塩田 茂雄

メッセージ数の削減を狙ったフラッディング効率化手法について提案する. 提案手法は, 双方向リンクを事前に片方向化し(本論文ではリンクカットと呼ぶ), メッセージのリンク衝突を回避することでメッセージ数の削減を図るものであり, タイムアウト機能を搭載することで, 到達率を100%に維持しながら, 通常のフラディングに比べて最高で5割のメッセージの削減を可能としている. さらに, ノードの出線数(隣接ノード数)情報を用いてリンクカットを行うと, メッセージ到達時間の増加を抑えながら, メッセージ数の削減が可能になることをシミュレーションにより示す.

Intservモデルは品質保証の確実性の点でDiffservモデルよりも優れていると一般に考えられているが,両モデルの通信品質を定量的に比較検討した例は少ない.本稿では,遅低品質の観点からIntservモデルとDiffservモデルの得失を分析する.特に,比較的単純なネットワークモデルを用いて,両モデルにおけるend-to-endの最大キューイング遅延およびキューイング遅延のx%値を理論的および数値的に比較する.この結果,(l)ネットワークモデル(トポロジー)によってはDiffservを採用した方が最大キューイング遅延が小さくなること,および(2)キューイング遅延のx%値は,一般にDiffservモデルの方がはるかに小さいこと,等を明らかする.

本稿では,各フローからの入力トラヒック量がレギュレータ等により制限されるフィードフォワード待ち行列ネットワークについて考察する.特に各フローのsubadditive envelope の情報と若干の仮定(定常性等)に基づいて,それぞれのキューからの各フローの出力過程の特性を厳密に取り扱いながら,各キューでの待ち時間および待ち時間分布のboundを導出する手法を示す.本稿で提示した持ち行列ネットワークモデルは,インターネットの品質保証のためのネットワークアーキテクチャーとして知られるIntservやDiffservモデルを含んでおり,これらモデルを採用するネットワークの遅延特性の評価や帯域設計などへの応用が可能である.

単一Diffservドメイン上でのVoIPアドミッションコントロールの実現法について提案する.提案手法は,(1)ネットワーク内のVoIP用の帯域リソースを予め各エッジノードペアに配分し,アドミッションコントロール機能はエッジノードのみに持たせ,エッジノードが自律分散的に受付判断を行う,(2)VoIPフローのトラヒック特性が正確に予測できる点に着目し,エッジノードペア毎に多重可能なVoIPフロー数の最大値をあらかじめ評価・保持することで,多重VoIPフロー数との比較により,ネットワークの負荷測定を行わずに受付判定が可能,(3)最大多重可能数を調整することにより,キューイング遅延の任意のx%値を保障可能,等の特徴を有する.

イーサネット上のパケットの到着時刻やサイズを計測しつつ,パケットフローが必要とする帯減量(要求帯域)をオンライン推定するツールを作成し,実ネットワーク上で動作確認を行った結果について報告する.提案ツールは,計測したパケットフローを(ルータの出力バッファ部等を模擬する)キューに仮想的に入力してバッファ待ち遅延量などをリアルタイム評価するシミュレーション機能を有し,このシミュレーション部において所望の品質をちょうど満たす帯域量を探索的に推定することができる.本稿では,ツールの実装方法,要求帯減量の推定アルゴリズム,動画像データ等を用いた推定精度の検証結果等について述べる.

本研究では,エンドホスト間を結ぶ経路上のボトルネックリンクの存在箇所とその物理速度を推定するツール(RateTracer)を提案する.提案ツールは,UDPペアバケットをネットワークに印加し,そのレスポンス(ICMPメッセージ)の受信時刻に基づいて推定を行うactive型のツールであり,通常のPacket-Pair推定法の推定原理を改良して用いることで,Packet-Pair推定法に比べて高精度で安定した推定が可能であるという特徴を有する.本研究では提案ツールの基本的な特徴,動作概要,実装方法を既存のツールと対比させて述べるとともに,ネットワーク実験を通して,提案ツールの有効性を示す.

トークンバケットのようなレギュレータに対して透過的な(完全に適合する)パケットフローの多重化特性について分析する.特に,パケットフローがsubadditive envelope を有するレギュレークに対して透過的ならば,フロー多重数が充分大きくなると,「平均レイトベースでの多重化」が可能になることを示す.更に,各フローに平均レイト以上の帯域が割り当てられれば,多重数が増えるに伴い,バッファ待ち遅延が指数関数的に0に(確率)収束することを示す.つまり,共通の帯域リソース上で複数のフローを統計多重することにより,比較的小さいフロー数から,高い帯域使用効率が得られる可能性のあることを明らかにする.

本論文では,試験パケットを用いて,エンドホスト間を結ぶ経路上のボトルネックリンクの存在箇所とその物理速度を推定するツール(NetTracer)を提案する.提案ツールは,Jacobsonが考案したリンク速度推定ツール"Pathchar"の動作特徴と類似しているが,スイッチングハブのようにレイヤ2でパケットをストア&フォワード処理するノードがリンク上に存在しても,正確な推定が可能であるという特長を有する.本論文では提案ツールの基本的な特徴,動作概要,実装方法を既存のツールと対比させて述べるとともに,提案ツールを利用したネットワーク実験結果を通して,提案ツールの有効性を示す.

本論文では,試験パケットを用いて,エンドホスト間を結ぶ経路上のボトルネックリンクの存在箇所とその物理速度を推定するツール(NetTracer)を提案する.提案ツールは,Jacobsonが考案したリンク速度推定ツール"Pathchar"の動作特徴と類似しているが,スイッチングハブのようにレイヤ2でパケットをストア&フォワード処理するノードがリンク上に存在しても,正確な推定が可能であるという特長を有する.本論文では提案ツールの基本的な特徴,動作概要,実装方法を既存のツールと対比させて述べるとともに,提案ツールを利用したネットワーク実験結果を通して,提案ツールの有効性を示す.

品質基準を満たすためにパケットフローに割り当てるべき帯域量を評価する際に,「仮想帯域」の概念は強力かつ便利な数学的枠組みを与える.本論文は多重化ソースの仮想帯域を(特定の確率モデルを利用しないという意味で)ノンパラメトリックに推定する方法を提案する.提案推定法は,多重化ソースの平均トラヒック量と,多重化ソースが入力されるバッファのキュー長分布の裾の情報から,仮想帯域を推定するという特徴を有する.本論文では,極値理論により,バッファのキュー長分布の裾の情報が,単純なキュー長観測結果から簡易にかつ高精度に推定できることを示す.更に,実トラヒックデータを利用したシミュレーションにより提案推定法の精度を検証する.

本論文では,"スロット"と呼ばれる単位で区切られた時間軸上において,スロット単位に計測された入力仕事量の時系列データに基づき,有限容量単一サーバ待ち行列システムの性能を評価する手法について考察する.スロット単位の入力仕事量情報はあくまで入力過程に関する部分情報であるため,スロット単位の入力仕事量の情報から一意にシステムの性能を定めることはできない.代わりに,本論文ではシステム性能の上限値を評価する式,特に損失仕事率の上限値を決定論的にもしくは確率論的に与える式を導出する.得られた結果は,トラヒック測定システムの時間分解能の限界等により,詳細な入力トラヒック情報が得られないようなケースにおいて,システムの性能を解析する際に有用である.

本論文では, MAP/SM/1 Queueの出力過程を解析し, 出力間隔の分散や出力間隔列の相関構造に関する式を導出する.得られた結果より, Burkeの定理の別証明や出力過程に関する他の既存結果が直ちに導かれる.また, 到着過程やサービス時間過程の分散・相関が出力過程に与える影響を考察し, (1)到着過程の相関構造は待ち行列システムの前後で変化し, 待ち行列システムの負荷が高いほど到着過程の相関構造は出力過程に現れにくい, (2)到着率の分散が大きいほど出力間隔の分散も増大するが, システム高負荷時にはその影響は消える, (3)サービス時間の分散・相関ともに出力過程の相関構造全体に影響を与え, システム高負荷時でもその影響は残る, 等の結論を導く.更に, サービス時間過程が長距離相関性を有すると, たとえ到着過程が短距離相関であっても, 出力過程に長距離相関性が出現することを示す.

本論文では, 可変長パケットフローに対するEffective Bandwidth(バッファ有限のsingle-server queueにパケットフローが加わるとき, バッファ溢れ発生確率を目標値以下に抑えるために最低限必要なサーバ処理速度)を特定のトラヒックモデルを介在させずに(ノンパラメトリックに)推定する技術を提案する. 本論文では, 提案する推定法がIP網のトラヒックエンジニアリング上, 種々の望ましい性質(一種の不偏推定性, 等)を有していることを解析的に示すとともに, 数値例により提案推定法が既存の類似提案よりも優れた推定精度を有することを明らかにする.

次世代IP網における,DiffServ(Differentiated Services),MPLS(MultiProtocol Label Switching),CBR(Constraint-Based Routing)技術をベースとしたQoS保証の枠組みを示し,この枠組みにおけるトラヒック測定/分析技術,トラヒック(ネットワーク)設計技術,トラヒック制御技術(本稿ではこれらを総称してトラヒックエンジニアリングと呼ぶ)について概観する.特に,QoS保証機能を実現する上でKeyとなる技術である,トラヒック測定技術,LSP(Label Switched Path)帯域設計法,LSP設定法(LSP収容設計),アドミッション制御,輻輳制御についての概略と検討課題を述べる.

ATM網におけるVP (Virtual Path)の品質監視/容量自動調整機能を実現するセルフサイジングネットワークオペレーションシステム(セルフサイジングネットワークOpS)を開発すると共に,全国規模のATM実験網上にセルフサイジングネットワーク実験システムを構築し,同実験網上のVPに対してVP容量の実時間変更実験を行った.本論文では,セルフサイジングネットワーク実験システム,及びセルフサイジングネットワークOpSの概要を紹介し,併せてVP容量の実時間変更実験の結果について述べる.

ATM網では、多様なトラヒック転送の実現が期待されている。その一方、極めて多くの速度クラスが混在し、各サーピスの需要も不透明であり、多様な網リソースの使い方をするトラヒックが出現する等の特徴があるため、既存のトラヒック設計法やトラヒック管理法の適用は困難であると考えられている。そこで我々は、ATM網の特徴の1つであるVirtualPath(VP)の容量の可変性を利用したセルフサイジングネットワークを提案し、これを実現するためのオペレーシステムの研究を進めてきた。本稿では、上記オペレーションの実験システムを全国規模のATM実験網上に構築し、その実装性能を評価した結果を報告する。

マルチメディアトラヒックに対する従来のトラヒック研究は,(1)多様なトラヒック特性を網羅的に表現できるモデル,(2)上記モデルのバラメタ同定技術,(3)上記モデルに基づく通信システム性能評価法,を提供すべく進められてきた。事実MMPPやBMAPに代表されるバースト入力モデルの表現法とその性能評価法は近年急速に進展した。しかし他方で1.バースト入力モデル,及びその性能評価手法の複雑化2.バースト入力モデルでは扱えない新しいトラヒックタイプの出現(Self-similar traffic)3.同定すべきモデルの複雑さと実際のトラヒック測定能力との乖離等の問題により,従来アプローチの限界も次第に認識されつつある。従来アプローチの問題の多くは,パラメトリックな統計モデルによりマルチメディアトラヒックを表現,解折するプロセスに存在する。そこで,統計モデルが介在するプロセスを回避し,測定結果から直接システム性能評価を行う試みが最近各方面で行われつつある。本稿では,統計モデルを介在させずにシステム性能評価を行う試みの一つとして,要求品質を満たすために各トラヒックストリーム(もしくはそれを多重するコネクション)に最低限割り当てるべき帯域-必要帯域-をオンライン推定する技術について述べる。

セル廃棄率はバッファサイズに対して(漸近的に)指数関数で減衰するため, バッファサィズが大きい領域でのセル廃棄率は2つのパラメタ(asymptotic decay rate, asymptotic constant)により特徴付けられる. 本稿ではベイズ推定の考え方を利用して, キュー長分布測定によりこの二つのパラメタと使用率との関数関係をオンラインで逐次的に推定する技術を提案し, 更にそれをセル廃棄率の推定ならびにVPの動的容量割り当て(VP容量制御)に適用する方法を示す.

ATM網では、複数のVirtual Path Connection(VPC)に要求帯域の異なるVirtual Channel Connection (VCC)を多重するVPC選択制御および、VPの容量可変性を利用したVP容量制御が盛んに検討されている。また、これら2つの制御法の協調動作については1つのVirtual Path Connection Group(VBG)に注目してVPCの使用状態から協調可能な組合せが検討されている。本稿では、文献で検討されている協調動作について、網内の使用状態をVCC毎に模擬するシミュレーションを用いて比較検討する。

ATMにおける仮想パス(Virtual Path,VP)容量の可変性を活かして,トラヒック需要変動に適応可能なVP容量制御が盛んに検討されている.VP容量制御は網の疎通性能を高め,更に網運用業務に大きな改善をもたらすと期待されている.この制御に関して多種多様なアルゴリズムが提案されている.本稿では,測定データに基づいて直接駆動するアルゴリズムのうち,周期的にVP容量の増設/減設の必要性を判断するタイプについて,時間スケールのトラヒック需要変動がある場合に制御周期長を変化させて,網の疎通性能を比較する.

Vitual Path(VP)の容量可変性を利用したATM網の新しい網制御技術-VP容量制御一が近年注目されており,VP容量制御の特長を最大限に利用したATM網の為の新しいネットワークオペレ-ション技術-セルフサイジングネットワークーが提案されている。本稿ではセルフサイジングネットワークにおける設備設計法について概説する。

VP容量の自動調整機能を具備したネットワーク-セルフサイジンプネットワーク-における設備(伝送パス綱)設計法の概略を述べる。まず既存の設備設計法の抱える問題を述べ、セルフサイジング機能がこれら問題の解決に有効であることを示す。次いで、セルフサイジングネットワークの特徴を考慮し、トラヒックデータの代わりに時系列的に管理したVP帯域需要を網設計用の基礎データとして用いることを提案する。更にVP帯域需要の参照データとして、時系列モデル表現された「基礎帯域」と正規分布表現を用いた「基礎帯域」の二つを提案し、その管理法を示す。

ATM網においては、多様な帯域特性を持つトラヒックを単一の伝送方式の網で扱うため、高度なトラヒック制御の必要性が増している。本稿では、トラヒック制御のうち、交換機間に設定されたVPC群の中からVCCを接続するVPCを選択するVPC選択制御に関して検討した結果を報告する。特に、VPC容量が互いに異なった場合を考慮した方式を提案し、シミュレーションにより従来方式と疎通性能および特性の違いを明らかにする。また、VP容量制御方式とVPC選択制御方式の組み合わせがVPC容量の使われ方に与える影響を考察し、協調可能な組み合わせを分類する。これらの検討はトラヒック制御における協調動作の重要性の1例を示す。

与えられたUPC(Usage Parameter Control)方式を通過しうる任意のセル到着過程に対してセル損失率を保障するリソースマネジメントについて提案する。

本報告では、ATM網における複数種のトラヒック(多元トラヒック)に対する設備の設計及び過不足判定を,呼種毎に異なるトラヒック特性を意識せずに適切且つ簡易に行うための近似法を提案し,その有効性を検証する。提案の近似法は、多元トラヒックのセル流による占有帯域の変動の積率を一致させて、多元トラヒックを仮想的な単一のトラヒックに近似する手法である。この近似法を適用することにより、セル損失率規定値を満足する範囲で呼接続を行った時、平均セル速度、最大セル速度及び呼量に応じて、セル損失率と呼損率の両規定値を同時に満足するようにVirtual Pathの容量を容易に設計することが可能になる。

B-ISDNにおいて有効なダイナミックルーチング(DR)の接続方式について検討した結果を報告する。DRはトラヒック量と網資源の不均衡の吸収に有効な手段であるが、異速度通信を同時に扱うB-ISDNにおいては、DRの重要度は現在の電話網に比べて格段に高まる。本稿ではセルレベルのトラヒック特性を用いないDR方式について、クランクバックを用いた接続方式と最小負荷経路選択を用いた接続方式を適用し、現在NTTの電話網で使用されているDR方式と比較検討した結果を報告する。B-ISDNにおいては需要の不明確な新規サービスに対するトラヒック予測が困難になると予想されるので、高度な機能を持つDRを実施することにより網資源の面的共有が計られ、設備削減効果が期待できる。