社団法人電子情報通信学会 THE INSTITUTE OF ELECTRONICS, INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEERS 信学技報 IEICE Technical Report 高度に分散したモバイルデータ配信に向けた 松原大典 データ指向型ネットワーク

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高度に分散したモバイルデータ配信に向けた

データ指向型ネットワーク

松原 大典

†

藪崎 仁史

†

岡本 聡

‡

山中 直明

‡

†（株）日立製作所横浜研究所 〒244-0817 神奈川県横浜市戸塚区吉田町 292 番地

‡慶應義塾大学大学院理工学研究科 〒223-8522 神奈川県横浜市港北区日吉 3-14-1

E-mail: †{daisuke.matsubara.pj,

hitoshi.yabusaki.vw}@hitachi.com

‡okamoto@ieee.org, yamanaka@ics.keio.ac.jp

あらまし 従来の電話網では音声通話の様な端末間の通信が主目的であったのに対し、インターネットでは Web のようなネットワークを介したデータ配信および取得が主な用途となっている。近年このような通信形態に適した ネットワークアーキテクチャとしてデータ指向型ネットワークが提唱されているが、従来の方式ではデータの頻繁 な追加・移動・更新に対してスケールしないという課題があった。本稿では、動的なデータが広域に分散している 環境に置いてスケーラブルなデータの位置情報管理を実現するデータ指向型ネットワークの提案を行う。 キーワード 新世代ネットワーク、データ指向型ネットワーク、CCN、ICN、モビリティ

Data-centric Network for Highly Distributed and Mobile Data Distribution

Daisuke MATSUBARA

†

Hitoshi YABUSAKI

†

Satoru OKAMOTO

‡

and Naoaki YAMANAKA

‡

†Hitachi, Ltd., Yokohama Research Laboratory 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama, Kanagawa, 244-0817 Japan

‡Keio University 3-14-1 Hiyoshi, Kohoku-ku, Yokohama-shi, Kanagawa 223-8522 Japan

E-mail: †{daisuke.matsubara.pj, hitoshi.yabusaki.vw}@hitachi.com, ‡{yamanaka, okamoto}@ics.keio.ac.jp

Abstract The conventional telephony networking was used mainly for communication between two terminals. However,

recent network such as the Internet is mainly used for data distribution and access via the network. Recent research efforts are conducted to realize new network architecture that is optimized for this kind of communication, but it lacked in scalability when the data is added, moved, or updated. In this paper, we propose a new architecture called Data-centric Network (DCN) that allows scalable access to dynamic data in a widely distributed environment.

Keyword Data-centric Network，Mobility

1. は じ め に

TCP/IP に 代 表 さ れ る IP ネ ッ ト ワ ー ク 技 術 は ， そ の 接 続 の 容 易 性 と 構 築・運 用 の 低 コ ス ト 性 か ら ，1990 年 代 よ り 急 速 に 普 及 し ， 現 在 で は イ ン タ ー ネ ッ ト ， 企 業 LAN， VPN， デ ー タ セ ン タ ， ホ ー ム ネ ッ ト ワ ー ク な ど で 広 く 使 わ れ て お り ， 情 報 化 社 会 を 支 え る 最 も 重 要 な ネ ッ ト ワ ー ク 技 術 の 一 つ と な っ て い る 。 一 方 ，近 年 で は 高 度 な 信 頼 性 の 実 現 ，IP ノ ー ド の 消 費 電 力 量 増 加 へ の 対 策 ， ネ ッ ト ワ ー ク 管 理 コ ス ト 増 加 へ の 対 策 ，エ ン ド・エ ン ド で の 帯 域 確 保 な ど IP ネ ッ ト ワ ー ク 技 術 で は 解 決 が 難 し い 課 題 も 顕 在 化 し 始 め て い る 。 そ こ で 日 米 欧 で は ， 2015 年 か ら 2020 年 あ た り の 実 現 を 見 据 え て ， こ れ ら の 課 題 の 抜 本 的 な 対 策 を 全 く 白 紙 状 態 （ Clean Slate） か ら 検 討 す る 試 み と し て ， 新 世 代 ネ ッ ト ワ ー ク の 研 究 が 進 め ら れ て い る 。 [1][2][3] 新 世 代 ネ ッ ト ワ ー ク の 研 究 で は 2006 年 よ り 各 種 技 術 分 野 の 抽 出 と 絞 り 込 み が 進 ん で お り 、 現 在 は 主 要 な 技 術 分 野 と し て ネ ッ ト ワ ー ク 仮 想 化 [4] と デ ー タ 指 向 型 ネ ッ ト ワ ー ク [12][13][5] が 注 目 さ れ て い る 。 ネ ッ ト ワ ー ク 仮 想 化 は 、 新 世 代 ネ ッ ト ワ ー ク の 様 々 な ア プ リ ケ ー シ ョ ン や プ ロ ト コ ル（ IP で は な い 新 た な プ ロ ト コ ル を 含 む ） の 実 験 を 行 う テ ス ト ベ ッ ド を 実 現 す る 技 術 と し て 開 発 が 行 わ れ て い る 。 一 方 、 デ ー タ 指 向 型 ネ ッ ト ワ ー ク に 関 し て も 近 年 多 方 面 で コ ン セ プ ト レ ベ ル の 方 式 提 案 や 実 証 実 験 が 行 わ れ る よ う に な っ て い る 。

2. M2M サ ー ビ ス の 要 件 と 提 案 ア ー キ テ ク チ ャ

2.1. M2M サービスの要 件

新 世 代 ネ ッ ト ワ ー ク の 要 件 と し て は 、 過 去 に NICT 研 究 開 発 戦 略 本 部 や 研 究 プ ロ ジ ェ ク ト（ AKARI）に よ っ て 、 特 定 の サ ー ビ ス を 想 定 し な い 一 般 的 な 要 件 （ 大 容 量 、 ス ケ ー ラ ブ ル 、 オ ー プ ン 性 な ど ） が 提 言 さ れ て い る 。 [1] 本 研 究 で は こ れ ら の 要 件 を 更 に 具 体 化 す る た め に 、

サ ー ビ ス の 一 例 と し て 今 後 急 速 な 普 及 が 予 想 さ れ る M2M サ ー ビ ス を 想 定 し 、 そ の 要 件 を 抽 出 し た 。  要 件 1： 端 末 （ M2M 機 器 ） の 大 量 化 、 低 価 格 化 、 低 機 能 化 500 億 個 以 上 の 端 末 が ネ ッ ト ワ ー ク に 接 続 さ れ 、そ の 大 半 が セ ン サ な ど 低 機 能 且 つ 低 価 格 な 端 末 と な る た め 、簡 易 な ネ ッ ト ワ ー ク 接 続 方 式 や 通 信 方 式 が 必 要 と な る 。  要 件 2：端 末 や ネ ッ ト ワ ー ク の 移 動 、更 新 の 容 易 化 端 末 の 移 動・移 設（ 仮 想 サ ー バ の マ イ グ レ ー シ ョ ン を 含 む ）や 交 換 は 最 小 限 の 設 定 だ け で 容 易 に 実 現 で き る こ と が 必 要 と な る 。端 末 が 接 続 さ れ る ネ ッ ト ワ ー ク も イ ー サ ネ ッ ト と 同 等 の ネ ッ ト ワ ー ク 構 成 の 更 新 容 易 性 が 必 要 と な る 。  要 件 3： デ ー タ の ダ イ ナ ミ ッ ク な 変 化 へ の 対 応 M2M 機 器 が 発 信 す る デ ー タ は ダ イ ナ ミ ッ ク に 変 化 し 、デ ー タ の 追 加・移 動・更 新・削 除 が 頻 繁 且 つ 不 規 則 に 発 生 す る 。デ ー タ が 利 用 さ れ る タ イ ミ ン グ の 予 測 は 困 難 で あ り 、セ ン サ の 状 態 デ ー タ の よ う に 一 時 的 に 蓄 積 さ れ た 後 削 除 さ れ る デ ー タ も 多 い 。ネ ッ ト ワ ー ク は こ の よ う な デ ー タ に 逐 次 追 随 し つ つ ア ク セ ス 可 能 と す る こ と が 必 要 と な る 。  要 件 4： 多 対 多 通 信 大 量 の 端 末 が 発 信 す る デ ー タ を 多 数 の サ ー ビ ス サ ー バ が 利 用 す る 多 対 多 の 通 信 が 増 加 し 、 unicast 以 外 の 通 信 形 態（ broadcast、multicast、publish/subscribe、 ク エ リ /key-value-store）が 通 信 の 大 半 を 占 め る よ う に な る た め 、ネ ッ ト ワ ー ク は こ れ ら の 通 信 形 態 を サ ポ ー ト す る 必 要 が あ る 。

2.2. 提 案 アーキテクチャ

本 研 究 で は 、 前 述 の 新 世 代 ネ ッ ト ワ ー ク の 要 件 に 適 し た 新 た な ネ ッ ト ワ ー ク ア ー キ テ ク チ ャ と し て 、 Data-centric Network（ DCN） を 提 案 す る 。 従 来 の ネ ッ ト ワ ー ク は 端 末 間 の デ ー タ 通 信 を 主 目 的 と し て い た 。 一 方 現 在 で は 、 所 望 の デ ー タ を 取 得 す る こ と が ネ ッ ト ワ ー ク の 主 目 的 と な っ て い る 。DCN は こ の よ う な ネ ッ ト ワ ー ク の 利 用 形 態 の 変 化 を 踏 ま え 、 膨 大 な 量 の デ ー タ か ら 容 易 に デ ー タ を 取 得 す る こ と が で き る ネ ッ ト ワ ー ク ア ー キ テ ク チ ャ の 実 現 を 目 指 す 。 図 1 に 本 研 究 で 想 定 す る ネ ッ ト ワ ー ク ア ー キ テ ク チ ャ の 変 遷 を 示 す 。 従 来 の PSTN が 音 声 通 話 な ど の 人 対 人 の 通 信 が 中 心 で 、 現 在 の イ ン タ ー ネ ッ ト が WEB な ど の 人 対 モ ノ の 1 対 1 通 信 が 中 心 で あ る の に 対 し 、 DCN は 将 来 の セ ン サ や 機 器 同 士 が 通 信 す る モ ノ 対 モ ノ の 多 対 多 通 信 に 適 し た ア ー キ テ ク チ ャ を 目 指 す 。 DCN で は 端 末 は 通 信 相 手 の 端 末 を 意 識 せ ず に 、取 得 し た い デ ー タ の ID を 指 定 す る だ け で 通 信 を 行 う 。 図 1 ネ ッ ト ワ ー ク ア ー キ テ ク チ ャ の 遷 移 2.1 章 で 挙 げ た 要 件 に 対 し 、 現 状 の IP ネ ッ ト ワ ー ク と 将 来 求 め ら れ る DCN の 比 較 を 表 1 に 示 す 。 表 1 IP ネ ッ ト ワ ー ク と DCN の 比 較 要 件 IP ネ ッ ト ワ ー ク DCN M2M 機 器 （ 端 末 ） の 大 量 化 、 低 価 格 化 、 低 機 能 化 端 末 に IP ア ド レ ス 取 得 、名 前 解 決 、通 信 制 御 の た め の 機 能 （ DHCP 、 DNS 、 TCP） が 必 要 。 端 末 は 左 記 機 能 を 有 さ ず 、 デ ー タ の ID の み を 用 い た 簡 易 な 方 式 で 通 信 を 実 現 。 端 末 や デ ー タ の 移 動 や 更 新 の 容 易 化 端 末 移 動 時 の IP ア ド レ ス 設 定 や ネ ッ ト ワ ー ク 変 更 時 の ル ー テ ィ ン グ 設 定 な ど 各 種 設 定 が 必 要 。 端 末 や デ ー タ の 移 動 や 更 新 に 対 す る ア ド レ ス 等 の 再 設 定 が 不 要 。 デ ー タ の ダ イ ナ ミ ッ ク な 変 化 へ の 対 応 サ ー バ に 随 時 デ ー タ を ア ッ プ ロ ー ド し た 上 で 、端 末 か ら の ア ク セ ス を 受 け 付 け て 実 現 。 ダ イ ナ ミ ッ ク に 変 化 す る デ ー タ を ネ ッ ト ワ ー ク 内 で 蓄 積 し 、 ア ク セ ス 可 能 と す る 。 多 対 多 通 信 ネ ッ ト ワ ー ク に 接 続 し た サ ー バ が 仲 介 し て 多 対 多 通 信 を 実 現 。 ネ ッ ト ワ ー ク 内 の 中 継 ノ ー ド の 機 能 を 用 い て 多 対 多 通 信 を 実 現 す る 。 以 上 の よ う に 、現 用 の IP ネ ッ ト ワ ー ク で は 新 世 代 ネ ッ ト ワ ー ク へ の 要 件 を 満 た す こ と が で き な い た め 、 個 別 の ア プ リ ケ ー シ ョ ン に 対 応 し た サ ー バ や 各 種 ゲ ー ト ウ ェ イ を 設 置 し 運 用 管 理 す る こ と で 対 処 し て い る 。 DCN で は 、上 記 要 件 を 持 つ 多 様 な サ ー ビ ス へ の 適 用 が 可 能 な 汎 用 的 な ア ー キ テ ク チ ャ を 目 指 す 。

3. CCN/ICN の 概 要 お よ び 技 術 課 題

3.1. CCN/ICN の概 要

本 節 で は 、先 行 研 究 で あ る CCN/ICN の 概 要 を 説 明 す る 。 新 世 代 ネ ッ ト ワ ー ク の 研 究 分 野 で は 、 Content-centric Network（ CCN）[5]を 発 端 と す る 一 連 の 研 究 が 欧 米 に て 推 進 さ れ て い る 。CCN は 、米 国 パ ロ ア ル ト 研 究 所 の Van Jacobsen が 提 案 す る 、 コ ン テ ン ツ の 名 前 （ ID）に 基 づ い て 通 信 を 行 う ネ ッ ト ワ ー ク ア ー キ テ ク チ ャ で 、 以 下 の 特 徴 を 有 す る 。  位 置 依 存 型 ア ド レ ス （ IP ア ド レ ス ） で は な く 、 コ ン テ ン ツ の 名 前（ ID）を 用 い て 通 信 す る 。端 末 は 通 信 相 手 の 位 置 を 意 識 す る 必 要 が な い 。  中 継 ノ ー ド が コ ン テ ン ツ を 保 持（ キ ャ ッ シ ュ ）し て リ レ ー す る こ と で 、端 末 間 の end-to-end の 通 信 が 不 要 と な る 。  端 末 間 の 通 信 路 を 認 証・暗 号 化（ IPSec、SSL な ど ） す る の で は な く 、コ ン テ ン ツ 自 体 を 暗 号 化 し 、中 継 ノ ー ド で は コ ン テ ン ツ 自 身 の 認 証 を 行 う 。 一 方 、CCN の コ ン セ プ ト よ り 派 生 し た 他 の ア ー キ テ ク チ ャ や 方 式 も 提 案 さ れ て お り 、こ れ ら や CCN を 包 含 す る 汎 用 的 な 研 究 分 野 と し て Information-centric Network（ ICN）が 議 論 さ れ て い る 。 ICN の 代 表 的 な 研 究 プ ロ ジ ェ ク ト と し て 欧 州 の NetInf[12]が あ る 。 CCN と ICN の 特 徴 を 表 2 に 示 す 。 表 2 CCN と ICN の 特 徴 CCN ICN（ NetInf） 通 信 形 態 名 前（ ID）に よ る 通 信 、 publish /subscribe 型 通 信 同 左 ル ー テ ィ ン グ 名 前 に よ る ル ー テ ィ ン グ ア ド レ ス に よ る ル ー テ ィ ン グ コ ン テ ン ツ キ ャ ッ シ ン グ あ り 同 左 セ キ ュ リ テ ィ コ ン テ ン ツ 自 身 の 認 証 同 左 CCN と ICN の 最 も 大 き な 違 い は ル ー テ ィ ン グ 方 式 に あ る 。CCN や ICN の 両 方 に と っ て 、大 量 の コ ン テ ン ツ ID に 対 し て も 対 応 で き る ル ー テ ィ ン グ 方 式 は 、 最 も 重 要 な 検 討 課 題 の 一 つ と な っ て い る 。

3.2. CCN/ICN の課 題

CCN/ICN に よ る コ ン テ ン ツ ID に 基 づ い た 通 信 を 用 い て 、 2 章 で 述 べ た 新 世 代 ネ ッ ト ワ ー ク の 要 件 で あ る 「 端 末 や デ ー タ の 移 動 や 更 新 の 容 易 化 」 満 た す に は 、 以 下 の 課 題 が あ る 。 CCN で は 、 ID に よ る 経 路 情 報 を 中 継 ノ ー ド に て 保 持 す る た め 、 コ ン テ ン ツ 数 が 増 大 す る と 経 路 情 報 が 膨 大 に な る 。 CCN は こ の 対 処 と し て 、 階 層 化 さ れ た ID を IP ア ド レ ス の よ う に プ レ フ ィ ッ ク ス で 集 約 す る こ と で 経 路 情 報 を 圧 縮 す る 。 た だ し 、 同 じ プ レ フ ィ ッ ク ス を 持 つ 異 な る ID の コ ン テ ン ツ が 広 範 囲 に 移 動 し 分 散 配 置 さ れ る と 、 プ レ フ ィ ッ ク ス に よ る 集 約 が 効 果 を な さ な い た め 、 経 路 情 報 は 圧 縮 さ れ な い 。 一 方 ICN で は 、コ ン テ ン ツ の 変 更（ 追 加・移 動・更 新・削 除 ）の 度 に 名 前 解 決 サ ー ビ ス の 情 報 を 更 新 す る 。 本 方 式 で は 、 中 継 ノ ー ド の 経 路 情 報 等 の 機 能 と は 別 に 名 前 解 決 サ ー ビ ス の 機 能 が 必 要 と な る 。 ま た 、 通 信 の 開 始 や コ ン テ ン ツ の 変 更 の 度 に 名 前 解 決 サ ー ビ ス へ の 問 い 合 わ せ が 大 量 に 発 生 す る た め 、 名 前 解 決 サ ー ビ ス は 十 分 な 処 理 能 力 が 必 要 と な る 。 ま た 、 問 い 合 わ せ の た め の 通 信 遅 延 が 発 生 す る 。 表 3 に CCN と ICN の 課 題 を 示 す 。 表 3 CCN と ICN の ル ー テ ィ ン グ 方 式 に お け る 課 題 CCN ICN（ NetInf） 名 前 空 間 （ ID） 階 層 型 ID フ ラ ッ ト な ID 名 前 解 決 サ ー ビ ス な し あ り 端 末 や ネ ッ ト ワ ー ク の 移 動 や 更 新 の 容 易 化 ネ ッ ト ワ ー ク の 広 範 囲 に 情 報 が 分 散 し て 配 置 さ れ る と 、 中 継 ノ ー ド に て 保 持 す る 経 路 情 報 が 増 加 す る 。 情 報 の 追 加 ・ 移 動 ・ 更 新・削 除 が 頻 繁 に 発 生 す る 場 合 、名 前 解 決 サ ー ビ ス の 経 路 情 報 の 更 新 負 荷 が 増 加 し 、通 信 遅 延 が 発 生 す る 。

3.3. 提 案 方 式 の概 要

本 研 究 で は 、 CCN/ICN の 研 究 成 果 を 活 用 し つ つ 、 3 章 で 述 べ た CCN/ICN の 課 題 を 軽 減・解 消 す る 新 し い 方 式 を 提 案 す る 。提 案 方 式 で は 、同 じ 名 前 空 間（ CCN の プ レ フ ィ ッ ク ス に 相 当 ） の ID に 対 す る 経 路 情 報 の 集 約 を 最 大 化 す る た め に 、 名 前 管 理 中 継 ノ ー ド と い う 経 路 の 集 合 ポ イ ン ト を 名 前 空 間 毎 に 配 置 し 、 そ こ ま で の ル ー テ ィ グ は 階 層 型 ID に よ っ て ル ー テ ィ ン グ を 行 う 方 式 を 取 る 。 ま た 、 過 去 の 通 信 の 経 路 情 報 を 中 継 ノ ー ド に て 記 録 す る こ と で 、 名 前 解 決 地 点 を 経 由 し な く て も 目 的 地 点 に 到 達 で き る 最 適 化 経 路 を 形 成 す る 。 提 案 方 式 の 構 成 お よ び 動 作 の 一 例 を 図 2 に 示 す 。階 層 型 の ネ ッ ト ワ ー ク に お い て 、 中 継 ノ ー ド が そ れ ぞ れ の ネ ッ ト ワ ー ク セ グ メ ン ト に 配 置 さ れ て い る 。 名 前 空 間 を 管 理 す る 中 継 ノ ー ド （ 名 前 管 理 中 継 ノ ー ド 、 Node11 ～ 15 ） は 、 最 上 位 の ネ ッ ト ワ ー ク セ グ メ ン ト

（ NW1） の 配 下 の ネ ッ ト ワ ー ク セ グ メ ン ト （ NW11、 NW12 、 な ど ） に 配 置 さ れ て お り 、 そ れ ぞ れ の 中 継 ノ ー ド は お 互 い の ノ ー ド ID と IP ア ド レ ス と 、 管 理 し て い る 名 前 空 間 を 把 握 し て い る 。こ こ で い う 名 前 空 間 は 、 例 え ば DNS な ど で 管 理 さ れ て い る 特 定 の ド メ イ ン 名 （ 例：domainname.com）の 配 下 に あ る 全 て の URL（ 例： www.domainname.com/weather）を 含 む 名 前 空 間 を 指 す 。 （ こ こ で は 簡 単 の た め に 、WWW で 使 わ れ て い る URL を 例 と し て 挙 げ た が 、 実 際 は DCN 特 有 の 名 前 空 間 で も 良 い 。） Host_B Host_A Node11 Node12 Node13 Node14 Host_C Node15 ① ① ③ ③ ③ ④ Host_A ① ② ② Data_A Data_A ③ ④ ④ NW1 NW11 NW12 NW111 _NW112 NW121 NW122 Node111 Node112 Node121 Node122 NW13 NW14 NW15 Node113 ④ ③ 図 2 DCN の 動 作 例（ 移 動 の ロ ー カ ル 処 理 と 経 路 の 最 適 化 ） ① デ ー タ の 登 録 （ 図 2① ）

NW111 に あ る Host_A が Data_A を Node111 に 登 録 す る 。Node111 は Data_A を 保 存 し 、Data_A を Node11 に 登 録 す る 。Node11 は Data_A の 経 路 情 報（ Data_A → Node111） を 記 録 す る 。 Node11 は Data_A の ID （ 例 ： www.domainname.com/sensor） の 名 前 管 理 中 継 ノ ー ド が Node14 で あ る こ と を 知 っ て い る た め 、 Node14 に 対 し て Data_A を 登 録 す る 。 Node14 は Data_A の 経 路 情 報（ Data_A→ Node11）を 記 録 す る 。 ② デ ー タ の 移 動 （ 図 2② ）

Host_A が NW112 に 移 動 し 、 前 述 と 同 じ Data_A の ID を 持 つ 更 新 デ ー タ を Node112 に 登 録 し 、Node112 は Data_A を 保 存 す る 。 Node_112 は Data_A の 情 報 を Node11 に 登 録 す る 。 Node11 は Data_A に 対 す る 経 路 情 報 を （ Data_A→ Node112 ） に 更 新 す る 。（ こ れ に よ り 、 Data_A の 最 新 デ ー タ は Node112 に 保 存 さ れ た デ ー タ と な る 。） Host_A と Data_A の 移 動 は Node11 の 管 理 ド メ イ ン 内 で あ る た め 、Node14 へ の 登 録 は 行 わ な い 。 ③ デ ー タ の 取 得 （ 図 2③ ）

NW121 に あ る Host_B が Data_A 取 得 を Node121 に 要 求 す る 。 Node121 は Data_A 取 得 を Node12 経 由 で Node14 に 要 求 す る 。Node14 は Data_A の 経 路 情 報 （ Data_A → Node11 ） を 参 照 し 、 Data_A 取 得 を Node11 に 要 求 す る 。 Node11 は Data_A の 経 路 情 報

（ Data_A → Node112 ） を 参 照 し 、 Data_A 取 得 を Node112 に 要 求 す る 。Node112 は Data_A を Data_A 取 得 要 求 と 同 一 経 路 を 経 由 し て Host_B ま で 返 送 す る 。 こ の 際 、 Node12 は 返 送 メ ッ セ ー ジ 内 に あ る 経 路 情 報 を 参 照 し て 、 Data_A に 対 す る 経 路 情 報 を 最 適 化 さ れ た 経 路 情 報 （ Data_A→ Node11） に 更 新 す る 。 ④ デ ー タ の 取 得 （ 図 2④ ）

NW122 に あ る Host_C が Data_A 取 得 を Node122 に 要 求 す る 。 Node122 は Data_A 取 得 を Node12 に 要 求 し 、 Node12 は 経 路 情 報 （ Data_A→ Node11） を 参 照 し て Data_A 取 得 を Node11 に 要 求 す る 。 以 降 は Host_B の 場 合 と 同 様 に し て Data_A を 取 得 す る 。 DCN の 特 長 を 以 下 に 示 す 。  移 動 の ロ ー カ ル 処 理 ： ② に お い て 、 Host_A の 移 動 （ Data_A の 更 新 ）の 際 、Host_A が 属 す る 名 前 ド メ イ ン の 中 継 ノ ー ド で あ る Node14 へ は 登 録 が 送 信 さ れ な い 。 こ れ に よ り 、 Node14 の 処 理 負 荷 が 低 減 で き る の と 同 時 に 、 登 録 時 間 を 短 縮 で き る 。  経 路 の 最 適 化 ： ③ に お い て 、 Node12 が 最 適 化 さ れ た 経 路 情 報 に 更 新 す る こ と で 、 ④ に お い て Node12 は Node14 に 取 得 要 求 を 送 信 し な い 。 こ れ に よ り 、 Node14 の 処 理 負 荷 が 低 減 で き る の と 同 時 に 、 登 録 時 間 を 短 縮 で き る 。 次 に 、 Node11 が Data_A の 名 前 管 理 中 継 ノ ー ド で 、 そ の 配 下 で 移 動 が 発 生 す る 例 を 図 3 に 示 す 。 NW13 NW14 NW15 Host_B Host_A Host_C ① Host_A ① ② ② Data_A Data_A ③ ③ Host_A ③ ④ Node11 Node12

Node13 Node14 Node15

NW1 NW11 NW12 NW111 NW112 NW121 NW122 Node121 Node122 NW113 Node111 Node112 Node113 図 3 DCN の 動 作 例（ 名 前 管 理 中 継 ノ ー ド 配 下 で の 移 動 ） ① デ ー タ の 登 録 （ 図 3① ）

NW111 に あ る Host_A が Data_A を Node11 に 登 録 す る 。Node111 は Data_A を 保 存 し 、Node11 は Data_A の 経 路 情 報 （ Data_A→ Node111） を 記 録 す る 。 ② デ ー タ の 移 動 （ 図 3② ）

Host_A が NW112 に 移 動 し 、前 述 と 同 じ ID（ Data_A） を 持 つ 更 新 デ ー タ を Node11 に 登 録 す る 。 Node112

は Data_A を 保 存 し 、 Node11 は Data_A の 経 路 情 報 を （ Data_A→ Node112） に 更 新 す る 。

③ デ ー タ の 取 得 （ 図 3③ ）

NW122 に あ る Host_B が Data_A 取 得 を 要 求 す る 。 Node12 は 、Data_ A の 名 前 管 理 中 継 ノ ー ド が Node11 で あ る た め 、Node11 に 要 求 を 転 送 す る 。Node11 は Data_A の 経 路 情 報（ Data_A→ Node112）を 参 照 し て 、 デ ー タ 取 得 を Node112 に 要 求 す る 。 上 記 例 よ り 、 名 前 管 理 中 継 ノ ー ド 配 下 で デ ー タ が 移 動 す る 場 合 は 、 デ ー タ の 登 録 が 他 の 名 前 管 理 中 継 ノ ー ド に は 行 わ れ な い こ と が 分 か る 。

3.4. 提 案 方 式 の効 果

DCN で は 移 動 の ロ ー カ ル 処 理 や 経 路 の 最 適 化 に よ っ て 、名 前 管 理 中 継 ノ ー ド で の 処 理 負 荷 を 低 減 で き る 。 更 に 、 名 前 解 決 中 継 ノ ー ド を 経 由 す る 経 路 （ 名 前 解 決 経 路 ） は 、 名 前 解 決 中 継 ノ ー ド が 集 合 ポ イ ン ト と な る こ と で 経 路 情 報 が 集 約 さ れ る た め 、CCN の 経 路 と 比 較 し て 経 路 数 は 小 さ く な る 。例 え ば 、図 4 の 集 合 ポ イ ン ト を 経 由 し な い 場 合 は Node11 と Node12 に そ れ ぞ れ Data_A と Data_B に 向 け た 経 路 情 報 を 保 持 す る 必 要 が あ る 。 一 方 図 5 の 集 合 ポ イ ン ト を 経 由 す る 場 合 は 、 Node14 に Data_A と Data_B に 向 け た 経 路 情 報 を 保 持 す る だ け で 良 い 。 以 上 の よ う に 、 そ れ ぞ れ の 名 前 管 理 中 継 ノ ー ド は 名 前 解 決 経 路 の 経 路 情 報 と し て 、 自 身 が 管 理 し て い る 名 前 空 間 の ID を 持 つ デ ー タ に 対 す る 経 路 情 報 と 、 自 身 が 管 理 す る ネ ッ ト ワ ー ク セ グ メ ン ト と そ の 配 下 の ネ ッ ト ワ ー ク セ グ メ ン ト に 配 置 さ れ て い る デ ー タ に 対 す る 経 路 情 報 を 保 持 し て い れ ば 良 い 。 Node11 Node12 Data_A→Node15 Data_B→Node15 NW1 Node14 Data_A→Node15 Data_B→Node15 Node111 Node121 Data_A Data_B Node15

図 4 集合 ポ イ ント 経 由し な い 場合

Node11 Node12 Node14 NW1 Data_A→Node15 Data_B→Node15 Node111 _Node121 Data_A Data_B Node15

図 5 集合 ポ イ ント を 経由 す る 場合

ま た 、 名 前 解 決 中 継 ノ ー ド を 経 由 し な い 経 路 （ 最 適 化 経 路 ） が 増 加 し た 場 合 は 、 履 歴 経 路 が 規 定 数 を 超 過 し な い よ う に 古 い 履 歴 経 路 を 管 理 す る こ と で 、 経 路 数 の 増 大 を 防 ぐ こ と が で き る 。 履 歴 経 路 が 削 除 さ れ た 場 合 で も 、 名 前 解 決 経 路 を 使 用 し て 名 前 解 決 中 継 ノ ー ド 経 由 で ル ー テ ィ ン グ を 行 え ば 目 的 の 中 継 ノ ー ド ま で 到 達 で き る 。 な お 、DCN で は 経 路 情 報 は デ ー タ の 登 録 や 取 得 の 際 に 中 継 ノ ー ド に 記 録 さ れ る た め 、IP ル ー テ ィ ン グ の よ う な ノ ー ド 間 の 経 路 情 報 の 交 換 は 不 要 と な る 。 従 来 方 式 と 提 案 方 式 の 比 較 を 表 4 に 示 す 。 表 4 CCN/ICN/DCN の 比 較 CCN ICN(NetInf) DCN ル ー テ ィ ン グ ID ID と ア ド レ ス ID ID 階 層 型 フ ラ ッ ト 階 層 型 集 合 ポ イ ン ト な し あ り （ 名 前 解 決 サ ー ビ ス ） あ り （ 名 前 管 理 中 継 ノ ー ド ） 名 前 解 決 な し あ り な し 経 路 情 報 の 数 大 小 中 デ ー タ 更 新 に よ る 負 荷 や 遅 延 小 大 小 経 路 情 報 の 交 換 あ り な し な し

3.5. 評 価

提 案 方 式 を 以 下 の 前 提 条 件 を 用 い て 経 路 の 最 適 化 の 効 果 を 評 価 す る 。2020 年 時 点 で の 端 末 数 を 500 億 台 [7]， 名 前 解 決 中 継 ノ ー ド の 数 を 1600 万 台 （ 2009 時 点 の DNS サ ー バ の 数 [8]と 同 等 ），ネ ッ ト ワ ー ク 全 体 の デ ー タ 数 を 1 兆 個 （ 2012 年 時 点 の イ ン デ ッ ク ス 可 能 な WEB ペ ー ジ 数 が 約 500 億 ペ ー ジ [9]） と す る 。 こ の 場 合 ， 名 前 解 決 中 継 ノ ー ド 1 台 あ た り 平 均 3,125 台 の 端 末 と 62,500 個 の デ ー タ を 管 理 す る こ と に な る 。 1 デ ー タ あ た り の 経 路 情 報 を 16B（ デ ー タ ID の ハ ッ シ ュ 値 に 8B， 転 送 先 ノ ー ド の ID に 6B， そ の 他 2B） と し ， 経 路 情 報 を 8GB の DRAM に 記 録 す る 場 合 ， 5 億 の 経 路 を 記 録 で き る 。 こ れ は 前 述 の 1 台 が 管 理 す る デ ー タ 数（ 62,500 個 ）の 8000 倍 と な る 。（ 表 5） 文 献 [10]に よ る と ，4 万 人 の 従 業 員 を 有 す る 企 業 か ら の ア ク セ ス 数 は 150 時 間 （ 6 日 と 6 時 間 ） の 間 に 約 1 億 ア ク セ ス（ 1 分 あ た り 約 1 万 ア ク セ ス ）に な る 。1 ア ク セ ス あ た り 1 経 路 が 名 前 解 決 中 継 ノ ー ド に 記 録 さ れ る と 仮 定 す る と ， 5 億 の 経 路 を 記 録 す る の に 約 1 カ 月 か か る 計 算 と な る 。 ま た 、 文 献 [11]に よ る と ，WEB キ ャ ッ シ ュ の 実 験 に お い て 482 万 ア ク セ ス を 発 生 さ せ た 場 合 、 全 ア ク セ ス の 70～ 80%の キ ャ ッ シ ュ で 90%の ヒ ッ ト 率 を 実 現 で き る 。 上 記 よ り 、 本 方 式 で は 大 量 の 最 適 化 経

路 を 名 前 解 決 中 継 ノ ー ド に 記 録 で き る た め ， 経 路 の 最 適 化 の 効 果 は 大 き い と 推 測 で き る 。

表 5 DCN の 名 前解 決 中継 ノ ー ドの 評 価

名 前 解 決 中 継 ノ ー ド の 数 16x106 デ ー タ の 数 101 2 名 前 解 決 中 継 ノ ー ド に 配 下 に あ る 端 末 数 3,125 名 前 解 決 中 継 ノ ー ド に 管 理 さ れ る デ ー タ 数 62,500 8G DRAM に 記 録 さ れ る デ ー タ の 数 5x108

3.6. 既 存 モバイルネットワークに対 する利 点

3G や LTE な ど 既 存 モ バ イ ル ネ ッ ト ワ ー ク で は 、 端 末 の 通 信 を 終 端 す る GW（ ア ン カ ー ポ イ ン ト ） が 設 置 さ れ 、そ れ を 起 点 と し た point-to-point の ト ン ネ ル 接 続 が 設 定 さ れ る 。 こ の ト ン ネ ル 接 続 は 端 末 の 通 信 時 は 常 に 維 持 さ れ る た め 、 端 末 数 や ト ラ フ ィ ッ ク が 増 加 す る と 、ア ン カ ー ポ イ ン ト の 処 理 負 荷 が 課 題 と な る 。ま た 、 こ の ト ン ネ ル 接 続 は point-to-point の 接 続 を 経 路 情 報 と し て 管 理 し て い る た め 、 経 路 の 集 約 が で き な い 。 よ っ て 、 多 対 多 通 信 を 行 う 場 合 は ト ン ネ ル 数 が 通 信 相 手 の 数 だ け 必 要 で あ る た め 経 路 情 報 が 膨 大 と な り 、 端 末 移 動 時 の ト ン ネ ル の 切 り 替 え の 処 理 負 荷 も 膨 大 と な る 。 提 案 方 式 で は 特 定 の ア ン カ ー ポ イ ン ト を 持 た ず 、 ま た point-to-point の ト ン ネ ル は 用 い ず に 経 路 情 報 の 集 約 を 行 う た め 、 多 対 多 通 信 に 対 し て も 中 継 ノ ー ド の 処 理 負 荷 が 軽 減 で き る 。

4. ま と め と 今 後 の 課 題

本 稿 の ま と め を 以 下 に 示 す 。  M2M サ ー ビ ス を 例 と し て 新 世 代 ネ ッ ト ワ ー ク の 要 件 を 抽 出 し 、そ の 要 件 に 適 し た ネ ッ ト ワ ー ク ア ー キ テ ク チ ャ と し て DCN を 提 案 し た 。  DCN の ル ー テ ィ ン グ 方 式 と し て 、 名 前 空 間 を 管 理 す る 名 前 管 理 中 継 ノ ー ド を 配 置 し 、名 前 管 理 中 継 ノ ー ド を 介 し た ル ー テ ィ ン グ と 、経 路 情 報 の 記 録 を 行 う こ と に よ り 、経 路 情 報 を 集 約 し つ つ 、経 路 を 最 適 化 す る 方 式 を 提 案 し た 。  本 方 式 と 従 来 方 式 と 比 較 し て デ ー タ の 変 化 （ 追 加 、 移 動 、更 新 、削 除 ）に 対 す る 適 応 性 が 高 い こ と を 定 性 的 に 示 し た 。ま た 名 前 管 理 中 継 ノ ー ド の ス ケ ー ラ ビ リ テ ィ に 関 す る 簡 易 的 な 評 価 を 行 い 、経 路 最 適 化 に よ る 名 前 管 理 中 継 ノ ー ド の 負 荷 低 減 が 可 能 で あ る こ と を 示 し た 。 今 後 提 案 方 式 の 動 作 検 証 と 性 能 評 価 の た め の 実 証 実 験 を 行 う 。実 証 実 験 に 向 け て 、DCN 中 継 ノ ー ド の プ ロ ト タ イ プ を 開 発 し 、 ネ ッ ト ワ ー ク 仮 想 化 基 盤 の テ ス ト ベ ッ ド 上 [14]に 実 装 す る 。 動 作 検 証 で は 、 デ ー タ が 頻 繁 に 変 化 す る 状 況 に 置 い て も 問 題 な く 経 路 が 形 成 さ れ 、 デ ー タ 取 得 が で き る こ と を 確 認 す る 。 性 能 評 価 で は 、 デ ー タ 取 得 時 の 通 信 遅 延 や 経 路 最 適 化 の 効 果 、 中 継 ノ ー ド の 経 路 数 な ど を 測 定 し 、 そ れ ぞ れ が 想 定 す る ネ ッ ト ワ ー ク 規 模 に て 実 用 可 能 な 結 果 に な る こ と を 確 認 す る 。 本 研 究 は （ 独 ） 情 報 通 信 研 究 機 構 の 高 度 通 信 放 送 研 究 開 発 委 託 研 究 「 新 世 代 ネ ッ ト ワ ー ク を 支 え る ネ ッ ト ワ ー ク 仮 想 化 基 盤 技 術 の 研 究 開 発 」 の 一 環 と し て な さ れ た も の で あ る 。

文 献

[1] AKARI プ ロ ジ ェ ク ト ， “新 世 代 ネ ッ ト ワ ー ク ア ー キ テ ク チ ャ AKARI 概 念 設 計 書 ”， April 2007. [2] 平 原 正 樹 ， “NSF FIND/GENI の 現 状 報 告 ”， 新 世 代 ネ ッ ト ワ ー ク 推 進 フ ォ ー ラ ム ， February 2008. [3] 井 上 真 杉 ， “新 世 代 ネ ッ ト ワ ー ク の 研 究 開 発 に 関 す る 欧 州 の 動 向”， 新 世 代 ネ ッ ト ワ ー ク 推 進 フ ォ ー ラ ム NICT 発 表 資 料 ， February 2008. [4] 中 尾 彰 宏 , ”ネ ッ ト ワ ー ク 仮 想 化 技 術 の 最 新 動 向 ”, 電 子 情 報 通 信 学 会 技 術 研 究 報 告 , ネ ッ ト ワ ー ク シ ス テ ム , 107(311), pp.29-33, November 2007.

[5] Van Jacobson， et al.， Networking Named Content ， CoNEXT’ 09， December 2009.

[6] The Network of the Future Project ， D-6.2 Second NetInf architecture description ， January 2010. [7] “Traffic and Market data report”, Ericsson,

November 2011.

[8] Government Computer News,

http://gcn.com/articles/2009/11/10/dns -survey-dnsse c.aspx, November 2009.

[9] http://www.worldwidewebsize.com/

[10] Alec Wolman, et al., On the scale and performance of cooperative Web proxy caching, SOSP’99, December 1999.

[11] Lee Breslau， et al.， Web Caching and Zipf-like Distributions: Evidence and Implications ， IEEE INFOCOM, 2009.

[12] M. Gritter， et al.， TRIAD: A New Next-Generation

Internet Architecture ，

http://www-dsg.stanford.edu/triad/ ， July 2000. [13] Teemu Koponen, et al., A Data-Oriented (and

Beyond) Network Architecture, SI GCOMM’07, August 2007.

[14] 中 尾 彰 宏 ， “ネ ッ ト ワ ー ク 仮 想 化 基 盤 ・ 応 用 技 術 の 研 究 開 発” ， 電 子 情 報 通 信 学 会 総 合 大 会 ， March 2011.