JPH03256428A - アダプティブルーティング方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　　　要〕 ｌ５ＤＮなどの各種の情報を混在させて処理できるマル
チメディア統合網において、ネ・ノドワークの状態変化
に柔軟に適応し、ネ・ノドワークの有効利用と高性能通
信を実現するための通信ネ・ノドワークにおけるアダプ
ティブルーティング方式に関し、 各ノードからのパケットの出力方向を決定する際に、全
ての隣接ノードに蓄積されているバケ・ノド量の平均値
と、リンクおよび隣接ノードの障害情報とに応じて自ノ
ード周辺の局所的負荷状態値を設定し、局所情報だけに
よって負荷の平均化と障害迂回による輻較の抑制を行う
ことを目的とし、それぞれ複数の入力ボートと出力ポー
トとを備えて分数配置された複数のノードを、入力リン
ク、および出力リンクにより接続し、送信情報にアドレ
スデータやデータ長を含む制御情報を付加したパケット
形式で通信を行うパケット交換方式を用いたネットワー
クにおいて、前記複数のノードの各ノードの入力ボート
、および出力ポートのそれぞれに１つずつ閾値素子を割
り当て、該閾値素子を相互に結合して論理的な制御ネ・
ノドワークを構威し、前記複数のノードの各ノードに対
して、自ノード内に蓄積されているパケ・ノド量を監視
し、該パケット量の変化量を前記ネ・ノドワーク上で隣
接する全てのノードに通知するパケット量監視・通知手
段と、自ノード周辺の局所的負荷情報とネットワークの
障害状況とを自ノードからのパケ・ノドの出力方向に反
映させるために、全ての隣接ノードの該パケット量監視
・通知手段から受け取った情報と自ノードに接続されて
いるリンクと隣接ノードとの障害情報とに応じて、自ノ
ード周辺の局所的負荷状態値を設定する局所的負荷状態
値設定手段と、前記各ノードがそれぞれパケットを出力
する前に該パケット出力後の前記ネットワークのトラフ
ィック状態を評価可能にするために、該局所的負荷状態
値設定手段の出力する自ノード周辺の局所的負荷状態値
を含むバケ−／　）出力前ネットワーク状態の情報を前
記各閾値素子に入力する出力前ネットワーク状態入力手
段とを設け、前記各閾値素子が該出力前ネットワーク状
態入力手段からの入力と、前記制御ネットワーク上で隣
接する閾値素子、および自素子の出力を重みづけ加算し
、該加算結果を閾値処理してＯまたは１の出力を発生す
る動作を繰り返し、該各閾値素子の出力が変化し、なく
なった平衡状態の出力が１である閾値素子が割り当てら
れた出力ポートを、前記複数のノードの各ノードからの
パケットの出力の出力方向とするように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明はローカルエリアネ・ノドワークから広域網まで
の分野の通信ネットワークに係り、さらに詳しくは、例
えばｌ５ＤＮなどの各種の情報を混在させて処理できる
マルチメディア統合網において、ネットワークの状態変
化に柔軟に適応し、ネットワークの有効利用と高性能通
信を実現するための通信ネットワークにおけるアダプテ
ィブルーティング方式に関する。

今後の通信網は大規模化、大容量化が進められ、各種の
情報を混在して処理できるマルチメディア統合網へと発
展する傾向にある。このような統合網においては、通信
速度、信連性、実時間性等の要求性能が時間的および空
間的に大きく変化するため、これらのネットワーク状態
変化に応してそれに柔軟に適応し、ネットワークの有効
利用と高性能通信を実現できるようなネットワークが必
要とされている。

〔従来の技術〕 パケット交換方式を用いた従来の通信ネットワークシス
テムの構成例を第１４図に示す。図において、ノード１
．２．３がそれぞれリンク４．５．６を介して相互に接
続されている。各ノードは他のノードと図示しない入力
ポート、および出力ボートを介して接続されている。ノ
ード１には端末Ａ、Ｂ、Ｃ、ノード２には端末Ｄ、ノー
ド３には端末Ｅ、Ｆが接続されている。このネットワー
クシステムを介して伝送される情報は、図に示すように
パケット単位に分割され、各パケットの先頭には宛先を
示す情報を格納したヘッダＨが付加されている。

第１４図において、端末Ａの情報ａを端末りに、端末Ｂ
の情報すを端末Ｅに、また端末Ｃの情％ｃを端末Ｆにそ
れぞれ伝送する場合を考える。ここでノードエ、２．３
はそれぞれ宛先ノードに対応して、どのリンクをデータ
転送経路として選ぶべきかを示すルーティングテーブル
７．８．９を持っている。また、情報ａは２つのパケッ
ト田、（２）、情報すは３つのパケット団〜図、また情
報Ｃはｎ〜団の４つのパケットから戒っているものとす
る。

ノード１は、端末Ａ、Ｂ、Ｃから入力ポートを介して入
力されたパケットに付加されいる宛先アドレスを基にル
ーティングテーブル７を参照して、出力ボートを選択す
ることによりルーティングを行う。その結果、ノード１
はリンク４とリンク５に、それぞれの出力ボートを介し
て図に示すようにパケットデータを出力する。例えばリ
ンク５には端末六のパケットデータａＵＸＪ、ａＶと端
末ＣのパケットデータＣ団とが送出されている。図にお
いて、パケットデータＣ（４）のみが同一端末Ｃからの
他のパケットデータ（四〜四）と分離されてリンク５に
送り出されているのは、リンク４のトラフィックが混ん
でいるためである。

リンク５を介してノード２に入ったバケットデータのう
ち、情報ａのみがデータとして再構築され、端末りに出
力される。一方、パケットデータｃＱはリンク６に送出
される。そしてノード３では、リンク４と６を介して送
られてきたバケットデータを再構築し、端末Ｅに情報す
を、また端末Ｆに情ｔＩｉｌｃを出力する。

このようにリンクの混み具合、あるいはリンクやノード
の障害などに応じて情報をバケット単位で異なるリンク
に送出することにより、ネットワークの有効利用と高性
能通信を実現するいわゆるアダプティブ（適応型）ルー
ティングを行うためには、ネットワークの状態に応じて
宛先ノードまでのルートを設定し直して、ルーティング
テーブルの内容を定期的に書き換えることが必要である
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、ネットワークの規模が大きくなり、また
例えば画像データのようにバースト的に大量のデータが
ネットワークを介して伝送されるようになると、各ノー
ドの状態を収集する時間、およびその情報に基づいて宛
先までの最適バスを計算する時間が長くなるため、実際
にバケットデータを送出するときのパスはかなり以前の
ネットワーク状態を反映したものとなり、現在のネット
ワークのトラフィック状態を反映したものとはならない
。従って、負荷の変動が激しい状況では、ネットワーク
の状態に適応したルーティングをリアルタイムに実現す
ることは困難になるという問題点がある。

またこのようなアダプティブルーティングを行う目的で
、例えばネットワークを構成する各ノードが周期的に自
ノード内のデータバッファにおけるパケット蓄積量をネ
ットワーク内の他の全てのノードにブロードキャストし
、他のノードから受信した全てのノードのパケットの蓄
積量平均値を基にしてネットワーク全体で各ノードのデ
ータバッファの蓄積量が平均化されるようにルーティン
グが行われる。

しかしこのパケット蓄積量平均値は周期的にしか更新さ
れないために、必ずしも平均化しようとしている時点の
ネットワークの状態を表すものでなく、特にネットワー
クの状態が頻繁に変動するような状況ではその傾向が強
くなり、望ましい負荷の平均化が得られないという問題
点が生しる。

一方ネットワークの負荷変動に追従したパケット蓄積量
平均値を求めるためにその更新間隔を短くすることが考
えられるが、この更新間隔を短くすると各ノードでのパ
ケット蓄積量のブロードキャストの回数が多くなり、そ
の情報がネットワーク内に氾濫して通常の通信の妨げと
なるという問題点がある。

さらにノードやリンクに障害が発生した場合には、例え
ば障害箇所の隣接ノードにバケ７）が到着してから初め
て障害を避けたアダプティブルーティングが行われるこ
とになり、障害箇所に隣接したノードでは障害の迂回に
よるトラフィックでネットワークの輻較が起こるという
問題点もある。

本発明は、各ノードからのパケットの出力方向を決定す
る際に、全ての隣接ノードに蓄積されているパケット量
の平均値と、リンクおよび隣接ノードの障害情報とに応
じて自ノード周辺の局所的負荷状態値を設定し、局所情
報だけによって負荷の平均化と障害迂回による輻較の抑
制を行うことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図に本発明の原理図を示す。同図において、１１は
それぞれ図示しない複数の入力ボートと出力ポートを備
えて分散配置された複数のノード、１２は各ノード１１
の人、出力ポートにそれぞれ１つずつ割当てられた複数
個の閾値素子（例えばニューロン）、１３は各ノード間
を接続する出力リンク、１４は同じく各ノード間を接続
する入力リンクである。これらは送信情報にアドレスデ
ータやデータ長等の制御情報を付加したパケット形式で
通信を行うパケット交換方式のネットワークを形式して
いる。

第１図において、実線で示される制御ネットワーク１５
は各ノード１１内に設けられた閾値素子１２を相互に結
合すると共に出力リンク１３、および入力リンク１４に
よって接続されている他ノードの人、出力ポートに割当
てられた閾値素子１２と自ノードの閾値素子１２とをリ
ンク対応に結合している。

パケット量監視・通知手段１６は自ノード内に蓄積され
ているバケツ）Ｉを、例えばデータバ。

ファ内の最初に受信したパケットのアドレスと最後に受
信したパケットのアドレスとを比較することによって監
視し、パケット量の変化量をネットワーク上で隣接する
全てのノード１１に通知する。

局所的負荷状態値設定手段１７は、自ノード周辺の隣接
ノードの局所的負荷情報と自ノード周辺のネットワーク
の障害状況を自ノードからのパケットの出力方向の決定
に反映させるために、隣接する各ノード内のパケット量
監視・通知手段１６から受け取った情報と、自ノードに
接続されているリンクと隣接ノードとの障害情報とに応
して、自ノード周辺の局所的負荷状態値を設定する。

出力前ネットワーク状態入力手段１８は、各ノードがそ
れぞれパケットを出力する前にそのパケット出力後のネ
ットワークのトラフィック状態を評価可能にするために
、例えば自ノードが保有するパケット数、局所的負荷状
態値設定手段１７の出力する自ノード周辺の局所的負荷
状態値、自ノードから送出すべきパケットの宛先などの
情報をバケット出力前ネットワーク状態として各閾値素
子１２に入力する。

そして各閾値素子１２は、出力前ネットワーク状態入力
手段１８からの入力と制御ホントワーク１５上で隣接す
る複数の閾値素子工２、および自素子の出力を重み付は
加算し、その加算結果を閾値処理してＯまたは１の出力
を発生する。すなわち各閾値素子１２、例えばニューロ
ンは入力される信号のそれぞれに対して結合係数を用い
て重み付けを行い、それらの結果を加算し、それがある
閾値を越えたかどうかでＯか１を出力する。

〔作　　　用〕

第１図において、複数のノード１１間を相互に接続する
出力リンク１３、および入力リンク１４に対応して設け
られた各閾値素子１２の相互作用により各ノードでパケ
ットの最適送出方向がリアルタイムに決定され、パケッ
ト通信が行われる。

すなわち各閾値素子１２が、出力前ネットワーク状魁入
力手段１８からの入力と、制御ネットワーり１５上で隣
接する閾値素子１２、および自素子の出力とを重み付は
加算し、閾値処理を行って０または１の出力を決定する
相互協調動作を繰り返した結果としての、ネ−／　トワ
ークの平衡状態における出力が１となる閾値素子１２が
割り当てられた出力ボートが自ノードからのパケットの
出力方向とされる。

ある時刻において各ノードがそれぞれの保有するパケッ
トをｌ個ずつ送信する時、次の時刻である特定のノード
にデータが集中しないように、かつそれらのデータが宛
先ノードに近づくというような出力方向を選ぶための評
価関数を最小とする状態が制御ネットワーク１５の平衡
状態に一致するように評価関数を決定することによって
、自ノードから出力すべきパケットに対する最適出力バ
スを選ぶことが可能になる。

さらに本発明においては、パケット量監視・通知手段１
６によって通知された隣接ノード内のパケット蓄積量の
変化量から、自ノード周辺の局所的な負荷情報として局
所的な平均パケット量が求められる。そしてネットワー
クに障害が発生しておらず、しかもこの平均パケット量
が一定の範囲内にある時には、局所的負荷状態値設定手
段１７によって局所的負荷状Ｈ４Ｍが例えばこの平均パ
ケット量に比例するように設定される。また平均パケッ
ト量が一定の上限値以上、または一定の下限値以下の場
合には、局所的負荷状態値はそれらの値に対応する一定
上限値以上、または−窓下限値以下には変化しないよう
に設定される。

これは平均パケット量が一定の範囲内では平均パケット
量に従って負荷の平均化を行い、その範囲を越える場合
には局所的負荷状態値を対応する上限値に保っておくこ
とによって、どのノードの蓄積量も平均値より見掛は上
高く、すなわち局所的に輻較しているように見せて輻幀
箇所を避けた出力方向を得るためである。また平均パケ
ット量が一定の下限値以下の場合にも局所的負荷状態値
をそれに対応する下限値に一定に保つことによって、他
のノードのパケット量がその平均値よりも見掛は上低く
、すなわち局所的に空いているように見せて意識的にパ
ケットが集まるように出力方向を決定することができる
。以上によって、ネットワーク内の各ノードの負荷状態
を局所的に平均化しながら、かつネットワーク全体とし
ても負荷を平均化することができる。

さらに、例えば自ノードに接続されているリンクや隣接
ノードの障害発生箇所の数に反比例して局所的負荷状Ｂ
値を低く設定することによって、他のノードのパケット
量は平均パケット量よりも見掛は上高く、すなわち障害
発生箇所の回りのノードは局所的に輻較しているように
見えることになり、その障害箇所の回りのノードへのパ
ケットの入力は自動的に規制され、障害の迂回によるト
ラフィックの集中を避けることもできる。

以上のように、本発明においては自ノード周辺の局所情
報だけから負荷の平均化を行うことができ、また障害箇
所の迂回による輻較を低くおさえることができる。

〔実　　施　　例〕

まず本発明におけるアダプティブルーティング方式の基
本概念を第２図と第３図によって説明する。第２図は本
発明における２つのノードの接続状態である。同図にお
いて、ノードＸとノードＹは入力リンク、および出力リ
ンクを介して接続されている。ノードＸ側の閾値素子（
例えばニューロン）としては、出力リンク側のｖｘｙ＋
　と入力リンク側ｖ　ｘｙｚとのペア、またノードＹ側
のニューロンとしては出力リンク側のＶ７□と入力リン
ク側のＶＶＫＩ　とのペアがある。

第３図に本発明におけるニューロンの動作を示す。同図
において、ニューロンＸＹＺには他の複数のニューロン
からの出力と外部刺激Ｉ　ＸＶ２とが入力する。ニュー
ロンＵｖＷの出力ｖｕｖｗに結合係数ＴｕＶｈｌ　＋　
ＸＹ２を乗じたものがニューロンＵＶＷからニューロン
ＸＹｚへの入力となる。図示しない複数のニューロンか
らの入力（矢印のみ示す）と外部刺激とが加算され、そ
の結果がある基準値と比較されて、基準値より大きけれ
ばｌ、小さければ０がニューロンＸＹＺの出力ＶＸＶ□
として出力される。ここで外部刺激Ｔ　ＸＶＺは、第１
図における出力前ネットワーク状態入力手段１８からの
入力に相当する。

第２図に示したような接続関係にある複数のノードによ
って構成されるネットワーク内の各ニューロンの出力は
、ネットワークのエネルギー関数といわれる関数を最小
にする平衡状態に収束する性質があることが知られてい
る。まず、一般にニューロンＸＹＺの出力Ｖ　ＸＹＺは
第３図の接続関係から次式によって与えられる。

ｘ”ｖ□ｚ・Ｖｖｖｒｚ・＋Ｉ　ｘｖｚ　）・　・　・
　・　・（１） ここで、ＴＸ７□、　、・７・２・　はニューロンＸＹ
ＺとニューロンＸ’Ｙ’　Ｚ’との間の結合係数、ＶＸ
。

７．２．は自ニューロンｘ’ｙ’ｚ’を含む全ての隣接
ニューロンｘ’ｙ’ｚ’の出力、ＩＸＹ□は自ニューロ
ンへの外部刺激であり、Ｆ　（Ｘ）は閾値関数である。

次に統計力学系とのアナロジ−から、ニューラルネット
ワークのエネルギーと呼ばれる関数は一般に次の式で与
えられる。

ｘ’　Ｙ’　２’　　Ｖ　ｘｖｚ　　ｖ　ｘ’　ｖ’　
ｚ”　）すなわち、ニューラルネットワークのエネルギ
ー関数Ｅはネットワーク内の２つのニューロンの出力Ｖ
ＸＹ□とＶＸ・、・２・およびそれらの間の結合係数Ｔ
ＸＹ□・、Ｘ−７・２・の積の総和の項と、各ニューロ
ンの出力Ｖ１１□とそのニューロンへの外部刺激ＩＸ７
□の積の総和の項によって表わされる。そして前述のよ
うにネットワーク内の状態変化、すなわち各ニューロン
の出力の変化によってこのエネルギー関数Ｅの値は減少
し、その値が極小値をとる状態がネットワークの平衡状
態（安定状態）に−致することが知られている。

従って、実際のネットワークでのルーティング問題をネ
ットワークの有効利用と高性能通信の観点から評価する
評価関数を設定し、その評価関数と上述のエネルギー間
数Ｅが１対１に対応するように結合係数を決定し、また
外部刺激を求めることによって、評価関数、すなわちエ
ネルギー関数Ｅを最小にする平衡状態が求められること
になる。

そして、評価関数の中のパケットの宛先やノードの状態
に応じた係数を組み入れることにより、例えばニューラ
ルネットワーク内の各ニューロンへの外部刺激がノード
の状態などに応して決定されることになる。

ここで、ある時刻ｔにおいてネットワーク内の各ノード
がそれぞれ１つのパケットを隣接ノードに移動させたと
き、そのパケット移動によってネットワークの状態に対
応する評価関数が最小となるように出力方向の組み合せ
を求める最適化問題として評価関数をとらえ、各ノーど
の入出力リンクに１対１に対応した独立変数ＶＸＶ□　
（０または１をとる）を以下のように定義する。

Ｖｘｙ＋＝１：ノードＸにおいてノードＹにパケットを
送る Ｖｘ□＝０：ノードＸにおいてノードＹにはパケットを
送らない ＶＸＶ□＝にノードＸにおいてノードＹからパケットを
受け取る Ｖｘｖｚ＝０：ノードＸにおいてノードＹからパケット
を受け取らない 本発明においてはネットワークの評価関数θを次のよう
に定義する。

Σ　Ａｘｖ　　Ｖｘｖ＋　　　ＰＭ）２・　・　・　・
　・（３） ここで、ＰｘはノードＸが現在持っているパケットの数
、Ｐイは第１図の局所的負荷状態値設定手段１７が出力
する局所的負荷状態値であり、この状態値は、例えば自
ノードを含む全ての隣接ノードが有するパケット数の平
均値に基づいて決定される。またｄ７はノードＸからノ
ードＹを経由してパケットを目的ノードまで送る経路の
距離を、例えば目的ノードまでの中継リンク数によって
表わす距離情報、またｅＸはノードＸでパケットを持っ
ているとき１、持っていないとき０となる変数、ＡＸＶ
はノードＸと隣接ノードＹとの間で接続がある場合に１
、ない場合に０となる変数であり、その値はネットワー
ク設計時に決定されているものである。

この式の第１項はノードＸから他のノードへパケットを
送り、他のノードからパケットを受け取った結果のパケ
ット数が、例えばネットワーク内での各ノードが持って
いる破数の局所的平均値に比例する値よりどれだけ多く
なるかという、ネットワークにおける負荷分散を表わす
。また第２項は移動対象となっている各パケットの目的
ノードまでの距離の合計を表わし、第３、第４項はそれ
ぞれ第１、第２項目における独立変数■。２に対する拘
束条件を表わしている。すなわち、第３項はノードＸに
パケットが存在しない（ｅＫ＝０）ときには、隣接ノー
ドＹのいずれにもパケットを送らない（ΣＡＸＹＶＸＹ
＋　−〇　）ことを、また第４項はノードＸからノード
Ｙにパケットを送ることと、ノードＹがノードＸからパ
ケットを受け取ることと必ず一致しなければならない（
ＡｘｖＶｘｙ＋−ＡｘｖＶｘｖｚ　）ことを表わしてい
る。

言い換えると、（３）式の評価関数φを最小にすること
は、第３項、第４項をともに０とする■ＸＹ□の紐の中
で第１項と第２項の和が最小になるｖ　ｘｖｚＯ組を求
めることを意味する。そしてネットワークのエネルギー
関数Ｅに対応する関数φが最小となるときのＶＸＶ＋の
値が１となる隣接ノードＹがノードＸにおけるパケット
の出力方向となる。ここで、（３）式の各項の係数Ｃ＋
　、Ｃｚ　、Ｃ３およびＣ６の値は、ネットワーク設計
時に、どの項を重視してネットワークを構成するかの方
針によって決定される。例えばＣ４と０２のどちらを大
きくするかは、目的ノードまでの距離よりもネットワー
ク内の負荷の分散を重視するか、または負荷分散よりも
距離が近くなることを重視するかに依存する。

次に、評価関数φとエネルギー関数Ｅとを１対１に対応
させて結合係数と外部刺激を求める。結合係数は一般に
２つのノードの出力の積の項に対応する係数となり、こ
こで問題としてるルーティングに関してはネットワーク
構成で決まる定数となる。また各ニューロンへの外部刺
激はＶ１１’およびｖｘｖｚの係数を求めることによっ
て次のように与えられる。

ニューロンＶＸＶ□　（入力側）　　：　−ＣＩ　（ｐ
ｘ　−ＰＭ）Ａｇｙ・　・　・　・　・（５） 従って、ネットワーク内の各ノードの制御部において、
パケットの移動時に上述の外部刺激を自ノード内の各ニ
ューロンに入力すればよいことになる。

第４図は本発明におけるノーどの実施例の構成を示すブ
ロック図である。同図において、ノードは全体の制御を
行うＣＰＵ２０、実際にルーティング処理を行うルーテ
ィング処理部２１、自ノードから宛先ノードまでの距離
を中継リンクの数、すなわちホップ数として格納してい
る制御チーフル２２、パケットのヘッダを解析するヘッ
ダ解析部２３、パケットデータを一時記憶するデータハ
ソファ２４、データバッファ内のパケット蓄積量を監視
し、その変化量を全ての隣接ノードに通知するデータバ
ッファ量監視通知部２５、および隣接ノードへのリンク
対応に設けられる入出力ボート２６ａ、２６ｂ、−２６
ｉから構成される装 例えばリンク■を経由して入出力ボート２６ａで受信さ
れたパケットから、まずヘッダ解析部２３によってパケ
ットの宛先ノードを示す宛先情報が取り出され、パケッ
トはデータバッファ２４に格納される。

第４図の制御テーブル２２の内容について第５図および
第６図を用いて説明する。第５図はノードの接続状態の
実施例を示すものであり、また第６図は第５図の接続状
態に対応する制御テーブル２２の内容である。第５図に
おいて、例えば自ノードからノードＡにデータを送ろう
とする場合、［接ノードＸ、Ｙ、Ｚのとのノードを経由
してノードＡにデータを送るかによって中継リンクの数
、すなわちホップ数が変化し、ノードＸを通ってデータ
を転送する場合のホップ数は２、Ｙを通って転送する場
合のホップ数は３、Ｚを経由して転送する場合のホップ
数は２となる。

第６図は自ノードから宛先ノードへのデータを転送する
場合のホップ数を隣接ノード対応に示した制御テーブル
２２の実施例である。ここで、縦軸は自ノードから見た
宛先ノード、横軸は隣接ノードをそれぞれ示している。

例えば宛先ノードＣに対してデータを転送する場合のホ
ップ数は、隣接ノードｘ、ｙ、ｚのそれぞれについて３
．２゜２となる。

第７図は第４図のデータバッファ量監視通知部２５の実
施例の構成ブロック図である。同図において、データバ
ッファ量監視通知部２５は、データバッファ２４内に格
納されているパケットのうちで最初に受信したパケット
のアドレスを保持する先頭アドレス保持部２７、最後に
受信したパケットのアドレスを保持する最終アドレス保
持部２８、最終アドレスと先頭アドレスの変化から自ノ
ードのデータバッファ２４内に蓄積されているパケット
量の変化量を計算する変化量計算部２９、および変化量
計算部２９によって計算された変化量をパケット形式に
組み立てて全ての隣接ノードに通知するためのパケット
組立部３０から構成されている。そして隣接ノードヘパ
ケットを送信したり、隣接ノードからパケットを受信し
たりした結果データバッファ２４内のパケット量に変化
が生じた場合に、その変化量が全ての隣接ノードに通知
される。

第８図は第７図のパケット組立部３ｏによって組み立て
られるバッファ変化量通知パケットの実施例である。同
図においてバッファ変化量通知パケットは自ノードの識
別番号を示すＩＤ、自ノード内で保持しているパケット
数Ｐ、の変化量を示すΔＰｘなどによって構成されてい
る。このような形式のパケットがネットワーク内で隣接
する全てのノードに対して送られる。

第９図は自ノードに隣接する全てのノードから送られた
バッファ変化量を格納するためのバッファ変化量格納テ
ーブルの実施例である。同図において隣接ノードの番号
はＩ、２．・・・ｉまであるものとし、各隣接ノードの
パケット変化量ΔＰ７．ΔＰ　Ｚ　＋　　・・・、ΔＰ
、が各隣接ノード番号に対応して格納されている。

第１０図にルーティング処理部２１の実施例の構成ブロ
ック図を示す。同図において、ルーティング処理部は宛
先ノードへのホップ数ｄ７を格納する制御テーブル２２
に加えて、第１１図にその詳細構成を示す局所的負荷状
態値設定変更部３１、自ノード内で保持しているパケッ
ト数Ｐ、を示す状態レジスタ３２、局所的負荷状態値設
定変更部３Ｉの出力する負荷状態値ｐ、を保持する網状
態保持部３３、ｄ’ｉ’、Ｐｘ、およびＰ、を外部入力
として台底する外部入力台底部にニューロンによりｄＶ
Ｏ値が異なるためにニューロン対応に設けられる）３４
ａ〜３４ｎ、ノード内のｎ個の閾値素子、すなわちニュ
ーロン３５ａ〜３５ｎ、各ニューロン内で加算処理を行
う加算部、例えばニューロン３５ａ内の３６３、および
閾値処理を行う閾値処理部３７ａ、閾値素子の加算部へ
の入力にあたり重み付けを行う重み付は部３８ａから構
成されている。そして各ニューロン３５ａ〜３５ｎの出
力は第４図のＣＰＵ２０に出力される。

前述のように入出力ボートで受信されたパケットからヘ
ッダ解析部２３により宛先情報が取り出され、パケット
はデータバッファ２４に格納される。そしてヘッダ解析
部２３によって取り出された宛先情報を用いて、制御テ
ーブル２２から各ニューロンに対して隣接ノードを経由
して宛先ノードまでのホップ数がサーチされ、各ニュー
ロンに対応する外部入力合成部３４ａ〜３４ｎに入力さ
れる。また状態レジスタ３２に格納されている自ノード
の状態（保有パケット数Ｐ、）も、各ユニットに対応し
た外部入力合成部３４ａ〜３４ｎに入力される。さらに
綱状態保持部３３に保持されているＰＭの値、すなわち
隣接ノードからのバッファ変化量通知パケットによりヘ
ッダ解析部２３を介して通知されたバッファ変化量と自
ノード内のバッファ変化量から求められた局所的バッフ
ァ量平均値に基づいて局所的負荷状態値設定変更部３１
によって設定された局所的負荷状態値が各ニューロン対
応の外部入力合成部３４ａ〜３４ｎに入力される。

各ニューロンすなわち閾値素子３５ａ〜３５ｎは各ニュ
ーロン対応の外部入力合成部３４ａ〜３４ｎからの出力
と、自ニューロンの出力、自ノード内の他の全てのニュ
ーロンからの出力、および隣接ノードの対応するニュー
ロンからの出力を重み付は部３８ａによって重み付けし
、加算部３６ａによって加算した後、閾値処理部３７ａ
によって閾値処理した結果を自ニューロンを含む全ての
ニューロンに出力するという動作を繰り返す。このとき
、自ノード内ニューロンと隣接ノードのニューロンの動
作を同期させるため、ニューロン状態は定期的にサンプ
リングされて各ニューロンに入力される。また隣接ノー
ド間の状態通知は、例えば制御信号線による０、１のレ
ベル通知で行う。

以上の動作を繰り返すことにより、ニューロン間で状態
がやり取りされ、極めて短時間のうちに各ニューロンの
出力は平衡状態、すなわち安定状態に達する。このとき
、ただ１つの出力ｌを示しているニューロンに対応する
出力ボートが自ノードからのパケットの出力方向となる
。この方向は、ルーティングしようとしているデータを
どのように動かせば特定ノードにデータが集中せず、か
つそのデータが宛先ノードに近づくような方向になるか
を表わしている。

第１１図は局所的負荷状態値設定変更部３１の実施例の
構成ブロック図である。局所的負荷状態値設定変更部３
１は隣接ノード内および自ノード内のバッファ変化量と
、自ノードと隣接ノードとの接続リンク、または隣接ノ
ードの障害発生状況を基にして局所的負荷状態値Ｐ、を
求め、これを第１０図内の網状態保持部３３に設定する
ものである。

第１１図において平均蓄積量保持部４１は全ての隣接ノ
ードから受信した各バッファのパケット蓄積変化量、お
よび自ノード内の蓄積変化量とを合わせて局所的な平均
バッファ蓄積量Ｂを計算し、それを保持する。稼働リン
ク数保持部４２は自ノードと隣接ノードとを接続する全
てのリンクを監視し、そのリンク、または隣接ノードの
障害の有無を検出し、稼働中のリンク本数、または隣接
ノードの数りを保持する。局所的負荷状態値計算部４３
は、平均蓄積量保持部４１の出力する平均バッファ蓄積
量Ｂおよび稼働リンク数保持部４２の出力する稼働中の
リンク本数りを基にして局所的負荷状態値Ｐ、壱以下の
式に従って求める。

Ｐイ＝ＬｘＭＸＳ　　　　　　　・・・・・（６）Ｓ＝
ｆ　（Ｂ）　　　　　　　　　　　・・・・・（７）た
だし、Ｌは稼働中のリンク本数または隣接ノード数、Ｍ
はデータバッファ２４の容量、Ｂは自ノードと全ての隣
接ノードとにおける平均バッファ蓄積量であり、ｆは関
数を示す。

ここでＰ、の式においてデータバッファ容量Ｍの値が用
いられるのは、Ｓの値の範囲をデータバッファ容量に対
する割合（０〜１．０）となるように考えたためであり
、またデータバッファ容ＩＭの値は、例えば接続リンク
本数が多ければそれに応じて大きくするというように、
各ノードで個別の値を取りうるためにその値が加味され
ている。

次に平均バッファ蓄積量Ｂは自ノードと全ての隣接ノー
ドとにおけるパケット変化量の平均値を以前の値Ｂ′に
加算することによって次式で与えられる。

＋Ｂ’　　　　　　　　　　　　　　　　　　・　・　
・　・　・（８）ただし、ΔＰＸは自ノードＸでのバッ
ファ変化量、ΔＰ７は隣接ノードＹでのバッファ変化量
、Ｂ′は以前のＢの値であり、ＡＸＹの意味は（３）式
と同様である。

なお、ルーティングの開始時における平均バッファ蓄積
量Ｂの計算においては、以前のＢの値Ｂ′はＯであり、
自ノードのパケット保持量ＰＸ、および各隣接ノードの
パケット保持量Ｐ、を用いて平均バッファ蓄積量Ｂが求
められる。ここでパケント量の変化分のみを隣接ノード
間で通知する理由は通知にかかる情報量を減らすためで
ある。

第１２図は（７）式における平均バッファ蓄積量ＢとＳ
との関数関係ｆの実施例である。同図において、Ｓの値
は、平均バッファ蓄積量Ｂがある下限値す、、７より大
きくまたある上限値ｂ　１１ｍＸより小さい範囲では平
均バッファ蓄積ＩＢに比例し、下限値ｂ　ｗｈｉゎより
小さい場合には一定（！　”　＊ｉ、に、また上限値す
、□より大きい場合には一定値Ｓ□、に保たれる。

第１３図は第１１図の稼働リンク数保持部４２が保持す
るリンク状態保持テーブルの実施例である。同図はリン
ク数が４の場合を示し、リンク番号２のリンクが停止中
であり、他のリンクが稼働中であることを示している。

このようなテーブルから（６）式内の稼働リンク本数り
の値、この場合は３が求められる。例えば、リンク障害
等により稼働中のリンク本数が減ることにより局所的負
荷状態（Ｉ　Ｐ　ｓは低くなり、ＰＸ−ｐ、の差は大き
くなるのでそのノードは混んでいるように見える。また
、平均バッファ蓄積量Ｂがｂ　ＩＩＩＩＩＸを越えた場
合、Ｓの値は常にＳ　ＭＩＸと一定になるので、各ノー
ドでのＰＸ−ＰＭの値の差は大きくなり、そのノード周
辺は局所的に輻較しているように見える。−方、平均バ
ッファ蓄積量Ｂがｂ　＋ａｉｎを下回った場合、Ｓの値
は常に５ｓｉｉｎと一定になるので、各ノードでのＰＸ
　　ＰＭの値の差は大きくなり　（負の値として）、そ
のノード周辺は局所的に空いているように見える。従っ
て、以上のことにより、パケットは局所的に混んでいる
所をさけ、空いている所に出力されるのでネットワーク
全体としてみてノードの負荷は平均化される。また、Ｂ
がす、、。

以上ｂ□８以下の範囲にあるならば、その値に従って負
荷は平均化され、かつ各ノードからのパケット出力方向
が、そのパケットが宛先ノードに近づくように選ばれる
ことになる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によれば隣接ノード間
でのパケット変化量の情報のやりとりだけで局所的な負
荷状態値が求められるために、ネットワーク内を流れる
ルーティング処理のための情報を減らすことができ、通
常通信の転送効率の低下を防ぐことができる。またネッ
トワークの負荷の変動に応じてリアルタイムに局所的な
負荷状態値を変更することができるために、最適な負荷
分散を行うことができる。さらにリンクやノードの障害
を局所的な負荷状態値に反映させることによって、障害
箇所の隣接ノードへのバヶ−／　ト入力を抑え、障害発
生箇所を大きく迂回することができるので障害迂回によ
る輻較を避けることができ、ネットワークの有効利用と
高性能通信に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成を示す図、 第２図は本発明における２つのノードの接続状態を示す
図、 第３図は本発明におけるニューロンの動作を示す図、 第４図はノードの実施例の構成を示すブロック図、 第５図はノードの接続状態の実施例を示す図、第６図は
制御テーブルの内容の実施例を示す図、第７図はデータ
ハソファ量監視通知部の実施例の構成を示すブロック図
、 第８図はバッファ変化量通知パケットの実施例を示す図
、 第９図はバッファ変化量格納テーブルの実施例を示す図
、 第１０図はルーティング処理部の実施例の構成を示すブ
ロック図、 第１工図は局所的負荷状態値設定変更部の実施例の構成
を示すブロック図、 第１２図は平均ハソファ蓄積量ＢとＳとの関数関係の実
施例を示す図、 第１３図はリンク状態保持テーブルの実施例を示す図、 第１４図は従来の通信ネットワークシステムの構成例を
示すブロック図である。 ２Ｉ・・・ルーティング処理部、 ２２・・・制御卸テーフ゛ル、 ２３・・・ヘッダ解析部、 ２４・・・データバッファ、 ２５・・・データバッファ量監視通知部、３１・・・局
所的負荷状態値設定変更部、３４ａ〜３４ｎ・・・外部
入力合成部、５　ａ〜３５ｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 それぞれ複数の入力ポートと出力ポートとを備えて分数
   配置された複数のノード（１１）を、入力リンク（１４
   ）、および出力リンク（１３）により接続し、送信情報
   にアドレスデータやデータ長を含む制御情報を付加した
   パケット形式で通信を行うパケット交換方式を用いたネ
   ットワークにおいて、 前記複数のノード（１１）の各ノードの入力ポート、お
   よび出力ポートのそれぞれに１つずつ閾値素子（１２）
   を割り当て、該閾値素子（１２）を相互に結合して論理
   的な制御ネットワーク（１５）を構成し、 前記複数のノード（１１）の各ノードに対して、自ノー
   ド内に蓄積されているパケット量を監視し、該パケット
   量の変化量を前記ネットワーク上で隣接する全てのノー
   ドに通知するパケット量監視・通知手段（１６）と、 自ノード周辺の局所的負荷情報とネットワークの障害状
   況とを自ノードからのパケットの出力方向に反映させる
   ために、全ての隣接ノードの該パケット量監視・通知手
   段から受け取った情報と自ノードに接続されているリン
   クと隣接ノードとの障害情報とに応じて、自ノード周辺
   の局所的負荷状態値を設定する局所的負荷状態値設定手
   段（１７）と、 前記各ノードがそれぞれパケットを出力する前に該パケ
   ット出力後の前記ネットワークのトラフィック状態を評
   価可能にするために、該局所的負荷状態値設定手段（１
   ７）の出力する自ノード周辺の局所的負荷状態値を含む
   パケット出力前ネットワーク状態の情報を前記各閾値素
   子（１２）に入力する出力前ネットワーク状態入力手段
   （１８）とを設け、 前記各閾値素子（１２）が該出力前ネットワーク状態入
   力手段（１８）からの入力と、前記制御ネットワーク（
   １５）上で隣接する閾値素子（１２）、および自素子の
   出力を重みづけ加算し、該加算結果を閾値処理して０ま
   たは１の出力を発生する動作を繰り返し、該各閾値素子
   （１２）の出力が変化しなくなった平衡状態の出力が１
   である閾値素子（１２）が割り当てられた出力ポートを
   、前記複数のノード（１１）の各ノードからのパケット
   の出力の出力方向とすることを特徴とするアダプティブ
   ルーティング方式。