいため、中継器で異常が発生しやすくなると判断する。
次に、伝送帯域ギャップ数の定義について説明する。
図３（Ａ）、図３（Ｂ）は、フローに発生する伝送帯域ギャップについて説明する図である。
ある種の無線通信の規格では、通信回線における信号の減衰の大きさによって伝送帯域を変化させることが規定される。例えば、無線ＬＡＮの規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ａ、１１ｇでは、無線リンクの伝送帯域を、信号の減衰が大きくなるにつれて段階的に、５４Ｍビット／秒から４８、３６、２４、１２、９、６Ｍビット／秒へ落とすことが規定されている。
このような規格に基づく通信では、車々間通信において中継器として機能する車が移動する場合や、道路に固定的に設置された基地局間を障害物としてのトラックが通過する場合など、信号の減衰により無線リンクの伝送帯域が大きく低下することがある。
中継器が中継する１つのフローに関して、受信側と送信側のそれぞれの無線リンクの伝送帯域は、一般的には独立して変動する。
図３（Ａ）には、受信側の無線リンクの伝送帯域よりも送信側の無線リンクの伝送帯域のほうが大きい場合が模式的に示されている。
図３（Ｂ）には、受信側の無線リンクの伝送帯域よりも送信側の無線リンクの伝送帯域のほうが小さい場合が模式的に示されている。
本発明では、フローの受信側の無線リンクの伝送帯域よりも当該フローの送信側の無線リンクの伝送帯域のほうが小さい場合を、伝送帯域ギャップが生じていると定義する。そして、中継器において、伝送帯域ギャップが生じているフローの個数を伝送帯域ギャップ数と定義する。
伝送帯域ギャップ数が大きいほど、中継器内のバッファで残留するパケットが多くなりやすいため、中継器で異常が発生しやすくなると判断する。
（経路制御装置を含むネットワークの構成）
図４は、本実施の形態にかかる経路制御装置としての端末装置３００を含むネットワークシステム１００の構成の一例を示す図である。
図４に示すように、本実施の形態にかかるネットワークシステム１００は、端末装置３００、端末装置４００を含む複数の端末装置と複数の中継器２００とが通信回線で接続されてなるアドホックネットワークである。端末装置３００および端末装置４００は、それぞれ上述の送信端末および受信端末に対応する。ここで、それぞれの通信回線は無線回線であっても有線回線であってもよく、また、一部または全ての端末装置は中継器としての機能を含んでいてもよい。
ネットワークシステム１００を、一般的な通信ネットワークシステムとして考える場合、具体的に、端末装置３００は、カメラ、携帯電話、テレビ、カーナビ、パソコンなどの機器に対応し、中継器２００は、ルータ、スイッチなどの機器に対応する。
図４において、中継器２００は、パケットを受信するパケット受信部２０６と、受信したパケットの転送先を判定する経路制御部２０７と、決定された転送先へパケットを送信するパケット送信部２０８と、交差フロー数および伝送帯域ギャップ数の一方または両方を異常生起確度値として決定する異常生起確度値決定部２０９とを備える。
端末装置３００は、データの送受信を行うデータ送受信部３０１と、主経路と迂回経路とを示す経路情報を生成する経路情報生成部３０２と、中継器２００から収集した異常生起確度値（交差フロー数および伝送帯域ギャップ数の一方または両方）を用いて中継器の異常を予測する経路異常予測部３０３と、主経路上の中継器に異常が予測されたときに迂回経路の１つを新たな主経路として選択する迂回経路選択部３０４と、通信制御を行う通信部３０５とを備える。
以下では、中継器２００および端末装置３００のそれぞれの動作の概要を、従来の技術に属する事項を含めて簡略に説明し、その後、中継器２００の特徴的な動作、および端末装置３００の特徴的な構成と動作について詳細に説明する。
（中継器の動作の概要）
中継器２００の動作の概要について説明する。
図５は、中継器２００の動作の一例を示すフローチャートである。
パケット受信部２０６は、通信回線で接続された中継器または端末装置からデータを受信する（Ｓ１０１）。
経路制御部２０７は、経路制御部２０７が管理する経路情報に基づき、パケットの行き先ごとの送信キューにパケットを格納する（Ｓ１０２）。
パケット送信部２０８は、各送信キューの残量に基づき、送信キューごとの送信間隔を制御し、パケットを送信する（Ｓ１０３）。
異常生起確度値決定部２０９は、異常生起確度値としての交差フロー数および伝送帯域ギャップ数の一方または両方の最新値を、後ほど詳しく述べる手順に従って、周期的に決定する（Ｓ１０４）。
異常生起確度値決定部２０９は、端末装置３００からの問合せに応じて、決定した異常生起確度値を通知する（Ｓ１０５）。
（端末装置の動作の概要）
経路制御装置としての端末装置３００の動作の概要について説明する。
図６は、端末装置３００の動作の一例を示すフローチャートである。
経路情報生成部３０２は、主経路と迂回経路とを示す経路情報を生成し、主経路を示す経路情報を主経路上の中継器２００へ通知する（Ｓ２０１）。
データ送受信部３０１は、テキスト、映像、音声など様々な種類の情報を含むデータを、主経路を介して伝送する（Ｓ２０２）。
通信部３０５は、主経路および迂回経路のそれぞれにおける各中継器２００から、各中継器２００の異常生起確度値決定部２０９にて決定された異常生起確度値を収集する（Ｓ２０３）。
経路異常予測部３０３は、各中継器２００から収集された異常生起確度値に従って異常が発生しやすい中継器ほど高い頻度で監視対象に選ぶための監視頻度値を決定し、決定された監視頻度値を用いて監視対象になるべき中継器を選択する（Ｓ２０４）。
経路異常予測部３０３は、通信部３０５を介して、監視対象に選ばれた中継器から最新の異常生起確度値を収集する（Ｓ２０５）。
経路異常予測部３０３による中継器の選択および監視のための構成および処理については、後ほど詳細に説明する。
迂回経路選択部３０４は、監視対象に選ばれた中継器２００について、伝送品質を表す伝送品質値、および負荷の大きさを表す負荷値を取得する（Ｓ２０６）。
経路異常予測部３０３は、収集された異常生起確度値を用いて、中継器の異常を予測する（Ｓ２０７）。例えば、主経路上の中継器２００から、予め定められた良判定の上限値を超える異常生起確度値が取得された場合、主経路上の中継器に異常が予測されたことを迂回経路選択部３０４へ通知する（Ｓ２０７でＹＥＳ）。
迂回経路選択部３０４は、前記通知を受けると、決定された伝送品質値によって表される伝送品質が予め定められた基準よりも悪い中継器を含まない迂回経路（典型的には、決定された伝送品質値によって示される伝送品質が最も良い迂回経路）を新たな主経路として選択する。そして、新たな主経路を示す経路情報を新たな主経路上の中継器２００へ通知することにより、新たな主経路を介してデータの伝送を行う（Ｓ２０８）。
迂回経路選択部３０４による迂回経路選択処理については、後ほど詳細に説明する。
（交差フロー数、伝送帯域ギャップ数の決定処理の詳細）
異常生起確度値決定部２０９による交差フロー数および伝送帯域ギャップ数の決定処理について、詳細に説明する。
まず、異常生起確度値決定部２０９が交差フロー数を決定し、決定された交差フロー数を異常生起確度値として端末装置３００へ通知する場合について説明する。
図７（Ａ）は、中継器２００で中継されるフローの一例を示す図である。図７（Ａ）の例では、主経路上で伝送される着目するフロー１（アドレスＡからアドレスＢへのパケットの列）に対して、２つの交差するフロー２およびフロー３（アドレスＣからアドレスＤへのパケットの列）が示されている。
図７（Ｂ）は、異常生起確度値決定部２０９に設けられるフロー情報テーブルの一例を示す図である。フロー情報テーブルには、中継器２００が中継する個々のフローについてフロー情報が記録される。フロー情報は、フローを識別する識別番号、フローを構成するパケットの送信元ＩＰアドレス、送信元ポート番号、宛て先ＩＰアドレス、宛て先ポート番号、およびフローが最後に確認された時刻である更新時刻からなる。
図７（Ｂ）に示されるフロー情報テーブルの内容例は、図７（Ａ）に対応しており、例えば、フロー１について、識別番号が１、送信元アドレスがＡ、送信元ポート番号が１０００、宛て先アドレスがＢ、宛て先ポート番号が２０００、更新時刻がＴ１であるフロー情報が記録されている。
図８は、異常生起確度値決定部２０９によって実行される交差フロー数決定処理の一例を示すフローチャートである。交差フロー数決定処理は、例えば、中継器２００が１つのパケットを中継するたびに実行される。
経路制御部２０７は、中継するパケットを解析することにより、パケットのＩＰヘッダーから送信元ＩＰアドレスおよび宛て先ＩＰアドレスを抽出し、パケットのＴＣＰヘッダーまたはＵＤＰヘッダーから送信元ポート番号および宛て先ポート番号を抽出する（Ｓ３０１）。
異常生起確度値決定部２０９は、送信元ＩＰアドレス、宛て先ＩＰアドレス、送信元ポート番号、および宛て先ポート番号の値が抽出されたそれぞれの値と一致するフロー情報をフロー情報テーブルから検索する。当該フロー情報がフロー情報テーブルに存在すれば、フロー情報テーブルにおける当該フロー情報の更新時刻を現在時刻に変更する。当該フロー情報がフロー情報テーブルに存在しなければ、当該フロー情報を、更新時刻を現在時刻として生成して、フロー情報テーブルへ追加する（Ｓ３０２）。
更新時刻と現在時刻との比較によって一定期間更新されていないことが示されるフロー情報を、フロー情報テーブルから削除する（Ｓ３０３）。
異常生起確度値決定部２０９は、端末装置３００から異常生起確度値の問合せがあった場合に、フロー情報テーブルに記録されているフロー情報の個数から１減じた数である交差フロー数を異常生起確度値として、端末装置３００へ通知する（Ｓ３０４）。
次に、異常生起確度値決定部２０９が伝送帯域ギャップ数を決定し、決定された伝送帯域ギャップ数を異常生起確度値として端末装置３００へ通知する場合について説明する。
図９（Ａ）は、中継器２００で生じている伝送帯域ギャップの一例を示す図である。図９（Ａ）の例では、主経路上で伝送される着目するフロー１（アドレスＡからアドレスＢへのパケット列）に対して、２つの交差するフロー２およびフロー３（アドレスＣからアドレスＤへのパケット列）が示されている。
フロー１について受信側の伝送帯域１０Ｍｂｐｓよりも送信側の伝送帯域５Ｍｂｐｓのほうが小さく、またフロー２およびフロー３について受信側の伝送帯域１０Ｍｂｐｓよりも送信側の伝送帯域８Ｍｂｐｓのほうが小さい。つまり、図９（Ａ）の例では、フロー１、フロー２、およびフロー３の全てに伝送帯域ギャップが生じている。
ここでは、このようなフローごとの受信側の伝送帯域を示す情報およびフローごとの送信側の伝送帯域を示す情報は、例えばパケット受信部２０６およびパケット送信部２０８でそれぞれ記録されているとする。
図９（Ｂ）は、異常生起確度値決定部２０９によって管理されるフロー情報テーブルの一例を示す図である。フロー情報テーブルには、中継器２００において伝送帯域ギャップが生じている個々のフローについて、フローを識別する識別番号、フローを構成するパケットの送信元ＩＰアドレス、送信元ポート番号、宛て先ＩＰアドレス、宛て先ポート番号、更新時刻からなるフロー情報が記録される。
図９（Ｂ）に示されるフロー情報テーブルの内容例は、図９（Ａ）に対応しており、例えば、伝送帯域ギャップが生じている識別番号が１のフローについて、送信元アドレスとしてＡ、送信元ポート番号として１０００、宛て先アドレスとしてＢ、宛て先ポート番号として２０００、更新時刻（フロー情報が最後に確認された時刻）としてＴ１が記録されている。
図１０は、異常生起確度値決定部２０９によって実行される伝送帯域ギャップ数決定処理の一例を示すフローチャートである。伝送帯域ギャップ数決定処理は、例えば、中継器２００が１つのパケットを中継するたびに実行される。
経路制御部２０７は、前述のステップＳ３０１と同様にして、中継するパケットから送信元ＩＰアドレス、送信元ポート番号、宛て先ＩＰアドレス、および宛て先ポート番号を抽出する（Ｓ４０１）。
異常生起確度値決定部２０９は、中継するフローの受信側の伝送帯域を示す情報、および送信側の伝送帯域を示す情報を、それぞれパケット受信部２０６およびパケット送信部２０８から取得する。
取得された情報によって中継するフローに伝送帯域ギャップが生じていると示される場合に、前述のステップＳ３０２と同様にして、中継するフローについてのフロー情報をフロー情報テーブルに追加するか、または当該フロー情報の更新時刻を変更する（Ｓ４０２）。
更新時刻と現在時刻との比較によって一定期間更新されていないことが示されるフロー情報を、フロー情報テーブルから削除する（Ｓ４０３）。
異常生起確度値決定部２０９は、端末装置３００から異常生起確度値の問合せがあった場合に、フロー情報テーブルに記録されているフロー情報の個数である伝送帯域ギャップ数を異常生起確度値として、端末装置３００へ通知する（Ｓ４０４）。
（経路異常予測部の構成の詳細）
経路異常予測部３０３の構成について、詳細に説明する。
図１１は、経路異常予測部３０３の機能的な構成の一例を示すブロック図である。
経路異常予測部３０３は、異常生起確度値取得部１０６、異常生起確度値記憶部１０７、活性度算出部１０９、監視頻度値更新部１１０、監視頻度値記憶部１１１、選択確率値生成部１１２、および監視対象選択部１１３から構成される。
異常生起確度値取得部１０６は、監視対象選択部１１３によって監視対象に選ばれた中継器から異常生起確度値（前述の交差フロー数および伝送帯域ギャップ数）を取得する。
異常生起確度値の取得は、監視対象の中継器に対して問合せパケットを発行することによって行われる。異常生起確度値の収集は、一定周期（例えば、現在時刻が計測予定時刻と一致または超過した時点で）行ってもよく、またその他の時間スケジューリングに従って行ってもよい。
異常生起確度値取得部１０６は、主経路上の中継器から異常生起確度値を取得した場合に、その異常生起確度値が予め定められた良判定の上限値を超えていれば、主経路において異常が発生しやすい状況になっていると判断して、主経路において異常が予測されたことを迂回経路選択部３０４へ通知する。
異常生起確度値記憶部１０７は、異常生起確度値取得部１０６で取得された異常生起確度値を中継器ごとに記憶する。
活性度算出部１０９は、異常生起確度値記憶部１０７で記憶されている各中継器の異常生起確度値と、監視頻度値記憶部１１１で記憶されている各中継器の監視頻度値とから、異常生起確度値が大きい中継器ほど監視頻度値が高いという傾向の強さを表す活性度を算出する。
監視頻度値更新部１１０は、算出された活性度に基づいて各中継器の新たな監視頻度値を算出し、監視頻度値記憶部１１１が記憶している監視頻度値を新たな監視頻度値で更新する。
監視対象選択部１１３は、監視頻度値記憶部１１１で記憶されている各中継器の監視頻度値に、選択確率値生成部１１２が生成する選択確率値を加えることで、監視対象になる中継器を確率的に選択する。
監視対象に選ばれた中継器は、異常生起確度値取得部１０６が次に異常生起確度値を取得する対象になるとともに、迂回経路選択部３０４へ通知され、迂回経路選択部３０４が伝送品質値および負荷値を決定する対象にもなる。
これら一連の処理が繰り返し実行されることにより、各中継器を監視するための頻度に異常の起こりやすさに応じた重み付けを行いつつ、全ての中継器への監視を行き届かせることができる。
（経路異常予測部における中継器の選択および監視処理の詳細）
上述のように構成される経路異常予測部３０３における中継器の選択および監視処理について、さらに詳細に説明する。
まず、各中継器の監視精度の考え方について説明する。なお、ここでは、監視精度とは監視頻度の妥当性のことを意味する。
図１２および図１３は、各中継器の監視頻度値と異常生起確度値の一例を示す図である。図１２および図１３の例では、送信端末から受信端末への伝送経路として、実線で示される主経路と、点線で示される３つの迂回経路とが示されている。また、主経路および各迂回経路には、それぞれ１つの中継器が監視候補として定められている。監視候補であるこれらの４つの中継器から監視対象になる中継器が確率的に選ばれ、異常生起確度値および伝送品質値が取得される。
ここで、異常生起確度値は、前述の交差フロー数また伝送帯域ギャップ数である。中継器４の異常生起確度値５０が、中継器１〜中継器３の異常生起確度値５の１０倍であることは、中継器４では、中継器１〜中継器３に比べて異常が発生しやすいことを示している。
また、監視頻度値は、監視対象として各中継器が選択される頻度を表す。例えば、中継器１の監視頻度値が０．２であることは、中継器１が、全ての監視回数のうち２０％の回数で監視されることを示している。
異常が発生しやすい中継器ほど高い頻度で監視することは、限られた監視回数の中で異常を的確に予測する上で妥当である。
しかしながら、図１２の例では、高頻度で監視される中継器は中継器３であり、異常が発生しやすいと考えられる中継器４は、他の異常が発生しにくいと考えられる中継器１および中継器２と同じ監視頻度値しか与えられていない。
このように異常生起確度値が大きい中継器ほど監視頻度値が高いという傾向が弱い場合を、監視精度が低い状態であると定義する。
これに対し、図１３の例では、他の中継器に比べて異常生起確度値が大きい中継器４の監視頻度値が最も高く、その他の３つの中継器の監視頻度値はいずれも低い。
このように異常生起確度値が大きい中継器ほど監視頻度値が高いという傾向が強い場合を、監視精度が高い状態であると定義する。
（異常生起確度値記憶部１０７）
異常生起確度値記憶部１０７は、異常生起確度値取得部１０６で取得された異常生起確度値を、異常生起確度値テーブルを用いて記憶する。
図１４は、異常生起確度値テーブルのデータ構造の一例を示す図である。
異常生起確度値テーブルにおいて、第１列に各中継器の識別番号、第２列に各中継器のＩＰアドレス、第３列に各中継器から取得された異常生起確度値（交差フロー数または伝送帯域ギャップ数）が記録される。
（監視頻度値記憶部１１１）
監視頻度値記憶部１１１は、各中継器の監視頻度値を、監視頻度値テーブルを用いて記憶する。
図１５は、監視頻度値テーブルのデータ構造の一例を示す図である。
監視頻度値テーブルにおいて、第１列に各中継器の識別番号、第２列に各中継器のＩＰアドレス、第３列に各中継器の監視頻度値が記録される。
（活性度算出部１０９）
活性度算出部１０９は、前述した監視精度の高さを表す活性度αを算出する。活性度αは、異常が発生しやすい中継器ほど高い頻度で監視されるという傾向の強さを数値化した指標であり、具体的には、異常生起確度値と監視頻度値との相関の大きさで与えられる。
図１６は、活性度算出部１０９によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。
活性度算出部１０９は、異常生起確度値テーブルから各中継器の異常生起確度値ｌiを読み込み（Ｓ４０）、監視頻度値記憶部１１１の監視頻度値テーブルから各中継器の監視頻度値ｍiを読み込み（Ｓ４１）、読み込んだ異常生起確度値と監視頻度値とを用いて、式１に従って活性度αの変化分を算出する（Ｓ４２〜Ｓ４４）。
Figure 2010061573
式１は活性度αのダイナミクスの定義の一例であり、ｎは監視候補である中継器の台数、ｌiは異常生起確度値テーブルに記録されている中継器ｉの異常生起確度値、ｍiは同中継器の監視頻度値、Ｎ、δはダイナミクスの変化速度を司る定数を表す。異常生起確度値と監視頻度値の積和演算の項は、これらの相関の大きさを示す。
ｌiおよびｍiの上側に付くチルダーは、各値が正規化されていること、つまり、式２、式３の関係にあることを示している。
Figure 2010061573
Figure 2010061573
式１で算出された活性度αの変化分を用いて、式４に従って活性度αを更新する（Ｓ４５）。ここで、Δｔは更新周期によって決定される時間間隔である。
Figure 2010061573
活性度αの変域を、扱い易さのために０から１の閉区間に制限する（Ｓ４６〜Ｓ４９）。この制限により、活性度αは０以上１以下の実数値になる。
活性度αが０に近い状態は、監視精度が低い状態に対応し、活性度αが１に近い状態は、監視精度が高い状態に対応する。なぜなら、式４のダイナミクスに従えば、活性度αは、各中継器の監視頻度値が異常生起確度値から見て望ましい状態であるほど１に近づき、各中継器の監視頻度値が異常生起確度値と乖離しているほど０に近づく挙動を示すからである。
（監視頻度値更新部１１０）
監視頻度値更新部１１０は、活性度算出部１０９によって決定された活性度αの値を基に、監視候補である各中継器に対する新たな監視頻度値ｍiを算出する。
図１７は、監視頻度値更新部１１０によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。
監視頻度値更新部１１０は、活性度算出部１０９から決定された活性度αを読み込み（Ｓ５０）、監視頻度値記憶部１１１の監視頻度値テーブルから監視頻度値ｍiを読み込み（Ｓ５１）、監視頻度値の最大値ｍmaxを検索する（Ｓ５２）。読み込んだ活性度α、監視頻度値ｍi、および監視頻度値の最大値ｍmaxを用いて、各中継器の新たな監視頻度値を算出する（Ｓ５３〜Ｓ５６）。
監視頻度値の算出について、さらに説明を続ける。
式５は、監視頻度値ｍiのダイナミクスの定義の一例であり、式中のβ、γ、ψはダイナミクスの変化速度を司る定数である。
Figure 2010061573
更新頻度値が最大になる中継器に対するこの非線形常微分方程式の定常解は、式６のようになることが分かっている。
Figure 2010061573
また、その他の中継器に対する定常解は式７のようになる。
Figure 2010061573
式５に従って監視頻度値ｍiの変化分を算出し、算出された監視頻度値ｍiの変化分を用いて、式８に従って監視頻度値を更新する。このとき、ΔＴは更新周期によって決定される時間間隔である。
Figure 2010061573
監視頻度値更新部１１０は、監視候補である各中継器について算出された新たな監視頻度値ｍiで、監視頻度値テーブルに記録されている監視頻度値を更新する。
（選択確率値生成部１１２）
選択確率値生成部１１２は、監視対象選択部１１３で監視対象になる中継器を確率的に選択する際に用いられる乱数である選択確率値を発生させる。選択確率値は乱数であることが望ましいが、比較的生成が容易な疑似乱数によって代用してもよい。またその場合に用いる確率分布としては、一般的な一様分布やガウス分布等でよい。
選択確率値の変動範囲は、式６および式７から決定することができる。活性度αが０の場合を考えると、解間の距離Ｄは、式９で与えられる。
Figure 2010061573
これより、選択確率値ηiを式１０のように決定する。
Figure 2010061573
Ｒａｎｄｏｍ関数は、規定された範囲内の実数乱数または疑似実数乱数を生成するものであり、κは零以上の値を取る調整係数である。κを大きくすることによって生成される選択確率値の振幅を大きくすることができる。
（監視対象選択部１１３）
図１８は、監視対象選択部１１３によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。
監視対象選択部１１３は、監視頻度値記憶部１１１が管理する監視頻度値テーブルから各中継器の監視頻度値ｍiを読み出し、式１１によって示すように選択確率値生成部１１２によって生成された対応する中継器の選択確率値ηiと加算することによって、監視対象の中継器を確率的に選択する（Ｓ６０〜Ｓ６４）。
Figure 2010061573
更新された各中継器の監視頻度値は確率値になるように式１２によって正規化される（Ｓ６５〜Ｓ６７）。
Figure 2010061573
図１９は、このようにして求められた正規化済監視頻度値を記録する正規化済監視頻度値テーブルのデータ構造の一例を示す図である。
正規化済監視頻度値テーブルにおいて、第１列に各中継器の識別番号、第２列に各中継器のＩＰアドレス、第３列に式１２によって算出された正規化済監視頻度値が記録される。
監視対象選択部１１３は、正規化済監視頻度値を各中継器のインデックスに対する確率分布として見ることにより、選択対象の中継器のインデックスを確率変数とみなし、この確率変数が取る値によって監視対象の中継器を選択する（Ｓ６８、Ｓ６９）。
以上説明した動作によって、監視頻度値に従って選択された中継器を監視するため、経路上の全ての中継器を常時監視する場合と比べて、監視処理に要するリソースが節約され、狭帯域網でも良好な監視処理が実行可能になる。
また、中継器において中継されるフローの個数を故障生起確度値として用いて故障を予測するため、リトライ回数、回線負荷値、トラフィック量などの、異常が実際に生じている事実を反映する統計量を参照して故障を検出する従来の方法に比して、そのような統計量に反映される異常が実際に生じる前に、早期に異常を予測することが可能になる。
（迂回経路選択処理の詳細）
次に、迂回経路選択部３０４による迂回経路選択処理について、詳細に説明する。
図２０は、迂回経路選択部３０４によって実行される処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、例えば、経路異常予測部３０３から主経路において異常が予測されたことを示す通知を受信した場合に実行される。
迂回経路選択部３０４は、この処理に先立って、経路異常予測部３０３で監視対象に選ばれた中継器について、伝送品質を表す伝送品質値（例えば、ロス率、遅延時間、ジッター値など）を測定し、また当該中継器における負荷の大きさを示す負荷値（例えば、バッファ使用率など）を当該中継器から取得し、図示しないテーブルを用いて、中継器ごとに伝送品質値および負荷値を記憶している。
迂回経路選択部３０４は、経路異常予測部３０３から主経路において異常が予測されたことを示す通知を受信すると、記憶されている伝送品質値と負荷値とを用いて、新たな主経路になるべき迂回経路を選択する。
具体的には、次のような経路選択処理が実行される。
迂回経路選択部３０４は、各迂回経路における中継器について記憶されている伝送品質値を参照し、伝送品質値によって示される最も伝送品質の良い（例えば、ロス率が最も低い）中継器を含む迂回経路を新たな主経路として選択する（Ｓ５０１）。
ただし、最も良い伝送品質が所定の基準を満たさない（例えば、最も低いロス率が所定のしきい値以上である）場合は（Ｓ５０２でＮＯ）、各中継器について記憶されている負荷値を参照し、負荷が低い（例えば、バッファ使用率が所定のしきい値未満である）中継器を含む迂回経路を除外して新たな主経路を選びなおす（Ｓ５０３）。
伝送品質が悪いにもかかわらず負荷が低い中継器では、輻輳ではなく伝送誤りによる伝送品質の劣化が優勢になっていると考えられる。そして、伝送誤りは、輻輳と比べて容易には回復しないことが多い。
上記の処理により、輻輳と伝送誤りとを区別して、回復が難しい伝送誤りが発生している迂回経路を新たな主経路の候補から除外できるので、新たな主経路を適切に選択し、高信頼な伝送を実現することが可能になる。
なお、上記では、ロス率、遅延時間、ジッター値などの測定結果を伝送品質値として用いる例を説明したが、迂回経路選択部３０４は、これらの値を測定せず、前述の異常生起確度値（交差フロー数および伝送帯域ギャップ数）の時間的な変化の大きさを、伝送品質値として用いてもよい。
交差フロー数および伝送帯域ギャップ数が激しく変化する中継器では、伝送品質も大きく変化し、その結果、所望の伝送品質を安定して維持することが難しいと考えられるからである。異常生起確度値の時間的な変化の大きさは、例えば、１つの中継器から所定の期間内に取得された複数の異常生起確度値の分散値で表すことができる。
また、上記では、経路異常予測部３０３にて主経路における異常が予測された際に、迂回経路選択部３０４にて新たな主経路を１つ選択する例を説明したが、迂回経路選択部３０４が行うべき処理はこの例に限られない。
例えば、送信端末から受信端末へのマルチパス伝送が行われるネットワークでは、迂回経路選択部３０４は、マルチパスを構成する経路ごとに伝送するデータ量の割当て（例えば、伝送品質が高い経路には伝送品質が低い経路に比べてより多くのデータ量を割当てる）を行ってもよい。また、経路ごとに伝送するデータの振分け（例えば、伝送品質が最も高い経路を用いて制御信号などの重要度の高いデータを伝送する）を行ってもよい。
（適用例）
次に、本発明の経路制御方法の適用例について説明する。
図２１は、本発明の経路制御方法が適用されるネットワークの具体的な構成の一例を示す模式図である。
図２１の例では、送信端末であるカメラから、受信端末であるテレビまで、１つの主経路と２つの迂回経路とが示されている。また、監視候補である中継器が、各経路に１つずつ示されている。
図２１の例では、監視候補である各中継器から収集された異常生起確度値によって異常が発生しやすいと示される中継器は高頻度で監視対象に選ばれ、異常が発生しにくいと示される中継器も低頻度で監視対象に選ばれる。
そして、監視対象に選ばれた中継器について、新たな異常生起確度値および伝送品質値が収集され、収集された異常生起確度値および伝送品質値を用いて、主経路における異常を予測し、新たな主経路になるべき迂回経路を選択することで、異常を未然に回避することが試みられる。
このような処理によって、異常が発生しやすい中継器ほど高い頻度で監視することは、限られた監視回数の中で異常を的確に予測する上で妥当である。
したがって、監視回数を抑制し、かつ異常を的確に予測することができるため、迂回経路が増えた場合や、監視候補である中継器が数多くある場合でも、少ない量の観測パケットを用いて中継器の状態を適正に把握することが可能となり、その結果、省電力化や、観測パケットによるネットワーク負荷の軽減に貢献できる。
なお、特定の条件下では、中継器からの異常生起確度値の収集および監視頻度値の更新を停止してもよい。例えば、伝送経路や伝送帯域を予約する通信方式の場合、通信が終了するまで、交差フロー数が変化しないため、中継器からの異常生起確度値の収集および監視頻度値の更新を停止し、監視対象とする中継器を固定してもよい。
（異常の規模に応じて経路制御を行う変形例）
次に、ネットワークにおける異常の規模に応じて経路制御を行う変形例について説明する。
図２２は、ネットワークにおける異常の発生のしかたについて説明する図である。
異常の発生のしかたには、経路上の中継器と隣接の多数の中継器とで広域に異常が発生する場合（図２２（Ａ））と、経路上の中継器のみで局所的に異常が発生する場合（図２２（Ｂ））とがある。異常が局所的である場合は短時間での回復を期待して迂回処理を行わず、異常が大規模である場合にのみ迂回処理を行うことで、頻繁な迂回処理による伝送性能の劣化を抑制することが可能になる。
異常の規模に応じた経路制御を行うネットワークシステムについて、図２３および図２４を参照して詳細に説明する。
図２３は、異常の規模を判定し、判定された異常の規模に応じて経路制御を行うネットワークシステム１０１の構成の一例を示すブロック図である。
ネットワークシステム１０１における中継器２１０は、図４のネットワークシステム１００における中継器２００と比べて、局所異常状態判定部２１１および広域異常状態判定部２１２が追加される。
局所異常状態判定部２１１は、中継器２１０における輻輳状態または伝送誤りの程度を判定し、判定の結果を表す情報を保持している。輻輳状態の程度を表す情報は、例えば中継器２１０におけるバッファ使用率であり、伝送誤りの程度を表す情報は、例えば中継器２１０と隣接する他の中継器との間でのパケットの送信にかかる伝送誤り率、ロス率、および遅延時間などの測定結果である。
広域異常状態判定部２１２は、中継器２１０から所定のホップ数までにある他の中継器から輻輳状態または伝送誤りの程度に関する情報を収集し、収集された情報を用いて輻輳状態または伝送誤りが広域的に発生しているかを判定する。
また、ネットワークシステム１０１における端末装置３１０は、図４のネットワークシステム１００における端末装置３００と比べて、経路異常予測部３０３が経路異常予測部３１３に変更される。
経路異常予測部３１３は、経路異常予測部３０３と比べて、異常生起確度値を用いて主経路における異常を予測する点で同様であるが、異常の規模を示す異常発生規模情報を中継器から収集して、異常生起確度値とともに迂回の要否判断に用いる点で異なる。
経路異常予測部３１３は、例えば、主経路上の中継器から収集した異常生起確度値から異常が予測された場合、その中継器に対して問合せを行うことにより、異常が予測された中継器の周囲で発生している異常の規模を示す異常発生規模情報を取得する。そして、取得された異常発生規模情報によって示される異常の規模が予め定められた基準よりも小さい場合には、迂回処理を抑止する。
このように構成される中継器２１０の動作について、前述の中継器２００の動作と異なる点について詳細に説明する。
図２４は、中継器２１０によって実行される、異常規模判定処理の一例を示すフローチャートである。なお、中継器２１０は、上述の中継器２００による処理（図５を参照）と同様の処理を実行し、さらに図２４に示される処理を実行する。中継器２００と同様の処理については、ここでは説明を繰り返さない。
局所異常状態判定部２１１は、中継器２１０における輻輳状態または伝送誤りに関する情報として、例えば、パケット受信部２０６およびパケット送信部２０８におけるパケットの伝送誤り率、ロス率、および遅延時間などを測定する（Ｓ６０１）。
広域異常状態判定部２１２は、中継器２１０から所定のホップ数までにある他の中継器で測定された輻輳状態または伝送誤りに関する情報を収集する（Ｓ６０２）。
具体的に、広域異常状態判定部２１２は、他の中継器に対して問合せパケットを送ることで、他の中継器から通知される情報を収集してもよい。
広域異常状態判定部２１２は、収集された情報を用いて輻輳状態または伝送誤りが広域に発生しているかを判定する（Ｓ６０３）。
広域異常状態判定部２１２は、一例として、収集された情報によって伝送誤り率、ロス率、および遅延時間の劣化（例えば、予め定められたしきい値からの超過）が生じていると示される中継器の数を、単純に異常の規模として決定する。
また、広域異常状態判定部２１２は、伝送誤り率、ロス率、および遅延時間の劣化が、中継器２１０から何ホップ目にある中継器まで連続して発生しているかを特定し、特定されたホップ数を異常の規模として決定してもよい。
さらにまた、広域異常状態判定部２１２は、収集された各中継器の伝送誤り率、ロス率、遅延時間の劣化の度合い（例えば、予め定められたしきい値からの超過量）の合計を異常の強さと定義し、前述のホップ数と異常の強さの積を異常の規模として決定してもよい。
広域異常状態判定部２１２は、端末装置３１０からの問合せに応じて、決定された異常の規模を示す異常発生規模情報を通知する（Ｓ６０４）。
端末装置３１０における経路異常予測部３１３は、上述のようにして通知される異常の規模を示す異常発生規模情報を、異常生起確度値とともに用いて迂回の要否判断を行う。
例えば、主経路上の中継器から通知される異常発生規模情報が、何ホップ目の距離にある中継器まで連続して輻輳状態または伝送誤りが発生しているかを示す値であるとして、その値が０である場合、経路異常予測部３１３は、異常が生じていないか、または生じているとしても主経路上の中継器のみに限定されていて短時間での回復が期待されると判断して、迂回経路選択部３０４に対して迂回処理を指示しない。
他方、前述の値が１以上の値である場合、経路異常予測部３１３は、主経路上の中継器の周囲で広域の異常が生じていて回復は難しいと判断して、迂回経路選択部３０４に対して迂回処理を指示する。
なお、主経路上の中継器から通知される異常発生規模情報は、迂回の要否判断に用いられるのみならず、新たな主経路になるべき迂回経路の選択に用いることもできる。
具体的には、迂回経路選択部３０４は、例えば、主経路上の中継器から通知される異常発生規模情報によって、主経路上の中継器の周囲で広域の異常が生じていることが示される場合には、迂回経路の中で経路のホップ数が最も大きな１つを選択する。
そのような迂回経路は主経路からの距離が離れている可能性が高いため、主経路上の中継器の周囲で生じている異常の影響を受けにくい迂回経路が、新たな主経路として選択されやすくなる。
（まとめ）
以上説明したように、本発明の経路制御装置によれば、中継器において中継されるフローの個数を異常生起確度値として用いて中継器の異常を予測し、異常が予測された中継器を含む経路を除外して、新たにデータの伝送に用いるべき経路を選択するので、所定の統計量に反映されるような伝送品質の劣化や負荷の上昇が実際に生じる前に、すばやい迂回処理が可能になる。
また、異常の発生のしやすさに応じた監視頻度に従って確率的に選ばれた中継器から異常生起確度値を収集して異常の予測に用いるので、監視コスト（監視パケットの量、消費電力、観測所要時間）を抑え、かつ異常の見落としも確率的に回避できる。
本発明にかかる経路制御装置は、メッシュネットワークなどのネットワークシステムに利用できる。
１００、１０１ ネットワークシステム
１０６ 異常生起確度値取得部
１０７ 異常生起確度値記憶部
１０９ 活性度算出部
１１０ 監視頻度値更新部
１１１ 監視頻度値記憶部
１１２ 選択確率値生成部
１１３ 監視対象選択部
２００、２１０ 中継器
２０６ パケット受信部
２０７ 経路制御部
２０８ パケット送信部
２０９ 異常生起確度値決定部
２１１ 局所異常状態判定部
２１２ 広域異常状態判定部
３００、３１０、４００ 端末装置
３０１ データ送受信部
３０２ 経路情報生成部
３０３、３１３ 経路異常予測部
３０４ 迂回経路選択部
３０５ 通信部

Claims (11)

  1. 複数の中継器を介して送信端末から受信端末までデータを伝送するための経路を制御する経路制御装置であって、
    前記送信端末から前記受信端末までデータを伝送するための複数の経路を示す経路情報を生成する経路情報生成部と、
    前記経路情報で示される各経路に少なくとも１つずつ定められる監視候補となる中継器において１つの送信元から１つの宛て先へ中継される１つ以上のパケットの列であるフローの個数を、各中継器における伝送品質の劣化および負荷の上昇を含む異常の発生のしやすさを表す異常生起確度値として用いて、各中継器における前記異常を予測する経路異常予測部と、
    前記監視候補となる前記中継器の１つ以上において前記異常が予測された場合に、前記経路情報によって示される前記複数の経路の中から、前記異常が予測された前記中継器を含む経路を除外して、前記送信端末から前記受信端末までのデータの伝送に用いるべき経路を選択する迂回経路選択部と
    を備える経路制御装置。
  2. 前記経路異常予測部は、前記各中継器が中継するフローのうち、前記送信端末から前記受信端末へのフロー以外のフローの個数を、前記異常生起確度値として用いる
    請求項１に記載の経路制御装置。
  3. 前記経路異常予測部は、前記各中継器が中継するフローのうち、受信のための通信回線の伝送帯域よりも、送信のための通信回線の伝送帯域のほうが小さいフローの個数を、前記異常生起確度値として用いる
    請求項１に記載の経路制御装置。
  4. 前記経路異常予測部は、
    前記監視候補となる前記各中継器の異常生起確度値を監視すべき頻度を表す監視頻度値を記憶している監視頻度値記憶部と、
    前記各中継器について所定の確率値である選択確率値を生成する選択確率値生成部と、
    前記監視頻度値および前記選択確率値に従って、前記各中継器の中から異常生起確度値の監視の対象となる中継器を特定する監視対象特定部と、
    前記監視対象特定部によって特定された中継器から異常生起確度値を取得する異常生起確度値取得部と、
    前記取得された異常生起確度値を記憶する異常生起確度値記憶部と、
    前記記憶された異常生起確度値を用いて、前記監視頻度値記憶部に記憶されている前記監視頻度値の妥当性を表す活性度を算出する活性度算出部と、
    前記活性度に基づき、前記監視頻度値記憶部に記憶されている前記監視頻度値を更新する監視頻度値更新部と
    を有する請求項１に記載の経路制御装置。
  5. 前記迂回経路選択部は、
    前記監視候補となる前記各中継器について、伝送品質を表す伝送品質値を決定し、
    決定された前記伝送品質値によって表される伝送品質が予め定められた基準よりも悪い中継器を含む経路をさらに除いた経路の中から、前記送信端末から前記受信端末までのデータの伝送に用いるべき経路を選択する
    請求項１に記載の経路制御装置。
  6. 前記迂回経路選択部は、
    前記監視候補となる前記各中継器から、中継器における負荷の大きさを表す負荷値を収集し、
    収集された前記負荷値によって表される負荷の大きさが予め定められた基準よりも小さい中継器を含む経路をさらに除いた経路の中から、前記送信端末から前記受信端末までのデータの伝送に用いるべき経路を選択する
    請求項５に記載の経路制御装置。
  7. 前記経路異常予測部は、前記異常が予測された中継器の周囲で発生している異常の規模を示す異常発生規模情報を取得し、取得された前記異常発生規模情報によって示される異常の規模が予め定められた基準よりも小さい場合は、前記迂回経路選択部における前記経路の選択を抑止する
    請求項１に記載の経路制御装置。
  8. 前記経路異常予測部は、前記異常が予測された中継器の周囲で発生している異常の規模を示す異常発生規模情報を取得し、
    前記迂回経路選択部は、取得された前記異常発生規模情報によって示される異常の規模が予め定められた基準よりも大きい場合は、前記経路情報によって示される前記複数の経路の中から、前記異常が予測された前記中継器含む経路を除外して、経路のホップ数が最も大きな１つを選択する
    請求項１に記載の経路制御装置。
  9. 前記経路制御装置は、前記送信端末か、または前記複数の中継器の１つに設けられる
    請求項１に記載の経路制御装置。
  10. 複数の中継器を介して送信端末から受信端末までデータを伝送するための経路を制御する経路制御方法であって、
    前記送信端末から前記受信端末までデータを伝送するための複数の経路を示す経路情報を生成する経路情報生成ステップと、
    前記経路情報で示される各経路に少なくとも１つずつ定められる監視候補となる中継器において１つの送信元から１つの宛て先へ中継される１つ以上のパケットの列であるフローの個数を、各中継器における伝送品質の劣化または負荷の上昇を含む異常の発生のしやすさを表す異常生起確度値として用いて、各中継器における異常を予測する経路異常予測ステップと、
    前記監視候補となる前記中継器の１つ以上において前記異常が予測された場合に、前記経路情報によって示される前記複数の経路の中から、前記異常が予測された前記中継器含む経路を除外して、前記送信端末から前記受信端末までのデータの伝送に用いるべき経路を選択する迂回経路選択ステップと
    を含む経路制御方法。
  11. 複数の中継器を介して送信端末から受信端末までデータを伝送するための経路を制御するためのコンピュータ実行可能なプログラムであって、
    前記送信端末から前記受信端末までデータを伝送するための複数の経路を示す経路情報を生成する経路情報生成ステップと、
    前記経路情報で示される各経路に少なくとも１つずつ定められる監視候補となる中継器において１つの送信元から１つの宛て先へ中継される１つ以上のパケットの列であるフローの個数を、各中継器における伝送品質の劣化または負荷の上昇を含む異常の発生のしやすさを表す異常生起確度値として用いて、各中継器における異常を予測する経路異常予測ステップと、
    監視候補となる前記中継器の１つ以上において前記異常が予測された場合に、前記経路情報によって示される前記複数の経路の中から、前記異常が予測された前記中継器含む経路を除外して、前記送信端末から前記受信端末までのデータの伝送に用いるべき経路を選択する迂回経路選択ステップと
    をコンピュータに実行させるプログラム。
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