Author(s)
田中, 昌二; 原山, 美知子
Citation
[電子情報通信学会技術研究報告. NS, ネットワークシステ
ム] vol.[113] no.[472] p.[143]-[148]
Issue Date
2014-02-27
Rights
copyright 2014 IEICE
Version
出版社版 (publisher version) postprint
URL
http://hdl.handle.net/20.500.12099/53495
※この資料の著作権は、各資料の著者・学協会・出版社等に帰属します。
多 経 路
同
時送 信 方
式
SMPC
に お
け
る
経 路 間優 先制 御
手
法
田
中 昌
二
†原 山
美知
子
‡†岐 阜 大 学 大 学 院
工学 研 究 科
〒
501
−1193
岐 阜 県 岐 阜 市 柳
戸
1−1
‡
岐阜大学
工
学部
〒
501−1193
岐阜
県
岐
阜市柳
戸
1−1
E
−
mail ：†
akiji
＠
gifU−
u．
ac．
jp
，‡
harayama＠gifU−
u．
ac．
jp
あ ら ま し
大 容 量
コ ンテ
ン ツ の通 信 は 通 信 路
の輻
輳 を 発 生 しや
す
く
ボト
ルネ
ック リ
ンク
の負 荷
を
増
大
す
る．
これ
を 回 避
す
るた め
，一
つ の フロー
を
複 数 経 路
に 同 時
に分
配 送
信 す
る通
信
方 式
SMPC
（
Simultaneous
Multi−Path
Comm
ication
）
に
つ い て研 究 を 進 め
てき た
．
SMPC
で は，IP
ベー
ス の ソー
ス ルー
テ ィ ング
機 能
によ
り副 経 路
を 生
成
し
，経 路 毎 に 通 信
状
況 を 監
視
し送 信 帯
域
を 制
御 す
る
．
これ に よ
っ てスルー
プ
ットを
維
持
しな が ら混
雑
した
経 路
を 回
避
す
る
こと が
でき る
．
しか
し，
ホ
ップ
数
の多
い経 路
はネ
ット
ワー
クリ
ソー
ス の消 費
が
大 き
い．
そ
こ で，
本研 究
では
，
複 数
の経 路
に優 先 順 位
を
設 定
し，順 位
の高
い経 路
を
優 先 的
に使 用 す
る制 御 方 法
を
提 案 す
る．
これ
に より
，
SMPC
のネ
ッ ト ワー
ク リ ソー
ス の消
費
は最
小 限
に抑
え られ
る．
キ
ー
ワー
ド
輻 輳 回 避
， マ ル チパ ス通 信
，送 信 制 御
，IPv6
， ソー
ス ルー
テ
ィング
Path
priority
control
method
for
simultaneous
multi −
path
communication
Akiji
TANAKA
†and
Michiko
HARAYAMA
‡†
Graduate
School
ofEngj 皿eering，
Gi
釦University
l−1
Yanagido
，GifU−
shi，GifU
，501−1193
Japan
S
Faculty
ofEnginee血
1g，
GifU
University
1−1
Yanagido，
GifU−
shi，
GifU，501−ll93
Japan
E −
mai1：†
akiji＠g
血一
u．
acjp ，‡
harayama
＠gifU−
u．
acjpAbstrac
重Transmission
oflarge
capacity contentdata
likely
induces
congestion andincreases
transmission
load
onthe
bottleneck
link．
In
orderto
avoidthe
congestion ， wehave
investigated
onSMPC
（
Sjmultaneous
Multi−Path
Communication
）
method
to
distribute
aflow
ofd
包ta
to
multipath．
SMPC
generates
a sub−
path
by
IP
−
based
source routing and controlstransmission
ba
皿dwidth
of eachpath
monitoringits
congestion status．
By
usingSMPC
， congestionis
avoidable，
maintaining血 oughput of
the
now ．
The
longer
−hop
path，
however，
likely
consumesthe
more netWork resource．
Therefore
，
in
this researchwe
propose
the
path−priority
control method ontransmission
with multipath．
This
method m 血imizes
consumption of netWerkresource at
SMPC ．
Keyword
Congestion
avoidance ，MUIti−path
Cornmunication
，Transmission
control，
IPv6
，Source
Routing
L
は じ
め
に
近 年 で は，
FTTH
を 始 め と し た高
速 イン ター
ネ
ッ ト接 続 環 境 や
，
ス マー
トフ ォ ン に代 表 さ れ
る高 性 能
モ バ イル 通 信 端 末 が一
般 層 に まで 普 及 し た こ とで，
イ ン ター
ネ ッ ト を 利 用 し た 動 画 の視 聴，
OS
イメー
ジ の配 布 と い っ た 大容
量コ ン テ ン ツ の送 受 信
が 広く利 用 さ れ
るよう
にな
っ た．
そ
う
し た中
，
著 者 ら
はエ ン ド ノー
ド が シ ング
ルNIC
，
単
一
IP
ア ドレ ス で利 用
可能 な 多 経 路
同時 送 信 方 式
で あ るSMPC
（
Simulations
Multi
−
PathCommunication
）
につ い て 研 究 し て き た［
1
−−
6
】
．
SMPC
は，
通 常
の動 的 経 路 制
御
に よっ て得
ら れ る最 適 経 路
の ほ かに，
IP
べ一
ス の ソー
ス ルー
テ ィ ング オ
プ シ ョ ン に よ る迂
回路
を使
用 す る こと
で，
単
一
のNIC
で多 経 路
同時 送 信
を 行 な う 通 信方
式
で あ る．
ま た，
デ
ー
タパ ケ ッ トの 通信 状
況 を観 測
し経 路
の 混 雑 状 況 を推 定
して 通 信パ ケ ッ トの分
配 を コ ン トロー
ル す るこ と で輻 輳
を 回 避す
る．SMPC
で は各 経
路
が 独 立 し てそ れ ぞ れ に通 信 速 度 を 向
上さ
せ よう
とす
るた め
，
最 適 経 路
に充 分 な
可用 帯 域
が存 在
す る 場合
であ
っ て も，
デ
ー
タパ ケッ トの 約 半 数 は 迂 回 経 路 に対
し て 送 出 さ れ る．
し か し，
迂 回経
路は経
由ルー
タ数
の増
加 な ど に よ り，
最
適経 路
とく
らべ て よ り多
くのネ
ッ ト ワー
ク リソー
スを 消 費 す
る こ と にな
る た め，
ネ ッ トワー
ク リ ソー
ス の有
効 利
用 という観 点
か ら は可 能 な 限 り
最 適 経 路
を利 用
して通 信 す
ること
が望 ま
しい．
そ こ で 本 稿で は
，
ネ ッ トワー
ク リ ソー
ス 消費
を最 適
化 す る た め，SMPC
が 利 用 す る経 路 間
に優 先 順 位
を設定
し，
よ り優 先 度
の高
い経
路 を積
極 的 に利
用す
る経 路
問 優 先 制 御 機 構
を 提案
す る と と も に，
シ ミュ レー
シ ョ ン結 果 に 基づ き経 路 間 優 先 制 御 機 構
の有 効 性
を 示 す．
NII-Electronic Library Service
2．SMPC
の概 要
SMPC
は，
1
フ ロー
中
のデ
ー
タ パケ
ット を
主経 路
と 副経 路
へ 同時
に 分 配送 信
す るこ とで，
ど ち ら か の経 路
が 混 雑 し て い た と し て も 通 信 全 体 の ス ルー
プ ッ ト を 高 く保
っ送 信 方
式で ある．
図
1
にSMPC
の 基 本 的 な ネ ッ ト ワー
ク 構 成 を， 図2
にSMPC
送受 信
ノー
ドに お ける モ ジュー
ル構 成
を 示す
．
Su卜path SOIIrcenode一一
＝ 〒−
r−
→レ d°
s 虹 瞞n
（
「k Maln−
path 図 lSMPC の概 念
SRC （Source Node） DST （Destination Node） 図2SMPC
の モ ジ ュー
ル構 成
SMPC
がデ
ー
タ送 信
に利
用す
る経 路
のう
ち，
1
本
は一
般的
な IP ルー
テ ィ ン グ 手 法に よ り導
か れ た最 適 経
路
で あ り，
この経 路
を 主経 路
（
main−path
） と 呼 ぶ．
ま た，
主経 路
以外
の迂
回経 路
を副 経 路
（
sub−
path
）
と 呼 ぶ．
副経 路 上
に は，
SMPC
パ ケ ット
の中 継
を行 う 中 継
ノー
ド （RLY
） が存 在
して お り，
副経 路
の利 用
は IPv4経
路 制 御 オ プ シ ョ ン ［7
】やIPv6
経 路
制御
ヘ ッダ
タ イ プ 0［
81
を 用い て パ ケ ッ ト に中 継
ノー
ド を 経 由 さ せ る こ と に よっ て行わ れ る．
2．
L
パケ
ット送
信 間 隔
ベー
ス の送 信 速 度
制
御
SMPC は 固
定
サ イ ズの デー
タ パ ケ ッ ト の 送 信 間 隔 を制 御 す
る こ とで 各経
路のデ
ー
タ 送 信速 度
を 制御 す
る．
こ こ で は，
通 信
パ フ ォー
マ ン ス を 示 す 指標
の計算
にパ ケッ ト長 で はな
く，
パ ケ ッ ト に含 ま れ
るデ
ー
タ サ イ ズ を利 用 す
る．
これ は，
副 経 路へ 送 信 す るパ ケ ッ トのヘ ッダ
に は中 継
ノー
ドの ア ドレ ス な ど が 含 ま れ，
デ
ー
タ サ イズ が 同 じ で あっ て も主 経 路 向 け
の パケ
ット
とは
パ ケッ ト長
が異
な る た め で あ る．
2．
2．
受 信 速 度
のイ
ンラ
イ
ン計 測
SMPC
は各 経 路
へ
送 信 す
るデ
ー
タパ ケッ ト を プ ロー
ブ
と して，
そ れ ぞ れの受 信 速 度
を イ ン ラ イ ン計 測 す
る，
同一
経 路へ 連 続 して 送 信 さ れ るN
個の パ ケ ッ ト に よ る集 合
をパ ケ ッ ト トレ イ ン と 呼 び，
イ ン ライン 計 測の 処 理単
位 と し て 利 用 す る．
こ こ でN
は 通信 開 始 前
に 予 め 決 め ら れ た値
で あ り，
基 本 的 に 通 信 中 は変
化 し ない もの とす
る．
図
3
にイ
ン ライ
ン計 測
の概 念 を 示 す
．
SRC DST Ts l Ts z TsTs
3 Ts
u
＝
Ts
。
−
Ts
1Data
packet
軸
、
、
、
、
隔
、
、
丶丶
丶
、
、
噌、
、、
一
、黜
、
、
噛
、、
、嘲
、
、
嘲
、
馬
、
、
鞠
一
，一
”，
’
−
SACK
packet （including Tr） Tr lTr 2Tr 3 Tr TrnTr
＝
Tr。
一
Ws＝
：
（N−
1）＊S〆Ts：Sending rate Wr＝
（N−
1）＊S／Tr：ReceiVing rateN ：Number ofpaoketS on a train S：Data size efapaeket
図
3
受 信 速度
の イン ラ イン計 測
一
TrL送
信
ノー
ド は，
パ ケ ッ ト ト レ イ ン の 送信 所 要
時間
Ts
［
sec］
と 1 パ ケ ッ トで 送 ら れ るデ
ー
タ サ イ ズS［
bit
］
，
お よ びN
から 送 信 速 度 叫
を求
め，
パ ケ ッ ト トレイ ン の 送 信経 路
，
パ ケ ッ ト トレイン識 別
子 と とも
に一
旦保
持す
る．
（N−
1）∫ Ws＝
（
1
）
宛 先
ノー
ドは，
パ ケ ッ ト トレ イ ン の受
信 が完
了 する と，
パ ケ ッ ト トレイ ン の到着
所 要時
間Tr
［
sec】
，
宛 先
ノー
ドへ
到着
し たパ ケ ッ ト数M
をSACK
パ ケ ッ ト と し て送 信
ノー
ドへ
返 送す
る，
送 信
ノー
ド は，
Tr
とM
お よ びS
を 用 い て，
式 （2
）か ら該
当パ ケ ッ ト トレ イン の 受 信速 度
IVrを求
め る，
（M−
1）SWr
＝（
2
＞
SMPC
は こ う し て 得 ら れ たWr
とM
を 通信 経 路
の輻 輳
検
知 に利
用す
る．
2．
3 ．
受 信 速 度
ベー
ス の輻 輳 制
御
送 信 ノ
ー
ド は イ ン ラ イン 計 測 で求
め たWr
お よ びM
を
元 に輻 輳 検 知
を行
い，
送信
速度
がW
。
’と な る よ うパ ケ ッ ト送 信 間 隔
を更 新
する．
最 初
に，
送 信パ ケッ ト数
N
と到着
パ ケ ッ ト数
M
を 比 較す
る．
M
がN よ り 小 さ く， パ ケッ トロ ス が発
生 し て い る一144 一
N工 工一
Electronlc Llbrary経 路
はす
で に深 刻 な
輻
輳 状
態 に ある と考
えら
れ る 場合
，
輻 輳 状 態 を改 善 す
る ため，
Controller
は 更新 後
の 送信 速
度 嬬
’を受 信 速
tt
Wr よ り も△w だけ 低
い値
まで低
下さ
せ る．
こ こ で △w はSMPC
が送 信 速 度 を 加 減 速
す る 際の 単位
量で あ り，
SMPC
の パ ラ メー
タ と して 予 め 与 え ら れ るも
の であ
る．
送
信 パ ケ ッ ト が 全 て 宛 先 ノー
ドへ到 達
し て い る 場 合 は，VI
（r とWs
との 比R
か ら， よ り 詳 細 な輻 輳 状 況
の識
別 を 行 う
．
R
昌 ！隻 vas（
3
＞
Rが ほ
ぼ
1 に 等 しい場 合
，
該 当
の経 路
に はさ
ら に 大 き な 可 用 帯域
が存 在 す
る 可能 性
が考
え ら れ る た め，
Controller
は現 時 点
のWs
’ をWs
か ら△w だけ 増
加さ
せ る，
R
が 予 め定 義
さ れ た 混雑 閾 値
Rc
（
く 1）
よ り も 小さ
い場 合
，
該 当 経 路
はWs
を
通過 さ
せ る だ け 可 用帯 域
を有
し て い ない と考
え ら れ る た め，
Controller
は 該 当経 路
の さ ら な る 輻 輳 を 回 避 す る た めW
。 ’をWr
ま で低
下さ
せ る．
ま た
，
経 路
上 の急 激 な
パ ケ ッ ト流
量 変化
等の影 響
を受 け
R
が
1
よ り も大
き な値
と して計 測 され
る場 合
，
経
路
が混 雑
し てい る と 断 定 はでき な
いも
の の，
その 可能
性 が否 定
でき な
い た め，Controller
は 予 防 的 にW
。 ’をWs
か ら△w だ け 減 速 さ せ る．
SMPC
に よ る輻 輳 検 知
の動 作 を ま
と め た もの が 表1
で ある．SMPC
で は，
広
く 利 用 さ れ て い るTCP
Reno
な どで採 用 さ
れ てい るパ ケ ッ トロ ス ベー
ス の輻 輳 検 知
方 式
に 比べ，
受 信 速度
の低
下に よっ て，
よ り 早 期 に 輻輳
を 検 知 する こ と が で きる．
ま た
，
SMPC
で は各 経 路
が 必 要最
小限
の送 信 速 度
でデ
ー
タ送 信
を 開 始 す る こ とで，
上記
の輻 輳
回避 機 構
と併
せ て， 他の 通信
へ
の影 響 を 小 さ く 抑 え
る よ うな
配慮
が な さ れて い る，
表l
SMPC
の 送信 速 度 制 御
．
経 路 間 優 先 制
御
を使
用 しないSMPC
通信
で は，
主経
路
に充 分 な
可 用帯 域
が存 在
す る 場 合で あっ ても
，
主経
路
と ほぼ
同 量 の 通信
が副 経 路
を使 用
し て行 わ
れ る（
γ＝05
）
．
こ の時
の総 転 送
コ ス ト と主 経 路
に すべ て の パ ケ ッ ト が送 信
さ れ た 場 合 （γ＝
1
） 差 を 求 める と．
Co
．
5−
C1
＝
0．
5Pc
△k
（
5
）
と な り
，
主経 路
の みを 利 用
し た 場合
と 比べ て 通 信 全体
でO．
5PcAk
の余
分 なコ ス ト が 生 じ る．
こ こ で
，
主経
路の 可 用帯 域
を優 先 的
に使 用
した場 合
を考
え る．
SMPC
で は 送 信 パ ケッ ト を プ ロー
ブ とし て 受 信 速 度の イン ラ イ ン 計測
を 行 なう
た め どの経 路
に 対 しても 最 低 限
の パケ
ットを 送 信
しな
け れば
な ら ない が，
仮
に γ＝0．
9
であ
る 場合
，SMPC
に よ り増
加す
る転 送
コ ス トの差
はCo
．
9−
‘1 ＝0．
IPe
△k
（
6
） とな
る．
こ れ は
，
主経 路
に十 分 な 帯 域 的 余 裕
が あ る 場 合， 全体
の9
割 を 主 経 路
へ配 分 す
る こ と が で き れ ば，SMPC
に よ るネ
ッ トワー
ク リ ソー
ス 消費
の増
加 を1
／
5
に抑 え
ら れ る こ と を意
味す
る．
す な
わち
，
ネ
ッ トワー
ク リソー
ス の 消費
という観 点
か ら 可 能 な 限 り 主 経 路 を 使 用 し て 通信
を 行 うこ と が 望 ま しい．
そ こ で
，
SMPC
が利 用 す
る経 路
に そ れ ぞ れ優 先 度
を設 定
し，
優 先 度
の高
い経 路
を よ り積
極 的 に利 用 す
る経
路 優 先
制御
機 構 を 考案
した．
以降
，SMPC
に おい て 経路 間 優 先
制御
を 行 う 方 式 をSMPC
−
P
と 呼ぶ．
4．
経 路 間
優
先 制 御
4．
1．
経 路 間
の優 先 制 御 処 理
SMPC
−
P
で は，SMPC
の基本 的
な送 信 制 御
に，
以 下 の よう な 経 路
間優
先制 御
を追
加す
る，
M R WI Co且
ditiQn Ws，
Mく
N any leSS R≒ l Wr ≒Ws norrnal M＝
N R くRc く l Wr くWs congestion other abnormal Wr・
△wWs ＋△w WrWs−
△ w3．SMPC
に
よ
る リ ソ
ー
ス消
費
経
由ルー
タ数
κ の 主経 路
と 経 由ルー
タ 数κ＋Ak
の副
経 路
1
本 を 使 用 す るSMPC
に よっ て，
P
個
の パ ケ ッ ト が送 信
さ れ た 場 合 を考
え る，
ルー
タに おけ
る1
パ ケッ トの 転 送 コ ス ト をCt パケ
ット全 体
のう ち 主 経 路
に 送 信 さ れ たパ ケッ トの割 合 を
7と す
る．
主 経 路
お よ び副 経
路 に 送信
され
たパケ
ット
の総 転 送
コ ス トC
γは，
以 下
の式
で表 さ れ る．
C
γ ＝（
K
十（
1
一
γ）
△k）Pc
（
4）
P
−1．
制 御
モ ジ ュー
ル （Controller
）
は各 経 路
の受 信 速
度
を合
計 し、
合 計 受 信 速 度 の 変化
を 監視 す
る．
P
・
2．
制御
モ ジ ュー
ル は合 計 受 信 速 度
が一
定 の値
に 収束
し た と判 断 さ れ
た状 態
で主 経 路
側 に 遅延
やパ ケ ッ トロ ス が見 ら れ
ると
，
副 経 路 送 信
モ ジュー
ル（
Sender
−
S
）
に対
して一
時 的
な減
速（
一
△w＞
を指
示 す る．
各 経 路
の 受信 速
度 の変 化
を観 察 す
ると
、
経 路
間優
先制 御 を 行
わ ない 場 合，
主経 路
・
副 経 路 と
も に 次第
に増
加
し て あ る速 度
で一
定
にな
る．
そ う し た場 合
に副 経 路
側 を 減 速す
る こ とに よ り、
も し主
経 路 に余裕
が あれ ば 主経 路 側
は増 速 す
るこ と が 可 能 と な る，
主経
路 が 増 速 し た とし て も 副 経 路 の減 速 と相 殺
さ れ るた め，
合 計 送
信 速 度 は一
定の ま まであ
り，さ
ら に副 経 路 側 を 減 速 す
る．
こ の よ う に、
合 計 送 信 速度
が一
定
であ
る 間 は、
主経 路
の増 速
と副 経 路
の減 速
が繰
り 返さ
れ，
主経 路
が優
NII-Electronic Library Service
先 的
に利 用さ
れ る よう
に なる．
主 経 路の
増 速
が 限 界に達
す る と，P
−
2
に よっ て副 経
路
を減 速
さ せても
主経 路
は増
速で き ず，
合 計 送信 速 度
が低
下す
る．
次
回 の判 定
で は合 計 送 信 速 度
が低 下
し て い る た め，
副経 路
の減 速
ア クシ ョ ン は行 わ れ な
い．
そ
うす
る と副経 路 自 身
が2
，
3
の複 層 制 御
に よ り 送 信速 度
を 回 復さ
せ るた め，
副経 路
に対 す
る過 度
の抑
制 が 行 われ
るこ と はな
い．
結 果
とし て，
主経 路 側
の送 信
速度
が その 可 用 帯 域 を 使 い 切っ て一
定
に なっ た 揚合
，
副経 路
の送 信 速 度 も
一
定
に なる．
この
方 式
を 用い ると、
主経 路
の 可用 帯 域
が十 分
あっ て 送信
ノー
ド が最
大 速 度で送 信で き る 場合
は、
大 部 分
の通 信
が最 適 経 路
のみ
で 通信
が 行 わ れ，
主 経 路の 可 用帯 域
が 不 足 し た分
の み副 経 路
で送 信 さ
れ る．
本
方 式は、
送受 信
イン タフ ェー
ス が各
1
枚
であ
る よう な ネ
ッ ト ワー
ク で有 効
な ばか りで な く、
ネ ッ トワー
ク 上 に 主経 路
、
副 経
路の 共有
区 間 が存 在 す
るよう
な場
合 も 有 効
で あ る．
経
路 が分
か れ て い る 部 分 で は 可 用帯
域
が 十分 あ
るが 共 有
区間
で混 雑
が 生 じて い る場 合
、
主 経 路 側 も 副経 路
側 も 同 じよう
に遅
延や
パケ
ッ トロ ス が 発 生 し て 通信
速度
は増
加 で き な く な る．
し か し、
本 研 究 の優 先 制 御 ア ル ゴ リ ズ ム で は、
こ の よう
な 場 合 で も，
可 能 な 限 り 主 経 路 に優 先 的
にパ ケ ッ トが送 信
さ れ る．
4
．
2
．
合 計 受 信 速 度
の収 束 判 定
経 路 問 優 先 制 御
ア ル ゴ リズ ム で 用い ら れ る 合 計 受 信 速度
の 収束
を 判定
手順
は 下 記 の通
りで ある．
（
1
） 経 路
別受 信
速度
の 監 視送 信
ノー
ド は，
経
路 ご とに 直 近 の受 信速 度
を保 持 す
る た め の
受 信 速 度
バ ッ フ ァを 持 っ て い る．
SACK
パケ ッ トの 通 知 に よっ て 当
該 経 路
の受 信 速 度
バ ッ ファ の
値
が更 新
さ れ る．
（2
）合 計 受 信 速 度
Wt の算 出
送 信ノ
ー
ド は，
ま た，
合 計 速 度 を 保 持 す
る合 計
速度
バ ッ フ ァを 持 っ て お り
，
すべ て の経 路 で 受 信速 度
バッ フ ァ が 更
新
され た と き，
合 計 速 度m
（tを 合 計速 度
バ ッ フ ァ に 格 納 す る．
（
3
）
Wt
の単 純 移
動 平 均Wt
の算
出送 信
ノー
ド は平
均合
計速 度
バ ッ フ ァを 持
っ てお り
，
合 計 速 度バ ッ フ ァ に 記
録
され た直
近X
件
のWt
か ら単 純 移
動 平 均を
算
出 し 平均 合 計 速 度
バ ッ フ ァ に格
納
す る，
（
4
）
の
収 束 判
定（3）で
平 均 合 計
速 度 バ ッ フ ァ に 記録 さ
れ た直 近
の1
睦
と
，X
件前
のπ
とを
比較
し，
そ の差
が 予 め与 え られ
た 閾 値 θよ り も 小 さ けれ ば
，
合
計 受 信速 度
は 収束
し た と判 定 す
る．
た だ し
，
合 計 受 信 速 度が 収 束 し
な
い 場合
や計 算
に 必 要 なデ
ー
タ が揃
わな
い場 合
は，
経 路 間 優 先
制 御 は行
わ な い．
5．
シ ミ ュ レー
シ ョ ンSMPC
−
P
の 挙動
を確
認す
る た め，
IPv6
通信
をパ ケッ ト単 位
で再 現 す
る 自 作 のネ
ッ トワー
クシ ミ ュ レー
タ を 使 用 して，
通信
シ ミ ュ レー
シ ョ ン を行
っ た．
ノ
ー
ド 間 を 結 ぶ 全て の リン ク は全二重
100Mbps
の 物 理帯 域 を 有
し，
ノー
ド か ら受
け 取っ た イー
サ フ レー
ム を， プ リ アン ブルを 含 む
フ レー
ム サ イ ズ に 応 じ た時
間 だ け 保持
し た後
，
対向
ノー
ド
へ
渡 す 機 能
を 持 っ てい る．
また
，
ソー
ス ルー
テ ィ ン グ 機 能 に よ る中 継 を 含 む
ルー
タノー
ド に お け るパ ケッ ト転
送 処 理 は瞬 時
に行
わ れ る が，
各
ノー
ド は接 続
リン ク ごと に キ ュー
サ イ ズ が75
パ ケ ッ トの出 力
キュー
を持
っ て お り，
出 力 キ ュー
に対
してRED
［
9
］
を 用 い たパケ
ッ ト破 棄
が 行 わ れ る，
5．
1．
シミ
ュ レー
シ ョン環
境
図
4
にSMPC
通 信
用 の シ ミュ レー
シ ョ ンネ
ッ トワー
ク を 示 す．
図
4
シ ミュ レー
シ ョ ンネ
ッ トワー
ク送 信 ノ
ー
ド （SRC
）
か ら宛 先
ノー
ド （DST
）
へ は，
経 由
ルー
タ数
5
の 主 経 路 と， 経 由ルー
タ数
6
の副 経
路 が利 用
可能
であ
り，
副 経 路
上 に は IPv6経 路 制 御
ヘ ッ ダ が 利 用す
る中 継
ノー
ド（
RLY
）
が 存在
す る．
ま た
，
主経 路
が単 独
で利 用 す
る非 共 有 区 間
の 混 雑 ， お よ び 主経 路
と副 経
路 の双方
が利 用 す
る共 有 区 間
の混
雑
を 再 現 す るク ロ ス トラ フ ィ ッ ク と して，
該 当 リン ク に対
し てUDP
パ ケ ッ トが送 信
され る もの と す る．
主 経路 単 独 区 間
に か け る クロ ス ト ラフ ィ ッ ク の送 信 帯 域
を TRI、
共 有 区 間
に か け る クロ ス ト ラフ ィ ッ クの送 信 帯 域
をTR2 で表 す
．
主
経 路 単
独 区 間 に も 共有
区 間 にも
ク ロ ス トラ フ ィ ッ ク が流
れて い ない 場 合 （7R1
＝
TRz；0
）
，
非 共 有
区間
の合 計
可 用 帯域
は200Mbps ，
共 有 区 間
の可 用 帯 域
は leOMbps で あ り，
通 信 路 全 体 の 可 用 帯域
は100Mbps
であ
る，
主 経 路 単
独区 間
に クロ ス ト ラフ ィ ッ ク が発
生す
る と （TR1 ＞0
）
，
主経 路 単
独 区 間 の 可 用帯 域
は減 少 す
るが，
非 共 有 区 間の合 計
可用 帯 域
は100Mbps
以 上であ
一146 一
N工 工一
Electronlc Llbraryる
た め，
通 信 路 全 体
の可 用 帯 域
は100Mbps
であ
る．一
方，
共 有 区 間 に ク ロ ス ト ラ フ ィ ッ ク が 発 生 す る と （TR2
＞0
），
共 有 区間
の 可 用帯 域
が減
少す
る の で，
通信 路 全 体
の 可 用 帯域
は100Mbps
か らTR2
を 差 し 引い た 量 にな
る．
5．
2．
主
経 路
混 雑 時
の挙 動
主 経 路
の 混 雑 に 対 す るSMPC
−
P
の ス ルー
プ ッ トの変
化
を調
べる
た め，
主 経 路 単 独 区 間 に
ク ロ スト
ラフ ィ ッ ク を 発 生 させ 続 け た 状 態 で，
送 信ノー
ド か ら 宛 先 ノー
ドに 対 して100MB
の デー
タ を 送 信 し，
通信
ス ルー
プットを 求
めた
，
図
5
は そ れ ぞ れ の 経 路 へ 送 信 さ れ たデ
ー
タ 量 をSMPC
通信
の所 要
時間
で割
る こ と で算 出
し た経 路 別
ス ルー
プッ トを 示 し て い る，
グ ラフ よ り
，
SMPC
−
P
で は クロ ス ト ラフ ィ ッ ク が 小さ く
主経 路
の可 用 帯 域
に余 裕
が有
る場 合
に，
主 経 路
が優 先 的
に利
用さ
れ てい る こ と が わ か る．
続 い て
，
SMPC
の 通 信開
始5
秒 経
過後
に70Mbps
のTR1
を送 信 開 始
し た場合
の各 経 路
の 受信 速 度
，
お よ び 両 者 の 合 計 受 信 速 度 の 時 間 変 化 を 図6
に 示 す．
90百
80皇
70喜
60疂
，。瀛
書
3。意
20塁
1。e
O O 正0 20 30 40 50 60 70 80 90 Cress traffric TRI［Mbps】
図
5
主 経 路 混 雑 時 の経 路 利 用 率変 化
100 80 60 20 冒 野 昌 ≧一
9 閃 』 目 写 毎り
9 国 ま ｝遣
F
； … …F
ロsub−
pa出 ． mah1・
pa止ヌ
遣
O O12345678910SimUlatien Time
lsec
］図
6
主経 路
混 雑時
の ス ルー
プ ッ ト 変化
TR1
が 送 信 さ れ ない状 態
で は，
通 信 開 始 直 後
こ そ 両経
路
が同 様
に増 加 す
る が，
両経 路
で 可 用帯 域
をほぼ
使 い果
た し て 以降
は経 路
間優 先
制御
が 働 き，
主 経 路 側 が増
速 す
る一
方
で副 経 路 側
が減 速
し て い る．
TRtが送 信 を 開
始 す る と 主 経 路 の 可 用 帯 域 が30Mbps
と な る た め，
主経 路
が減 速
し副 経 路
が増 速 す
る．
合 計 受 信 速 度 は
TR1
の 送 信 開 始 後 も 高 く 維 持 さ れて い る が，
TRi
発
生直 後
に合 計 受 信 速 度
が大 き く低 下
し，
合 計 受 信 速 度
が 回復 す
る まで に時
間 を 要 し た．
5．
3．
共
有
区
間
混
雑 時
の挙 動
経 路
の共 有
区間
に混 雑 が
発生
し てい た と して も，
主
経 路 側 の 非 共 有 区 間 に 十分
な 可 用帯 域
が存 在 す
る場 合
に は，
主経 路 側
を優 先 的
に利
用 し て 通信
を行 う
べ きで あ る，
そ こ で， 共有
区 間へ の クロ ス ト ラフ ィッ ク が常
に発
生 して いる状
態 で，SMPC
−
P
を利 用
し て送 信
ノー
ド から 宛 先
ノー
ド
に対
し て100MB
のデ
ー
タを 送 信
し，
各 経 路の 通 信ス ルー
プッ ト を 求 め た．
図
7
は それ ぞ
れ の経 路
へ送 信 さ
れ たデ
ー
タ 量 をSMPC −
P
通信 全 体
の 所 要時
間 で割
る こ とで算
出 し た経
路 別
ス ルー
プ ッ ト とTR2
の関 係 を 示
し て い る．
グ
ラフよ
り，
TRz
に よっ て共 有
区間
の 可用 帯 城
が減
少 し た場 合
で も，
主 経 路 を 優 先 的 に 利 用 してSMPC
通信
が行
わ れて い る こ と が わか か る，
続
い て，
SMPC
の 通信 開 始
5
秒経
過 後 に70Mbps
のTR2
を 送 信 開 始 し、 主経 路
，
副 経 路
の受 信 速 度
，
お よ び両
者
の合 計 受 信 速 度
の時 間 変 化 を 調
べた
．
そ
の結 果 を 図
8 に 示 す．
90五
80皇
・・琶
・・ A 50屋
、。晝
3。綜
2。耋
1。巨「
0 0 10 20 30 匍 50 60 70 80 90 Cross traffiC TR2 ［Mbps】
図
7
共有 経 路
混 雑時
の 経 路 利 用 率変 化
100 80 60 鱒 20五
§
言 蓄 島 目 三 。 冨 餒 ロ sub−
pa血 ■ 血一
pathFF
0 012345679910 S洫 ulation llme［s 】 図8
共有
区 間 混 雑 時 の ス ルー
プ ッ ト 変化
NII-Electronic Library Service
TR2
送
信前
の 状 態 は 図 6 と 同 様 の 傾 向 を 示 して い る が，
TR2
が 送 信 開 始後
は合
計受 信 帯 域
が30Mbps
に低
下す
る中
で あっ て も，
経 路
間優
先 制 御 が 正 常 に は た ら き， 主 経 路 を優
先 的 に利
用 して 通信
が行
わ れて い るこ と が確 認
でき
た．
5．
4．
経 路
間
優 先
制
御
とリソ
ー
ス消
費
量
主
経 路
に クロ ス ト ラフ ィ ッ ク が存 在
せず
，
充 分 な
可 用 帯域
が存 在
す る 場 合 に，SMPC
通 信 に よっ て そ れ ぞ れの 経 路 へ 送 信 さ れ た デー
タパ ケッ ト数
と，
そ こ か ら求
めら
れた 主 経 路 利 用 率
を ま と め た もの が表
2
であ
る．
表
2
主経 路 利 用 率
一
ド は利
用 可能 な 中 継
ノー
ドの情 報
を知
っ てい る 必要
が あ り，SMPC
の 実 用 化 を 考 え た 場 合，
中 継 ノー
ドの指
定 方法
が重 要
な課 題
と なる．
ネ
ッ トワー
ク設 定
に お け るDHCP
の よ う に，
ク ラ イ ア ン トマ シ ン が 中 継 ノー
ド リス ト を取 得 可 能
な仕 組 み 等
が 必要
で あ る．
優 先
通信
制御
ス ルー
プ ット パ ケ ッ ト送信 数
主経 路 副 経 路
主経 路
利
用 率 な し86，
7752
，064
50
，336
50．
84
％7．
む す
び
本 研 究
で は，
イ ン ター
ネ
ッ ト 通信
に お け る1
っ の フ ロー
を 複 数
の経 路 を
同時
に使 用
し て送 信 す
る 同時 複 数
経 路 送 信 方 式SMPC
に お け る 経 路 間有 線
制御 方
式 を 提案
した，
SMPC
に お い て経 路 間 優 先 制 御
を 行う
こ とで，
迂 回経 路
の使
用 に よ るネ
ッ トワー
ク リ ソー
ス の浪 費 を
最
小限
に抑
えつ つ，
経 路
の どこ で混雑
が発
生 しても 高
ス ルー
プ ット
が維 持 可 能
であ
る．
今 後 は
，
高 信 頼 性 対 応 お よ び コ ネ クシ ョ ン 制 御の 導 入，
3
経 路
以 上の 同 時 送信
へ対 応
で きる よう
ア ル ゴ リ ズム を 改良
す る 予定
で あ る．
あ り87．
3987
，
248
15，
152
85．
20
％両
経 路
へ
送 信
さ れた合 計
パ ケ ッ ト数
P
；102
，
400
，
お よび 図3
か らK＝5
，
Ak＝
1を 式 （4） に 当て はめ る と，
主経 路
の み を利 用
した揚 合
（
y
＝
1
）
の総 転 送
コ ス トCsingte
＝51200c
（
7
） に対
し て，
経 路 間 優 先 制 御 を 行
わな
か っ た場 合
の総 転
送
コ ス トCl
お よ び，
経 路
間優 先
制御
を行
っ た 場合
の総
転 送 コ ス トCp
は そ れ ぞ れCI
＝
562336c
（8
）Cp
＝
527152c
（
9
）
と な る．
両 者
を 比較 す
る と，
ほ ぼ同 様
の通 信
ス ルー
プ ッ トで あ りな
が ら，
前 者
が 主経 路
の み を利
用 し た 場合
に 対 し て 約10
％程 度 の 消 費コ ス ト増 と なっ て い るの に 対 して，
後
者 は 約3010
の コ ス ト増
に と ど まっ て お り，
経 路 間 優 先制 御 を 利 用 す
るこ とでネ
ット
ワー
クリ
ソー
ス の有 効 利
用
が行
われ
た事
が確
認 でき
た．
6．
考 察
SMPC
−
P
通 信 開 始
か ら経 路 問 優 先 制 御 開 始
まで の所
用時
間 は合 計 受 信 帯
nj
Wt
の収 束 時
間 に依 存
し て お り，
シ ミュ レー
シ ョ ン結
果で は 回線 速 度
が100Mbps
のネ
ッ ト ワー
ク で叫
の収 束
まで に1
秒
強 か か っ て い る．
これ は 送 信 速 度 の増
加 に 時 間が か かる こ と に よ る もの で，
よ り 広帯 域
のネ
ッ トワー
クで の利
用 を 想 定 し た 場 合，各 経 路
の送 信 速 度 を 等 加 速 的
に増
加さ
せ る現 在
の増 速
ア ル ゴ リ ズム よ り も効 率 的 な 増 速
アル ゴ リ ズム が 必要
で ある．
SMPC を 利 用 す る た め に は
，
副 経 路
上に パ ケ ッ トの 中 継 ノー
ド が 必 要 とな
る．
少な
く と もSMPC
の送 信
ノ文
献
［
1
］
田中 昌
二，
原 山 美 知 子
，
“
IPv6
経 路 制 御
ヘ ッダ
を 利 用
した
ソー
ス ルー
ティ ン グ によ
る通 信 品 質
向上 手
法
の 提案
，
”
電
子情 報
通信 学 会 技 術 研 究 報
告
，
IA，
veLIO8，
no，
74
，
pp
．
55
−
60，
May
．
2008
．
［2］ 田 中 昌二，
山 田真 貴
，
原 山美
知 子，
“
IPv6
ソー
ス ルー
テ ィ ン グ を 用い た マ ル チ パ ス デー
タ 転 送方 式 の 提
案
，
”
電 子
情 報
通 信学
会技
術 研 究報
告．
PRMU
，
vol．
109
，
no，
374
，
pp
．
79
−
84
，
Jan．
2010
．
［
3
］ 山 田真 貴
，
田 中 昌二，
原 山美 知
子，
“
IPv6
経 路
制 御 ヘ ッ
ダ
を 利 用 し た ソー
ス ルー
テ ィ ング
に よる 通
信
品質 向
上 手法
の提 案
，
”
情 報 処 理 学 会 創
立50
周 年 記念 全
国大 会
講演
論 文集
，
no．
3
，
pp
，
3−
363
，
Mar．
2010．
［4］ 谷 尻 和貴
， 田 中 昌二 ， 原 山美 知
子，
“
IPv6
経 路
制 御ヘ ッ
ダ
を 用 い たマ ル チパ ス 通信 方 式
：ス ロー
ス タ
ー
ト アル ゴ リ ズム の導
入，
”電 子
情
報 通信 学
会
総合 大 会
講演 論
文集
，
no．
2，
pp555
，
Feb．
2011
．
［5］A
