JP2002009822A

JP2002009822A - 階層ストリームにおけるマルチキャストルーチング方法、その装置及びプログラム記録媒体

Info

Publication number: JP2002009822A
Application number: JP2000186281A
Authority: JP
Inventors: Takuya Asaka; 卓也朝香; Takumi Miyoshi; 匠三好; Yoshiaki Tanaka; 良明田中
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2002-01-11

Abstract

(57)【要約】【課題】問い合わせ数が少なく、ノード、ネットワー
クの負荷を小とし、計算量も小さくする。【解決手段】ノードｎ_nで新規参加要求が発生する
と、そのノードが要求する階層符号化における帯域ｃ_r
を含む問い合わせメッセージＭ_Qを、最小全域木に沿う
ソースｎ_sへの経路（ｎ_n−ｎ₁−ｎ₂−ｎ_s）へ送信
し、既存参加ノードでなければＭ_Qを単に次に転送し、
既存参加ノードｎ₂に達すると、ｃ_rを用いて、ｎ₂に
ｎ_nを接続してそのマルチキャストツリーに参加したら
生じるツリーコストの増分Ｖ（ｎ₂）をＭ_Qに加えて、
マルチキャストツリーに沿ってｎ_sの方向の経路（ｎ₂
−ｎ₃−ｎ_s）へＭ_Qを送り、各既存参加ノードでＭ_Q
にＶ（ｎ₃）を加えて順次転送し、ｎ_sではＶ（ｎ_s）
を計算し、受信したＶ（ｎ₂），Ｖ（ｎ₃）とＶ
（ｎ_s）と最小値を与えるノードを接続先ノードとし
て、応答メッセージＭ_Rをｎ_nへ送る。ｎ_nは接続先ノ
ードに最短経路で接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は情報通信ネットワ
ーク上で行われるマルチキャスト通信サービス、特に、
ネットワークの各ノードにおいて階層符号化されたスト
リーム（以下階層ストリームと記す）から任意のレイヤ
数だけ受信することが可能とされた通信ネットワークに
おいて、マルチキャスト通信に参加／離脱することが動
的に発生した場合におけるネットワーク上でのマルチキ
ャストルーチング方法、その装置及びプログラム記録媒
体に関する。

【０００２】

【従来の技術】マルチキャスト通信では、同じ情報を２
地点以上の目的地に伝送する場合、途中までの経路が同
じであれば、そこまでは一つの情報を伝送し、分岐点に
て複製を作成してそれぞれの方路へ転送する（分岐接
続）。これにより、中継伝送路上のトラヒックを大幅に
減少させることができ、全体としての網資源の節約、伝
送コストの低減が可能となる。また、マルチキャストサ
ービスでは、マルチキャストグループに対するユーザの
参加／離脱が動的に発生することが想定されており、イ
ンターネットやＡＴＭにおいても途中参加／離脱が可能
となる規定がなされている。

【０００３】一方、データをいくつかの階層に分割して
符号化する階層符号化は、ネットワーク帯域が異なるユ
ーザ間での通信、とりわけインターネットにおける映像
ストリームのマルチキャスト配信に適しているといわれ
ている。マルチキャスト参加者は、階層符号化されたス
トリーム（以下、階層ストリームと呼ぶ）から任意のレ
イヤ数だけを受信することにより、自分の環境にあった
伝送速度を実現することが可能となる。

【０００４】一般に、マルチキャストは、マルチキャス
トグループに参加しているすべての参加者宛に同一のデ
ータを送信する。このため、ネットワーク帯域の異なる
参加者間でマルチキャストを行う場合には、最も帯域の
小さい参加者に合わせて低品質のデータ送信を行うか、
または帯域の小さいユーザを参加させずに品質を維持す
る必要がある。サーバ蓄積形のマルチキャストであれ
ば、あらかじめ複数の伝送速度に合わせて符号化を行
い、それぞれのストリームを蓄積しておくことで対処で
きるが、各ユーザのネットワーク環境や要求帯域に合わ
せたストリームを準備しておくことは非常に困難であ
る。

【０００５】このようなヘテロなネットワーク環境（He
terogeneous network environment)において効率的なマ
ルチキャストを実現する手法として、データストリーム
をいくつかのレイヤに分割して符号化する階層符号化
（Layered Coding）技術が注目されている。例えば、映
像ストリームの階層符号化では、画像を周波数成分によ
っていくつかの階層レイヤに分割し、最も低周波成分を
基本レイヤ（Base layer）、それ以外の高周波成分を拡
張レイヤ（Enhanced layer）として符号化する。ユーザ
は、ネットワーク環境や空き帯域、ストリームを再生す
るマシン性能などを考慮して、基本レイヤから連続する
任意の数の階層レイヤを受信することにより、受信する
ストリームの伝送速度をユーザ側で変更することが可能
である。

【０００６】なお、この明細書ではレイヤ１を基本レイ
ヤ、レイヤ２以降を拡張レイヤとし、レイヤ番号が増加
するに従って高品質レイヤになるとする。また、異なる
経路を用いて伝送することにより生じるパケット順序補
正を避けるため、階層ストリームはすべて同じ経路にて
伝送されると仮定する。階層ストリームをマルチキャス
ト伝送する際のストリームフローを図７に示す。レイヤ
ードストリームサーバはソースノードｎ_sから全てのレ
イヤ１〜３を送信する。クライアント１は、十分なネッ
トワーク帯域とマシン性能があるため、ノードｎ₁で１
から３のすべての階層レイヤを受信している。一方、ク
ライアント３は、ネットワークの空き帯域が少ないか、
またはマシンの性能が低いため、すべての階層レイヤを
受信せず、ノードｎ₃で基本レイヤであるレイヤ１のみ
を受信している。このように、マルチキャストグループ
への参加者は、自分自身の環境に合わせた伝送速度を選
択可能となる。また、マルチキャスト伝送を行うため、
ソースノードｎ_sとノードｎ₁間を伝送されるレイヤ１
とレイヤ１の階層ストリームは、クライアント１，２，
３によって共有されることになる。中継ノードとなるノ
ードｎ₁は、クライアント１に全レイヤを転送、ノード
ｎ₂にレイヤ１と２を転送、ノードｎ₃にレイヤ１を転
送する。このように、階層ストリームのマルチキャスト
を行う場合には、ノードはマルチキャスト機能以外にデ
ータストリームからそれぞれの階層レイヤを取り出す機
能をもつ必要がある。この明細書では、すべてのノード
にこれらの機能が備わっていると仮定する。

【０００７】マルチキャストルーチングは、静的ルーチ
ングと動的ルーチングに分類することができる。前者は
マルチキャストグループへの参加ノードがあらかじめわ
かっており、マルチキャストコネクションの継続中にグ
ループの変化が起きない場合を想定したルーチングであ
る。後者はマルチキャストコネクション継続中にグルー
プへの参加／離脱が動的に発生する場合を想定したルー
チングである。静的ルーチングアルゴリズムでは、でき
るだけ最適に近いマルチキャストツリーを一度だけ構成
すれば十分であるのに対し、動的ルーチングアルゴリズ
ムでは、変動するマルチキャストグループに対して適切
なマルチキャストツリーを作成する必要がある。動的マ
ルチキャスト環境において静的ルーチングアルゴリズム
を用いると、効率的なマルチキャストツリーが構成され
なかったり、またはマルチキャストグループへの参加／
離脱イベントが発生するたびにルーチング演算を行うた
め計算量が膨大になってしまうという問題がある。一
方、マルチキャストサービス、とりわけストリーム形の
マルチキャストサービスにおいては、動的マルチキャス
トになることが多いと考えられる。

【０００８】階層ストリームマルチキャストのための動
的ルーチングアルゴリズムとして、リンク上を伝送され
ている階層ストリームの状況によってリンクに付与され
たコストに重み付けを行い、算出されたコストを用いて
最短経路接続を行うアルゴリズム（ＥＷＧＡ：Extended
weighted greedy algorithm）がある。このアルゴリズ
ムは、動的スタイナーツリー（Dynamic steiner tree）
を近似的に作成する重み付きグリーディアルゴリズム
（ＷＧＡ：Weighted greedy algorithm)を拡張したアル
ゴリズムである。リンク上を伝送されている階層ストリ
ームの状況によってＷＧＡに必要となる重み係数を変化
させることにより、階層ストリームマルチキャストに適
したマルチキャストツリーを構築することが可能とな
る。すなわち、既に階層ストリームが伝送されているリ
ンクがあれば、できるだけそのリンクを選択するよう
に、リンクコストに１未満の係数を乗じてコスト変換を
施す。

【０００９】階層レイヤ数３の場合にＥＷＧＡで用いら
れるリンクコストの変換表を図８に示す。Ｃ₁，Ｃ₂，
Ｃ₃は、それぞれ階層レイヤ１，２，３を伝送するのに
必要なリンクコスト、ｗ，ｕは重み係数を表す。上から
第１行目は参加者の種別Ｉ，II，III を示し括弧内はレ
イヤ数を示す。つまり種別Ｉの参加者はレイヤ１のみを
種別IIの参加者はレイヤ１と２を利用することを示し、
左第１列目は現在におけるリンクの状態を示し、Ａはデ
ータが全く伝送されていない状態、Ｂはレイヤ１のデー
タのみが伝送されることがある状態、Ｃはレイヤ１と２
のデータが伝送されることがある状態を示す。あるリン
クに着目したとき、そのリンク上を伝送されている階層
ストリームのレイヤ数によってリンク状態（Ａ〜Ｄ）を
判別し、かつマルチキャストグループに新規参加したノ
ードの要求帯域（レイヤ数）から新規参加ノード（以
下、新規参加ノードとする）の種別（Ｉ〜III)を判断
し、現在のマルチキャストツリーにおけるコストが最
も小さいノードに接続し、その後、図８に従って全体の
新しいリンクコストを算出する。このように、既に多く
の階層レイヤが伝送されているリンクほどコストを小さ
く見積ることにより、そのリンクが積極的に利用される
ことになる。

【００１０】ＥＷＧＡでは、新規参加ノードを既存のマ
ルチキャストツリーに接続する際、ＷＧＡと同様にネッ
トワーク上のすべてのリンクを対象としてルーチングを
行うので、ルーチングを行う各時点において最適に近い
マルチキャストツリーを構築することが可能である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】一方、ネットワーク上
のすべてのリンク情報を利用するため、ＯＳＰＦ（Open
shortest path first）などのルーチングプロトコルを
用いてすべてのノードにリンク状態を周知しておくか、
マルチキャストグループへの新規参加イベントが発生す
るたびにすべてのノード（またはリンク）に状態問い合
わせメッセージを送信する必要がある。前者の方法で
は、リンク状態の通知が定期的に行われるため、マルチ
キャストへの参加イベントの発生密度が高い場合には、
古いリンク状態を用いてルーチングが行われ、マルチキ
ャストツリーコストが高くなってしまう。また、後者の
方法では、各ノードでの参加イベントごとに多くの問い
合わせメッセージが発生し、トラヒックが増大するう
え、接続先ノードを決定するのに最短経路の再探索が必
要となり、かなりの計算量を要する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明によれば新規参
加ノードは、そのノードから最小全域木に沿ってマルチ
キャスト通信のソースノードへ向う方向へ、その新規参
加ノードが要求する階層ストリームのレイヤ数又は帯域
を含む問い合わせメッセージを送信し、その最小全域木
に沿うソースノードへ向う経路上におけるノードは既存
マルチキャストツリーに含まれていない場合は受信した
問い合わせメッセージを次のノードへ転送し、既存マル
チキャストツリーに含まれている場合は、受信した問い
合わせメッセージ中のレイヤ数又は帯域を用いて、その
新規参加ノードがその既存マルチキャストツリーにその
ノードに接続して加入した場合に生じるツリーコストの
場合を表わす評価値を計算し、その評価値を受信した問
い合わせメッセージに含めて、既存マルチキャストツリ
ーに沿ってソースノードへ向う方向に送信し、問い合わ
せメッセージを受信したノードがソースノードであれ
ば、上記計算した評価値と受信した問い合わせメッセー
ジ中の評価値との中から最小値を求め、その最小値を与
えるノードを接続先ノードとし、これを含めた応答メッ
セージを新規参加ノードへ送信し、これを受信した新規
参加ノードはその接続先ノードに最短経路で接続する。

【００１３】ここで最小全域木は全てのノードがマルチ
キャストグループに参加したとした場合において、全て
のノードを含みかつコストが最小となる木であり、参
加、不参加に関係なく、ネットワークが決まれば一意に
決る。最短経路はコストが最も小さい経路を意味する。

【００１４】

【発明の実施の形態】この発明の理解を容易にするた
め、図１を参照して具体的手順を説明する。図１におい
てノードｎ₂，ｎ₃，ｎ_sは既存マルチキャストツリー
のノード、つまり既存参加ノードであり、新規参加ノー
ドｎ_rから、最小全域木によりソースノードｎ_sに向う
経路はｎ_n−ｎ₁−ｎ₂−ｎ_sである。新規参加ノード
ｎ_nは、要求する階層ストリームの伝送帯域ｃ_rを問い
合わせメッセージＭ_Qに記述して、最小全域木に沿って
ソースノードｎ_sに向けて送信する。ノードｎ₁は、マ
ルチキャストツリーに含まれていないので、そのまま問
い合わせメッセージＭ_Qを転送する。問い合わせメッセ
ージＭ_Qを受信したノードｎ₂は既存マルチキャストツ
リーに含まれているので、評価値Ｖ（ｎ₂）を計算し、
問い合わせメッセージＭ_QにＶ（ｎ₂）を追加したうえ
で今度はマルチキャストツリーに沿ってソースノードｎ
_sに向けて送信する。なお、評価値Ｖ（ｎ ₂）は、新規
参加ノードをノードｎ₂に接続した場合に発生するツリ
ーコストの増分を表している。ノードｎ₃においても評
価値Ｖ（ｎ₃）を計算し、問い合わせメッセージＭ_Qに
追加してソースノードｎ_sへ送信する。問い合わせメッ
セージを受信したソースノードｎ_sは、自分自身の評価
値Ｖ（ｎ_n）を計算し、送信されてきた評価値Ｖ
（ｎ₂），Ｖ（ｎ₃）とＶ（ｎ_s）との中から最小のも
のを選択し、その最小値を与えるノード番号を応答メッ
セージＭ_Rに記述して新規参加ノードｎ_nに向け、必要
に応じて最短経路で送信する。応答メッセージＭ_Rを受
信した新規参加ノードｎ_nは、従来のマルチキャストル
ーチングアルゴリズムと同様の方法により、最短経路で
接続先ノードに向けて接続を行う。

【００１５】このような処理を行うため、各ノードは例
えば図２に示す機能構成をもっている。つまりトラヒッ
ク制御部１１は他ノードから転送されたトラヒックを受
信し、別の他ノードへ送信する。このトラヒック制御１
１に受信されたトラヒックは入力判定制御部１２に入力
される。入力判定制御部１２にはそのノードがマルチキ
ャスト通信に、新規に参加する場合の参加要求なども入
力される。入力判定制御部１２は入力が新規参加要求
か、問い合わせメッセージか、応答メッセージかの判定
また自ノードが、マルチキャスト通信に既に加入してい
る既存参加ノードか否かの判定を行い、これらの判定結
果をメッセージ部１３、ルーチング決定部１４へ入力
し、またメッセージ部１３よりのメッセージとルーチン
グ決定部１４よりの経路情報とを受け取り、トラヒック
制御部１１に対して、そのメッセージをその経路へ送信
させる。

【００１６】記憶部１５にはネットワークを構成するリ
ンク、そのコストなどのネットワーク情報、最小全域木
情報、全ての階層レイヤを伝送するに必要な帯域Ｃ_R、
自ノードで要求する階層ストリームの帯域又はレイヤ
数、既存参加ノードの場合はそのノードからソースノー
ドまでのリンク情報とその各リンクＬ上に伝送されてい
る階層ストリームの帯域Ｃ（Ｌ）などが記憶されてい
る。メッセージ部１３は新規参加要求の場合は、要求帯
域ｃ_r又はレイヤ数を含む問い合わせメッセージＭ_Qを
作成して出力し、既存参加ノードではなく問い合わせメ
ッセージＭ_Qを受信の場合は、その問い合わせメッセー
ジをそのまま出力し、既存参加ノードであって問い合わ
せメッセージＭ_Qを受信の場合は、評価値計算部１６で
計算した評価値Ｖ（ｉ）を問い合わせメッセージＭ_Qに
含めて出力する。

【００１７】ルーチング決定部１４は新規参加要求の場
合及び既存参加ノードではなく問い合わせメッセージＭ
_Qを受信の場合は記憶部１５の記憶情報を参照して最小
全域木に沿ってソースノードへ向う経路を決定出力し、
既存参加ノードであって、問い合わせメッセージＭ_Qの
受信の場合は、記憶部１５の記憶情報を参照してそのマ
ルチキャストツリーに沿ってソースノードへ向う経路を
決定出力する。評価値計算部１６は記憶部１５の記憶情
報を参照して評価値を計算する。入力判定制御部１２は
応答メッセージＭ_Rの受信の場合は、ルーチング決定部
１４に記憶部１５の記憶情報を参照して受信した接続先
ノードへの接続経路を決定して、接続処理部１７に接続
処理を行わせる。既存参加ノードではなく、問い合わせ
メッセージを受信した場合は、実際にはメッセージ部１
３を通過することなく次のノードに転送されることにな
る。

【００１８】次にこの発明による方法の一般的な処理手
順について、全体として処理を示す図３と、ノードにお
ける処理を示す図４及び図５とを参照して説明する。Ｓｔｅｐ１：マルチキャスト通信への参加要求が発生す
ると（図４．Ｓ１）、入力判定制御部１２はルーチング
決定部１４に対し、最小全域木に沿ってソースノード方
向へ送信要求を出し、またメッセージ部１３に対し、そ
の新規参加ノードが要求する階層ストリームのレイヤ数
又はその帯域を記述した問い合わせメッセージＭ_Qの作
成を要求する（Ｓ２）。ルーチング決定部１４で決定さ
れた経路（ソース方向）へ問い合わせメッセージＭ_Qの
送信をトラヒック制御部１１に行わせる（Ｓ３）。新規
参加ノードｎ_nはその後は応答メッセージの受信を待つ
（Ｓ４）。

【００１９】Ｓｔｅｐ２：問い合わせメッセージＭ_Qを
受信すると（図５、ｓ１）、その自ノードが既存参加ノ
ードかを調べ（ｓ２）、既存参加ノードでなければ入力
判定制御部１２は最小全域木に沿ってソースノード方向
へ転送要求し（ｓ３）、受信メッセージＭ_Qをそのソー
スノード方向の次のノードへ転送する（ｓ４）。問い合
わせメッセージＭ_Qが既存参加ノードに到達するまで、
メッセージＭ_Qの前記経路に沿ったソースノード方向へ
の転送が行われる。

【００２０】Ｓｔｅｐ３：図５中のステップｓ２におい
て、問い合わせメッセージＭ_Qを受信したノードｉが既
存参加ノードであれば、受信問い合わせメッセージＭ_Q
中の帯域ｃ_rと記憶部１５中の記憶情報とを用いて評価
値計算部１６により評価値Ｖ（ｉ）を次式により計算す
る（ｓ５）。

【００２１】

【数１】

【００２２】Ｃ_Rは全ての階層レイヤを伝送するのに必
要な帯域、Ｄ（ｎ，ｉ）は新規参加要求ノードｎとノー
ドｉ間の最短経路コスト、Ｔ（ｉ，ｓ）は既存マルチキ
ャストツリーにおけるノードｉとソースノードｓとの間
に張られたリンク、Ｄ（Ｌ）はリンクＬのコスト、Ｃ
（Ｌ）はリンクＬ上を伝送されている階層ストリームの
帯域、ｍａｘ（０，Ａ）はＡが負の場合は０を用い、Ａ
が正の場合はＡを用いることを表わす。Ｖ（ｉ）の式の
右辺第１項は新規参加ノードｎがそのノードｉに接続参
加した場合にノードｎとｉ間に生じるコストの増加分で
あり、第２項は例えば図１においてｉ＝２の場合は、ノ
ードｎ₂とｎ₃間のリンク、ノードｎ₃とｎ_s間のリン
クにおける、新規参加ノードがノードｉに接続参加した
場合にそれぞれにおいて生じるコストの増加分である。
要するにＶ（ｉ）は新規参加ノードｎがノードｉに接続
参加した場合に、マルチキャストツリーのコスト増分を
表わす。なお問い合わせメッセージＭ_Qに帯域ｃ_rでは
なくレイヤ数が記述されている場合は、そのレイヤ数か
ら帯域ｃ_rを例えば対応テーブルにより求めてＶ（ｉ）
を計算すればよい。

【００２３】Ｓｔｅｐ４：問い合わせメッセージＭ_Qを
受信したノードがソースノードであるかを調べ（ｓ
６）、ソースノードでなければ、受信した問い合わせメ
ッセージＭ_Qに計算したＶ_iの追加をメッセージ部１３
に要求し、また既存マルチキャストツリーに沿ってソー
スノードｎ_s方向へ転送要求をルーチング決定部１４に
要求し（ｓ７）、Ｖ（ｉ）を追加したメッセージＭ_Qを
マルチキャストツリー上でソースノード方向へ転送する
（ｓ８）。

【００２４】このようなＶ（ｉ）の計算、メッセージＭ
_Qへの追加、マルチキャストツリー上でソース方向への
転送が、ソースノードへ達するまで繰り返される。ステ
ップｓ６でメッセージＭ_Qがソースノードであった場合
はステップｓ５で計算した評価値Ｖ（ｓ）と、受信され
たメッセージＭ_Q中の評価値Ｖ（ｉ），…との中で最小
値を求める（ｓ９）。その求めた最小値を与えるノード
を接続先ノードとし、その接続先ノード番号を応答メッ
セージＭ_Rに記述して新規参加ノードに最短経路で送信
する（ｓ１０）。この送信は必ずしも最短経路によらな
くてもよい。

【００２５】Ｓｔｅｐ５：新規参加ノードは前記応答メ
ッセージＭ_Rを受信すると（図４、Ｓ４）、そのメッセ
ージＭ_R中の接続先ノード番号のノードに、ルーチング
決定部１４で求めた最短経路により新規参加ノードを接
続することを接続処理部１７に行わせる（Ｓ５）。例え
ば図１においてノードｎ₃が接続先ノードとすると新規
参加ノードｎ_nがノードｎ₃に接続され、この接続が完
了すると、新規参加ノードはその既存マルチキャストツ
リーに追加されたことになる。

【００２６】なお、この最短経路の途中に既存参加ノー
ドがあれば、例えば図１中に点線で示す既存参加ノード
ｎ₅が存在すれば、新規参加ノードｎ_nを接続先ノード
ｎ₃への接続処理中に最初に既存参加ノードｎ₅までの
接続が行われると、その時点でその接続先ノードｎ₃へ
の接続処理は終了する（Ｓ６）。各ノードにおける以上
のルーチング制御装置は通常はコンピュータにより機能
させる。この場合は例えば図６に示すように、トラヒッ
ク制御部１１、図２中の記憶部１５と同様な記憶部内容
の記憶部１５、接続処理部１７、図５に示した処理手順
の新規参加プログラムを格納したメモリ２１、図６に示
した処理手順の問い合わせ処理プログラムを格納したメ
モリ２２、コンピュータを動作させるための、またマル
チキャストルーチング制御装置全体として機能させるた
めのプログラムを格納したメモリ２３、ＣＰＵ２４がバ
ス２５に接続され、メッセージの入力や新規参加要求な
どが入力されると、ＣＰＵ２４により基本プログラム、
新規参加プログラム、問い合わせ処理プログラムの何れ
かを実行して、装置としての機能が行われる。新規参加
プログラム及び問い合わせ処理プログラムはＣＤ−ＲＯ
Ｍ、フロッピー（登録商標）ディスク、ＩＣＲＯＭなど
の１つの記録媒体に格納され、これをコンピュータ上の
メモリにインストールして、または直接バス２５に接続
され、用いられる。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、新
規参加ノードから最小全域木により、その新規参加ノー
ドからソースノードへ向う経路について、つまりあらか
じめ決められた探索経路に沿って接続先ノードの探索を
行い、既存参加ノードに達すると、これよりは既存マル
チキャストツリーにより決るソースノード方向の経路
（これを自動的に決る）に沿って探索を行うため、従来
のＥＷＧＡと比較して問い合わせメッセージを大幅に削
減することができる。また新規参加ノードを実際にマル
チキャストツリー（既存参加ノード）に接続する場合に
は、通常の最短経路を用いるため、最短経路の再探索も
不要である。

【００２８】以下にランダムネットワークを用いたシミ
ュレーションにより、マルチキャストツリーの平均コス
トについて、この発明方法（アルゴリズム）と従来のア
ルゴリズムとの比較評価を行う。ランダムネットワーク
では、Ｎ個のノードを平面上に配置し、ノードペア
（ｕ，ｖ）間のリンク発生率をＰｅ（ｕ，ｖ）＝（ｋｅ′／Ｎ）βｅｘｐ（−ｄ（ｕ，
ｖ）／Ｌα）により与える。但し、ｅ′は平均次数、ｄ（ｕ，ｖ）は
ｕ，ｖ間の距離、Ｌはｄ（ｕ，ｖ）の取り得る最大値、
ｋはノードペアの平均距離を決定するパラメータ、α，
β（０＜α，β＜１）はリンク発生率を制御するパラメ
ータである。また、リンクコストはｄ（ｕ，ｖ）で与え
るものとする。なお、ここでは、α＝０．２５，β＝
０．２０，ｅ′＝３，ｋ＝２５とする。

【００２９】シミュレーションのイベントには、いずれ
かのノードのマルチキャストグループへの参加／離脱が
あり、それらのイベントは周期的に発生するものとす
る。そのイベントがマルチキャストグループへの参加で
ある確率を、Ｐ_c（ｑ）＝γ（Ｎ−ｑ）／（γ（Ｎ−ｑ）＋（１−
γ）ｑ）で与える。但し、ｑはその時点でマルチキャストグルー
プに参加しているノード数、γ（０＜γ＜１）は平衡状
態においてマルチキャストグループに参加している平均
ノード数である。参加イベントが発生した場合には、非
参加ノードの中からランダムに新規参加ノードを決定
し、離脱イベントが発生した場合には、参加ノードの中
からランダムに離脱ノードを決定する。

【００３０】マルチキャストサービスは、階層レイヤ数
Ｎ_Lの階層ストリームとして階層符号化されていると
し、各階層レイヤを送信するのに必要な伝送帯域、及び
リンクコストはすべて等しいと仮定する。すなわち、ノ
ードｕ，ｖ間のリンク上を各階層レイヤが伝送されるこ
とにより発生するリンクコストは、ｄ（ｕ，ｖ）／Ｎ_L
となる。また、各ノードは、参加イベント発生の際にど
の階層までを受信するかを、一様確率、または幾何分布
により決定する。

【００３１】比較評価するアルゴリズムとして、刈り込
み最短経路木（ＰＳＰＴ：Pruned shortest path tre
e)、刈り込み最小全域木（ＰＭＳＴ：Pruned ＭＳ
Ｔ）、ＥＷＧＡ、及び階層ストリームを考慮しない従来
のＭＲＡＰＰＳを用いる。なお、ＥＷＧＡでは複数のパ
ラメータを必要とするが、ここではすべて０．２０を用
いる。いずれのアルゴリズムを用いた場合でも、伝送さ
れるストリームは下流の参加ノードが必要とする階層レ
イヤのみとする。評価は、イベント発生ごとに算出され
るマルチキャストツリー全体のコストの平均で行う。な
お、シミュレーションは異なる１０のネットワークを対
象にし、イベント数は２０，０００とする。

【００３２】（１）レイヤ数選択確率が一様分布の場合階層レイヤ数Ｎ_L＝３、新規参加ノードが選択する階層
レイヤ数を等確率にて与えた場合の結果を、図９、図１
０に示す。図はそれぞれノード数が５０，１００の場合
の結果である。図の横軸は全ノード数に対する平均マル
チキャスト参加ノード数の比を、縦軸はＥＷＧＡに対す
るマルチキャストツリーコストの比を表している。図９
より、この発明のアルゴリズムはＥＷＧＡとほぼ同程度
の特性を示していることがわかる。一方、図１０から、
ノード数が増加した場合には、この発明アルゴリズムは
ＥＷＧＡよりもマルチキャストツリーコストを低く抑え
ることが可能である。

【００３３】次に、ノード数Ｎ＝５０、階層レイヤ数Ｎ
_L＝１０の場合の計算結果を図１１に示す。図より、階
層レイヤ数が増加した場合にもこの発明アルゴリズムは
安定した特性を示しており、ＥＷＧＡよりも最大で５％
のコスト削減が可能となっている。ＥＷＧＡでは、パラ
メータによりリンクの重みを変化させて効果的なルーチ
ングを行うが、これらの値の決定は経験的手法に頼らざ
るを得ず、ここで用いたようにパラメータを固定した場
合には、ネットワークサイズやマルチキャスト参加ノー
ド数、階層レイヤ数などの変化に対して影響を受けやす
いといった問題がある。これに対し、この発明アルゴリ
ズムでは、パラメータを一切用いないロバストなアルゴ
リズム設計となっており、どのような状況下においても
常に低コストのマルチキャストツリーを構成することが
可能となる。

【００３４】（２）レイヤ数選択確率が幾何分布の場合ノード数Ｎ＝５０、階層レイヤ数Ｎ_L＝１０、新規参加
ノードが選択する階層レイヤ数を定数０．９０の幾何分
布にて与えた場合の結果を、図１２に示す。幾何分布に
従ってレイヤ数を選択することにより、基本レイヤのみ
の選択確率が高くなり、全レイヤを受信する確率が低下
する。図より、この場合にも提案アルゴリズムは非常に
優れた特性を示しており、ＥＷＧＡと比較して最大で約
１０％のツリーコストを低減できることがわかる。

【００３５】以上の定量評価により、ネットワークサイ
ズや階層レイヤ数及び階層レイヤ数選択確率などによら
ず、拡張重み付きグリーディアルゴリズムと同等、また
はより低コストのマルチキャストツリーを構成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明方法の手順の具体例を示す図。

【図２】この発明装置の機能構成例を示す図。

【図３】この発明方法の処理手順の例を示す図。

【図４】ノードにおける新規参加要求発生時の処理手順
の例を示す図。

【図５】ノードにおける問い合わせメッセージ受信時の
処理手順の例を示す図。

【図６】ノードとコンピュータにより機能させる場合の
構成例を示す図。

【図７】階層ストリームのマルチキャストの例を示す
図。

【図８】従来のＥＷＧＡに用いるリンクコスト変換表
（レイヤ数３）の例を示す図。

【図９】Ｎ＝５０、Ｎ_L＝３、選択レイヤ数一様分布に
おける平均コストの定量評価の結果を示す図。

【図１０】Ｎ＝１００、Ｎ_L＝３、選択レイヤ数一様分
布における平均コストの定量評価の結果を示す図。

【図１１】Ｎ＝５０、Ｎ_L＝１０、選択レイヤ数一様分
布における平均コストの定量評価の結果を示す図。

【図１２】Ｎ＝５０、Ｎ_L＝１０、選択レイヤ数幾何分
布における平均コストの定量評価の結果を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中良明東京都新宿区西早稲田１−３−10 早稲田大学国際情報通信研究センター内Ｆターム(参考） 5K030 GA01 GA19 HA08 LB06 LC09 LD02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通信ネットワークの各ノードで階層符号
化されたストリーム（以下階層ストリームと記す）から
任意のレイヤ数だけ受信することが可能とされた通信ネ
ットワーク上で、マルチキャスト通信に参加あるいは離
脱するノードが逐次的に発生したとき、動的にマルチキ
ャストサービスを行うことができるマルチキャストルー
チング方法において、新規参加ノードよりマルチキャスト通信への接続要求が
発生すると、新規参加ノードから最小全域木に沿って上記マルチキャ
スト通信のソースへ向う方向へ、その新規参加ノードが
要求する階層ストリームのレイヤ数またはその帯域を含
む問い合わせメッセージを送信し、上記最小全域木に沿うソースへ向う経路上におけるノー
ドは既存マルチキャストツリーに含まれていない場合は
受信した問い合わせメッセージを次のノードに転送し、
既存マルチキャストツリーに含まれているノードは、受
信した問い合わせメッセージ中の上記レイヤ数または帯
域を用いて、上記新規参加ノードが上記既存マルチキャ
ストツリーにそのノードに接続して加入した場合に生じ
るツリーコストの増分を表わす評価値を計算し、その評
価値を上記受信した問い合わせメッセージに含めて、上
記既存マルチキャストツリーに沿ってソースへ向う方向
へ送信し、上記問い合わせメッセージを受信したノードが上記ソー
スであれば、そのソースで計算した上記評価値と、受信
した問い合わせメッセージ中の評価値との中から最小値
を求め、その最小値を与えるノードを接続先ノードと
し、その接続先ノードを含む応答メッセージを上記新規
参加ノードに送信し、上記応答メッセージを受信した上記新規参加ノードは応
答メッセージ中の接続先ノードに最短経路で接続するこ
とを特徴とする階層ストリームにおけるマルチキャスト
ルーチング方法。
【請求項２】上記接続先ノードに新規参加ノードを接
続する際に、上記最短経路上に上記既存マルチキャスト
ツリーに含まれるノードが存在すると、そのノードまで
を接続して、上記接続先ノードへの接続処理を終了する
ことを特徴とする請求項１記載の階層ストリームにおけ
るマルチキャストルーチング方法。
【請求項３】通信ネットワークの各ノードで階層符号
化されたストリーム（以下階層ストリームと記す）から
任意のレイヤ数だけ受信することが可能とされた通信ネ
ットワークでマルチキャスト通信に参加あるいは離脱す
るノードが逐次的に発生したとき、動的にマルチキャス
トサービスを行うことができるノードのマルチキャスト
ルーチング制御装置であって、ネットワークの構成情報、最小全域木情報、上記マルチ
キャスト通信のソースまでリンク及びそのリンク上を伝
送する階層ストリームのレイヤ数又は帯域、そのノード
が要求する階層ストリームのレイヤ数又は帯域、全ての
階層レイヤを伝送する帯域Ｃ_Rなどを記憶する記憶部
と、入力された情報を判定し、メッセージ部よりのメッセー
ジをルーチング決定部で決定された経路へトラヒック制
御部に送信させる入力判定制御部と、上記入力判定制御部がその入力を新規参加要求と判定し
た結果が入力されて、上記記憶部の上記ノード要求する
上記レイヤ数又は帯域を含む問い合わせメッセージを上
記入力判定制御部へ出力し、上記入力判定制御部がその
入力を問い合わせメッセージと判定し、かつ自ノードが
既存のマルチキャスト通信に参加していないと判定した
結果が入力されて、その問い合わせメッセージを上記入
力判定制御部へ出力し、上記入力判定制御部がその入力
を問い合わせメッセージと判定し、かつそのノードが上
記既存のマルチキャスト通信に参加していると判定した
結果が入力されて、その問い合わせメッセージに、評価
値計算部で計算した評価値を付加して上記入力判定制御
部へ出力する上記メッセージ部と、上記ネットワーク情報、上記ソースまでのリンク情報、
及びその階層ストリームの帯域、上記階層レイヤの伝送
全帯域などを参照し、上記問い合わせメッセージ中の要
求帯域を用いて上記新規参加ノードが上記既存マルチキ
ャスト通信に自ノードに接続して参加すると生じるツリ
ーコストの増分を計算して上記評価値を得る上記評価値
計算部と、上記入力判定制御部がその入力を問い合わせメッセージ
と判定し、かつ自ノードが既存マルチキャスト通信に参
加していないと判定した結果が入力されて、上記最小全
域木情報を参照して上記ソース方向への経路を求め、上
記入力判定制御部がその入力を問い合わせメッセージと
判定し、かつ自ノードが既存マルチキャスト通信に参加
していると判定した結果が入力されて、上記ソースまで
のリンク情報を参照してソース方向への経路を求めて、
上記入力判定制御部へ出力する上記ルーチング部とを具
備するマルチキャストルーチング制御装置。
【請求項４】通信ネットワークの各ノードで階層符号
化されたストリーム（以下階層ストリームと記す）から
任意のレイヤ数だけ受信することが可能とされた通信ネ
ットワーク上で、マルチキャスト通信に参加あるいは離
脱するノードが逐次的に発生したとき、動的にマルチキ
ャストサービスを行うことができるノードのマルチキャ
ストルーチング制御装置のコンピュータに、そのノードが新規参加ノードとしてのマルチキャスト通
信への接続要求を受付ける処理と、上記接続要求を受付けると、最小全域木に沿ってマルチ
キャスト通信のソースへ向う方向へ、その新規参加ノー
ドが要求する階層ストリームのレイヤ数またはその帯域
を含む問い合わせメッセージを送信する処理と、その後、上記ソースからの応答メッセージを受信する処
理と、上記応答メッセージ中の接続先ノードに上記新規参加ノ
ードを最短経路で接続させる処理と、他のノードから問い合わせメッセージを受信する処理
と、問い合わせメッセージを受信すると、自ノードが既存マ
ルチキャスト通信の既存参加ノードであるか否かを判定
する処理と、上記判定結果が既存参加ノードでなければ受信した問い
合わせメッセージを、最小全域木に沿って上記マルチキ
ャスト通信のソースへ向う方向における次のノードへ転
送する処理と、上記判定結果が既存参加ノードであると判定すると、上
記受信問い合わせメッセージ中のレイヤ数または帯域を
用いて、新規参加ノードが既存マルチキャストツリーに
自ノードに接続して加入した場合に生じるツリーコスト
の増分を表わす評価値を計算する処理と、上記計算した評価値を、上記受信した問い合わせメッセ
ージに含める処理と、その問い合わせメッセージを、上記既存マルチキャスト
ツリーに沿ってソースへ向う方向へ送信する処理と、を
実行させるプログラムを記録した記録媒体。