JP2004056737A

JP2004056737A - Method, apparatus and program for distributing load to multiple routes

Info

Publication number: JP2004056737A
Application number: JP2002215275A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Kawahara; 川原　亮一
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2004-02-19

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make keepable equal user communication qualities on respective routes only from the number of simultaneously connected user flows, a band to be used and a value of a bottleneck link utility rate on each route which are easily measured. <P>SOLUTION: The apparatus for distributing a load to a plurality of routes is installed in a place of a transmission source node 11. The band of a link (j) to be used on a route I is measured, the bottleneck utility rate of a route (i) is calculated, link capacitance is defined as Ci, and a transfer rate and the average number of simultaneously connected user flows transmitted from the transmission source node 11 to the route (i) are measured for every fixed term T, such that a band to be used per user is calculated. Then, the user flow corresponding to traffic for dj=minä(ρth2-ρmj)×Cmj, (Uave-Ukj)/(Ckj-Ukj)×ρkj×Ckj×δ}(δ is a predetermined coefficient) is changed from a quality deteriorated route kj to a quality maintained route mj and it is applied to j=1-min(K, M). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＰネットワーク上の複数経路への負荷分散方法、負荷分散装置および負荷分散用プログラムに関し、特に、中継ノードを経由した発信元ノードと着信先ノードの間に経路が複数本存在する場合、該発信元ノードに設けられた複数経路負荷分散装置と、それを用いる複数経路負荷分散方法、ならびに各経路上のユーザ通信品質を均等に維持させるためのプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＰネットワークが広く利用されてくるに伴って、ＩＰネットワーク上での通信品質保証に対する要求が高まっている。そのような要求に応えて、あるリンクに負荷が集中するような場合、そのリンクにパケットを通すことにより品質が劣化することを回避するために、ＭＰＬＳ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　Ｌａｂｅｌ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）のような経路を明示的に指定できる技術を用いて、負荷分散を図る方法が提案されている。
【０００３】
上記従来の負荷分散方法は、主にリンク使用率のみをパラメータとして用いており、各経路のリンク使用率が同じになるように負荷分散を行っている。
しかし、リンク使用率とユーザの体感するファイル転送時間やスループット等の品質との関連が不明であるため、例えば、ある２つの経路のリンク使用率が同じであったとしても、同時接続ユーザ数等の条件によって、ある一方の経路におけるユーザ通信品質は劣化している可能性がある。
【０００４】
一方、リンクを通過するフローのファイル転送時間やスループットを直接測定して、その値を参照することで負荷分散を行う方法も考えられるが、この方法では、ファイル転送時間やスループットのようなユーザ品質を、当該リンク上を通過する全てのパケットをキャプチャしてフローを組み上げて算出するか、あるいは、当該リンクの前段か後段もしくはその両方に試験パケット送受信機を設置して、試験パケットを送信することにより、品質測定を行う必要があるため、一般的には、これは実装が困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の負荷分散方法では、リンク使用率のみをパラメータとして用いているが、体感するファイル転送時間やスループット等の品質との関連が明らかでないため、リンク使用率が同じであっても、一方の経路におけるユーザ通信品質が他方よりも劣化している可能性がある、という問題があった。
また、フローのファイル転送時間やスループットを直接測定し、その測定値により負荷分散を行う方法では、全てのパケットをキャプチャしてフローを組み上げ算出するか、あるいは、試験パケット送受信機を設置して、品質測定を行う必要があるため、実装が困難である、という問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、これら従来の課題を解決し、測定が簡単な同時接続ユーザフロー数と使用帯域、経路上のボトルネットクンク使用率、の値のみから各経路上のユーザ通信品質を均等に維持できるような複数経路負荷分散方法および装置、ならびにそのプログラムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の複数経路負荷分散方法は、（１）通信網における発信元ノードと着信先ノードの間に経路がｎ本存在し、該発信元ノードから該着信先ノードに向かうユーザフローはｎ本の経路中の１本を介して転送され、該発信元ノードは各経路の通信状態を予め定めた周期毎に観測し、観測した状態に応じて該ユーザフローの通信経路を変更する複数経路負荷分散方法であって、
該発信元ノードに設置された複数経路負荷装置は、任意の経路ｉ上にあるリンクｊの使用帯域Ｂ（ｉ，ｊ）を測定し、該経路のボトルネックリンク使用率をρｉ＝ｍａｘ（Ｂ（ｉ，ｊ）／Ｃ（ｉ，ｊ））（Ｃ（ｉ，ｊ）はリンクｊの容量）により算出し、またボトルネックとなるリンクの容量をＣｉとし、該発信元ノードから経路ｉに送信される転送レートＤｉおよび平均同時接続ユーザフロー数Ｎｉを予め定めた周期Ｔ毎に測定し、該経路ｉの１ユーザ当りの使用帯域をＵｉ＝Ｄｉ／Ｎｉにより算出し、Ｕａｖｅ＝ΣＵｉ／ｎおよび予め定めた閾値ε１，ε２，ρｔｈ１，ρｔｈ２を用いて、Ｕｋ＜（１−ε１）×Ｕａｖｅかつρｋ＞ρｔｈ１を満たす経路を品質劣化経路と仮定し、Ｕｋの値で該経路を昇順に並び替え、並び替えた後におけるｊ番目の該経路を品質劣化経路ｋｊとし、Ｕｍ＞（１＋ε２）×Ｕａｖｅかつ、ρｍ＜ρｔｈ２を満たす経路を品質維持経路と仮定し、Ｕｍの値で該経路を降順に並び替え、並び替えた後におけるｊ番目の該経路を品質維持経路ｍｊとし、該品質劣化経路ｋｊから該品質維持経路ｍｊへｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，（Ｕａｖｅ−Ｕｋｊ）／（Ｃｋｊ−Ｕｋｊ）×ρｋｊ×Ｃｋｊ×δ｝（δは予め定めた係数）分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更し、この処理をｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）（Ｋは品質劣化経路の本数、Ｍは品質維持経路の本数）に対して行うことを特徴としている。
（２）また、前記品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ、ｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，（Ｕａｖｅ−Ｕｋｊ）／（Ｃｋｊ−Ｕｋｊ）×ρｋｊ×Ｃｋｊ×δ｝分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更する代わりに、品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，ｄ｝（ｄは予め定めたトラヒック量）分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更し、この処理をｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して行うことも特徴としている。
（３）また、前記ρｉ，Ｎｉ，Ｄｉの測定を予め定めた周期Ｔ毎に行うが、同時に、該Ｔよりも短い測定周期τ（＝Ｔ／Ｍ’、Ｍ’は任意の整数）で区間（（ｎ−１）τ，ｎτ）におけるρｉ（ｎ），Ｎｉ（ｎ），Ｄｉ（ｎ）（ｎ＝１〜Ｍ’）の測定を行い、Ｕｉ（ｎ）＝Ｄｉ（ｎ）／Ｎｉ（ｎ）として、（ρｉ（ｎ），Ｕｉ（ｎ））を用いてρ＝Ｆｉ（Ｕ）の関係を表す関数Ｆｉ（　）を推定し、前記品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ、ｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，（Ｕａｖｅ−Ｕｋｊ）／（Ｃｋｊ−Ｕｋｊ）×ρｋｊ×Ｃｋｊ×δ｝分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更する代わりに、該品質劣化経路ｋｊから該品質維持経路ｍｊへｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，Ｐｋｊ−Ｆｋｊ（Ｕａｖｅ）×Ｃｋｊ×δ｝分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更し、この処理をｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して行うことも特徴としている。
（４）また、前記ρｉ，Ｎｉ，Ｄｉの測定を予め定めた周期Ｔ毎に行い、Ｎａｖｅ＝ΣＮｉ／ｎおよび予め定めた閾値ε１，ε２，ρｔｈ１，ρｔｈ２を用いて、Ｎｋ＞（１＋ε１）×Ｎａｖｅ　かつρｋ＞ρｔｈ１を満たす経路を品質劣化経路とし、Ｎｋの値で該経路を降順に並び替え、並び替えた後のｊ番目の該経路を品質劣化経路ｋｊとし、また、Ｎｍ＜（１−ε２）×Ｎａｖｅ　かつρｍ＜ρｔｈ２を満たす経路を品質維持経路とし、Ｎｍの値で該経路を昇順に並び替え、並び替えた後のｊ番目の該経路を品質維持経路ｍｊとし、該品質劣化経路ｋｊから該品質維持経路ｍｊへ、ｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，（Ｎｋｊ−Ｎａｖｅ）／Ｎｋｊ×Ｐｋｊ×Ｃｋｊ×δ｝（δは予め定めた係数）分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更し、この処理をｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して行うことも特徴としている。
（５）また、前記品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ、ｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，（Ｕａｖｅ−Ｕｋｊ）／（Ｃｋｊ−Ｕｋｊ）×ρｋｊ×Ｃｋｊ×δ｝分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更する代わりに、品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍ_ｊ）×Ｃｍｊ，（Ｕａｖｅ−Ｕｋｊ）／（Ｃｋｊ−Ｕｋｊ）×Ｄｋｊ×δ｝分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更し、この処理をｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して行うことも特徴としている。
（６）また、前記品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ、ｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，Ｐｋｊ−Ｆｋｊ（Ｕａｖｅ）×Ｃｋｊ×δ｝分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更する代わりに、ｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，（Ｎｋｊ−Ｎａｖｅ）／Ｎｋｊ×Ｄｋｊ×δ｝分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更し、この処理をｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して行うことも特徴としている。
（７）また、前記品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更し、この処理をｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して行う代わりに、Ｋ＞Ｍの場合には、ｊ＝Ｋ＋１〜Ｍの品質劣化経路ｋｊに対しても、品質維持経路の中でρ^ｎｅｗｍｉ＝｛（ρｔｈ２−ρｍｉ）×Ｃｍｉ＋ｄｉ｝／Ｃｍｉ＜ρｔｈ２（ｄｉはｉ＝１〜Ｍの品質劣化経路ｋｉから既に経路変更されたトラヒック量）を満たす品質維持経路ｍｉを探索し、もしあれば、該経路ｍｉに対して品質劣化経路から経路変更を上記（１）から（６）のいずれかの方法で行い、かつρｍｉの代わりにρ^ｎｅｗｍｉを用いることも特徴としている。
（８）また、前記平均同時接続ユーザフロー数Ｎｉを直接測定する代わりに、ユーザフローのトランスポートプロトコルがＴＣＰであり、該ＴＣＰパケットヘッダ中のＴＣＰセッションの開始と終了を表すフラグであるＳＹＮフラグおよびＦＩＮフラグが立っているパケットをカウントすることにより、予め定めた周期Ｔの平均同時接続ＴＣＰフロー数を測定して、測定値をＮｉとして用い、上記（１）から（６）のいずれかの方法で経路変更を行うことも特徴としている。
（９）また、前記平均同時接続ユーザフロー数Ｎｉを直接測定する代わりに、各ユーザフローに対して保証レートＧを予め設定し、網の発信元ノードにおいてあるユーザからのパケットを受信したならば、該パケットの現在の送信レートと保証レートを比較して保証レートを超えているときは、該パケットにタギングし、予め定めた周期Ｔよりも短い測定周期τ（＝Ｔ／Ｍ’、Ｍ’は整数）で区間［（ｎ−１）τ，ｎτ］において、タギングされていないパケットの経路ｉへの到着レート（Ａｉ（ｎ））を測定し、経路ｉの平均同時接続ユーザフロー数（Ｆｉ（ｎ）を、Ｆｉ（ｎ＋１）＝（１−ａ）＊Ｆｉ（ｎ）＋ａ＊Ａｉ（ｎ）／Ｇ（ａは平滑化パラメータ）により推定し、Ｎｉ＝Ｆｉ（Ｍ’）として用い、上記（１）から（６）のいずれかの方法で経路変更を行うことも特徴としている。
（１０）本発明の複数経路負荷分散装置は、上記（１），（８）または（９）のいずれかの方法で、ρｉ，Ｎｉ，Ｄｉの測定を予め定めた周期Ｔ毎に行う手段と、（１）から（７）のいずれかに記載の方法で、品質劣化経路から品質維持経路へユーザフローの経路を変更する手段とを具備することを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の原理および実施形態を、図面により詳細に説明する。
（原理）
図１は、本発明における１ユーザ使用帯域とリンク使用率の関係を示す特性曲線図である。
いま、ある経路における平均同時接続ユーザ数をＮ、そのリンクの平均使用帯域をＤ、ダウンロードするファイルサイズの平均をＦ、平均ファイル転送時間をＴとする。上記各値を元に、待ち行列理論におけるリトルの公式から、下記関係式（１）が成立する。
Ｎ＝Ｄ／Ｆ×Ｔ　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
すなわち、１ユーザ当りの使用帯域をＵ（＝Ｄ／Ｎ）と置くと、
Ｕ＝Ｆ／Ｔ　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
これは、ファイル転送速度に相当する。
１ユーザ当りの使用帯域とファイル転送速度から、上記（１）式が導出される。
【０００９】
従って、経路ａにおけるＵａと経路ｂにおけるＵｂが等しくなれば、つまり平均ファイルサイズが同じであれば、平均ファイル転送時間も等しくできることになる。そこで、本発明においては、Ｕをユーザ通信品質を表すパラメータとして用い、各経路上のＵが等しくなるように負荷分散を行っている。
ここで、品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ移動するトラヒック量を、
ｄｊ＝（Ｕａｖｅ−Ｕｋｊ）／（Ｃｋｊ−Ｕｋｊ）×ρｋｊ×Ｃｋｊ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
を用いて算出している根拠について説明する。
【００１０】
縦軸に１ユーザ使用帯域Ｕ（＝Ｄ／Ｎ）をとり、横軸に使用率ρをとると、図１の実線で示すような曲線となる。
一般に、Ｕはリンク使用率ρに対して単調減少し、また、ρが０に近づいたときにＵはリンク容量Ｃｋｊを超えることはない。
そこで、Ｕとρの関係を図１の点線で示すように線形近似し、経路変更後にＵ＝Ｕａｖｅとなるような使用率ρｎｅｗを算出し、現在の使用率ρｋｊとρｎｅｗの差が（Ｕａｖｅ−Ｕｋｊ）／（Ｃｋｊ−Ｕｋｊ）×ρｋｊと計算され、それにリンク容量Ｃｋｊを掛けることによりｄｊを算出している。
【００１１】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態である複数経路負荷分散方法（請求項１）においては、発信元ノードは経路ｉ（ｉ＝１，・・・，ｎ）上にあるリンクｊの使用帯域Ｂ（ｉ，ｊ）〔ｂｐｓ〕を測定し、経路ｉのボトルネックリンク使用率をρｉ＝ｍａｘｊ（Ｂ（ｉ，ｊ）／Ｃ（ｉ，ｊ））（なお、Ｃ（ｉ，ｊ）は、経路ｉかつリンクｊのリンク容量〔ｂｐｓ〕）により算出し、また、ボトルネックとなるリンク容量をＣｉとし、該ノードから経路ｉへ送信される転送レートＤｉ〔ｂｐｓ〕および平均同時接続ユーザフロー数Ｎｉを一定周Ｔ毎に測定し、経路ｉにおける１ユーザ当りの使用帯域Ｕｉ＝Ｄｉ／Ｎｉにより算出し、Ｕａｖｅ＝ΣＵｉ／ｎおよび予め定めた閾値ε１，ε２，ρｔｈ１，ρｔｈ２を用いて、下式（３），（４）を満たす経路を品質劣化経路とする。
Ｕｋ＜（１−ε１）×Ｕａｖｅ　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
ρｋ＞ρｔｈ１　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
【００１２】
次に、Ｕｋの値で該経路を昇順に並び替え、そのときのｊ番目の該経路を品質劣化経路ｋｊ（ｋｊ＝ｋ１〜ｋｋ）とする。また、下式（５），（６）を満たす経路を品質維持経路とする。
Ｕｍ＞（１＋ε２）×Ｕａｖｅ　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・（５）
ρｍ＜ρｔｈ２　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６）
そして、Ｕｍの値で該経路を降順に並び替え、そのときのｊ番目の経路を品質維持経路ｍｊ（ｍｊ＝ｍ１〜ｍＭ）とする。
【００１３】
品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ、下式（７）の分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更する。
ｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，（Ｕａｖｅ−Ｕｋｊ）／（Ｃｋｊ−Ｕｋｊ）×ρｋｊ×Ｃｋｊ×δ｝　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（７）
なお、δは予め定めた係数である。
これをｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して行うことを特徴とする。なお、Ｋは品質劣化経路の本数、Ｍは品質維持経路の本数である。
【００１４】
ここで、品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ移動するトラヒック量を前記（３）式を用いて算出している根拠について説明する。
一般に、Ｕはリンク使用率ρに対して単調減少し（図１参照）、また、ρが０に近づいたときにＵはリンク容量Ｃｋｊを超えることはない（Ｕ＝＜Ｆ／Ｔ）。
そこで、Ｕとρの関係を図１のように線形近似し、経路変更後にＵ＝Ｕａｖｅとなるような使用率ρｎｅｗを算出し、現在の使用率ρｋｊと経路変更後使用率ρｎｅｗの差が（Ｕａｖｅ−Ｕｋｊ）／（Ｃｋｊ−Ｕｋｊ）×ρｋｊと計算され、それにリンク容量Ｃｋｊを掛けることにより、ｄｊを算出している。
【００１５】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態である複数経路負荷分散方法（請求項２）においては、第１の実施形態のように品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ前記（７）式で示すトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更する代わりに、下記（８）式の分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更する。
すなわち、品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ、
ｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，ｄ｝　・・・・・・・（８）
上式（８）で示す分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊに変更する。
なお、ｄは、予め定めたトラヒック量〔ｂｐｓ〕である。
そして、これをｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して行うことを特徴とする。
【００１６】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態である複数経路負荷分散方法（請求項３）においては、第１の実施形態と同様に、ρｉ，Ｎｉ，Ｄｉの測定を一定周期Ｔ毎に行い、同時にＴよりも短い測定周期τ（＝Ｔ／Ｍ’なお、Ｍ’は整数である）で区間［（ｎ−１）τ，ｎτ］における下記（９）式の測定を行う。
ρｉ（ｎ），Ｎｉ（ｎ），Ｄｉ（ｎ）　・・・・・・・・・・・・・（９）
なお、ｎ＝１〜Ｍ’である。
そして、Ｕｉ（ｎ）＝Ｄｉ（ｎ）／Ｎｉ（ｎ）として、（ρｉ（ｎ），Ｕｉ（ｎ））を用いて、ρ＝Ｆｉ（Ｕ）の関係を表す関数Ｆｉ（　）を推定する。
【００１７】
そして、第１の実施形態のように、品質劣化経路ｋ_ｊから品質維持経路ｍ_ｊへ前記（７）式に示す分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋ_ｊからｍ_ｊへ変更する代わりに、下式（１０）に示す分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋ_ｊからｍ_ｊに変更する。
ｄ_ｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍ_ｊ）×Ｃｍ_ｊ，Ｐｋｊ−Ｆｋｊ（Ｕａｖｅ）×Ｃｋｊ×δ｝　　　　　　　　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１０）
そして、これをｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して行うことを特徴とする。
【００１８】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態である複数経路負荷分散方法（請求項４）においては、第１の実施形態と同様に、ρｉ、Ｎｉ、Ｄｉの測定を一定周期毎に行い、
Ｎａｖｅ＝ΣＮｉ／ｎおよび予め定めた閾値ε１，ε２，ρｔｈ１，ρｔｈ２を用いて、下式（１１）を満たす経路を品質劣化経路とする。
Ｎｋ＞（１＋ε１）×Ｎａｖｅ　かつ、
ρｋ＞ρｔｈ２　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１１）
次に、Ｎｋの値で該経路を降順に並び替え、そのときのｊ番目の該経路を品質劣化経路ｋｊ（ｋｊ＝ｋ１〜ｋｋ）とする。
【００１９】
また、下記（１２）式を満たす経路を品質維持経路とする。
Ｎｍ＜（１−ε２）×Ｎａｖｅ　かつ、
ρｍ＜ρｔｈ２　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１２）
次に、Ｎｍの値で該経路を昇順に並び替え、そのときのｊ番目の経路を品質維持経路ｍｊ（ｍｊ＝ｍ１〜ｍＭ）とする。品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ下記（１３）式に示す分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更し、これをｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して行うことを特徴とする。
ｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，（Ｎｋｊ−Ｎａｖｅ）／Ｎｋｊ×Ｐｋｊ×Ｃｋｊ×δ｝　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１３）
（なお、δは予め定めた係数）
【００２０】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態である複数経路負荷分散方法（請求項５）においては、第１の実施形態と同様に、品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ、上記（７）式に示す分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更する代わりに、品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ下記（１４）式に示す分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更し、これをｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して行うことを特徴とする。
ｄ_ｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，（Ｕａｖｅ−Ｕｋｊ）／（Ｃｋｊ−Ｕｋｊ）×Ｄｋｊ×δ｝　・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１４）
【００２１】
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態である複数経路負荷分散方法（請求項６）においては、第３の実施形態と同様に、品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ、上記（１０）式に示す分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更する代わりに、品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ下記（１５）式に示す分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更し、これをｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して行うことを特徴とする。
ｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，（Ｎｋｊ−Ｎａｖｅ）／Ｎｋｊ×Ｄｋｊ×δ｝　　　　　　　　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１５）
【００２２】
（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態である複数経路負荷分散方法（請求項７）においては、第１から第６の実施形態と同様に、品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ、ユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更し、これをｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して行う代わりに、Ｋ＞Ｍの場合には、ｊ＝Ｋ＋１〜Ｍの品質劣化経路ｋｊに対しても、品質維持経路の中で下記（１６）式を満たす品質維持経路ｍｊを探索し、もしあれば、その経路ｍｊに対して品質劣化経路から品質維持経路を第１から第４のいずれかの方法で行うことを特徴とする（ただし、そのときには、ρｍｊの代わりにρ^ｎｅｗｍｉを用いる）。
ρ^ｎｅｗｍｉ＝｛（ρｔｈ２−ρｍｉ）×Ｃｍｉ＋ｄｉ｝／Ｃｍｉ＜ρｔｈ２（なお、ｄｉはｉ＝１〜Ｍの品質劣化経路ｋｉから既に経路変更されたトラヒック量）・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１６）
【００２３】
（第８の実施形態）
本発明の第８の実施形態である複数経路負荷分散方法（請求項８）においては、第１から第６の実施形態と同様に、平均同時接続ユーザフロー数Ｎｉを直接測定する代わりに、ユーザフローのトランスポートプロトコルがＴＣＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）であり、該ＴＣＰパケットヘッダ中のＴＣＰセッションの開始と終了を表すフラグであるＳＹＮフラグおよびｆｉｎフラグが立っているパケットをカウントすることにより、一定周期Ｔの平均同時接続ＴＣＰフロー数を測定して、それをＮｉとして用いて第１から第６のいずれかの方法で経路変更を行うことを特徴とする。
【００２４】
（第９の実施形態）
本発明の第９の実施形態である複数経路負荷分散方法（請求項９）においては、第１から第６の実施形態と同様に、平均同時接続ユーザフロー数Ｎｉを直接測定する代わりに、各ユーザフローに対して保証レートＧを予め設定し、網の発信元ノードにおいてユーザからのパケットを受信したならば、該パケットの現在の送信レートと保証レートを比較して保証レートを超えているときには、該パケットにタギングし、一定周期Ｔよりも短い測定周期τ（＝Ｔ／Ｍ’，Ｍ’は整数）で区間［（ｎ−１）τ，ｎτ］において、タギングされていないパケットの経路ｉへの到着レート（Ａｉ（ｎ）［ｂｐｓ］）を測定し、経路ｉの平均同時接続ユーザフロー数（Ｆｉ（ｎ））を下記（１７式）により推定し、Ｎｉ＝Ｆｉ（Ｍ’）として用いて第１から第６のいずれかの方法で経路変更を行うことを特徴とする。
Ｆｉ（ｎ＋１）＝（１−ａ）＊Ｆｉ（ｎ）＋ａ＊Ａｉ（ｎ）／Ｇ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１７）
（なお、上記（１７）式において、ａは平滑化パラメータである）
【００２５】
（第１０の実施形態）
本発明の第１０の実施形態である複数経路負荷分散方法（請求項１０）においては、第１、第８、第９のいずれかの方法で、ρｉ，Ｎｉ，Ｄｉの測定を一定周期Ｔ毎に行う手段、第１から第７のいずれかの方法で品質劣化経路および品質維持経路を判定し、品質劣化経路から品質維持経路へユーザフローの経路を変更する手段を具備することを特徴とする。
【００２６】
（実施例の説明）
以下、図面により本発明の実施例について説明する。
図２は、本発明の一実施例を示すネットワークの基本構成図である。
発信元ノード１１から着信先ノード１２へｎ本の経路１〜ｎが設定され、各経路１〜ｎはいくつかのリンク１６〜２１と中継ノード１３〜１５を介して張られている。図２の発信元ノード１１に複数経路負荷分散装置が設定される形態で利用される。
【００２７】
図３は、本発明の一実施例を示す複数経路負荷分散装置の構成図である。
ここでは、本発明の第８の方法で、使用率ρｉ、Ｎｉ、Ｄｉの測定を一定周期Ｔ毎に行い、第１の方法で品質劣化経路および品質維持経路を判定して、品質劣化経路から品質維持経路へユーザフローの経路を変更する複数経路負荷分散方法を用いた第１０の実施形態を用いた複数経路負荷分散装置３０の構成を示している。
【００２８】
図３に示すように、ユーザから到着したパケットは、経路設定部３１でパケットヘッダに該ユーザの転送すべき経路を示す経路情報をパケットヘッダに書き込むか、あるいは、新たなヘッダを追加する。次に、パケットヘッダ解析部３２によりパケットサイズ、ＴＣＰフラグ情報を読み取られた後、経路制御部３３へ送信される。経路制御部３３は、そのパケットのヘッダ情報から転送すべき経路を読み出し、その経路へ転送する。
【００２９】
パケットヘッダ解析部３２により読み取られたパケットサイズは、転送レート測定部３５へ通知され、転送レート測定部３５は一定周期Ｔの間に通過したパケットのサイズの和を経路毎、かつユーザフロー毎（あるいは、予め定めたユーザフローグループ毎）に計算し、その値をＴで割ることにより経路ｉへの転送レートＤｉならびにユーザフロー（グループ）１の転送レートＤｉ，ならびにＤｉｌをを算出し、Ｄｉを１ユーザ使用帯域算出部３８に通知する。
【００３０】
一方、ＴＣＰフラグ情報は、パケットヘッダ解析部３２から同時接続ユーザフロー数測定部３６に通知される。同時接続ユーザフロー数測定部３６は、経路ｉにおいてＴＣＰフローの開始を示すＳＹＮフラグビットが立っているパケットを検出したならば、新しいフロー発生と判断し、同時接続フロー数カウンタを１増加する。また、ＴＣＰフロー終了を表すＦＩＮフラグビットが立っているパケットを検出したならば、同時接続フロー数カウンタを１減少させる。Ｔ時間毎に、このカウンタ値の平均値Ｎｉを算出し、１ユーザ使用帯域算出部３８に通知する。
【００３１】
１ユーザ使用帯域算出部３８は、経路ｉにおける１ユーザ当りの使用帯域Ｕｉ＝Ｄｉ／Ｎｉにより算出し、かつＵａｖｅ＝ΣＵｉ／ｎを計算し、ＵｉおよびＵａｖｅを経路品質判定部３９に通知する。
リンク使用率管理部３７は、一定周期Ｔ毎に、経路ｉ上にあるリンクｊの使用帯域Ｂ（ｉ，ｊ）［ｂｐｓ］の測定を中継リンクに指示し、その結果を受信して、経路ｉのボトルネックリンク使用率をρｉ＝ｍａｘｊ（Ｂ（ｉ，ｊ）／Ｃ（ｉ，ｊ））（Ｃ（ｉ，ｊ）は経路ｉかつリンクｊのリンク容量［ｂｐｓ］）により算出し、またボトルネックとなるリンク容量をＣｉとして、ρｉおよびＣｉを経路品質判定部３９に通知する。
【００３２】
経路品質判定部３９は、Ｕａｖｅおよび予め定めた閾値ε１，ε２，ρｔｈ１，ρｔｈ２を用いて、Ｕｋ＜（１−ε１）×Ｕａｖｅ　かつρｋ＞ρｔｈ１を満たす経路を品質劣化経路とし、Ｕｋの値で品質劣化経路を昇順に並び替え、そのときのｊ番目の経路を品質劣化経路ｋｊ（ｋｊ＝ｋ１〜ｋｋ）とする。また、Ｕｍ＞（１＋ε２）×Ｕａｖｅ　かつρｍ＜ρｔｈ２を満たす経路を品質維持経路とし、Ｕｍの値で品質維持経路を降順に並び替え、そのときのｊ番目の経路を品質維持経路ｍ_ｊ（ｍ_ｊ＝ｍ_１〜ｍ_Ｍ）とし、経路変更トラヒック量算出部４０に通知する。
【００３３】
経路変更トラヒック量算出部４０は、品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ移動すべきトラヒック量を、ｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して下式（７）式により算出し、経路変更指示部３４に通知する。
ｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，（Ｕａｖｅ−Ｕｋｊ）／（Ｃｋｊ−Ｕｋｊ）×ρｋｊ×Ｃｋｊ×δ｝　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（７）
なお、δは予め定めた係数である。
【００３４】
経路変更指示部３４は、転送レート測定部３５からユーザフロー（グループ）毎の転送レートを受信し、品質劣化経路ｋｊに属するユーザフロー（グループ）１の転送レートＤｋｊ，１を昇順に並び替え、下記（１８）式を満たす１＊を求める。
Ｄｋｊ，１＋Ｄｋｊ，２＋・・＋Ｄｋｊ，１＊＜ｄｊ＜Ｄｋｊ，１＋Ｄｋｊ，２＋・・・＋Ｄｋｊ，１＊＋Ｄｋｊ，（１＊＋１）　　　　・・・・・・・・（１８）
次に、ユーザフロー（グループ）１から１＊までを経路ｋｊから経路ｍｊへ変更するように、経路設定部３１へ指示する。経路設定部３１は、その指示に従って経路の設定テーブルを変更する。以上をｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して行う。
【００３５】
図３に示す複数経路負荷分散装置３０内の各ブロックを接続したフロー処理を、プログラムに変換し、変換されたプログラムを発信元ノード１１に設置された分散装置３０の各制御部に装着して、プログラムをインストールすることにより、各制御部でこれを実行すれば、本発明を容易に実現することが可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、測定が簡易な同時接続ユーザフロー数と使用帯域、経路上のボトルネックリンク使用率、などの値のみから各経路上のユーザ通信品質を均等に維持できるような複数経路負荷分散方法および装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における１ユーザ使用帯域とリンク使用率の関係を示す特性曲線図である。
【図２】本発明の一実施例を示すネットワークの基本構成図である。
【図３】本発明の一実施例を示す複数経路負荷分散装置の構成図である。
【符号の説明】
１１…発信元ノード、１２…着信先ノード、１３〜１５…中継ノード、
１６〜２１…リンク、３０…複数経路負荷分散装置、３１…経路設定部、
３２…パケットヘッダ解析部、３３…経路制御部、３４…経路変更指示部、
３５…転送レート測定部、３６…同時接続ユーザフロー数測定部、
３７…リンク使用率管理部、３８…１ユーザ使用帯域算出部、
３９…経路品質判定部、４０…経路変更トラヒック量算出部。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a load distribution method, a load distribution device, and a load distribution program for a plurality of routes on an IP network, and particularly to a case where a plurality of routes exist between a source node and a destination node via a relay node. The present invention relates to a multi-path load distribution device provided in the source node, a multi-path load distribution method using the same, and a program for maintaining user communication quality on each path evenly.
[0002]
[Prior art]
With the widespread use of IP networks, there is a growing demand for communication quality assurance on IP networks. In response to such a request, when the load is concentrated on a certain link, a path such as MPLS (Multi-Protocol Label Switching) is used in order to prevent the quality from being degraded by passing a packet through the link. A method of distributing the load using a technique that can explicitly specify the load has been proposed.
[0003]
The above-mentioned conventional load distribution method mainly uses only the link utilization rate as a parameter, and performs load distribution such that the link utilization rates of the respective paths become the same.
However, since the relationship between the link usage rate and the quality such as the file transfer time and throughput experienced by the user is unknown, for example, even if the link usage rates of two given routes are the same, the number of simultaneously connected users, etc. According to the condition (1), there is a possibility that the user communication quality in a certain route is degraded.
[0004]
On the other hand, a method of directly measuring the file transfer time and throughput of the flow passing through the link and distributing the load by referring to the values is conceivable. However, in this method, user quality such as file transfer time and throughput is considered. Is calculated by capturing all the packets passing through the link and assembling the flow, or by installing a test packet transceiver at the front or rear stage or both of the link and transmitting the test packet. In general, this is difficult to implement because it requires quality measurement.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional load distribution method, only the link usage rate is used as a parameter. However, since the relation with the quality such as the file transfer time and throughput to be perceived is not clear, even if the link usage rate is the same. However, there is a problem that the user communication quality in one path may be deteriorated compared to the other.
Also, in the method of directly measuring the file transfer time and throughput of the flow and distributing the load based on the measured values, all the packets are captured and the flow is assembled and calculated, or a test packet transceiver is installed and installed. There is a problem that it is difficult to implement because it is necessary to measure the quality.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to solve these conventional problems, and to measure the user communication quality on each route only from the values of the number of concurrently connected user flows and the bandwidth used, and the bottleneck utilization rate on the route, which are easy to measure. And a multi-path load distribution method and apparatus capable of uniformly maintaining the load, and a program therefor.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the method of the present invention for multi-path load distribution comprises: (1) n paths exist between a source node and a destination node in a communication network; The incoming user flow is transferred via one of the n paths, and the source node observes the communication state of each path at predetermined intervals, and according to the observed state, the communication path of the user flow. A multi-path load balancing method that changes
The multi-path load device installed at the source node measures the used bandwidth B (i, j) of the link j on the arbitrary path i, and determines the bottleneck link usage rate of the path by ρi = max (B (I, j) / C (i, j)) (where C (i, j) is the capacity of link j), and the capacity of the bottleneck link is Ci, and from the source node to the route i The transmitted transfer rate Di and the average number of simultaneously connected user flows Ni are measured at predetermined periods T, and the bandwidth used per user of the route i is calculated by Ui = Di / Ni, and Uave = ΣUi / n Using a predetermined threshold ε1, ε2, ρth1, ρth2, a route satisfying Uk <(1−ε1) × Uave and ρk> ρth1 is assumed to be a quality degradation route, and the routes are arranged in ascending order by the value of Uk. J after rearranging and rearranging The route of the eye is assumed to be a quality degradation route kj, a route satisfying Um> (1 + ε2) × Uave and ρm <ρth2 is assumed to be a quality maintenance route, and the routes are sorted in descending order by the value of Um. Is the quality maintenance route mj from the quality degradation route kj to the quality maintenance route mj, dj = min ｛(ρth2-ρmj) × Cmj, (Uave−Ukj) / (Ckj−Ukj) × ρkj The user flow corresponding to traffic of × Ckj × δ） (δ is a predetermined coefficient) is changed from the route kj to mj, and this process is performed with j = 1 to min (K, M) (K is the quality degradation route) (M is the number of quality maintenance paths).
(2) In addition, dj = min {(ρth2-ρmj) × Cmj, (Uave−Ukj) / (Ckj−Ukj) × ρkj × Ckj × δ} traffic from the quality degradation path kj to the quality maintenance path mj. Instead of changing the user flow corresponding to to the path kj to the path mj from the quality deterioration path kj to the quality maintenance path mj, dj = min {(ρth2-ρmj) × Cmj, d} (d is a predetermined traffic amount) It is also characterized in that the user flow corresponding to the traffic No. is changed from the route kj to the route mj, and this processing is performed for j = 1 to min (K, M).
(3) The measurement of ρi, Ni, Di is performed at every predetermined period T, and at the same time, the measurement period τ (= T / M ′, M ′ is an arbitrary integer) shorter than T Ρ (n), Ni (n), Di (n) (n = 1 to M ′) at ((n−1) τ, nτ) are measured, and Ui (n) = Di (n) / Ni ( n), a function Fi () representing the relationship of ρ = Fi (U) is estimated using (ρi (n), Ui (n)), and dj = dj from the quality degradation path kj to the quality maintenance path mj. min {(ρth2-ρmj) × Cmj, (Uave−Ukj) / (Ckj−Ukj) × ρkj × Ckj × δ} Instead of changing the user flow corresponding to the traffic from the path kj to mj, the quality degradation is performed. From the path kj to the quality maintenance path mj, dj = min ｛(ρth2−ρmj) × Cmj, Pkj−Fkj ( It is also characterized in that a user flow corresponding to traffic of (Uave) × Ckj × δ} is changed from the route kj to mj, and this processing is performed for j = 1 to min (K, M).
(4) Also, the measurement of ρi, Ni, Di is performed at every predetermined period T, and Nk> (1 + ε1) × using Nave = ΣNi / n and predetermined thresholds ε1, ε2, ρth1, ρth2. A route that satisfies Nave and ρk> ρth1 is defined as a quality-deteriorated route, the routes are sorted in descending order by the value of Nk, the j-th route after the sorting is defined as a quality-deteriorated route kj, and Nm <(1- ε2) × Nave and a path that satisfies ρm <ρth2 are set as quality maintaining paths, the paths are rearranged in ascending order by the value of Nm, and the j-th path after the rearrangement is set as a quality maintaining path mj. From kj to the quality maintenance path mj, a user corresponding to traffic of dj = min {(ρth2-ρmj) × Cmj, (Nkj−Nave) / Nkj × Pkj × Ckj × δ} (δ is a predetermined coefficient) Go through the flow It is also characterized in that the route kj is changed to mj, and this processing is performed for j = 1 to min (K, M).
(5) In addition, dj = min {(ρth2-ρmj) × Cmj, (Uave−Ukj) / (Ckj−Ukj) × ρkj × Ckj × δ} minutes of traffic from the quality degradation path kj to the quality maintenance path mj. Is changed from the path kj to the path mj instead of the path kj to the quality maintenance path mj, dj = min ｛(ρth2−ρm _j ) × Cmj, (Uave−Ukj) / (Ckj−Ukj) × Dkj × δ}, the user flow corresponding to the traffic is changed from the route kj to mj, and this processing is j = 1 to min (K, M) It is also a feature that it is performed for.
(6) The user flow corresponding to the traffic of dj = min {(ρth2−ρmj) × Cmj, Pkj−Fkj (Uave) × Ckj × δ} is routed from the quality degradation route kj to the quality maintenance route mj. Instead of changing from kj to mj, the user flow corresponding to the traffic of dj = min {(ρth2-ρmj) × Cmj, (Nkj−Nave) / Nkj × Dkj × δ} is changed from the route kj to mj, It is also characterized in that this processing is performed for j = 1 to min (K, M).
(7) Also, instead of changing the user flow from the quality degradation route kj to the quality maintenance route mj from the route kj to mj, and performing this processing for j = 1 to min (K, M), K> M In the case of, even for the quality degradation path kj of j = K + 1 to M, ρ in the quality maintenance path ^new mi = {(ρth2−ρmi) × Cmi + di} / Cmi <ρth2 (di is a quality maintaining route mi that satisfies the traffic volume already changed from the quality degraded route ki of i = 1 to M) and, if any, , The route mi is changed from the quality-deteriorated route by any one of the above methods (1) to (6), and ρ is replaced by ρ instead of ρmi. ^new It is also characterized by using mi.
(8) Also, instead of directly measuring the average number of concurrently connected user flows Ni, the transport protocol of the user flow is TCP and a SYN flag in the TCP packet header is a flag indicating the start and end of the TCP session. By counting the number of packets with the FIN flag set, the average number of simultaneously connected TCP flows with a predetermined period T is measured, and the measured value is used as Ni, and any of the above (1) to (6) is used. Another feature is that the route is changed by a method.
(9) Instead of directly measuring the average number of concurrently connected user flows Ni, if a guaranteed rate G is preset for each user flow and a packet from a certain user is received at the source node of the network, When the current transmission rate of the packet is compared with the guaranteed rate, if the rate exceeds the guaranteed rate, the packet is tagged and a measurement cycle τ (= T / M ′, M ′) shorter than a predetermined cycle T is performed. Is an integer), the arrival rate (Ai (n)) of untagged packets to the route i is measured in the section [(n-1) τ, nτ], and the average number of simultaneously connected user flows (Fi) of the route i is measured. (N) is estimated by Fi (n + 1) = (1-a) * Fi (n) + a * Ai (n) / G (a is a smoothing parameter) and is used as Ni = Fi (M '). Any of (1) to (6) It is characterized also in that the route is changed.
(10) The multi-path load distribution device of the present invention includes: a unit that measures ρi, Ni, and Di at predetermined intervals T by any one of the methods (1), (8), and (9). , (1) to (7), a means for changing a route of a user flow from a quality deterioration route to a quality maintenance route.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the principles and embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(principle)
FIG. 1 is a characteristic curve diagram showing the relationship between the bandwidth used by one user and the link usage rate in the present invention.
Now, it is assumed that the average number of simultaneously connected users on a certain route is N, the average bandwidth used by the link is D, the average file size to be downloaded is F, and the average file transfer time is T. Based on the above values, the following relational expression (1) is established from Little's formula in queuing theory.
N = D / F × T (1)
That is, if the used bandwidth per user is U (= D / N),
U = F / T (2)
This corresponds to the file transfer speed.
The above equation (1) is derived from the bandwidth used per user and the file transfer speed.
[0009]
Therefore, if Ua on the path a and Ub on the path b are equal, that is, if the average file size is the same, the average file transfer time can be equal. Therefore, in the present invention, U is used as a parameter indicating the user communication quality, and load distribution is performed so that U on each path is equal.
Here, the traffic amount moving from the quality deterioration route kj to the quality maintenance route mj is
dj = (Uave−Ukj) / (Ckj−Ukj) × ρkj × Ckj (3)
The basis for calculation using will be described.
[0010]
If the vertical axis indicates the bandwidth U (= D / N) used by one user and the horizontal axis indicates the usage rate ρ, the curve is as shown by the solid line in FIG.
In general, U monotonically decreases with respect to the link utilization rate ρ, and when ρ approaches 0, U does not exceed the link capacity Ckj.
Therefore, the relationship between U and ρ is linearly approximated as shown by the dotted line in FIG. 1, a usage rate ρnew is calculated so that U = Uave after the route change, and the difference between the current usage rates ρkj and ρnew is (Uave− Ukj) / (Ckj−Ukj) × ρkj, and dj is calculated by multiplying the result by the link capacity Ckj.
[0011]
(1st Embodiment)
In the multi-path load distribution method (Claim 1) according to the first embodiment of the present invention, the transmission source node uses the bandwidth B () of the link j on the path i (i = 1,..., N). i, j) [bps], and calculates the bottleneck link utilization rate of path i by ρi = maxj (B (i, j) / C (i, j)) (where C (i, j) is the path i and the link capacity [bps] of the link j), the link capacity serving as a bottleneck is set to Ci, the transfer rate Di [bps] transmitted from the node to the route i, and the average number of concurrently connected user flows Ni Is measured at every fixed round T, and is calculated based on the used band Ui = Di / Ni per user on the route i, and using Uave = ΣUi / n and predetermined thresholds ε1, ε2, ρth1, ρth2, Paths that satisfy (3) and (4) are quality The pathway.
Uk <(1−ε1) × Uave (3)
ρk> ρth1 (4)
[0012]
Next, the routes are sorted in ascending order by the value of Uk, and the j-th route at that time is set as a quality degradation route kj (kj = k1 to kk). A route that satisfies the following equations (5) and (6) is a quality maintenance route.
Um> (1 + ε2) × Uave (5)
ρm <ρth2 (6)
Then, the routes are sorted in descending order by the value of Um, and the j-th route at that time is set as a quality maintenance route mj (mj = m1 to mM).
[0013]
The user flow corresponding to the traffic of the following equation (7) is changed from the quality degradation route kj to the quality maintenance route mj to the route kj to mj.
dj = min {(ρth2-ρmj) × Cmj, (Uave−Ukj) / (Ckj−Ukj) × ρkj × Ckj × δ} (.) 7)
Here, δ is a predetermined coefficient.
This is performed for j = 1 to min (K, M). Note that K is the number of quality degradation paths, and M is the number of quality maintenance paths.
[0014]
Here, the grounds for calculating the traffic amount moving from the quality deterioration route kj to the quality maintenance route mj using the above-described formula (3) will be described.
In general, U monotonically decreases with respect to the link usage rate ρ (see FIG. 1), and when ρ approaches 0, U does not exceed the link capacity Ckj (U = <F / T).
Therefore, the relationship between U and ρ is linearly approximated as shown in FIG. 1 and the usage rate ρnew is calculated so that U = Uave after the route change, and the difference between the current usage rate ρkj and the usage rate ρnew after the route change is ( Uave−Ukj) / (Ckj−Ukj) × ρkj, and dj is calculated by multiplying the result by the link capacity Ckj.
[0015]
(Second embodiment)
In the multi-path load distribution method (Claim 2) according to the second embodiment of the present invention, as in the first embodiment, the traffic shown by the equation (7) is changed from the quality degraded path kj to the quality maintenance path mj. Instead of changing the corresponding user flow from the route kj to mj, the user flow corresponding to the traffic of the following equation (8) is changed from the route kj to mj.
That is, from the quality deterioration route kj to the quality maintenance route mj,
dj = min {(ρth2-ρmj) × Cmj, d} (8)
The user flow corresponding to the traffic represented by the above equation (8) is changed from the route kj to mj.
Note that d is a predetermined traffic volume [bps].
Then, this is performed for j = 1 to min (K, M).
[0016]
(Third embodiment)
In the multi-path load distribution method according to the third embodiment of the present invention (claim 3), ρi, Ni, and Di are measured at regular intervals T as in the first embodiment. The measurement of the following equation (9) is performed in the section [(n-1) τ, nτ] at a short measurement period τ (= T / M ′, where M ′ is an integer).
ρi (n), Ni (n), Di (n) (9)
Note that n = 1 to M ′.
Then, as (Ui (n) = Di (n) / Ni (n)), a function Fi () representing the relationship of ρ = Fi (U) is estimated using (ρi (n), Ui (n)). .
[0017]
Then, as in the first embodiment, the quality degradation path k _j To quality maintenance route m _j The user flow corresponding to the traffic represented by the above equation (7) is routed k. _j From m _j Instead of changing to the route k, the user flow corresponding to the traffic represented by the following equation (10) is _j From m _j Change to
d _j = Min ｛(ρth2-ρm _j ) × Cm _j , Pkj−Fkj (Uave) × Ckj × δ｝ (10)
Then, this is performed for j = 1 to min (K, M).
[0018]
(Fourth embodiment)
In the multi-path load distribution method according to the fourth embodiment of the present invention (claim 4), ρi, Ni, and Di are measured at regular intervals, as in the first embodiment.
Using Nave = ΣNi / n and predetermined thresholds ε1, ε2, ρth1, ρth2, a route that satisfies the following expression (11) is set as a quality degradation route.
Nk> (1 + ε1) × Nave and
ρk> ρth2 (11)
Next, the routes are sorted in descending order by the value of Nk, and the j-th route at that time is set as a quality degradation route kj (kj = k1 to kk).
[0019]
A route that satisfies the following equation (12) is defined as a quality maintenance route.
Nm <(1−ε2) × Nave and
ρm <ρth2 (12)
Next, the routes are sorted in ascending order by the value of Nm, and the j-th route at that time is set as a quality maintenance route mj (mj = m1 to mM). From the quality degradation route kj to the quality maintenance route mj, the user flow corresponding to the traffic shown in the following equation (13) is changed from the route kj to mj, and this is performed for j = 1 to min (K, M). It is characterized by the following.
dj = min {(ρth2-ρmj) × Cmj, (Nkj−Nave) / Nkj × Pkj × Ckj × δ} (13)
(Where δ is a predetermined coefficient)
[0020]
(Fifth embodiment)
In the multi-path load distribution method according to the fifth embodiment of the present invention (Claim 5), as in the first embodiment, from the quality degraded path kj to the quality maintenance path mj, the above equation (7) is used. Instead of changing the user flow corresponding to the traffic per minute from the route kj to mj, the user flow corresponding to the traffic corresponding to the traffic represented by the following formula (14) from the quality degraded route kj to the quality maintaining route mj from the route kj to mj. And j is 1 to min (K, M).
d _j = Min {(ρth2-ρmj) × Cmj, (Uave−Ukj) / (Ckj−Ukj) × Dkj × δ} (14)
[0021]
(Sixth embodiment)
In the multi-path load distribution method (claim 6) according to the sixth embodiment of the present invention, similarly to the third embodiment, from the quality degradation path kj to the quality maintenance path mj, the above equation (10) is used. Instead of changing the user flow corresponding to the minute traffic from the route kj to mj, the user flow corresponding to the minute traffic shown in the following equation (15) is changed from the quality degradation route kj to the quality maintenance route mj from the route kj to mj. And j is set to j = 1 to min (K, M).
dj = min {(ρth2−ρmj) × Cmj, (Nkj−Nave) / Nkj × Dkj × δ} (15)
[0022]
(Seventh embodiment)
In the multi-path load distribution method according to the seventh embodiment of the present invention (claim 7), similarly to the first to sixth embodiments, a user flow is transferred from a quality deterioration path kj to a quality maintenance path mj. Instead of changing from kj to mj and performing this for j = 1 to min (K, M), if K> M, the quality degradation path kj of j = K + 1 to M is A quality maintenance route mj that satisfies the following equation (16) is searched among the maintenance routes, and if any, a quality maintenance route from the quality deterioration route to the quality maintenance route is performed for the route mj by any of the first to fourth methods. (Where ρ instead of ρmj ^new mi).
ρ ^new mi = {(ρth2−ρmi) × Cmi + di} / Cmi <ρth2 (where di is the traffic amount that has already been changed from the quality-degraded path ki of i = 1 to M)・・・・・・・・ (16)
[0023]
(Eighth embodiment)
In the multi-path load distribution method according to the eighth embodiment of the present invention (claim 8), similar to the first to sixth embodiments, instead of directly measuring the average number of concurrently connected user flows Ni, the user The transport protocol of the flow is TCP (Transmission Control Protocol), and a packet having a SYN flag and a fin flag, which are flags indicating the start and end of the TCP session, in the TCP packet header is counted, so that a fixed period is obtained. The method is characterized in that the average number of simultaneous TCP connections of T is measured, and the route is changed by any one of the first to sixth methods using this as Ni.
[0024]
(Ninth embodiment)
In the multi-path load distribution method (claim 9) according to the ninth embodiment of the present invention, similarly to the first to sixth embodiments, instead of directly measuring the average concurrently connected user flow number Ni, If a guaranteed rate G is set in advance for the user flow and a packet from the user is received at the source node of the network, the current transmission rate of the packet is compared with the guaranteed rate. , Tagging the packet, and in a section [(n−1) τ, nτ] with a measurement period τ (= T / M ′, M ′ is an integer) shorter than the fixed period T, the path i of the untagged packet The arrival rate (Ai (n) [bps]) is measured, and the average number of simultaneously connected user flows (Fi (n)) of the route i is estimated by the following (Equation 17), and as Ni = Fi (M ′) 1st to 6th using And performs path change in any way.
Fi (n + 1) = (1-a) * Fi (n) + a * Ai (n) / G (17)
(In the equation (17), a is a smoothing parameter.)
[0025]
(Tenth embodiment)
In the multi-path load distribution method according to the tenth embodiment of the present invention (claim 10), the measurement of ρi, Ni, Di is performed at regular intervals T by any one of the first, eighth, and ninth methods. Means for determining the quality degradation path and the quality maintenance path by any one of the first to seventh methods, and changing the user flow path from the quality degradation path to the quality maintenance path. .
[0026]
(Description of Example)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a basic configuration diagram of a network showing an embodiment of the present invention.
N paths 1 to n are set from the source node 11 to the destination node 12, and each of the paths 1 to n is established via some links 16 to 21 and relay nodes 13 to 15. It is used in a form in which a multi-path load distribution device is set in the source node 11 of FIG.
[0027]
FIG. 3 is a configuration diagram of a multi-path load distribution apparatus showing one embodiment of the present invention.
Here, in the eighth method of the present invention, the usage rates ρi, Ni, and Di are measured at regular intervals T, and the quality deterioration path and the quality maintenance path are determined by the first method. The configuration of the multi-path load distribution device 30 using the tenth embodiment using the multi-path load distribution method for changing the route of the user flow to the quality maintenance path is shown.
[0028]
As shown in FIG. 3, for a packet arriving from a user, the route setting unit 31 writes route information indicating a route to be transferred by the user into the packet header, or adds a new header. Next, after the packet size and the TCP flag information are read by the packet header analysis unit 32, the packet size and the TCP flag information are transmitted to the route control unit 33. The route control unit 33 reads a route to be transferred from the header information of the packet and transfers the route to the route.
[0029]
The packet size read by the packet header analysis unit 32 is notified to the transfer rate measurement unit 35, and the transfer rate measurement unit 35 calculates the sum of the sizes of the packets that have passed during the fixed period T for each path and for each user flow ( Alternatively, the transfer rate Di to the route i and the transfer rates Di and Dil of the user flow (group) 1 are calculated by dividing the value by T and calculating the Di. This is notified to the one-user use band calculation unit 38.
[0030]
On the other hand, the TCP flag information is notified from the packet header analysis unit 32 to the simultaneous connection user flow number measurement unit 36. When detecting the packet in which the SYN flag bit indicating the start of the TCP flow is set on the path i, the simultaneous connection user flow number measuring unit 36 determines that a new flow has occurred, and increases the simultaneous connection flow number counter by one. When detecting a packet in which the FIN flag bit indicating the end of the TCP flow is set, the simultaneous connection flow number counter is decreased by one. The average value Ni of the counter value is calculated for each T time, and is notified to the one-user use band calculation unit 38.
[0031]
The one-user use bandwidth calculation unit 38 calculates the use bandwidth Ui = Di / Ni per user on the route i, calculates Uave = ΣUi / n, and notifies the route quality determination unit 39 of Ui and Uave.
The link usage rate management unit 37 instructs the relay link to measure the used bandwidth B (i, j) [bps] of the link j on the route i at every fixed period T, receives the result, and The bottleneck link utilization of i is calculated by ρi = maxj (B (i, j) / C (i, j)) (where C (i, j) is the link capacity [bps] of path i and link j), Further, the link capacity serving as a bottleneck is set to Ci, and ρi and Ci are notified to the route quality determination unit 39.
[0032]
Using Uave and predetermined thresholds ε1, ε2, ρth1, and ρth2, the path quality determination unit 39 sets a path that satisfies Uk <(1−ε1) × Uave and ρk> ρth1 as a quality-deteriorated path, and uses the value of Uk The quality degradation routes are sorted in ascending order, and the j-th route at that time is defined as a quality degradation route kj (kj = k1 to kk). A route satisfying Um> (1 + ε2) × Uave and ρm <ρth2 is set as a quality maintenance route, and the quality maintenance routes are sorted in descending order by the value of Um, and the j-th route at that time is replaced with a quality maintenance route m _j (M _j = M ₁ ~ M _M ), And notifies the route change traffic amount calculation unit 40.
[0033]
The route change traffic amount calculation unit 40 calculates the traffic amount to be moved from the quality deterioration route kj to the quality maintenance route mj for j = 1 to min (K, M) by the following equation (7), The change instruction unit 34 is notified.
dj = min {(ρth2-ρmj) × Cmj, (Uave−Ukj) / (Ckj−Ukj) × ρkj × Ckj × δ} (.) 7)
Here, δ is a predetermined coefficient.
[0034]
The route change instructing unit 34 receives the transfer rate for each user flow (group) from the transfer rate measuring unit 35, and sorts the transfer rates Dkj, 1 of the user flows (group) 1 belonging to the quality degradation route kj in ascending order. 1 * that satisfies the following equation (18) is obtained.
Dkj, 1 + Dkj, 2 +. + Dkj, 1 * <dj <Dkj, 1 + Dkj, 2 + ... + Dkj, 1 * + Dkj, (1 * + 1) (18)
Next, the route setting unit 31 is instructed to change the user flows (groups) 1 to 1 * from the route kj to the route mj. The route setting unit 31 changes the route setting table according to the instruction. The above is performed for j = 1 to min (K, M).
[0035]
3 is converted into a program, and the converted program is attached to each control unit of the distribution device 30 installed in the source node 11. The present invention can be easily realized if each control unit executes the program by installing the program.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the user communication quality on each path is uniformly maintained only from the values of the number of concurrently connected user flows and the bandwidth used, the bottleneck link usage rate on the path, etc., which are easily measured. A multi-path load distribution method and apparatus that can be realized can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a characteristic curve diagram showing a relationship between a band used by one user and a link usage rate in the present invention.
FIG. 2 is a basic configuration diagram of a network showing an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a multi-path load distribution apparatus showing one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
11: source node, 12: destination node, 13-15: relay node,
16-21: link, 30: multi-path load balancer, 31: path setting unit,
32: packet header analysis unit, 33: route control unit, 34: route change instruction unit
35: transfer rate measurement unit, 36: simultaneous connection user flow number measurement unit,
37: link use rate management unit, 38: 1 user use band calculation unit,
39: route quality judgment unit, 40: route change traffic amount calculation unit.

Claims

通信網における発信元ノードと着信先ノードの間に経路がｎ本存在し、該発信元ノードから該着信先ノードに向かうユーザフローはｎ本の経路中の１本を介して転送され、該発信元ノードは各経路の通信状態を予め定めた周期毎に観測し、観測した状態に応じて該ユーザフローの通信経路を変更する複数経路負荷分散方法であって、
該発信元ノードに設置された複数経路負荷装置は、任意の経路ｉ上にあるリンクｊの使用帯域Ｂ（ｉ，ｊ）を測定し、
該経路のボトルネックリンク使用率をρｉ＝ｍａｘｊ（Ｂ（ｉ，ｊ）／Ｃ（ｉ，ｊ））（Ｃ（ｉ，ｊ）はリンクｊの容量）により算出し、またボトルネックとなるリンクの容量をＣｉとし、
該発信元ノードから経路ｉに送信される転送レートＤｉおよび平均同時接続ユーザフロー数Ｎｉを予め定めた周期Ｔ毎に測定し、
該経路ｉの１ユーザ当りの使用帯域をＵｉ＝Ｄｉ／Ｎｉにより算出し、
Ｕａｖｅ＝ΣＵｉ／ｎおよび予め定めた閾値ε１，ε２，ρｔｈ１，ρｔｈ２を用いて、Ｕｋ＜（１−ε１）×Ｕａｖｅ　かつρｋ＞ρｔｈ１を満たす経路を品質劣化経路と仮定し、
Ｕｋの値で該経路を昇順に並び替え、並び替えた後におけるｊ番目の該経路を品質劣化経路ｋｊとし、
Ｕｍ＞（１＋ε２）×Ｕａｖｅ　かつ、ρｍ＜ρｔｈ２を満たす経路を品質維持経路と仮定し、
Ｕｍの値で該経路を降順に並び替え、並び替えた後におけるｊ番目の該経路を品質維持経路ｍｊとし、
該品質劣化経路ｋｊから該品質維持経路ｍｊへｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，（Ｕａｖｅ−Ｕｋｊ）／（Ｃｋｊ−Ｕｋｊ）×ρｋｊ×Ｃｋｊ×δ｝（δは予め定めた係数）分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更し、
この処理をｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）（Ｋは品質劣化経路の本数、Ｍは品質維持経路の本数）に対して行うことを特徴とする複数経路負荷分散方法。There are n paths between a source node and a destination node in a communication network, and a user flow from the source node to the destination node is transferred via one of the n paths, and A former node observes the communication state of each path at predetermined intervals, and is a multi-path load distribution method of changing the communication path of the user flow according to the observed state,
The multi-path load device installed at the source node measures the used bandwidth B (i, j) of the link j on the arbitrary path i,
The bottleneck link utilization rate of the route is calculated by ρi = maxj (B (i, j) / C (i, j)) (where C (i, j) is the capacity of link j), and the link that becomes the bottleneck is calculated. Is the capacity of Ci,
The transfer rate Di and the average number of concurrently connected user flows Ni transmitted from the source node to the path i are measured at predetermined intervals T,
The use band per user of the route i is calculated by Ui = Di / Ni,
Using Uave = ΣUi / n and predetermined thresholds ε1, ε2, ρth1, ρth2, a route satisfying Uk <(1−ε1) × Uave and ρk> ρth1 is assumed to be a quality degradation route,
The paths are rearranged in ascending order by the value of Uk, and the j-th path after the rearrangement is set as a quality degradation path kj.
Assuming that a path satisfying Um> (1 + ε2) × Uave and ρm <ρth2 is a quality maintaining path,
The routes are sorted in descending order by the value of Um, and the j-th route after the sorting is set as a quality maintenance route mj,
From the quality deterioration route kj to the quality maintenance route mj, dj = min {(ρth2-ρmj) × Cmj, (Uave−Ukj) / (Ckj−Ukj) × ρkj × Ckj × δ} (δ is a predetermined coefficient) The user flow corresponding to the traffic of the minute is changed from the route kj to the route mj,
A multi-path load distribution method characterized in that this processing is performed on j = 1 to min (K, M) (K is the number of quality deterioration paths, M is the number of quality maintenance paths).

請求項１記載の複数経路負荷分散方法において、
前記品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ、ｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，（Ｕａｖｅ−Ｕｋｊ）／（Ｃｋｊ−Ｕｋｊ）×ρｋｊ×Ｃｋｊ×δ｝分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更する代わりに、
品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，ｄ｝（ｄは予め定めたトラヒック量）分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更し、この処理をｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して行うことを特徴とする複数経路負荷分散方法。The method according to claim 1, wherein
From the quality degradation path kj to the quality maintenance path mj, a user flow corresponding to traffic of dj = min {(ρth2-ρmj) × Cmj, (Uave−Ukj) / (Ckj−Ukj) × ρkj × Ckj × δ} Instead of changing from kj to mj,
Dj = min {(ρth2-ρmj) × Cmj, d} (d is a predetermined traffic amount) from the quality degradation route kj to the quality maintenance route mj, and the user flow corresponding to the traffic is changed from the route kj to mj; A multi-path load balancing method characterized in that this processing is performed for j = 1 to min (K, M).

請求項１記載の複数経路負荷分散方法において、
前記ρｉ，Ｎｉ，Ｄｉの測定を予め定めた周期Ｔ毎に行うが、同時に、該Ｔよりも短い測定周期τ（＝Ｔ／Ｍ’、Ｍ’は任意の整数）で区間（（ｎ−１）τ，ｎτ）におけるρｉ（ｎ），Ｎｉ（ｎ），Ｄｉ（ｎ）（ｎ＝１〜Ｍ’）の測定を行い、
Ｕｉ（ｎ）＝Ｄｉ（ｎ）／Ｎｉ（ｎ）として、（ρｉ（ｎ），Ｕｉ（ｎ））を用いてρ＝Ｆｉ（Ｕ）の関係を表す関数Ｆｉ（　）を推定し、
前記品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ、ｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，（Ｕａｖｅ−Ｕｋｊ）／（Ｃｋｊ−Ｕｋｊ）×ρｋｊ×Ｃｋｊ×δ｝分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更する代わりに、
該品質劣化経路ｋｊから該品質維持経路ｍｊへｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，Ｐｋｊ−Ｆｋｊ（Ｕａｖｅ）×Ｃｋｊ×δ｝分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更し、
この処理をｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して行うことを特徴とする複数経路負荷分散方法。The method according to claim 1, wherein
The measurement of the ρi, Ni, and Di is performed at every predetermined period T, and at the same time, in a section ((n−1) in a measurement period τ (= T / M ′, M ′ is an arbitrary integer) shorter than T. ), Measurement of ρi (n), Ni (n), Di (n) (n = 1 to M ′) in τ, nτ),
Assuming that Ui (n) = Di (n) / Ni (n), a function Fi () representing a relationship of ρ = Fi (U) is estimated using (ρi (n), Ui (n)),
From the quality degradation path kj to the quality maintenance path mj, a user flow corresponding to traffic of dj = min {(ρth2-ρmj) × Cmj, (Uave−Ukj) / (Ckj−Ukj) × ρkj × Ckj × δ} Instead of changing from kj to mj,
The user flow corresponding to the traffic of dj = min {(ρth2-ρmj) × Cmj, Pkj−Fkj (Uave) × Ckj × δ} from the quality deterioration route kj to the quality maintenance route mj is changed from the route kj to mj. And
A multi-path load balancing method characterized in that this processing is performed for j = 1 to min (K, M).

請求項１記載の複数経路負荷分散方法において、
前記ρｉ，Ｎｉ，Ｄｉの測定を予め定めた周期Ｔ毎に行い、
Ｎａｖｅ＝ΣＮｉ／ｎおよび予め定めた閾値ε１，ε２，ρｔｈ１，ρｔｈ２を用いて、Ｎｋ＞（１＋ε１）×Ｎａｖｅ　かつρｋ＞ρｔｈ１を満たす経路を品質劣化経路とし、
Ｎｋの値で該経路を降順に並び替え、並び替えた後のｊ番目の該経路を品質劣化経路ｋｊとし、
また、Ｎｍ＜（１−ε２）×Ｎａｖｅ　かつρｍ＜ρｔｈ２を満たす経路を品質維持経路とし、
Ｎｍの値で該経路を昇順に並び替え、並び替えた後のｊ番目の該経路を品質維持経路ｍｊとし、
該品質劣化経路ｋｊから該品質維持経路ｍｊへ、ｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，（Ｎｋｊ−Ｎａｖｅ）／Ｎｋｊ×Ｐｋｊ×Ｃｋｊ×δ｝（δは予め定めた係数）分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更し、
この処理をｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して行うことを特徴とする複数経路負荷分散方法。The method according to claim 1, wherein
The measurement of ρi, Ni and Di is performed at every predetermined cycle T,
Using Nave = ΣNi / n and predetermined thresholds ε1, ε2, ρth1, ρth2, a route that satisfies Nk> (1 + ε1) × Nave and ρk> ρth1 is defined as a quality degradation route,
The routes are rearranged in descending order by the value of Nk, and the j-th route after the rearrangement is set as a quality degradation route kj.
A route satisfying Nm <(1−ε2) × Nave and ρm <ρth2 is defined as a quality maintenance route,
The routes are sorted in ascending order by the value of Nm, and the j-th route after the sorting is set as a quality maintenance route mj.
From the quality degradation path kj to the quality maintenance path mj, dj = min {(ρth2-ρmj) × Cmj, (Nkj−Nave) / Nkj × Pkj × Ckj × δ} (δ is a predetermined coefficient) traffic Is changed from the route kj to the route mj,
A multi-path load balancing method characterized in that this processing is performed for j = 1 to min (K, M).

請求項１記載の複数経路負荷分散方法において、
前記品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ、ｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，（Ｕａｖｅ−Ｕｋｊ）／（Ｃｋｊ−Ｕｋｊ）×ρｋｊ×Ｃｋｊ×δ｝分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更する代わりに、
品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍ_ｊ）×Ｃｍｊ，（Ｕａｖｅ−Ｕｋｊ）／（Ｃｋｊ−Ｕｋｊ）×Ｄｋｊ×δ｝分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更し、
この処理をｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して行うことを特徴とする複数経路負荷分散方法。The method according to claim 1, wherein
From the quality degradation path kj to the quality maintenance path mj, a user flow corresponding to traffic of dj = min {(ρth2-ρmj) × Cmj, (Uave−Ukj) / (Ckj−Ukj) × ρkj × Ckj × δ} Instead of changing from kj to mj,
Quality degradation pathway kj from the quality maintenance route mj dj = min {(ρth2- ρm j) × Cmj, (Uave-Ukj) / (Ckj-Ukj) × Dkj × δ} route user flow corresponding to amount of traffic kj To mj,
A multi-path load balancing method characterized in that this processing is performed for j = 1 to min (K, M).

請求項３記載の複数経路負荷分散方法において、
前記品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ、ｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，Ｐｋｊ−Ｆｋｊ（Ｕａｖｅ）×Ｃｋｊ×δ｝分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更する代わりに、
ｄｊ＝ｍｉｎ｛（ρｔｈ２−ρｍｊ）×Ｃｍｊ，（Ｎｋｊ−Ｎａｖｅ）／Ｎｋｊ×Ｄｋｊ×δ｝分のトラヒックに相当するユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更し、この処理をｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して行うことを特徴とする複数経路負荷分散方法。The multi-path load distribution method according to claim 3,
Change the user flow corresponding to the traffic of dj = min {(ρth2-ρmj) × Cmj, Pkj−Fkj (Uave) × Ckj × δ} from the quality degradation route kj to the quality maintenance route mj from the route kj to mj. Instead of doing
dj = min {(ρth2-ρmj) × Cmj, (Nkj−Nave) / Nkj × Dkj × δ} The user flow corresponding to the traffic is changed from the route kj to mj, and this process is performed with j = 1 to min ( K, M).

請求項１から請求項６のいずれかに記載の複数経路負荷分散方法において、
前記品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへユーザフローを経路ｋｊからｍｊへ変更し、この処理をｊ＝１〜ｍｉｎ（Ｋ，Ｍ）に対して行う代わりに、
Ｋ＞Ｍの場合には、ｊ＝Ｋ＋１〜Ｍの品質劣化経路ｋｊに対しても、品質維持経路の中でρ^ｎｅｗｍｉ＝｛（ρｔｈ２−ρｍｉ）×Ｃｍｉ＋ｄｉ｝／Ｃｍｉ＜ρｔｈ２（ｄｉはｉ＝１〜Ｍの品質劣化経路ｋｉから既に経路変更されたトラヒック量）を満たす品質維持経路ｍｉを探索し、もしあれば、該経路ｍｉに対して品質劣化経路から経路変更を請求項１から請求項６のいずれかの方法で行い、かつρｍｉの代わりにρ^ｎｅｗｍｉを用いることを特徴とする複数経路負荷分散方法。The multi-path load distribution method according to any one of claims 1 to 6,
Instead of changing the user flow from the quality degradation route kj to the quality maintenance route mj from the route kj to mj, and performing this processing for j = 1 to min (K, M),
In the case of K> M, ρ ^new mi = {(ρth2-ρmi) × Cmi + di} / Cmi <ρth2 (di is i in the quality maintenance path even for the quality degradation path kj of j = K + 1 to M). (1) Search for a quality maintaining route mi that satisfies (the traffic amount already route-changed from the quality-degraded route ki of 1 to M), and if any, change the route mi from the quality-degraded route to the route mi from claim 1 to claim 1. A multipath load distribution method, wherein the method is performed by any one of the above items 6, and ρ ^new mi is used instead of ρmi.

請求項１から請求項６のいずれかに記載の複数経路負荷分散方法において、
前記平均同時接続ユーザフロー数Ｎｉを直接測定する代わりに、
ユーザフローのトランスポートプロトコルがＴＣＰであり、該ＴＣＰパケットヘッダ中のＴＣＰセッションの開始と終了を表すフラグであるＳＹＮフラグおよびＦＩＮフラグが立っているパケットをカウントすることにより、予め定めた周期Ｔの平均同時接続ＴＣＰフロー数を測定して、測定値をＮｉとして用い、請求項１から請求項６のいずれかの方法で経路変更を行うことを特徴とする複数経路負荷分散方法。The multi-path load distribution method according to any one of claims 1 to 6,
Instead of directly measuring the average number of simultaneous user flows Ni,
The transport protocol of the user flow is TCP, and by counting the packets in which the SYN flag and the FIN flag that are the flags indicating the start and end of the TCP session in the TCP packet header are set, the predetermined period T 7. A multi-path load distribution method, comprising: measuring an average number of simultaneous TCP flows; using the measured value as Ni; and performing a path change by the method according to any one of claims 1 to 6.

請求項１から請求項６のいずれかに記載の複数経路負荷分散方法において、
前記平均同時接続ユーザフロー数Ｎｉを直接測定する代わりに、
各ユーザフローに対して保証レートＧを予め設定し、網の発信元ノードにおいてあるユーザからのパケットを受信したならば、該パケットの現在の送信レートと保証レートを比較して保証レートを超えているときは、該パケットにタギングし、
予め定めた周期Ｔよりも短い測定周期τ（＝Ｔ／Ｍ’、Ｍ’は整数）で区間［（ｎ−１）τ，ｎτ］において、タギングされていないパケットの経路ｉへの到着レート（Ａｉ（ｎ））を測定し、経路ｉの平均同時接続ユーザフロー数（Ｆｉ（ｎ）を、Ｆｉ（ｎ＋１）＝（１−ａ）＊Ｆｉ（ｎ）＋ａ＊Ａｉ（ｎ）／Ｇ（ａは平滑化パラメータ）により推定し、Ｎｉ＝Ｆｉ（Ｍ’）として用い、請求項１から請求項６のいずれかの方法で経路変更を行うことを特徴とする複数経路負荷分散方法。The multi-path load distribution method according to any one of claims 1 to 6,
Instead of directly measuring the average number of simultaneous user flows Ni,
A guaranteed rate G is set in advance for each user flow, and when a packet from a certain user is received at the source node of the network, the current transmission rate of the packet is compared with the guaranteed rate to exceed the guaranteed rate. When there is, tagging the packet,
In the interval [(n-1) τ, nτ] in the measurement period τ (= T / M ′, M ′ is an integer) shorter than the predetermined period T, the arrival rate of untagged packets to the route i ( Ai (n)), the average number of simultaneously connected user flows (Fi (n) of the route i is calculated as Fi (n + 1) = (1-a) * Fi (n) + a * Ai (n) / G (a 7. A multi-path load distribution method characterized in that a path is changed by a method according to any one of claims 1 to 6, wherein the path is estimated using a smoothing parameter) and used as Ni = Fi (M ').

請求項１，８または９のいずれかの方法で、ρｉ，Ｎｉ，Ｄｉの測定を予め定めた周期Ｔ毎に行う手段と、
請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法で、品質劣化経路から品質維持経路へユーザフローの経路を変更する手段とを具備することを特徴とする複数経路負荷分散装置。A means for measuring ρi, Ni, Di at every predetermined period T according to any one of claims 1, 8 and 9,
8. A multi-path load distribution apparatus according to claim 1, further comprising means for changing a path of a user flow from a quality deterioration path to a quality maintenance path.

中継ノードを経由した発信元ノードと着信先ノードの間に経路が複数本存在する場合、該発信元ノードに設けられた複数経路負荷分散装置であって、
ユーザから到着したパケットに転送すべき経路の情報を書き込むか新たにヘッダを追加する経路設定部と、
パケットサイズ、ＴＣＰフラグ情報の読み取りなどを行うパケットヘッダ解析部と、
該パケットのヘッダ情報から転送すべき経路を読み出し、該経路に該パケットを転送する経路制御部と、
予め定めた周期に通過したパケットのサイズの和を経路毎、かつユーザフロー毎に計算し、計算値を該周期で割り算することで経路への転送レートとユーザフローの転送レートを算出する転送レート測定部と、
ＴＣＰフロー開始を検出して、同時接続フロー数カウンタを１増加し、ＴＣＰフロー終了を検出して、該カウンタを１減少し、該周期毎に該カウンタ値の平均値を算出する同時接続ユーザフロー数測定部と、
ある経路への転送レートを該経路での同時接続フロー数で割り算することで１ユーザ当りの使用帯域を算出する１ユーザ使用帯域算出部と、
該周期毎に、リンクの使用帯域の測定を中継リンクに指示し、その結果を受信し、該経路のボトルネックリンク使用率を算出し、経路品質判定部に通知するリンク使用率管理部と、
品質劣化経路を昇順に並び替え、品質劣化経路ｋｊを決定し、品質維持経路を降順に並び替え、品質維持経路ｍｊを決定し、該経路を経路変更トラヒック量算出部に通知する経路品質判定部と、
品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ移動すべきトラヒック量を算出して、経路変更指示部に通知する経路変更トラヒック量算出部と、
前記転送レート測定部からユーザフロー毎の転送レートを受信し、品質劣化経路ｋ_ｊに属するユーザフローの転送レートを昇順に並び替え、経路ｋｊから経路ｍｊへ変更するように経路設定部に指示する経路変更指示部と、
該経路変更指示部からの指示に従って、経路の設定テーブルを変更する経路設定部とを具備することを特徴とする複数経路負荷分散装置。When there are a plurality of routes between the source node and the destination node via the relay node, a multi-path load distribution device provided in the source node,
A path setting unit that writes information of a path to be transferred to a packet arrived from a user or adds a new header;
A packet header analysis unit for reading packet size and TCP flag information,
A path control unit that reads a path to be transferred from the header information of the packet, and transfers the packet to the path;
A transfer rate that calculates the sum of the sizes of packets that have passed in a predetermined cycle for each path and each user flow, and divides the calculated value by the cycle to calculate the transfer rate to the path and the transfer rate of the user flow. A measuring unit,
A concurrent user flow that detects the start of a TCP flow, increases the number of concurrently connected flow counters by one, detects the end of a TCP flow, decrements the counter by one, and calculates an average value of the counter value for each period. A number measuring unit,
A one-user use bandwidth calculation unit that calculates a use bandwidth per user by dividing a transfer rate to a certain route by the number of concurrently connected flows in the route;
For each cycle, instruct the relay link to measure the used bandwidth of the link, receive the result, calculate the bottleneck link usage rate of the path, and notify the path quality determination unit a link usage rate management unit,
A route quality determining unit that sorts the quality degradation routes in ascending order, determines the quality degradation route kj, sorts the quality maintenance routes in descending order, determines the quality maintenance route mj, and notifies the route change traffic amount calculation unit of the route. When,
A route change traffic amount calculation unit that calculates a traffic amount to be moved from the quality deterioration route kj to the quality maintenance route mj and notifies the route change instruction unit;
Receiving a transmission rate of each user flow from the transfer rate measurement portion rearranges the transfer rate of the user flows belonging to quality degradation pathway k _j in ascending order, instructs the route setting unit to change from the path kj to route mj A route change instruction unit,
A route setting unit for changing a route setting table in accordance with an instruction from the route change instruction unit.

発信元ノードに設けられた複数経路負荷分散装置に各経路上のユーザ通信品質を均等に維持させるためのプログラムであって、
上記複数経路負荷分散装置を、請求項１，８または９のいずれかの方法で、ρｉ，Ｎｉ，Ｄｉの測定を予め定めた周期Ｔ毎に行う手段、ならびに、
請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法で、品質劣化経路から品質維持経路へユーザフローの経路を変更する手段としてそれぞれ機能させるための通信品質均等維持用プログラム。A program for causing a multi-path load distribution device provided at a source node to maintain user communication quality on each path evenly,
Means for performing the measurement of ρi, Ni, Di at every predetermined period T by the method of claim 1, 8 or 9;
A communication quality maintaining program for causing the method according to any one of claims 1 to 7 to function as means for changing a user flow path from a quality deterioration path to a quality maintaining path.

中継ノードを経由した発信元ノードと着信先ノードの間に経路が複数本存在する場合、該発信元ノードに設けられた複数経路負荷分散装置に各経路上のユーザ通信品質を均等に維持させるためのプログラムであって、
上記複数経路負荷分散装置を、ユーザから到着したパケットに転送すべき経路の情報を書き込むか新たにヘッダを追加する経路設定部、
パケットサイズ、ＴＣＰフラグ情報の読み取りなどを行うパケットヘッダ解析部、
該パケットのヘッダ情報から転送すべき経路を読み出し、該経路に該パケットを転送する経路制御部、
予め定めた周期に通過したパケットのサイズの和を経路毎、かつユーザフロー毎に計算し、計算値を該周期で割り算することで経路への転送レートとユーザフローの転送レートを算出する転送レート測定部、
ＴＣＰフロー開始を検出して、同時接続フロー数カウンタを１増加し、ＴＣＰフロー終了を検出して、該カウンタを１減少し、該周期毎に該カウンタ値の平均値を算出する同時接続ユーザフロー数測定部、
ある経路への転送レートを該経路での同時接続フロー数で割り算することで１ユーザ当りの使用帯域を算出する１ユーザ使用帯域算出部、
該周期毎に、リンクの使用帯域の測定を中継リンクに指示し、その結果を受信し、該経路のボトルネックリンク使用率を算出し、経路品質判定部に通知するリンク使用率管理部、
品質劣化経路を昇順に並び替え、品質劣化経路ｋｊを決定し、品質維持経路を降順に並び替え、品質維持経路ｍｊを決定し、該経路を経路変更トラヒック量算出部に通知する経路品質判定部、
品質劣化経路ｋｊから品質維持経路ｍｊへ移動すべきトラヒック量を算出して、経路変更指示部に通知する経路変更トラヒック量算出部、
前記転送レート測定部からユーザフロー毎の転送レートを受信し、品質劣化経路ｋｊに属するユーザフローの転送レートを昇順に並び替え、経路ｋｊから経路ｍｊへ変更するように経路設定部に指示する経路変更指示部、
該経路変更指示部からの指示に従って、経路の設定テーブルを変更する経路設定部としてそれぞれ機能させるための通信品質均等維持用プログラム。When there are a plurality of routes between a source node and a destination node via a relay node, in order for a multi-route load distribution device provided in the source node to maintain a uniform user communication quality on each route. Program
A path setting unit that writes the information of the path to be transferred to the packet arriving from the user or adds a new header,
A packet header analysis unit for reading packet size and TCP flag information,
A path control unit that reads a path to be transferred from the header information of the packet, and transfers the packet to the path;
A transfer rate that calculates the sum of the sizes of packets that have passed in a predetermined cycle for each path and each user flow, and divides the calculated value by the cycle to calculate the transfer rate to the path and the transfer rate of the user flow. Measuring unit,
A concurrent user flow that detects the start of a TCP flow, increases the number of concurrently connected flow counters by one, detects the end of a TCP flow, decrements the counter by one, and calculates an average value of the counter value for each period. Number measuring part,
A one-user use bandwidth calculation unit that calculates a use bandwidth per user by dividing a transfer rate to a certain route by the number of concurrently connected flows in the route;
For each cycle, instruct the relay link to measure the used bandwidth of the link, receive the result, calculate the bottleneck link usage rate of the route, and notify the route quality determination unit of the link usage rate management unit,
A route quality determining unit that sorts the quality degradation routes in ascending order, determines the quality degradation route kj, sorts the quality maintenance routes in descending order, determines the quality maintenance route mj, and notifies the route change traffic amount calculation unit of the route. ,
A route change traffic amount calculation unit that calculates a traffic amount to be moved from the quality deterioration route kj to the quality maintenance route mj and notifies the route change instruction unit;
A path that receives a transfer rate for each user flow from the transfer rate measuring unit, sorts the transfer rates of the user flows belonging to the quality degradation path kj in ascending order, and instructs the path setting unit to change the path kj to the path mj. Change instruction section,
A communication quality uniformity maintenance program for functioning as a route setting unit that changes a route setting table in accordance with an instruction from the route change instruction unit.