(57)【要約】【課題】ネットワーク全体の状態量の計測を効率よく実現可能な計測方法を得ること。【解決手段】所定の数式モデルを読み出して通知する数式モデル取得部１と、ネットワークに対して設定した１以上の計測ポイントの計測結果であるネットワーク情報を蓄積するネットワーク情報ＤＢ４と、ネットワーク情報ＤＢ４からネットワーク情報を読み出し、当該ネットワーク情報に基づいて、数式モデル取得部１により通知された数式モデルのパラメータを決定するパラメータ決定部２と、パラメータが決定した数式モデルを用いて、ネットワークに対して設定される計測対象ポイントについてパケットの状態量を算出する状態量推定部３を備える。【選択図】図１
2010226486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワークにおける計測対象ポイントのパケット状態量を計測する計測方法であって、
計測に用いる所定の数式モデルを取得する数式モデル取得ステップと、
前記ネットワークに対して設定した１以上の計測ポイントの計測結果であるネットワーク情報を取得するネットワーク情報収集ステップと、
前記ネットワーク情報に基づいて、前記数式モデル取得ステップで得られた数式モデルのパラメータを決定するパラメータ決定ステップと、
パラメータが決定された数式モデルを用いて前記計測対象ポイントのパケットの状態量を算出する状態量算出ステップと、
を含むことを特徴とする計測方法。
【請求項２】
前記数式モデルを、
前記ネットワーク上を流れるパケットを流体とみなし、物理的な流体現象である拡散現象を指導的原理としてパケットフローの状態量をモデル化することで得られる式とする、
ことを特徴とする請求項１に記載の計測方法。
【請求項３】
前記ネットワークにおける座標をｘ、時間をｔ、パケットフローの状態量を表す密度関数をＣ（ｘ，ｔ）、拡散係数をＤとして、
【数１】
2010226486.tif 000021
と表される拡散方程式において、パケットフローの時間変化が密度勾配に比例することから、Ｄ＝−ａ2  と置き換え、また、パケットフローの全長をＬ、任意の定数をＡ、整数をｍとし、前記密度関数Ｃ（ｘ，ｔ）を、
【数２】
2010226486.tif 000022
とし、
前記数式モデルを、前記式（２）式を前記式（１）に代入した式とする、
ことを特徴とする請求項２に記載の計測方法。
【請求項４】
ネットワークにおける計測対象ポイントのパケット状態量を計測する計測装置であって、
所定の数式モデルを取得する数式モデル取得手段と、
前記ネットワークに対して設定した１以上の計測ポイントの計測結果であるネットワーク情報を蓄積するためのネットワーク情報記憶手段と、
前記ネットワーク情報記憶手段から前記ネットワーク情報を読み出し、当該ネットワーク情報に基づいて、前記数式モデル取得手段により得られた数式モデルのパラメータを決定するパラメータ決定手段と、
パラメータが決定した数式モデルを用いて、前記ネットワークに対して設定される計測対象ポイントのパケットの状態量を算出する状態量算出手段と、
を備えることを特徴とする計測装置。
【請求項５】
前記数式モデルを、
前記ネットワーク上を流れるパケットを流体とみなし、物理的な流体現象である拡散現象を指導的原理としてパケットフローの状態量をモデル化することで得られる式とする、  ことを特徴とする請求項４に記載の計測装置。
【請求項６】
前記ネットワークにおける座標をｘ、時間をｔ、パケットフローの状態量を表す密度関数をＣ（ｘ，ｔ）、拡散係数をＤとして、
【数３】
2010226486.tif 000023
と表される拡散方程式において、パケットフローの時間変化が密度勾配に比例することから、Ｄ＝−ａ2  と置き換え、また、パケットフローの全長をＬ、任意の定数をＡ、整数をｍとし、前記密度関数Ｃ（ｘ，ｔ）を、
【数４】
2010226486.tif 000024
とし、
前記数式モデルを、前記式（４）式を前記式（３）に代入した式とする、
ことを特徴とする請求項５に記載の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネットワークにおけるパケット状態量の計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ネットワーク上のトラフィックやスループットなど、ネットワークの状態情報を取得するには、ネットワークのスケールに応じて複数のポイントにおいて情報を取得する、または、情報取得の為のプローブパケットを実ネットワークに流す、などの方法が取られる。しかしながら、現在、ネットワーク網の規模は非常に大きく、さらに、ネットワーク上に多数のサブネットワークが接続されているため、ネットワークの状態情報を取得するためにネットワークのパケット状態量を計測するには、非常に広い範囲を対象に計測を実施する必要がある。また、たとえば、サブネットワーク間でキャリアが異なる場合には、非常に多くのネットワークの状態において計測を実施する必要がある。したがって、効率よく計測を実施することが求められる。
【０００３】
たとえば、上記ネットワークが複数のサブネットワークから構成され、当該ネットワークの一部であるサブネットワークに接続される部分でのみ計測でき、サブネットワーク内部では計測できないとすると、ネットワーク全体の測定は困難である。このような場合には、サブネットワークに接続される部分のみの計測にてネットワーク全体の計測を補完するために、計測が不可能なサブネットワークの状態を推定および管理する機能を実現することが必要となる。
【０００４】
具体的には、上記ネットワークの状態を推定・計測するには、計測者が数式モデルを使用して不定形のネットワークにおける状態推定を実施する等、計測の効率を向上可能な数式モデルが必要となる。
【０００５】
ネットワークの状態量を制御する技術として、たとえば、下記特許文献１では、ネットワーク上でのパケットフローについてサービスを公平にうける為の方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−３２２３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の技術によれば、すべてのノードについて状態量を計測することで全体の計測を行うため、各サブネットワークでの計測が不可能な構成の場合には、計測できないノードの状態量が不定である、という問題があった。また、サブネットワーク間のネットワークが物理的に接続された状態であっても、ネットワーク構成の切り替えなどによって計測箇所が変更になる場合には計測が手間取る、という問題があった。
【０００８】
また、上記従来の技術では、パケットフローのサービスによる公平性を保たせるためのフロー制御において、ネットワークから取得できる状態量について一部示されているが、上記のような、複数のサブネットワークからなるネットワークの全体を計測する方法については述べられていない。また、サブネットワークから状態量を取得できない場合に、どのように計測するかについても述べられていない。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数のサブネットワークから構成されるネットワーク全体の状態量の計測を効率よく実現可能な計測方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ネットワークにおける計測対象ポイントのパケット状態量を計測する計測方法であって、計測に用いる所定の数式モデルを取得する数式モデル取得ステップと、前記ネットワークに対して設定した１以上の計測ポイントの計測結果であるネットワーク情報を取得するネットワーク情報収集ステップと、前記ネットワーク情報に基づいて、前記数式モデル取得ステップで得られた数式モデルのパラメータを決定するパラメータ決定ステップと、パラメータが決定された数式モデルを用いて前記計測対象ポイントのパケットの状態量を算出する状態量算出ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ネットワークにおける任意のポイントの状態量について効率的な計測が可能となる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明にかかる計測方法を実現する計測装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、ネットワーク上のパケットフローを流体とみなしてパケット拡散を説明するための図である。
【図３】図３は、モデル式を導くための概念図である。
【図４】図４は、計測の対象となる実ネットワークの構成例を示す図である。
【図５】図５は、計測処理を示すフローチャートである。
【図６】図６は、パラメータの決定処理を説明する概念図である。
【図７】図７は、実ネットワークに対してパケット密度関数を用いた計測を行う場合を説明する図である。
【図８】図８は、本発明にかかる計測方法を適用しない場合のシミュレーションの様子を示す図である。
【図９】図９は、本発明にかかる計測方法を適用した場合のシミュレーションの様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる計測方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態．
図１は、本実施の形態の計測方法を実現する計測装置の構成例を示す図である。図１の計測装置は、計測に用いる数式モデルを予め保持し、計測処理を開始する数式モデル取得部１と、計測対象のネットワークの状態量に基づいて数式モデルのパラメータを決定するパラメータ決定部２と、任意のポイントにおける状態量を推定計測する状態量推定部３と、ネットワークの状態量を蓄積するネットワーク情報ＤＢ４と、を備える。
【００１５】
また、図１の計測装置の数式モデル取得部１は、別途用意された数式モデルを予め保持する。まず、この数式モデルについて、図２および図３を用いて詳細に説明する。図２は、ネットワーク上のパケットフローを流体とみなしてパケット拡散を説明するための図である。図２では、パケットフローを流れとして扱うために、パケットを流体と見立てる。その際に、以下の仮定を設定する。仮定１として、何個かのパケットが中に入った長さλの箱が無数にあると仮定する。仮定２として、横軸をＸとし、パケットおよび箱をＸ方向に１次元的に並べ、パケットの数の時間変化を表す方程式をモデルとする。仮定３として、１つのパケットは、単位時間当たり、右の箱にｆ／２回、左の箱にｆ／２回移動すると仮定する。
【００１６】
上記の条件において、位置ＸnとＸn＋1との間にある箱に、Ｎn（ｎ＝１，２，…）個のパケットが入っているとし、箱から隣接する箱に対して、流束Ｊnで表すことのできるパケットの流れがあると仮定すると、以下の（１）式の関係が成り立つ。
【００１７】
【数１】
2010226486.tif 000003
【００１８】
ここで、それぞれの箱についてのパケット密度関数をＣ（ｘ，ｔ）とし、上記Ｎｎをモデル化すると、以下の式（２）となる。なお、ｘは座標であり、ｔは時間である。ここでは、横軸がＸｎ＋λ／２の位置におけるパケット密度に箱の長さλを乗算し、さらにテーラー展開を実施して近似する。
【００１９】
【数２】
2010226486.tif 000004
【００２０】
つぎに、流束Ｊnについて別途モデル化すると、以下の式（３）となる。ここでは、流速のＸ軸方向の変移に箱の長さλを乗算した項を、基準とする位置の流速に加算する。
【００２１】
【数３】
2010226486.tif 000005
【００２２】
この式（３）から、流束の差分を求めると、以下の式（４）となる。
【００２３】
【数４】
2010226486.tif 000006
【００２４】
そして、上記式（４）を、上記式（１）に代入すると、以下の式（５）となる。
【００２５】
【数５】
2010226486.tif 000007
【００２６】
上記式（５），上記式（１）および上記式（４）より、以下の式（６）が成立する。
【００２７】
【数６】
2010226486.tif 000008
【００２８】
このように、本実施の形態では、パケット密度関数を、流束の微分方程式として表す。さらに、この関係は、Ｘnの値に関係なく成立するはずであるので、以下の式（７）が成立する。
【００２９】
【数７】
2010226486.tif 000009
【００３０】
つぎに、Ｊの値について図２を用いて具体的にモデル化する。着目する箱にあるパケットの数をＮnとし、その左側の箱にあるパケットの数をＮn-1とすると、左側の箱から着目する箱に単位時間Δｔ内に移動するパケットの個数は、以下の式（８）で表される。
【００３１】
【数８】
2010226486.tif 000010
【００３２】
逆に、着目する箱から左側の箱に移動するパケットの個数は、以下の式（９）で表される。
【００３３】
【数９】
2010226486.tif 000011
【００３４】
左側の箱から右側の箱に移動する正味のパケットの数は、箱の中のパケット数の差となるから、位置Ｘnを超えて単位時間当たりに移動するパケットの数は、パケットの流れＪを用いると、以下の式（１０）となる。
【００３５】
【数１０】
2010226486.tif 000012
【００３６】
この関係は、Ｘnの値に関係なく成立するはずなので、さらに、（１１）式としてＤをパケットの拡散係数として定義する。これにより、上記式（１０）は以下の式（１２）となる。
【００３７】
【数１１】
2010226486.tif 000013
【００３８】
【数１２】
2010226486.tif 000014
【００３９】
この式（１２）から、パケットがでたらめに移動する時には、流れは密度勾配に比例することが分かる。また、上記式（１２）を上記式（７）に代入すると、以下の式（１３）となる。これにより、物理的な流体現象である拡散現象を表す式（１３）によって、パケット拡散が表現できることがわかる。
【００４０】
【数１３】
2010226486.tif 000015
【００４１】
つぎに、上記の一般的概念および上記式（１３）を中心とした式をもとに、具体的なパケット拡散のモデル式を導く。
【００４２】
図３は、モデル式を導くための概念図である。図３に示すように、いくつかのパケットが中に入った複数の箱があると仮定し、これらをＸ軸方向に１列に並べ接続する。パケットは、箱の間を移動可能であり、移動の際には、パケットの数の少ない箱の方へ移動する。したがって、パケットの流れの時間変化はパケットの密度勾配に比例し、比例定数は負となる。
【００４３】
まず、パケットの密度の時間変化について説明する。図３の状態におけるパケットの流れをＫ（ｘ，ｔ）とすると、Ｋ（ｘ，ｔ）の時間変化は以下の式（１４）で与えられる。ｘは座標であり、ｔは時間である。なお、ここでは、比例定数を−ａ2とする。
【００４４】
【数１４】
2010226486.tif 000016
【００４５】
ところで、一般的には、流れと密度の関係は、上記式（７）で与えられる。そこで、上記式（７）におけるＪを、ここでのＫと概念的に同一とみなす。上記式（７）を時間で偏微分し、さらに、上記式（１２）をｘで偏微分した結果を代入すると、以下の式（１５）が得られる。また、ここでは、拡散係数Ｄを上記比例定数で置き換える。
【００４６】
【数１５】
2010226486.tif 000017
【００４７】
つぎに、図３の場合におけるパケットの数の変化を表す偏微分方程式のモデルを、以下の式（１６）に提示する。なお、以下の式（１６）において、Ｌは箱の全長，Ａは任意の定数，ｍは整数である。
【００４８】
【数１６】
2010226486.tif 000018
【００４９】
上記式（１６）では、ｔ＝０における密度分布が以下の式（１７）となる。
【００５０】
【数１７】
2010226486.tif 000019
【００５１】
さらに、上記式（１５）に上記式（１６）を代入する。その結果として、以下の式（１８）を得る。
【００５２】
【数１８】
2010226486.tif 000020
【００５３】
この式（１８）を、図３のパケットフローを表すモデル式として用いる。図１の計測装置の数式モデル取得部１は、上記式（１８）の数式モデルを保持することとする。
【００５４】
つづいて、以上のように構成された計測装置における計測動作について説明する。本実施の形態では、計測対象として、サブネットワークを含む大規模なネットワークを想定する。
【００５５】
図４は、計測の対象となる実ネットワークの構成例を示す図であって、図４に示すように複数のサブネットワークを備える。上記計測者などは、この実ネットワークを対象に、計測処理に用いる情報を予め計測し準備しておく。ここでは、ソースノードであるノード１１から、デスティネーションノードであるノード１４に至る経路上に計測ポイントを設置する。たとえば、ノード１１とノード１４の間にはノード１２およびノード１３が配置され、ノード１１，ノード１２，ノード１３，ノード１４のそれぞれに対し、計測ポイント＃１，＃２，＃３，＃４を設置する。なお、このとき、図４のネットワークに接続されるサブネットワーク１５，１６，１７，１８，１９，２０については、計測ができない状態であるため、ブラックボックスとして扱い、入力状態と出力状態のみを計測する。計測するデータは、ここでは、座標，時刻およびパケットの状態量である。なお、上記式（１８）は１次元を想定して導出しているので、パケットの状態量が、密度関数Ｃの値となる。
【００５６】
図５は、本実施の形態における計測処理を示すフローチャートである。計測装置のユーザは、計測処理の開始の指示とともに、上記の計測ポイントの情報と、計測を行いたいポイント（計測対象ポイント）の情報を入力する。計測装置の数式モデル取得部１は、図１の計測装置の操作部（図示せず）などから、ユーザによる計測処理の開始の指示を検出する（ステップＳ１）。また、パラメータ決定部２には、同時に、図４に示すような、１以上の計測ポイントで計測された状態量である計測ポイントの情報が入力される。パラメータ決定部２は、入力された計測ポイントの情報をネットワーク情報ＤＢ４に保存する（ステップＳ２）。また、状態量推定部３は、入力された計測対象ポイントの情報を得る。
【００５７】
なお、図１の計測装置が、計測に用いる他の装置を備えるシミュレーションシステムの構成要素として機能する場合には、数式モデル取得部１およびパラメータ決定部２は、当該他の装置とのインタフェースから上記指示または情報を取得する。
【００５８】
数式モデル取得部１は、計測処理の開始の指示を検出すると、自身が保持する数式モデルである式（１８）を読み出し、パラメータ決定部２に、その旨および数式モデルを通知する（ステップＳ３）。これを受けたパラメータ決定部２は、ネットワーク情報ＤＢ４から計測ポイントの情報を読み出す（ステップＳ４）。
【００５９】
パラメータ決定部２は、読み出した計測ポイントの情報に基づいて、数式モデル上のパラメータを決定する処理を行う（ステップＳ５）。パラメータの決定処理には、たとえば、ルンゲ・クッタ法やアダムス・バッシュフォース法といった公知の手法を用いる。
【００６０】
図６は、上記のパラメータの決定処理を説明する概念図であって、状態量と関数Ｆ（Ｘｉ）とを示す（ｉは自然数）。図４の計測ポイント＃１，＃２，＃３，＃４で取得された状態量が、たとえば、Ｃ（ｘ１，ｔ１），Ｃ（ｘ２，ｔ２），Ｃ（ｘ３，ｔ３），Ｃ（ｘ４，ｔ４）であったと仮定する。上述の方法により、取得した状態量を式（１８）にフィードバックすることで、パラメータＡ，ａ，Ｌ，ｍを決定する。
【００６１】
こうして、全てのパラメータが決定すると、パラメータ決定部２は、その旨およびパラメータが決定した式（１８）を状態量推定部３に通知する。状態量推定部３は、図５のステップＳ５の処理によりパラメータ値が決定された、式（１８）が示す密度関数Ｃ（ｘ，ｔ）を用いて、計測を実施する。具体的には、状態量推定部３は、外部から与えられた推定計測ポイントの情報（座標，時刻）を入力値として密度関数に代入することで、出力値として推定計測値（パケットの状態量）を得る（ステップＳ６）。
【００６２】
図７は、実ネットワークに対してパケット密度関数を用いた計測を行う場合を説明する図である。図７の実ネットワークは、図５の実ネットワークと同じであるが、時間変化により状態は異なる。また、図７では、図５の構成に加えて、ノード２１をさらに示す。ここでは、ブラックボックスであって内部が計測不可能であるサブネットワーク２０について、その内部のノード２１を推定計測する。ノード２１に対して計測ポイント＃５を設定したと仮定し、ステップＳ４でパラメータが決定した密度関数Ｃ（ｘ，ｔ）に対し、計測ポイント＃５の座標“ｘ５”および計測したい時間“ｔ５”を入力することで、推定計測値が得られる。
【００６３】
図８は、本実施の形態の計測方法を適用しない場合の、シミュレーションの様子を示す図である。図８では、計算対象であるノードであるノード３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７の配置を示す。ここで、ソースノード（ノード３１）からデスティネーションノード（ノード３７）までの通信経路の流量（トラフィックなど）をシミュレーションする場合、各ノードについての流量を順に計算する必要がある。具体的には、ノード３１についての流量計算結果を、ノード３２についての流量計算の入力とする。以下、同様に、ソースノードからデスティネーションノードの方向で、上流ノードの流量計算の結果を下流ノードの流量計算の入力値として与える必要がある。したがって、シミュレーションにあたって計算処理に時間がかかる。
【００６４】
一方、図９は、本実施の形態の計測方法を適用した場合の、シミュレーションの様子を示す図である。ここでは、図８と同じノード３７を計測対象とし、ノード３７を特定する情報（ｘ３７，ｔ３７）をモデル式の入力値として、ノード３７の状態量（パケットの状態量、すなわちトラヒック量）を計算する。これにより、図８の場合と比較して、計算時間を大幅に短縮することができる。
【００６５】
なお、上記の数式モデル取得部１は、数式モデルとして式（１８）のみ保持することとしたが、複数保持することとしてもよい。この場合、他の数式モデルは、計測ポイント（たとえば、＃１〜＃４）の測定結果（状態量）により特定可能なパラメータを含み、指定された時間と位置に基づいてパケットの状態量を推定可能な数式モデルである。
【００６６】
具体的には以下の処理を行う。数式モデル取得部１は、複数の数式モデルを保持する場合、さらに、ネットワークの構成情報と数式モデルとを対応させるテーブルなどを保持し、当該テーブルにしたがって数式モデルを選択する。ネットワーク構成情報とは、たとえば、リンク数やネットワーク全体の状態量などであって、ネットワークの規模を含む性質を特定する情報である。また、上記テーブルは、たとえば、ネットワーク構成情報を段階的に分けた値（たとえば、リンク数＜ｘ，ｘ≦リンク数≦ｙ，ｙ＜リンク数）と、数式モデルとを１対１で保持する。
【００６７】
また、この場合、ネットワーク構成情報は、計測処理の前に、計測者などにより取得され準備される（図４等参照）。そして、上記計測ポイントの情報が与えられるタイミングで、外部（ユーザなど）から計測装置に与えられる。また、この場合、ネットワーク構成情報を受信する機能部を計測装置内に用意する。ネットワーク構成情報を受信する機能部は、入力を受けると、当該構成情報をメモリに登録する。そして、当該機能部は、数式モデル取得部１に対し数式モデルの選択を指示する。これを受けた数式モデル取得部１は、上記メモリからネットワーク構成情報を読み出し、当該ネットワーク構成情報に基づいて、使用する数式モデルを決定する。以降の処理は、上記図５と同じである。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態では、ネットワーク上のパケットフローを流体とみなし、流体の物理的な振る舞いである拡散現象を指導原理として、数式上のモデル化を実施した。さらに、実ネットワーク上から計測される状態量を導入することで当該モデル式上のパラメータを決定し、パラメータが決定したモデル式を用いて、計測ポイントの状態を推定計測することとした。これにより、ネットワークの一部分の情報を用いることで、ネットワーク全体、または任意の箇所を対象とした状態量の計測が可能となり、計測の効率化が実現できる。また、これにより、直接の計測が不可能なポイントの状態量についても推定計測が可能となる。
【００６９】
また、本実施の形態では、上記計測方法を計測装置において実行することとし、各ノードについて実施していた流量（トラフィック等）の計算を、所定の数式モデルを用いて行うこととした。これにより、シミュレーションにおける計算処理時間を大幅に短縮可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上のように、本発明にかかる計測方法は、大規模なネットワークに有用であり、特に、複数のサブネットワークを備えるネットワークに適している。
【符号の説明】
【００７１】
１  数式モデル取得部
２  パラメータ決定部
３  状態量推定部
４  ネットワーク情報ＤＢ
１１，１２，１３，１４，２１，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７  ノード
１５，１６，１７，１８，１９，２０  サブネットワーク
【図１】
2010226486.tif 000025
【図２】
2010226486.tif 000026
【図３】
2010226486.tif 000027
【図４】
2010226486.tif 000028
【図５】
2010226486.tif 000029
【図６】
2010226486.tif 000030
【図７】
2010226486.tif 000031
【図８】
2010226486.tif 000032
【図９】
2010226486.tif 000033