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JP5280933B2 - Server parallel distribution system and method and program - Google Patents
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JP5280933B2 - Server parallel distribution system and method and program - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve network throughput by, in order to avoid congestion, effectively balancing a link load to level "link utilizations" when performing streaming distribution of super high definition content. <P>SOLUTION: In a data parallel distribution system wherein a plurality of mirror servers are disposed on a network and a plurality of servers are used for distribution responding to each distribution request to reduce a transfer bit rate of each flow, a server disposition designing device 102 and a server selection designing device 103 are provided, and nodes where servers are to be disposed are selected so as to minimize the maximum link utilization. Thus a total distribution request amount (network throughput) allowable in the entire network is maximized. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、インターネット等のネットワークにおいて動画のストリーミングデータ等を配信する際に、配信サーバの負荷を分散するために1本の動画を複数のサーバを用いて並列的に配信する技術に係り、特に、ネットワーク内のノードにどのように配信サーバを配置すれば効率的な負荷分散が実現できるかを決定するのに好適な技術に関するものである。   The present invention relates to a technique for distributing one moving image in parallel using a plurality of servers in order to distribute the load of a distribution server when distributing moving image streaming data or the like in a network such as the Internet. The present invention relates to a technique suitable for determining how a distribution server can be arranged at a node in a network to achieve efficient load distribution.

近年、YouTube(登録商標)等の動画ストリーミングサービスをインターネット上で利用するユーザが急増している。高品質な動画配信に対するユーザの要望は高く、将来、約25Mbpsのビットレートを有するHDTV(High Definition TV)の視聴がインターネット上でも可能になると思われる。また、さらに品質を向上させたUHDV(Ultra High Definition Video)が日本放送協会により提案されている。   In recent years, the number of users who use video streaming services such as YouTube (registered trademark) on the Internet has increased rapidly. Users demand for high-quality video distribution is high, and it is expected that HDTV (High Definition TV) having a bit rate of about 25 Mbps will be available on the Internet in the future. Further, UHDV (Ultra High Definition Video) with further improved quality has been proposed by the Japan Broadcasting Corporation.

UHDVの画像の非圧縮時のビットレートは24Gbpsであり、圧縮後も180〜600Mbpsの高いレートを有する。   The uncompressed bit rate of the UHDV image is 24 Gbps, and it has a high rate of 180 to 600 Mbps even after compression.

このようなHDTVやUHDV等を用いた超高精細コンテンツの動画ストリーミングサービスは、インターネットにおける重要なサービスの一つになると思われる。しかし、生成されるトラヒックフローの伝送レートは非常に高く、サーバやリンクの輻輳を招く要因となる。   Such a high-definition video streaming service using HDTV, UHDV, or the like is considered to be one of important services on the Internet. However, the transmission rate of the generated traffic flow is very high, which causes a server or link congestion.

以下、ネットワーク(NW)全体で運ぶことができる発着ノード間の総トラヒックデマンド量の最大値をNWスループットと定義し、ネットワークにおける輻輳について説明する。   Hereinafter, the maximum value of the total traffic demand between the arrival and departure nodes that can be carried in the entire network (NW) is defined as NW throughput, and the congestion in the network will be described.

特定の「リンクの使用率」が、他のリンクの使用率と比較して突出して高い場合、そのリンクがボトルネックとなり、多数のリンクが低い使用率で留まる結果、NWスループットが低くなり輻輳を招くことになる。   If a particular “link utilization” is exceptionally high compared to other links, that link becomes a bottleneck and many links remain at low utilization resulting in lower NW throughput and congestion. Will be invited.

このような輻輳を回避させるためには、超高精細コンテンツのストリーミング配信に際しては、リンク負荷を効果的に分散させて、「リンク使用率」を平準化することが重要である。   In order to avoid such congestion, it is important to equalize the “link usage rate” by distributing the link load effectively when streaming high-definition content.

インターネットの標準的なAS(Autonomous System)内ルーティングプロトコルであるOSPF(Open Shortest Path First)では、シスコ社の推奨値であるリンク容量の逆数や、全リンクに対して同一の固定値をリンク重みに設定した、最小コスト経路が一般に用いられる。   In OSPF (Open Shortest Path First), the standard AS (Autonomous System) routing protocol of the Internet, the reciprocal of the link capacity recommended by Cisco, or the same fixed value for all links is used as the link weight. The set minimum cost route is generally used.

しかし、OSPFでは、いずれの場合も、「リンク使用率」とは無関係な値をリンク重みに用いるため、経路設定によりリンク負荷を平準化することができない。   However, in OSPF, in any case, since a value unrelated to the “link usage rate” is used for the link weight, the link load cannot be leveled by route setting.

静的に与えた交流デマンド行列に対して、「最大リンク使用率を最小化する」ようリンク重みを最適設計する技術も提案されているが、インターネット上で提供される全てのサービスを対象に、交流デマンド行列を事前に推定することが難しく、普及するに至っていない。   A technology that optimally designs link weights to “minimize the maximum link usage rate” for statically given AC demand matrix has also been proposed, but for all services provided on the Internet, It is difficult to estimate the AC demand matrix in advance, and it has not become widespread.

また、「リンク使用率が平準化される」よう、各発着ノード間の経路を最適設定するトラヒックエンジニアリングが広く検討されているが、管理すべき経路数がノード数の自乗に比例して増加することや、NW内の全てのルータが発着ノードペアごとに経路を切り替える機能を実装する必要があること等の理由から、普及するに至っていない。そのため、コンテンツの配信経路を制御することでリンク負荷分散を図ることは困難である。   In addition, traffic engineering that optimizes the route between each incoming / outgoing node has been widely studied so that the link usage rate is leveled, but the number of routes to be managed increases in proportion to the square of the number of nodes. In addition, it has not become widespread, for example, because it is necessary for all routers in the NW to have a function of switching the route for each pair of arrival and departure nodes. Therefore, it is difficult to distribute the link load by controlling the content distribution route.

ところで、サーバの負荷分散を図る効果的な技術として、例えば、非特許文献1等に記載のCDN(Content Delivery Network)が広く知られている。   By the way, as an effective technique for distributing the load on a server, for example, a CDN (Content Delivery Network) described in Non-Patent Document 1 or the like is widely known.

このCDNは、ISP(Internet Service Provider)とは独立したCDN事業者が、複数のISPのNW上に多数のサーバを用意し、コンテンツのコピーをこれらサーバに配置することで、複数のサーバ間で負荷を分散させる。   In this CDN, a CDN provider independent of ISP (Internet Service Provider) prepares a large number of servers on NWs of a plurality of ISPs, and copies of contents are arranged on these servers. Distribute the load.

しかし、CDNは、ISPとは独立したCDN事業者がサーバの設置運営を行うため、NWトポロジや経路といったNW情報を活用することができず、NWのリンク使用率を平準化することが困難である。   However, CDNs are installed and operated by a CDN operator independent of ISP, so it is difficult to use NW information such as NW topology and route, and it is difficult to level NW link usage rate. is there.

また、CDNは、各配信要求に対して、常に、一つのサーバを選択するため、生成される個々の配信フローのビットレートを低減することはできず、NW情報を利用できたとしても、リンク使用率の平準化効果は限定的である。   In addition, since the CDN always selects one server for each distribution request, the bit rate of each generated distribution flow cannot be reduced, and even if NW information can be used, The utilization leveling effect is limited.

「リンク使用率を平準化する」ためには、超高精細コンテンツのストリーミング配信フローのビットレートを低減することが重要となる。そのためには各配信要求に対して、複数のサーバを用いて並列配信を行うことが有効である。   In order to “level the link usage rate”, it is important to reduce the bit rate of the streaming distribution flow of the ultra-high definition content. For this purpose, it is effective to perform parallel distribution using a plurality of servers for each distribution request.

例えば、二つのサーバを一本の配信セッションに用いることにより、生成される各フローの転送レートを半分に抑えることができる。   For example, by using two servers for one distribution session, the transfer rate of each generated flow can be reduced to half.

P2Pファイル共有サービスである「BitTorrent」(登録商標)も、このような並列配信技術を用いているが、各ユーザは、配信を受ける間、他のユーザにデータセグメントをアップロードする必要がある。   “BitTorrent” (registered trademark), which is a P2P file sharing service, also uses such a parallel distribution technique, but each user needs to upload a data segment to another user while receiving the distribution.

そのため、BitTorrent(登録商標)の性能は、ユーザの行動や、上り方向のアクセス回線レートに大きく依存する。しかし、超高精細コンテンツの配信ビットレートは極めて大きく、大容量の上りアクセスリンクを有するユーザが多数、これらサービスを安定的に利用することは期待できない。   Therefore, the performance of BitTorrent (registered trademark) greatly depends on the user's behavior and the uplink access line rate. However, the distribution bit rate of ultra-high-definition content is extremely large, and there are many users who have a large capacity uplink access link, and it cannot be expected to use these services stably.

そのため、BitTorrent(登録商標)等のP2Pファイル共有システム上で、超高精細ストリーミング配信を提供することは困難である。   Therefore, it is difficult to provide ultra high-definition streaming distribution on a P2P file sharing system such as BitTorrent (registered trademark).

これらサービスのフローがNWに与える影響を緩和し、リンク使用率を平準化し、NWスループットを向上させるためには、NWトポロジ等のNW情報を利用可能なISPが自身のNW上に複数のサーバを設置し、複数のサーバから並列配信を行う必要がある。   In order to alleviate the impact of these service flows on the NW, level the link usage rate, and improve the NW throughput, ISPs that can use NW information such as the NW topology can install multiple servers on their NW. It is necessary to install and perform parallel delivery from multiple servers.

A.Su, D.Choffnes, A.Kuzmanovic, and F.Bustamante,“Drafting Behind Akamai (Travelocity−Based Detouring)”, ACM SIGCOMM 2006.A. Su, D.D. Coffnes, A.D. Kuzmanovic, and F.K. Bustamante, “Drafting Behind Akamai (Travelity-Based Detouring)”, ACM SIGCOMM 2006.

並列配信に関しては、例えば、本願発明者等による特願2008−054321号に記載のものがある。この技術では、例えば、動画ストリーミング配信において、1つの配信要求に対して、要求された動画コンテンツが保存されている複数のサーバを用いて動画データを並列にダウンロードする配信形態において、配信フローの平均ホップ長が短くなるよう、他のノードへの平均ホップ長が小さいノードに優先的にサーバを配置する。   Regarding parallel distribution, for example, there is one described in Japanese Patent Application No. 2008-054321 by the present inventors. In this technology, for example, in a streaming streaming distribution, in a distribution form in which moving image data is downloaded in parallel using a plurality of servers storing the requested moving image content in response to one distribution request, an average distribution flow In order to shorten the hop length, a server is preferentially allocated to a node having a small average hop length to other nodes.

また、各配信要求に対して、ホップ長の最も短い最近接サーバに加えて、そのホップ数からプラスBホップ以内の位置に存在するサーバをも配信サーバとして選択する。さらに、並列配信の効果を高めるために、他の大部分のノードと接続するスーパーハブノードを複数ネットワーク内に配置し、それらスーパーハブノードにサーバを設置する。   For each distribution request, in addition to the nearest server with the shortest hop length, a server existing within a position within plus B hops from the number of hops is also selected as the distribution server. Furthermore, in order to increase the effect of parallel distribution, super hub nodes connected to most other nodes are arranged in a plurality of networks, and servers are installed in these super hub nodes.

これにより、データの並列配信における配信フローの平均ホップ長を抑えつつ、リンク負荷の偏りを低減することができる。   Thereby, it is possible to reduce the bias of the link load while suppressing the average hop length of the distribution flow in the parallel distribution of data.

このように、上述の特願2008−054321号に記載の技術では、配信サーバを選択する際の評価尺度として、「平均リンク負荷」と「リンク負荷の変動係数」を用いている。   As described above, in the technique described in Japanese Patent Application No. 2008-054321 described above, “average link load” and “link load variation coefficient” are used as evaluation scales when selecting a distribution server.

しかし、NWスループットは、最大リンク使用率で決まることから、最大リンク使用率を最小化してリンク使用率を平準化することが重要であるが、上述の特願2008−054321号に記載の技術では、「リンク使用率」に関しては考慮していない。   However, since the NW throughput is determined by the maximum link usage rate, it is important to minimize the maximum link usage rate and level the link usage rate. However, in the technique described in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2008-054321. The “link usage rate” is not considered.

解決しようとする問題点は、従来の技術では、例えば、超高精細コンテンツのストリーミング等のデータを並列配信するサーバの配置と選択に、リンク使用率を考慮していない点である。   The problem to be solved is that, in the prior art, for example, the link usage rate is not considered in the arrangement and selection of servers that distribute data such as streaming of ultra-high definition content in parallel.

本発明の目的は、これら従来技術の課題を解決し、データの並列配信を行うサーバの配置と選択を、最大リンク使用率を最小化してリンク使用率を平準化することで、NWスループットを大幅に向上させることである。   The object of the present invention is to solve these problems of the prior art, and to arrange and select servers that perform parallel data distribution, and to minimize the maximum link usage rate and level the link usage rate, thereby greatly increasing the NW throughput. It is to improve.

上記目的を達成するため、本発明では、例えば、動画ストリーミング配信において、1つの配信要求に対して、要求された動画コンテンツが保存されている複数のサーバを用いて動画データを並列にダウンロードする配信形態において、最大リンク使用率を最小化することで、NWスループット(ネットワーク全体で収容可能な総配信要求量)を最大化するように、サーバを配置するノードを選択することを特徴とする。   In order to achieve the above object, in the present invention, for example, in streaming streaming distribution, for a single distribution request, distribution in which moving image data is downloaded in parallel using a plurality of servers storing the requested moving image content The embodiment is characterized in that a node on which a server is arranged is selected so as to maximize NW throughput (total amount of distribution requests that can be accommodated in the entire network) by minimizing the maximum link usage rate.

本発明によれば、データの並列配信を行うサーバの配置と選択を、最大リンク使用率を最小化するよう行うことで、NWスループット(ネットワーク全体で収容可能な総配信要求量)を大幅に向上させることが可能となる。   According to the present invention, NW throughput (total amount of distribution requests that can be accommodated in the entire network) is greatly improved by arranging and selecting servers that perform parallel data distribution so as to minimize the maximum link usage rate. It becomes possible to make it.

本発明に係るデータ並列配信システムの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the data parallel delivery system which concerns on this invention. 図1におけるサーバ配置設計装置の本発明に係る処理手順例を示すアルゴリズムである。It is an algorithm which shows the example of a process sequence which concerns on this invention of the server arrangement | positioning design apparatus in FIG. 図1におけるサーバ選択設計装置の本発明に係る第1の処理手順例を示すアルゴリズムである。2 is an algorithm showing a first processing procedure example according to the present invention of the server selection design apparatus in FIG. 1. 図1におけるサーバ選択設計装置の本発明に係る第2の処理手順例を示すアルゴリズムである。It is an algorithm which shows the 2nd process sequence example which concerns on this invention of the server selection design apparatus in FIG. 本発明に係るデータ並列配信システムの処理対象となるネットワークのトポロジ別のノード次数の散布状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the distribution state of the node order according to the topology of the network used as the process target of the data parallel delivery system which concerns on this invention. 本発明に係るデータ並列配信システムの処理対象となるネットワークのトポロジ例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the topology example of the network used as the process target of the data parallel delivery system which concerns on this invention. 本発明に係るデータ並列配信システムの処理対象となる各ネットワークの特性例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a characteristic of each network used as the process target of the data parallel delivery system which concerns on this invention. 本発明に係るデータ並列配信システムによる処理の第1の効果例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 1st effect example of the process by the data parallel delivery system which concerns on this invention. 本発明に係るデータ並列配信システムによる処理の第2の効果例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 2nd effect example of the process by the data parallel delivery system which concerns on this invention. 本発明に係るデータ並列配信システムによる処理の第3の効果例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 3rd effect example of the process by the data parallel delivery system which concerns on this invention. 本発明に係るデータ並列配信システムによる処理の第4の効果例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the 4th example of a process by the data parallel delivery system which concerns on this invention. 本発明に係るデータ並列配信システムの処理対象となるバックボーンネットワークの一覧を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the list of the backbone networks used as the process target of the data parallel delivery system which concerns on this invention.

以下、図を用いて本発明を実施するための形態例を説明する。図1においては、本発明に係るデータ並列配信システムの構成例を示しており、101は本発明係る各入力条件データ(サーバ設置数S、NWトポロジT、各ノードの配信要求量比R、各リンクの伝送容量C、各リンクのコストc)を入力するための入力データ設定装置、102はS個のサーバを配置するノードを選択するサーバ配置設計装置、103はデータの並列配信に用いるサーバを選択するサーバ選択設計装置、104はサーバ配置設計装置102とサーバ選択設計装置103の処理結果を出力する設計結果出力装置である。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. 1 shows an example of the configuration of a data parallel distribution system according to the present invention, 101 the present invention according the input condition data (the server installation number S, NW topology T, the distribution request amount ratio R n of each node, An input data setting device for inputting the transmission capacity C e of each link and the cost c e ) of each link, a server arrangement design device 102 for selecting nodes on which S servers are arranged, and 103 for parallel data distribution A server selection design apparatus 104 that selects a server to be used, and a design result output apparatus 104 that outputs the processing results of the server arrangement design apparatus 102 and the server selection design apparatus 103.

図1におけるデータ並列配信システムは、CPU(Central Processing Unit)や主メモリ等を具備したコンピュータ構成からなり、プログラムされたコンピュータ処理を実行する手段として、入力データ設定装置101とサーバ配置設計装置102およびサーバ選択設計装置103と設計結果出力装置104のそれぞれを具備している。尚、サーバ選択設計装置103と設計結果出力装置104は、本発明に係るサーバ配置選択手段を構成するものである。   The data parallel distribution system in FIG. 1 has a computer configuration including a CPU (Central Processing Unit), a main memory, and the like. As means for executing programmed computer processing, an input data setting device 101, a server layout design device 102, and Each of the server selection design device 103 and the design result output device 104 is provided. The server selection design device 103 and the design result output device 104 constitute server arrangement selection means according to the present invention.

入力データ設定装置101は、図示していないキーボードやマウス等の操作あるいはデータ通信装置等の入力装置を介して入力される、設置サーバ数S、NWトポロジT、各ノードの配信要求量比R、各リンクの伝送容量C、各リンクのコストc等の各入力データを取得し、図示していない記憶装置に格納する。 The input data setting device 101 receives the number of installed servers S, the NW topology T, and the distribution request amount ratio R n of each node, which are input via an input device such as a keyboard or mouse (not shown) or a data communication device. Each input data such as the transmission capacity C e of each link and the cost c e of each link is acquired and stored in a storage device (not shown).

NWトポロジTは、ノード数Nの規模の行列で表され、その要素ij(トポロジ行列Tにおける第i行目第j列目の行列要素であり、ノードiとノードjとを結ぶリンク位置)は、ノードiとノードjの間にリンクが存在する場合に「1」を、存在しない場合に「0」をとる2値変数である。   The NW topology T is represented by a matrix having a scale of N nodes, and its element ij (the matrix element in the i-th row and j-th column in the topology matrix T and the link position connecting the node i and the node j) is , A binary variable that takes “1” when a link exists between the node i and the node j and takes “0” when the link does not exist.

ノードnの配信要求量比Rは、ノードnから生じる配信要求量の、NW全体で発生する配信要求量に占める割合を表し、0.05等の値をとる。 Distribution request amount ratio R n of node n, the distribution demand arising from node n, represents the percentage of the distribution request amount generated across NW, it takes a value of 0.05, or the like.

各リンクのコストcは、経路設定の際に用いられる重みであり、例えば、最小ホップ経路を用いる場合には「1」を、また大容量リンクを積極的に経由するよう経路を設定する場合にはリンク容量の逆数が設定される。 Cost c e of each link is the weight used in the routing, for example, a "1" in the case of using a minimum hop path, also when setting the path to through a large capacity link aggressively Is set to the inverse of the link capacity.

サーバ配置設計装置102は、入力データを用いて、各ノードに対して経由リンクのコスト和が最小となるサーバを一つだけ用いる場合に、最大リンク使用率が最小となるようS個のサーバを配置するノードを特定する。   The server arrangement design device 102 uses the input data to select S servers so that the maximum link usage rate is minimized when only one server with the minimum cost of the via link is used for each node. Specify the node to be placed.

サーバ選択設計装置103は、各ノードに対して複数のサーバを配信に用いる場合に、最大リンク使用率が最小となるよう、要求されたデータの配信に用いるサーバ集合を特定する。   When a plurality of servers are used for distribution for each node, the server selection design device 103 specifies a server set used for distribution of requested data so that the maximum link usage rate is minimized.

設計結果出力装置104は、サーバ配置設計装置102によるS個のサーバを配置するノードの特定結果、および、サーバ選択設計装置103によるデータ配信用のサーバ集合の特定結果を、表示装置や記憶装置あるいはデータ通信装置等を介して出力する。   The design result output device 104 displays the result of specifying the node where the S servers are placed by the server placement design device 102 and the result of specifying the server set for data distribution by the server selection design device 103 as a display device, storage device, or Output via a data communication device.

このような構成により、図1におけるデータ並列配信システムは、例えば、動画ストリーミングの配信要求に対して、要求された動画コンテンツが保存されている複数のサーバを用いて動画データを並列にダウンロードする配信形態において、最大リンク使用率を最小化することで、NWスループット(ネットワーク全体で収容可能な総配信要求量)を最大化するように、サーバを配置するノードを選択する。   With such a configuration, the data parallel distribution system in FIG. 1, for example, distributes video data in parallel using a plurality of servers storing the requested video content in response to a video streaming distribution request. In the embodiment, the node on which the server is arranged is selected so as to maximize the NW throughput (the total amount of distribution requests that can be accommodated in the entire network) by minimizing the maximum link usage rate.

以下、このように、NWスループットを最大化するためのコンテンツ並列配信技術について、[前提条件]、[最適サーバ配置設計法]、[最適サーバ選択設計法]、[評価結果]の順に、詳細を説明する。   Hereinafter, the content parallel distribution technology for maximizing the NW throughput will be described in detail in the order of [Precondition], [Optimal server layout design method], [Optimal server selection design method], and [Evaluation results]. explain.

まず、[前提条件]について説明する。
[前提条件]:
NWのノード数をN、双方向のリンク数をMとし、リンクeの伝送容量をCとする。
First, [Precondition] will be described.
[Prerequisites]:
NW the number of nodes of N, bidirectional link number is M, the transmission capacity of link e and C e.

Nのノード中S個のノードにミラーサーバが配置され、これらS個のミラーサーバには全ての超高精細コンテンツのコピーが用意されることを想定する。そのため、配信システムの設計や評価を行う際に、コンテンツごとの要求発生比率について考慮する必要がなく、以後は単一のコンテンツの配信を対象に検討を進める。   It is assumed that mirror servers are arranged in S nodes among N nodes, and copies of all ultra-high-definition contents are prepared in these S mirror servers. For this reason, when designing and evaluating a distribution system, it is not necessary to consider the request generation ratio for each content.

経路設定法として、リンク重みを「1」に設定する場合(min.hopと表記)と、Cisco(登録商標)社が推奨するリンク容量の逆数に設定する場合(inv.capと表記)の二つの重み設定法に対して各々、ダイクストラの最小コスト経路を用いることを想定する。   As a route setting method, there are two cases where the link weight is set to “1” (denoted as “min.hop”) and is set to the reciprocal of the link capacity recommended by Cisco (registered trademark) (denoted as “inv.cap”). Assume that Dijkstra's minimum cost path is used for each of the two weighting methods.

尚、「min.hop」は、最短ホップ経路を用いる場合に相当し、また、「inv.cap」は容量の大きなリンクを積極的に用いる場合に相当する。   Note that “min.hop” corresponds to a case where the shortest hop route is used, and “inv.cap” corresponds to a case where a link having a large capacity is actively used.

同一発着ノード間に最小コスト経路が複数存在する場合、これら複数の経路に均等にトラヒックを分割して流す形態もルータの実装上可能であるが、同一フローに属するパケットが異なる経路を通ると、受信端末においてソーティング等の余計な処理が必要となること、通信品質が安定しない等の理由から、現実にはルータのポートの識別番号が最も若い経路を選択する等、同一ノード間に対しては最小コスト経路が1本だけ用いられることが多い。   When there are multiple minimum cost routes between the same arrival and departure nodes, it is also possible to implement a mode in which traffic is divided and sent equally to these multiple routes, but when packets belonging to the same flow pass different routes, Because the receiving terminal needs extra processing such as sorting and the communication quality is not stable, in fact, the route with the youngest router port identification number is selected. Often only one minimum cost path is used.

そこで、後述の「評価結果」では、ノードペアごとに経路をランダムに固定的に1本選択した評価を100回反復し、その平均値で全て評価する。   Therefore, in the “evaluation result” described later, an evaluation in which one route is selected at random for each node pair is repeated 100 times, and all the average values are evaluated.

NW全体の総トラヒック量、すなわちN個の全てのノードから発生する単位時間あたりのトラヒック需要量の平均をV(bps)とし、さらにノードsからノードdに対して発生する単位時間あたりの平均トラヒック量をvsd(bps)とする。また、vsdのVに対する比率をrsdとする(rsd=vsd/V)。 The total traffic volume of the entire NW, that is, the average traffic demand per unit time generated from all N nodes is V (bps), and further the average traffic per unit time generated from node s to node d Let the amount be v sd (bps). Further, the ratio of v sd to V is r sd (r sd = v sd / V).

平均トラヒック量vsdに加えて、NWトポロジとリンク容量、そして経路設定のための静的なリンク重みが与えられると、各リンクeの平均使用率uが次の数1に示す式により一意に定まる。 Given the NW topology, link capacity, and static link weights for route setting in addition to the average traffic volume v sd , the average usage rate u e of each link e is unique according to the following equation (1). Determined.

Figure 0005280933
ただし、Nをノード集合、x(s,d,e)はノードsからノードdに至る配信経路がリンクeを通る場合に「1」を、通らない場合に「0」をとる2値変数とする。
Figure 0005280933
However, N is a node set, and x (s, d, e) is a binary variable that takes “1” when the distribution route from the node s to the node d passes through the link e, and takes “0” when it does not pass. To do.

リンク使用率が最大となるリンクをεとする。経路と交流デマンド行列rij(ノードiからノードjに向かうトラヒック需要量)が与えられたとき、トラヒック需要量平均Vが変化しても、リンク使用率が最大となるリンクεは常に同一のリンクとなり、このリンクεは、NW全体で達成可能なトラヒック需要量平均Vの最大値Vmax(NWスループット)を定めるボトルネックリンクとなる。 Let ε be the link that maximizes the link usage rate. When a route and an AC demand matrix r ij (traffic demand amount from node i to node j) are given, the link ε having the maximum link usage rate is always the same link even if the traffic demand average V changes. This link ε becomes a bottleneck link that determines the maximum value V max (NW throughput) of the average traffic demand V that can be achieved in the entire NW.

本例では、Vmaxを、上述の数1で示す式(1)において「uε=1」となるときのトラヒック需要量平均Vの値と定義する。 In this example, V max is defined as the value of the traffic demand average V when “u ε = 1” in the equation (1) expressed by the above equation (1).

各ノードnから発生する配信要求量のNW全体の配信要求量に対する比率をRとする。本例では、この比率Rとして静的な値が与えられることを想定する。 Let R n be the ratio of the distribution request amount generated from each node n to the distribution request amount of the entire NW. In this example, it is assumed that the static value is given as the ratio R n.

一般に、インターネットにおいて生じる任意のサービスに対して、交流デマンド行列rijを推定することは困難であるが、超高精細ストリーミング配信に限定された比率Rを推定することは比較的容易であると思われる。 In general, it is difficult to estimate the AC demand matrix r ij for any service that occurs on the Internet, but it is relatively easy to estimate the ratio R n limited to ultra-high-definition streaming delivery. Seem.

ISPは、上述の比率Rを直接制御することはできないが、要求されたコンテンツが複数のサーバに存在する場合、ISPは交流デマンド行列rijを、サーバ配置法とサーバ選択法によって制御することが可能である。 The ISP cannot directly control the ratio R n described above, but if the requested content exists in multiple servers, the ISP controls the AC demand matrix r ij by the server placement method and the server selection method. Is possible.

すなわち、経路を固定的なリンク重みを用いて静的に設定した場合でも、サーバ配置とサーバ選択を最適化することで、NWスループットVmaxの最適化が可能となる。 That is, even when the route is statically set using a fixed link weight, the NW throughput V max can be optimized by optimizing the server arrangement and the server selection.

そこで、本例では、Vmaxを最大化する、すなわち最大リンク使用率を最小化する並列配信のためのサーバ配置設計法とサーバ選択法を検討する。 Therefore, in this example, a server arrangement design method and a server selection method for parallel distribution that maximizes V max , that is, minimizes the maximum link usage rate, are examined.

コンテンツの並列配信を行うに際しては、ISPは事前に自身のNWのノード集合に対して、複数のミラーサーバを配置する必要がある。   When performing parallel distribution of contents, an ISP needs to arrange a plurality of mirror servers in advance for its own NW node set.

また、個々の配信要求に対して用いるサーバを選択する必要がある。   Further, it is necessary to select a server to be used for each distribution request.

各リンクの使用率は、サーバ配置だけでなく、各配信セッションに対するサーバ選択法にも依存するため、並列配信時の最大リンク使用率が最小化するようサーバを配置設計するためには、サーバ配置とサーバ選択を同時に最適設計する必要がある。   The usage rate of each link depends not only on the server location but also on the server selection method for each delivery session. Therefore, in order to design the server so that the maximum link usage rate during parallel delivery is minimized, And server selection must be optimized at the same time.

しかし、組合せ数が膨大となり、現実的な時間で解を得ることが困難なことから、本例では、各々の設計問題を、[最適サーバ配置設計法]と[最適サーバ選択設計法]に分離して検討する。   However, since the number of combinations is enormous and it is difficult to obtain a solution in a realistic time, in this example, each design problem is separated into [Optimal Server Placement Design Method] and [Optimum Server Selection Design Method]. To consider.

まず、[最適サーバ配置設計法]について説明する。
[最適サーバ配置設計法]:
一般に、ノード間の転送コスト、NWトポロジ、各ノードで発生するデマンド量、設置ノード数Kが与えられたときに、総転送コストを最小化するKのファシリティ配置位置を選択する問題は、UKM(Uncapaciated K−Median)として知られており、NP困難であるため、様々な近似解法が検討されている。
First, the “optimum server layout design method” will be described.
[Optimum server layout design method]:
In general, given the transfer cost between nodes, the NW topology, the amount of demand generated at each node, and the number of installed nodes K, the problem of selecting the facility location of K that minimizes the total transfer cost is UKM ( It is known as Uncapacitated K-Media), and since it is NP-hard, various approximate solutions are being studied.

これら設計法では、総転送コストの最小化が目的となっているが、本例では、新たに、貪欲算法を用いた最大リンク使用率を最小化するサーバの近似最適配置法を検討する。   These design methods aim at minimizing the total transfer cost, but in this example, an approximate optimal placement method for servers that minimizes the maximum link usage rate using the greedy calculation method is newly examined.

j個のサーバがノード集合Nに配置された状態で、さらに、ノード集合Nに含まれない任意のノードiにサーバを配置した場合の最大リンク使用率をumax(N,i)とする。 In a state where j servers are arranged in the node set N j , the maximum link usage rate when a server is arranged in any node i not included in the node set N j is represented by u max (N j , i). And

リンク使用率を算出するためには、個々の配信に対して用いるサーバを便宜上定める必要があるため、配信コスト(経由リンクのコストの総和)が最小のサーバを一つ用いることを想定する。   In order to calculate the link usage rate, it is necessary to determine the server to be used for each distribution for convenience. Therefore, it is assumed that one server having the minimum distribution cost (total of the costs of the via links) is used.

すなわち、任意のノードdに対して、サーバ集合S={N+i}に含まれる各サーバsからの配信コストδsdが最小となるサーバがσであるとき、「rσd=1」である一方、「s≠σ」の全てのsに対して「rsd=0」と設定する。 That is, for any node d, when the server having the smallest delivery cost δ sd from each server s included in the server set S = {N j + i} is σ, “r σd = 1”. On the other hand, “r sd = 0” is set for all s of “s ≠ σ”.

このとき、上述の数1で示す式(1)より各リンクの使用率を算出し、その最大値umax(N,i)が得られる。ただし、ネットワーク全体の総トラヒック量Vの値は、使用率が最大となるリンクを求めるときには無関係であるため「V=1」に設定する。 At this time, the usage rate of each link is calculated from the equation (1) expressed by the above equation 1, and the maximum value u max (N j , i) is obtained. However, the value of the total traffic volume V of the entire network is set to “V = 1” because it is irrelevant when obtaining a link having the maximum usage rate.

そして、「i∈N\N」の全てのノードiに対してリンク使用率の最大値umax(N,i)を算出し、この値が最小となるノードにj+1番目のサーバを配置する。 Then, the maximum value of the link utilization for all nodes i of "I∈N\N j" u max (N j, i) is calculated, and place the j + 1-th server to a node that this value is minimum To do.

この処理を、任意に与えた回数Sだけ反復することで、S個のサーバを配置するノードが特定できる。   By repeating this process a given number of times S, the nodes where S servers are arranged can be identified.

図2においては、このようなS個のサーバを配置するノードを特定するための手順(サーバ最適配置アルゴリズム)を示している。このサーバ最適配置アルゴリズムをCPUが実行することにより、サーバ配置ノードが集合Sとして得られる。   FIG. 2 shows a procedure (server optimal placement algorithm) for specifying a node on which such S servers are placed. When the CPU executes this server optimum arrangement algorithm, server arrangement nodes are obtained as a set S.

次に、[最適サーバ選択設計法]について説明する。
[最適サーバ選択設計法]:
ノードdに属するユーザの配信要求に対して用いるサーバの集合をSとする。このサーバ集合Sを事前に最適設計し、得られた集合Sに含まれる全てのサーバをノードdへの配信に対して常に使用する。
Next, the “optimum server selection design method” will be described.
[Optimum server selection design method]:
The collection of servers that use the user of the delivery request belonging to the node d and S d. This server set S d is optimally designed in advance, and all servers included in the obtained set S d are always used for delivery to the node d.

まず、各ノードへの配信に単一のサーバを用いる場合に、与えられたサーバ配置に対して最大リンク使用率を最小化する最適サーバを選択する。そして、得られたサーバ選択を初期状態とし、さらに、最大リンク使用率を低減するよう、並列配信における最適サーバの選択を行う。   First, when a single server is used for distribution to each node, an optimum server that minimizes the maximum link usage rate for a given server arrangement is selected. Then, the obtained server selection is set as an initial state, and the optimum server in parallel distribution is selected so as to reduce the maximum link usage rate.

初期状態では、配信コストδsdが最小となるサーバσを、ノードdに対する配信サーバに設定する(S={σ})。以後、本状態を最小コスト単一サーバ配信(MSD:Minimum cost Single Delivery)と呼ぶ。 In the initial state, the server σ d having the smallest distribution cost δ sd is set as the distribution server for the node d (S d = {σ d }). Hereinafter, this state is referred to as minimum cost single server delivery (MSD: Minimum cost Single Delivery).

このMSDにおける各リンクの使用率を、上述の数1に示す式(1)より算出し、使用率が最大のリンクεとその使用率umaxを得る。 The usage rate of each link in this MSD is calculated from Equation (1) shown in Equation 1 above, and the link ε having the maximum usage rate and its usage rate u max are obtained.

そして、リンクεを経路が経由する配信先ノード集合Dεに属する各ノードdに対して、配信に用いるサーバを他の各サーバkに変えた場合の最大リンク使用率umax,d,kが最小となるサーバkを、ノードdに対する配信サーバに変更する(S={k})。 Then, for each node d belonging to the distribution destination node set D ε through which the path ε passes, the maximum link usage rate u max, d, k when the server used for distribution is changed to each other server k is obtained. The minimum server k * is changed to the distribution server for the node d (S d = {k * }).

この処理を、ノード集合Dεに属する全てのノードに対して反復し、その結果得られる最大リンク使用率u’maxが、修正前の値umaxより低減する限り、使用サーバの修正を反復する。 This process is repeated for all nodes belonging to the node set D ε, and as long as the maximum link usage rate u ′ max obtained as a result is lower than the value u max before the correction, the correction of the used server is repeated. .

このようにして得られた最適単一サーバ選択状態を、最適単一サーバ配信(OSD:Optimum Single Delivery)と呼ぶ。   The optimal single server selection state obtained in this way is called optimal single server delivery (OSD: Optimum Single Delivery).

図3においては、このようなOSDのサーバを選択するための手順(サーバ最適選択アルゴリズム)を示している。このサーバ最適選択アルゴリズムをCPUが実行することにより、OSDのサーバ選択を行うことができる。   FIG. 3 shows a procedure (server optimal selection algorithm) for selecting such an OSD server. When the CPU executes this server optimum selection algorithm, OSD server selection can be performed.

そして、OSDを初期状態として、さらに、各ノードへの配信に用いるサーバを追加することで、並列配信において最大リンク使用率を最小化する最適サーバ選択を設計する。   Then, with the OSD as an initial state, an optimal server selection that minimizes the maximum link usage rate in parallel distribution is designed by adding a server used for distribution to each node.

ノードdへの配信に用いるサーバの数をnとし、ノードdへの配信に用いるn本の配信フローに対して均等にトラヒックを分散させる。 The number of servers used for distribution to the node d is n d, and traffic is evenly distributed to the n d distribution flows used for distribution to the node d.

OSDにおける各リンクの使用率を、上述の数1に示す式(1)より算出し、使用率が最大のリンクεと、その使用率umaxを得る。 The usage rate of each link in the OSD is calculated from the equation (1) shown in Equation 1 above, and the link ε having the maximum usage rate and the usage rate u max are obtained.

そして、取得したリンクεを経路が経由する配信先ノード集合Dεに属する各ノードdに対して、n<Sの場合には、未使用のサーバ集合S\Sの各サーバkを1つだけSに追加したときの最大リンク使用率umax,d,kが最小となるサーバkを、Sに追加する。 Then, for each node d belonging to the destination node set D epsilon through which acquired the link epsilon path, in the case of n d <S is the respective server k servers set S\S d unused 1 One only the maximum link utilization u max when added to S d, d, k is a server k * that minimizes, to add to S d.

この処理を、配信先ノード集合Dεに属する全てのノードに対して反復し、その結果得られる最大リンク使用率u’maxが、修正前の値umaxより低減する限り、使用サーバの追加処理を反復する。 This processing is repeated for all the nodes belonging to the delivery destination node set Dε, and as long as the maximum link usage rate u ′ max obtained as a result is lower than the value u max before correction, additional processing of the use server Repeat.

その結果で得られた最適複数サーバ選択状態を最適並列配信(OPD:Optimum Parallel Delivery)と呼ぶ。   The optimal multiple server selection state obtained as a result of this is called optimal parallel delivery (OPD: Optimum Parallel Delivery).

図4においては、このようなOPDの追加サーバを選択するための手順(追加サーバ選択アルゴリズム)を示している。この追加サーバ選択アルゴリズムをCPUが実行することにより、並列配信するサーバの選択を行うことができる。   FIG. 4 shows a procedure (addition server selection algorithm) for selecting such an additional server of OPD. When the CPU executes this additional server selection algorithm, it is possible to select servers to be distributed in parallel.

以下、このようにして選択した並列配信サーバによる効果を、[評価結果]として説明する。   Hereinafter, the effect of the parallel distribution server selected in this way will be described as [Evaluation Result].

[評価結果]:
まず、評価に用いたNWトポロジの説明を行う。
[Evaluation results]:
First, the NW topology used for evaluation will be described.

[評価に用いたNWトポロジ]:
CAIDAのWebページでトポロジとリンク容量が公開されている商用ISPのバックボーンNWのうち、ノード数Nが20以上の23のNWを評価に用いる。
[NW topology used for evaluation]:
Of the backbone NWs of commercial ISPs whose topology and link capacity are disclosed on the CAIDA Web page, 23 NWs with 20 or more nodes are used for evaluation.

図12においては、これら23のNWのノード数N、双方向リンク数M、平均ノード次数g、最大ノード次数G、そして高次数ノード数比率Rをまとめている。   In FIG. 12, the number of nodes N of these 23 NWs, the number of bidirectional links M, the average node order g, the maximum node order G, and the high-order node number ratio R are summarized.

ただしRを、平均次数gより大きな次数を有するノードの数をNで除した値で定義する。また、正規化最大次数GをG=G/Nで定義する。Gが大きなNWには、多数のノードと接続するハブノードが存在すること、また、Rが大きなNWには、高次数ノードが多数存在することを意味する。 However, R is defined by a value obtained by dividing the number of nodes having an order larger than the average order g by N. Also, the normalized maximum order G r is defined as G r = G / N. This means that a hub node connected to a large number of nodes exists in an NW with a large G r , and a large number of high-order nodes exist in an NW with a large R.

ここでは、23のNWを便宜上、以下の規則によりStar型、H&S型、Ladder型の3つのトポロジ種別に分類する。   Here, for convenience, the 23 NWs are classified into three topology types of Star type, H & S type, and Ladder type according to the following rules.

まず、「Gr<0.4」かつ「g<3」を満たすNWをLadder型に分類する。   First, NWs satisfying “Gr <0.4” and “g <3” are classified into the Ladder type.

23の各NWに対して、正規化最大次数Gと平均次数gの散布図を図5(a)に示すが、図中、左下の実線枠で示される領域に存在するNWをLadder型に分類することになるが、11のNWが該当する。 For each NW of 23, a scatter diagram of the normalized maximum order G r and the average order g is shown in FIG. 5 (a). In the figure, NWs existing in the region indicated by the solid line frame on the lower left are Ladder type. Although it will be classified, 11 NWs fall under this category.

そして、Ladder型に分類されなかったNWの中で、さらに、「R≧0.25」のNWをH&S型に、「R<0.25」のNWをStar型に分類する。   Then, among the NWs not classified into the Ladder type, NWs with “R ≧ 0.25” are further classified as H & S types, and NWs with “R <0.25” are classified as Star types.

Ladder型に分類されなかった12のNWに対して、最大ノード次数Gと高次数ノード数比率Rの散布図を図5(b)に示す。6つのNWが各々、Star型とH&S型に分類される。   FIG. 5B shows a scatter diagram of the maximum node degree G and the high-order node number ratio R with respect to 12 NWs not classified into the Ladder type. Each of the six NWs is classified into a Star type and an H & S type.

図6においては、3つのNW種別の各々に分類されるNWトポロジの例を示している。これら3つのNWは、全て米国に存在するが、NW種別に応じて大きく形状が異なることが確認できる。各NW種別は、以下の傾向を有する。   FIG. 6 shows an example of an NW topology classified into each of three NW types. These three NWs all exist in the United States, but it can be confirmed that the shapes differ greatly depending on the NW type. Each NW type has the following tendency.

Star型は、図6(a)に示すように、非常に少数の高次数ノード(ハブノード)が多数の低次数ノードと接続した構造となる。ハブノード以外の大多数のノードは、ハブノードの一つとのみ接続する場合が多く、次数が「1」のノードが多い。ただし、NW12(LL)だけは、例外的に、図6(b)に示すように、多数のノードが複数のハブノードと接続した形状となっている。   As shown in FIG. 6A, the Star type has a structure in which a very small number of high-order nodes (hub nodes) are connected to a large number of low-order nodes. Most of the nodes other than the hub node are often connected to only one of the hub nodes, and there are many nodes having the degree “1”. However, only the NW12 (LL) is exceptionally in a shape in which a large number of nodes are connected to a plurality of hub nodes as shown in FIG. 6B.

このStar型は、ハブノードを介して、少ないホップ数で他のノードに到達できるため、ノード間のホップ距離が短くなる傾向があるが、ハブノードに負荷が集中しやすい。   Since this Star type can reach other nodes with a small number of hops via the hub node, the hop distance between the nodes tends to be short, but the load tends to concentrate on the hub node.

H&S型は、図6(c)に示すように、Star型NWと比較して多数のハブノードが存在し、これらハブノードが相互接続される傾向がある。低次数ノードの多くは一つ以上のハブノードに接続した構造となるため、ハブ&スポーク型と呼ばれる。航空路線網が本形態となることが知られている。Star型と同様、ノード間のホップ距離が小さくなる傾向がある反面、ハブノードに負荷が集中しやすい。   As shown in FIG. 6C, the H & S type has a larger number of hub nodes than the Star type NW, and these hub nodes tend to be interconnected. Since many low-order nodes have a structure connected to one or more hub nodes, they are called hub and spoke types. It is known that an air route network is in this form. Like the Star type, the hop distance between nodes tends to be small, but the load tends to concentrate on the hub node.

Ladder型は、図6(d)に示すように、ハブノードが存在せず、いくつかのループを組み合わせたトポロジ構造となる。総リンク長を抑えられる反面、ノード間のホップ距離が長くなる傾向がある。高速道路網が本形態となることが知られている。   As shown in FIG. 6D, the Ladder type has a topology structure in which a hub node does not exist and several loops are combined. While the total link length can be suppressed, the hop distance between nodes tends to be long. It is known that the highway network is in this form.

本例では、リッチコンテンツ配信に対する需要に地域的な偏りがなく、ノードnから発生する配信要求数比Rは、ノードnが収容する人口のNW全体が収容する人口に対する比率pに一致することを想定する。 In this example, there is no regional bias in the demand for rich content delivery, the delivery request ratio R n generated from the node n, matching ratio p n for population overall NW population node n to accommodate to accommodate Assume that.

図7(a)においては、23の各NWの、ノードの次数gと人口比pとの相関係数(CC:Correlation Coefficient)を、ノード数Nに対してプロットした状態を示している。 In FIG. 7 (a), of the NW 23, the correlation coefficient of the degree g n and population ratio p n nodes: the (CC Correlation Coefficient), shows a state plotted against the number of nodes N .

この図7(a)からは、多くのNWにおいて、各ノードの次数と人口比との間には正の相関が見られ、大都市に配置されたノードの次数が高くなる傾向が確認できる。   From FIG. 7A, in many NWs, there is a positive correlation between the degree of each node and the population ratio, and it can be confirmed that the degree of the nodes arranged in the big city tends to increase.

ただし、相関性の強さはNWごとに大きく異なり、Star型NWは大多数のノードが低次数であるため多くのStar型NWにおける相関性は低い。   However, the strength of the correlation varies greatly depending on the NW, and the Star type NW has a low degree of correlation with many Star type NWs because the majority of nodes have a low order.

また、図7(b)においては、23の各NWの、全ノード間の最短ホップ距離の平均値を、ノード数Nに対してプロットした状態を示している。   FIG. 7B shows a state in which the average value of the shortest hop distance between all the nodes of each NW of 23 is plotted against the number N of nodes.

この図7(b)からは、Ladder型NWの平均ノード間距離が長い傾向のあること、また、ノード数Nの増加に伴い、平均ホップ距離が緩やかに増加する傾向があることが確認できる。   From FIG. 7B, it can be confirmed that the average node distance of the Ladder type NW tends to be long, and that the average hop distance tends to increase gradually as the number N of nodes increases.

一方、Star型NWとH&S型NWの平均ホップ距離は、NW規模とは無関係であり、高次数のハブノードの存在が、ノード間距離の短縮に大きく貢献する。   On the other hand, the average hop distance between the Star-type NW and the H & S-type NW is independent of the NW scale, and the presence of a high-order hub node greatly contributes to the reduction of the inter-node distance.

次に、並列配信による効果の説明を行う。   Next, the effect of parallel distribution will be described.

[並列配信の性能評価]:
本例では、図1におけるサーバ配置設計装置102とサーバ選択設計装置103によるサーバ選択設計を行った際の並列配信(OPD)の効果を評価する。
[Performance evaluation of parallel delivery]:
In this example, the effect of parallel distribution (OPD) when the server selection design apparatus 102 and the server selection design apparatus 103 in FIG.

各ノードペア(ノードi,ノードj)間のトラヒック量比率rijが与えられると、任意に定めた静的なリンク重みに対して各リンクの使用率uが一意に決まる。 When the traffic amount ratio r ij between each node pair (node i, node j) is given, the usage rate u of each link is uniquely determined with respect to an arbitrarily determined static link weight.

そのため、単一時間あたりにNW全体で発生する配信要求から生じるトラヒック量V(bps)が変化しても、トラヒック量比率Rが不変という想定の下では、リンク使用率uが最大となるボトルネックリンクは不変であり、その最大のリンク使用率umaxは、トラヒック量Vに比例するため、V=1のときのボトルネックリンクの使用率をumax,1とすると、umax=umax,1Vとなる。 Therefore, even if the traffic volume V (bps) changes resulting from distribution request generated across NW per single time, under the assumption that the traffic amount ratio R n is unchanged, bottles link utilization u is maximum The neck link is unchanged, and the maximum link usage rate u max is proportional to the traffic volume V. Therefore, assuming that the usage rate of the bottleneck link when V = 1 is u max, 1 , u max = u max , 1 V.

ここでは、umax=1となるときのVを最大NWスループットと定義し、最大NWスループットを各NWの平均リンク容量Cで除した正規化最大NWスループットVmax(=1/umax,1/C)で各配信システムの性能を評価する。 Here, u max = 1 and a V when made to define the maximum NW throughput, average maximum NW throughput of each NW link capacity C e in dividing normalized maximum NW throughput V max (= 1 / u max , 1 / C a ) to evaluate the performance of each distribution system.

OPDの単一配信に対する効果を測る比較対象をOSDとし、OPDの平均効果ξOPDを、OPDにおけるNWスループットVmax,OPDをVmax,OSDで除した値で定義する(ξOPD=Vmax,OPD/Vmax,OSD)。 The comparison target for measuring the effect on the single distribution of OPD is OSD, and the average effect ξ OPD of OPD is defined as a value obtained by dividing NW throughput V max in OPD, OPD divided by V max and OSDOPD = V max OPD / Vmax , OSD ).

図8においては、サーバ数を2から、ceiling(N/2)の範囲で変化させたときの、OPDの平均効果ξOPDを、サーバ数比率sに対してNWごとにプロットした状態を示している。 FIG. 8 shows a state in which the average effect ξ OPD of OPD when the number of servers is changed from 2 to the range of ceiling (N / 2) is plotted for each NW against the server number ratio s. Yes.

図8(a)、図8(c)に示すように、NW10とNW23は、OPDの効果も見られない。他のNWはOPDの効果が見られるが、効果は設置サーバ数に大きく依存する。   As shown in FIGS. 8A and 8C, NW10 and NW23 do not show the effect of OPD. Other NWs have the effect of OPD, but the effect largely depends on the number of installed servers.

図8(a)に示すように、Star型NWは、多数のノードの次数が1であり、それらノードに繋がるリンクがボトルネックとなる場合、並列配信を行ってもNWスループットを向上させることができずOPDの効果は低い。   As shown in FIG. 8A, the Star type NW can improve the NW throughput even if parallel distribution is performed when the order of a large number of nodes is 1 and the links connected to these nodes become a bottleneck. The effect of OPD is low.

ただし、NW12(CAIDAで示されるGoodNet)は複数のハブノードが存在し、多数のノードが複数のハブノードと接続しているため、並列配信を行うことでNWスループットが大きく向上する。   However, since NW12 (GoodNet indicated by CAIDA) has a plurality of hub nodes and a large number of nodes are connected to the plurality of hub nodes, the NW throughput is greatly improved by performing parallel distribution.

また、NW20は、サーバ数Sの広い範囲にわたりOPDの効果が低いが、サーバ数S=7のときのみはξOPD=1.8となり、OPDの効果が高い。 The NW 20 has a low OPD effect over a wide range of servers S, but only when the server number S = 7, ξ OPD = 1.8, and the OPD effect is high.

本NW20は、CAIDAで示される「Telstra Internet」であり、このNW20において、具体的には、ノード3(Hobart)がノード4(Laucnceston)とノード5(Melbourne)に接続しているが、リンク(4,3)と(5,3)の容量の本NWの最大リンク容量に対する比率が0.019と小さく、ボトルネックとなりやすい。   The NW 20 is a “Telstra Internet” indicated by CAIDA. Specifically, in this NW 20, the node 3 (Hobart) is connected to the node 4 (Laucanceston) and the node 5 (Melbourne), but the link ( The ratio of the capacity of (4, 3) and (5, 3) to the maximum link capacity of the main NW is as small as 0.019, which tends to be a bottleneck.

サーバ数S=7のとき、ノード4とノード5の両方にサーバが配置されるが、OSDではノード3に対する配信に、どちらか一方のサーバのみを用いるため、リンク(4,3)かリンク(5,3)のどちらかがボトルネックとなりやすい。   When the number of servers S = 7, servers are arranged on both the nodes 4 and 5, but since only one of the servers is used for distribution to the node 3 in the OSD, the link (4, 3) or the link ( 5) or 3) is likely to become a bottleneck.

OPDにおいては、ノード3に対してノード4とノード5に設置された両方のサーバが配信に用いられ、各々のリンクに加わる負荷が半減する結果、OPDの効果が高くなる。   In OPD, both servers installed in node 4 and node 5 are used for distribution with respect to node 3, and the load applied to each link is halved. As a result, the effect of OPD increases.

この例が示すように、次数が2のノードに接続する2本のリンクの容量が共に小さい場合、OPDが効果的となる。   As shown in this example, OPD is effective when the capacities of two links connected to a node of degree 2 are both small.

ところで、NW20(Telstra Internet)において、サーバ数S≦4のときは、ノード4とノード5の両方にサーバが設置されず、ノード3に対する配信に効果的に用いることが可能なサーバが複数存在しないため、また5≦S≦6もしくはS≧8のときは、他のリンクがボトルネックとなりOPDの効果がほとんど見られない。   By the way, in NW20 (Telstra Internet), when the number of servers S ≦ 4, there is no server installed in both node 4 and node 5, and there are no servers that can be used effectively for distribution to node 3. Therefore, when 5 ≦ S ≦ 6 or S ≧ 8, the other link becomes a bottleneck and the effect of OPD is hardly seen.

これに対して、図8(b)、図8(c)に示すように、H&S型NWとLadder型NWにおいては、多くの設置サーバ数に対してOPDの効果が見られる。   On the other hand, as shown in FIGS. 8B and 8C, in the H & S type NW and the Ladder type NW, the effect of OPD can be seen for a large number of installed servers.

これらのNWの中で、図8(b)に示すように、NW19(CAIDAで示されるSprint)におけるOPDの効果が、特にサーバ数Sに対して大きく変化している。   Among these NWs, as shown in FIG. 8B, the effect of OPD in the NW 19 (Sprint indicated by CAIDA) varies greatly with respect to the number of servers S in particular.

このNW19は、CAIDAで示される「Sprint」であり、具体的には、サーバ数S=5のとき、次数1のノード20(Sydney)が接続するリンク(17,20)がOSDにおいてボトルネックとなっているため、並列配信では、本ボトルネックリンクの負荷を低減することができず、OPDの効果が見られない。   This NW 19 is “Sprint” indicated by CAIDA. Specifically, when the number of servers S = 5, the link (17, 20) connected to the node 20 (Sydney) of degree 1 is a bottleneck in the OSD. Therefore, in parallel delivery, the load on the bottleneck link cannot be reduced, and the effect of OPD is not seen.

しかし、サーバ数S≧6のときは、ノード20にサーバが設置される結果、ボトルネックが他のリンクに移りOPDの効果が見られる。2≦S≦4のときも、他のリンクがボトルネックでありOPDの効果が見られる。   However, when the number of servers S ≧ 6, as a result of installing servers in the node 20, the bottleneck moves to another link, and the effect of OPD is seen. Even when 2 ≦ S ≦ 4, the other links are bottlenecks, and the effect of OPD can be seen.

例えば、サーバ数S=3のとき、ξOPD=1.75と、OPDの効果が高いが、3つのサーバのうち2つがノード8(Chicago)とノード15(London)に設置され、人口比の大きいノード5(NewYork)にはサーバが配置されないがこれら2つのノードと隣接している。 For example, when the number of servers S = 3, ξ OPD = 1.75 and the effect of OPD is high, but two of the three servers are installed in node 8 (Chicago) and node 15 (London), and the ratio of population The large node 5 (NewYork) is not arranged with a server, but is adjacent to these two nodes.

リンク(8,5)の容量が2.488Gbpsと大きいのに対して、リンク(15,5)の容量が155Mbpsと小さく、ノード5に対する配信が、OSDではノード8からのみとなり、ハブノード間に設置されたリンク(8,5)がボトルネックとなった。   The capacity of the link (8, 5) is as large as 2.488 Gbps, whereas the capacity of the link (15, 5) is as small as 155 Mbps. Distribution to the node 5 is only from the node 8 in the OSD, and is installed between the hub nodes. The link (8, 5) was a bottleneck.

しかし、OPDではノード8とノード15の二つから、ノード5に対して配信されるため、ボトルネックリンクの負荷が低減される。   However, since the OPD is distributed from the node 8 and the node 15 to the node 5, the load on the bottleneck link is reduced.

このように、人口比が高く、次数が2以上のノードにサーバが設置されず、さらに、リンクを共有しないサーバが2つ以上存在する場合には、リンク容量が大きい場合にもOPDが効果的となる。   Thus, when a server is not installed in a node having a high population ratio and an order of 2 or more, and there are two or more servers that do not share a link, OPD is effective even when the link capacity is large. It becomes.

図9(a)においては、36の各NWに対して、2≦S≦ceiling(N/2)の範囲の各S(サーバ数)におけるξOPDの値の平均値をNに対してプロットした状態を示している。 In FIG. 9A, the average value of ξ OPD values in each S (number of servers) in the range of 2 ≦ S ≦ ceiling (N / 2) is plotted against N for 36 NWs. Indicates the state.

Star型NWは、多数のノードが複数のハブに接続しているNW12(CAIDAで示されるGenuity)を除き、全体的に並列配信の効果が小さい。   The Star type NW is generally less effective in parallel distribution except for the NW 12 (Genuity indicated by CAIDA) in which a large number of nodes are connected to a plurality of hubs.

H&S型NWは、次数が2以上のノードに接続するリンクがボトルネックとなる場合には、並列配信を行うことで、ボトルネックリンクの負荷を大きく低減することが可能であり、OPDの効果が高い。   The H & S type NW can greatly reduce the load on the bottleneck link by performing parallel distribution when a link connected to a node having an order of 2 or more becomes a bottleneck. high.

また、Ladder型NWは、OSDの効果が見られたが、並列配信を行うことで、さらにNWスループットが向上する。   In addition, the Ladder type NW has the effect of OSD, but NW throughput is further improved by performing parallel distribution.

2つのH&S型NW(NW5とNW21)と4つのLadder型NW(NW6、NW9、NW13、NW23)は、並列配信の効果が小さいが、NW5(CAIDAで示されるAT&T WorldNet)とNW21(CAIDAで示されるUUNET)は、大多数のリンクが小容量であるため、また、NW6(CAIDAで示されるBBN PLANET),9(EPOCH Networks Inc.),13(iSTAR Internet Inc.),23(XO Communications)は次数1のノードが多数存在し、それらを繋ぐリンクがボトルネックとなる傾向があるため並列配信の効果が小さい。   Two H & S type NWs (NW5 and NW21) and four Ladder type NWs (NW6, NW9, NW13, NW23) have a small effect of parallel delivery, but NW5 (AT & T WorldNet indicated by CAIDA) and NW21 (CAIDA) UUNET) has a small capacity for a large number of links, and NW6 (BBN PLANET indicated by CAIDA), 9 (EPOCH Networks Inc.), 13 (iSTAR Internet Inc.), 23 (XO Communications) Since there are many nodes of degree 1 and the link connecting them tends to be a bottleneck, the effect of parallel distribution is small.

リンク容量の影響を排除し、トポロジ構造が並列配信の効果に与える影響を評価するため、全てのリンク容量を各NWの平均リンク容量に設定した場合のξOPDの平均値を図9(b)に同様に示す。 In order to eliminate the influence of the link capacity and evaluate the influence of the topology structure on the effect of parallel distribution, the average value of ξ OPD when all the link capacities are set to the average link capacity of each NW is shown in FIG. It shows in the same way.

図9(a)と図9(b)の比較から、トポロジ構造のみを考えた場合、H&S型NWにおける並列配信の効果が大きく向上する。H&S型NWは、OSDの場合と比較すれば並列配信の効果が見られるものの、大多数のリンクの容量が平均リンク容量に対して小さい傾向があり、リンク容量の不均一性により並列配信の効果が抑えられていることが確認できる。   From the comparison between FIG. 9A and FIG. 9B, when only the topology structure is considered, the effect of parallel distribution in the H & S type NW is greatly improved. Although the H & S type NW has the effect of parallel distribution compared to the OSD, the capacity of the majority of links tends to be smaller than the average link capacity. Can be confirmed.

トポロジ構造のみを考えた場合、並列配信が最も効果的なトポロジは複数のサーバが低配信コストで利用しやすいH&S型であると言える。   If only the topology structure is considered, it can be said that the topology in which parallel distribution is most effective is an H & S type in which a plurality of servers can be easily used at low distribution cost.

また、図8で見たように、並列配信の効果は設置サーバ数Sに大きく依存する。そこで各NWにおいてξOPDが最大となったサーバ数SにおけるξOPDを、ノード数Nに対してプロットした状態を、図10(a)に示す。 Further, as seen in FIG. 8, the effect of parallel distribution largely depends on the number of installed servers S. Therefore, FIG. 10A shows a state in which the ξ OPD in the server number S where the ξ OPD is the maximum in each NW is plotted against the number N of nodes.

この図10(a)からは、多数のNWにおいて並列配信を行うことで、NWスループットを最大で20%から100%程度、向上できることが確認される。   From FIG. 10 (a), it is confirmed that the NW throughput can be improved by about 20% to 100% at the maximum by performing parallel delivery in a large number of NWs.

ただし、多くのStar型NW(NW1、NW10、NW14、NW16)と一部のLadder型NW(NW9、NW13、NW23)においては並列配信の効果が小さい。特に、3つのStar型NW(NW10、NW14、NW16)と1つのLadder型NW(NW23)は、並列配信の効果が全く見られない。   However, in many Star type NWs (NW1, NW10, NW14, and NW16) and some Ladder type NWs (NW9, NW13, and NW23), the effect of parallel distribution is small. In particular, three Star type NWs (NW10, NW14, NW16) and one Ladder type NW (NW23) show no parallel distribution effect.

また、図10(b)においては、並列配信の効果が全く見られなかった4つのNWを除く32の各NWに対して、並列配信の効果が最大となった設置サーバ数Sをノード数Nに対して各々プロットした状態を示している。   Further, in FIG. 10B, for each of 32 NWs except for four NWs where no parallel distribution effect was observed, the number of installed servers S with the maximum parallel distribution effect is represented by the number of nodes N. The plotted state is shown for each.

図10(b)に示すように、Ladder型NWは、並列配信の効果が最大となるサーバ数が多い傾向があり、ノードNとは無関係に10〜20程度の場合が多い。これは、Ladder型NWは、ほとんど全てのリンクが多数のノードペア間の経路によって共有される傾向があり、サーバ数Sが小さい場合には並列配信によって使用率の高いリンクを避ける効果が得にくいためである。   As shown in FIG. 10B, the Ladder type NW tends to have a large number of servers that maximize the effect of parallel distribution, and is often about 10 to 20 regardless of the node N. This is because the Ladder type NW has a tendency that almost all links are shared by paths between a large number of node pairs, and when the number of servers S is small, it is difficult to obtain an effect of avoiding a link with a high usage rate by parallel distribution. It is.

また、H&S型NWは、次数1のノードに接続するリンクを除き、経由するハブノードを変えることで経由リンクを容易に変えることができるため、少数のサーバ配置時にも並列配信の効果が得やすい。   In addition, since the H & S type NW can easily change the routed link by changing the hub node that is routed, except for the link connected to the node of degree 1, it is easy to obtain the effect of parallel distribution even when a small number of servers are arranged.

図11においては、各NWに対して、「2≦S≦ceiling(N/2)」の全てのサーバ数Sにおける並列配信時の、各配信において用いられるサーバ数の累積補分布を示している。   FIG. 11 shows the cumulative complementary distribution of the number of servers used in each distribution at the time of parallel distribution in all server numbers S of “2 ≦ S ≦ ceiling (N / 2)” for each NW. .

全てのNWにおいて90%以上の配信で用いられるサーバ数は2以下であり、設置サーバ数が多い場合も含め、各配信先ノードに対して並列配信で用いられるサーバは少数である。   In all NWs, the number of servers used for 90% or more distribution is 2 or less, and there are a small number of servers used for parallel distribution for each distribution destination node, even when the number of installed servers is large.

並列配信の効果の高い一部のNW(図11(a)におけるNW12、図11(b)におけるNW19)においては、並列配信に用いられるサーバ数が多いが、全体的には、並列配信の有効性と並列配信サーバ数との間には相関性は見られず、図11(b)におけるNW17(Savvis Communications)など、並列配信サーバ数の少ないNWにおいても並列配信が効果的なNWも存在する。   In some NWs (NW12 in FIG. 11 (a) and NW19 in FIG. 11 (b)) that have a high effect of parallel delivery, the number of servers used for parallel delivery is large. There is no correlation between the number of servers and the number of parallel distribution servers, and there are NWs that are effective for parallel distribution even in NWs with a small number of parallel distribution servers, such as NW17 (Savivis Communications) in FIG. .

以上、図1〜図12を用いて説明したように、本例のデータ並列配信システムでは、ネットワーク上に複数のミラーサーバを配置し、各配信要求に対して配信に複数のサーバ用いることで各フローの転送ビットレートを低減し、さらに、最大リンク使用率を最小化することで、ネットワーク全体で収容可能な総配信要求量(ネットワークスループット)を最大化する。   As described above with reference to FIGS. 1 to 12, in the data parallel distribution system of this example, a plurality of mirror servers are arranged on the network, and a plurality of servers are used for distribution for each distribution request. By reducing the transfer bit rate of the flow and further minimizing the maximum link usage rate, the total amount of distribution requests (network throughput) that can be accommodated in the entire network is maximized.

最大リンク使用率を最小化するために、設置サーバ数S、ネットワークトポロジ、各ノードから発生する配信要求量比、リンク容量、静的なリンクコストの各データを用いて、まず、リンクコスト和が最小となる経路を1本、各ノードペアに対して用い、各ノードに対する配信に用いるサーバを、最小コストのサーバ一つとした場合に、最大リンク使用率が最小となるよう、S個のサーバを最適配置する。   In order to minimize the maximum link utilization rate, the link cost sum is first calculated using the data of the number of installed servers S, the network topology, the ratio of requested distribution generated from each node, the link capacity, and the static link cost. Optimum S servers to minimize the maximum link utilization when one minimum path is used for each node pair and the server used for distribution to each node is one minimum cost server. Deploy.

また、各ノードに対して用いる単一のサーバを、最大リンク使用率が最小化するように他のサーバに変更する処理を反復することで、単一サーバを各配信に用いる場合に最大リンク使用率が最小化するよう、各ノードに対して用いるサーバを最適選択する。   In addition, by repeating the process of changing a single server used for each node to another server so that the maximum link usage rate is minimized, the maximum link usage is used when a single server is used for each distribution. The server to be used for each node is optimally selected so that the rate is minimized.

さらに、各ノードに対して複数のサーバを同一データの配信に用いることを許容した場合に、最大リンク使用率を最小化するよう、各ノードに対して用いるサーバ集合を最適設計する。   Furthermore, a server set used for each node is optimally designed so as to minimize the maximum link usage rate when a plurality of servers are allowed to be used for distributing the same data to each node.

すなわち、ネットワーク上に配置された複数のサーバから配信先のノードにデータを並列配信するデータ並列配信システムにおける、プログラムされたコンピュータ処理を実行する手段としてのサーバ配置設計装置102とサーバ選択設計装置103からなるサーバ配置選択手段により、データ配信に用いる各サーバを配置するノードを、各ノード間の各リンクの最大使用率(最大リンク使用率)が最小となるよう選択する。   That is, a server arrangement design device 102 and a server selection design device 103 as means for executing programmed computer processing in a data parallel distribution system that distributes data in parallel from a plurality of servers arranged on a network to a destination node. The server placement selection means comprising the above selects the node on which each server used for data distribution is placed so that the maximum usage rate (maximum link usage rate) of each link between the nodes is minimized.

特に、サーバ配置設計装置102は、ネットワーク内の各ノード間の各リンクの最大リンク使用率を求め、求めた最大リンク使用率が小さい順に予め定められたS個のノードを特定し、特定したS個のノードを、サーバを設置するノードとして選択する。   In particular, the server arrangement design device 102 obtains the maximum link usage rate of each link between the nodes in the network, specifies the predetermined number S nodes in ascending order of the obtained maximum link usage rate, and specifies the specified S This node is selected as a node for installing the server.

そして、サーバ選択設計装置103は、最大使用率のリンクを配信フローが経由する配信先ノードに対して用いるサーバを他のサーバに置き換えた場合の最大リンク使用率が最小となるサーバ置き換えを順次実施することで、S個のノードに配置された各サーバから、
配信先ノードとの上記最大リンク使用率が最小となるノードに配置されたサーバを1つだけ、配信先ノードに対する配信元サーバとして選択する。
Then, the server selection design device 103 sequentially performs server replacement that minimizes the maximum link usage rate when the server that uses the link of the maximum usage rate for the delivery destination node through which the delivery flow passes is replaced with another server. From each server placed on S nodes,
Only one server arranged in the node having the minimum maximum link usage rate with the distribution destination node is selected as a distribution source server for the distribution destination node.

また、サーバ選択設計装置103は、最大使用率のリンクを配信フローが経由する配信先ノードに対して用いるサーバの集合に新たにサーバを一つ追加した場合の最大リンク使用率が最小となる使用サーバの追加を順次実施することで、S個のノードに配置された各サーバから、配信先ノードへの並列配信に用いる複数のサーバを、配信先ノードとの最大リンク使用率が最小化するよう選択する。   In addition, the server selection design device 103 uses the maximum link usage rate when a new server is added to the set of servers that use the link with the maximum usage rate for the delivery destination node through which the delivery flow passes. By sequentially adding the servers, the maximum link usage rate with the distribution destination node is minimized for a plurality of servers used for parallel distribution from the servers arranged in the S nodes to the distribution destination node. select.

このように、本例によれば、ネットワーク上に複数のミラーサーバを配置し、各配信要求に対して配信に複数のサーバ用いることで各フローの転送ビットレートを低減する際に、さらに、最大リンク使用率を最小化することで、ネットワーク全体で収容可能な総配信要求量(ネットワークスループット)を最大化することができる。   As described above, according to this example, when a plurality of mirror servers are arranged on the network and a plurality of servers are used for distribution for each distribution request, the transfer bit rate of each flow is further reduced. By minimizing the link usage rate, the total distribution request amount (network throughput) that can be accommodated in the entire network can be maximized.

尚、本発明は、図1〜図12を用いて説明した例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、本例では、サーバ配置設計装置102とサーバ選択設計装置103を1つのコンピュータ装置内に設けた構成としているが、それぞれを異なるコンピュータ装置に設けた構成としても良い。   In addition, this invention is not limited to the example demonstrated using FIGS. 1-12, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary. For example, in this example, the server arrangement design device 102 and the server selection design device 103 are provided in one computer device, but may be provided in different computer devices.

101:入力データ設定装置、102:サーバ配置設計装置、103:サーバ選択設計装置、104:設計結果出力装置。   101: input data setting device, 102: server arrangement design device, 103: server selection design device, 104: design result output device.

Claims (4)

ネットワーク上に配置された複数のサーバから配信先のノードにデータを並列配信するデータ並列配信システムであって、
プログラムされたコンピュータ処理を実行する手段として、
予め入力される、ネットワーク内の全ノードN間の各リンクの伝送容量C、および、各リンクの静的なリンクコストを記憶装置に記憶するデータ設定手段と、
データ配信に用いる各サーバを配置するノードを、各ノード間の各リンクの伝送容量に対する使用率のうちの最大値である最大リンク使用率が最小となるよう選択するサーバ配置選択手段と、
該サーバ配置選択手段が選択したS個のノードに配置された各サーバから、各配信先ノードについて、配信先ノードへの並列配信に用いる複数のサーバを、上記配信先ノードとの上記最大リンク使用率が最小化するよう選択するサーバ選択手段とを有し、
上記サーバ配置選択手段は、
j個のサーバがノード集合Njに配置された状態で、さらに、ノード集合Njに含まれない任意のノードiにサーバを配置した場合の最大リンク使用率u max (Nj,i)を下記の手順で算出する処理を、「i∈N\N 」の全てのノードiに対して行うと共に、算出した最大リンク使用率が最小となるノードにj+1番目のサーバを配置する処理を、任意に与えた回数Sだけ反復することで、上記データ配信に用いるS個のサーバを配置するS個のノードを選択する
ことを特徴とするデータ並列配信システム。
[手順]
上記予め入力された各リンクのリンクコストに基づいて、任意のノードdに対して、サーバ集合S={Nj+i}に含まれる各サーバからの配信コストが最小となるサーバsを求め、
求めたサーバsを配置したノードsからノードdに対して発生する単位時間当たりのトラヒック需要量の平均v sd を設定し、ノードsとノードd間の配信経路における各リンクeの伝送容量Ceとを用いて下記の式(1)に基づき各リンクeの平均使用率u を算出し、
算出した各リンクの平均使用率の最大値u max (Nj,i)を算出する。
Figure 0005280933
式(1)において、x(s,d,e)はノードsからノードdに至る配信経路がリンクeを通る場合に1、通らない場合に0をとる2値変数である。
A data parallel distribution system for distributing data in parallel from a plurality of servers arranged on a network to a destination node,
As a means of performing programmed computer processing,
Pre-input data setting means for storing the transmission capacity C of each link between all nodes N in the network and the static link cost of each link in a storage device;
A server arrangement selection means for selecting a node where each server used for data distribution is arranged so that the maximum link usage rate, which is the maximum value of the usage rate with respect to the transmission capacity of each link between the nodes, is minimized ;
From each server arranged in S nodes selected by the server arrangement selection means, for each distribution destination node, a plurality of servers used for parallel distribution to the distribution destination node are used with the maximum link use with the distribution destination node. possess a server selection unit rate is selected so as to minimize,
The server arrangement selecting means is
In the state where j servers are arranged in the node set Nj, the maximum link usage rate u max (Nj, i) when a server is arranged in an arbitrary node i not included in the node set Nj is The process calculated in step ( i) is performed for all nodes i of “i∈N \ N j ”, and the process of placing the (j + 1) th server at the node where the calculated maximum link usage is minimum is arbitrarily given. A data parallel distribution system characterized by selecting S nodes where S servers used for the data distribution are arranged by repeating S times .
[procedure]
Based on the link cost of each link inputted in advance, for any node d, a server s with the lowest delivery cost from each server included in the server set S = {Nj + i} is obtained.
An average v sd of traffic demand per unit time generated from the node s where the obtained server s is arranged to the node d is set, and the transmission capacity Ce of each link e in the distribution route between the node s and the node d It calculates an average usage rate u e for each link e based on the equation (1) below using,
The maximum value u max (Nj, i) of the calculated average usage rate of each link is calculated.
Figure 0005280933
In Expression (1), x (s, d, e) is a binary variable that takes 1 when the distribution route from the node s to the node d passes through the link e and 0 when it does not pass.
請求項1に記載のデータ並列配信システムであって、
上記サーバ選択手段は、
各配信先dノードについて、上記サーバ配置選択手段が選択したS個のサーバから、各配信先ノードdへの選択した前記S個のサーバからのデータ配信における、配信先ノードdとの配信コストが最小となるサーバを、配信するサーバとして選択し、選択したサーバを配置したノードから配信先ノードdに対して発生する単位時間当たりのトラヒック需要量の平均v sd を設定し、各リンクの使用率を上記式(1)により算出して、使用率が最大のリンクεと当該リンクεの最大リンク使用率u max,ε を求め、
求めたリンクεを経路が経由する配信先ノード集合Dεに属する各配信先ノードdに対して、配信に用いるサーバを他の各サーバkに変えた場合の最大リンク使用率u max,d,k が最小となるサーバk を、ノードdに対する配信サーバに変更する処理を、ノード集合Dεに属する全てのノードに対して反復し、反復毎の結果得られる最大リンク使用率u’ max が、変更前の最大リンク使用率u max より低減する限り、ノードdに対する配信サーバの変更を反復することで、各配信先ノードdについて、配信先ノードdに対する単一の配信サーバを選択し、
各配信先ノードdについて、選択した単一の配信サーバを配置したノードから配信先ノードdに対して発生する単位時間当たりのトラヒック需要量の平均v sd を設定し、各リンクの使用率を上記式(1)により算出して、使用率が最大のリンクεと該リンクεの最大リンク使用率u max を求め、求めたリンクεを経路が経由する配信先ノード集合Dεに属する各配信先ノードdに対して、配信先ノードdに属するユーザの配信要求に対して用いる配信サーバの集合Sdに、配信サーバの集合Sd以外の未使用のサーバ集合の各サーバkを1つだけ当該配信サーバの集合S に追加した場合の最大リンク使用率u max,d,k が最小となるサーバk を、当該配信サーバの集合S に追加する処理を、配信先ノード集合Dεに属する全てのノードに対して反復し、該反復の結果で得られる最大リンク使用率u’ max が、追加前の値u max より低減する限り、配信サーバの追加処理を反復することにより、各配信先ノードについて、上記サーバ配置選択手段が選択したS個のノードに配置された各サーバから、配信先ノードへの並列配信に用いる複数のサーバを選択する
ことを特徴とするデータ並列配信システム。
The data parallel distribution system according to claim 1,
The server selection means,
For each distribution destination d node, the distribution cost with the distribution destination node d in the data distribution from the S servers selected by the server arrangement selection means to the distribution destination node d for each distribution destination node d is as follows. The smallest server is selected as a server to deliver, and an average v sd of traffic demand per unit time generated from the node where the selected server is placed to the delivery destination node d is set, and the usage rate of each link Is calculated by the above equation (1) to obtain the link ε having the maximum usage rate and the maximum link usage rate u max, ε of the link ε ,
The maximum link usage rate u max, d, k when the server used for distribution is changed to each of the other servers k for each distribution destination node d belonging to the distribution destination node set Dε through which the route ε passes. The process of changing the server k * having the smallest value to the distribution server for the node d is repeated for all the nodes belonging to the node set Dε, and the maximum link usage rate u ′ max obtained as a result of each iteration is changed. Select a single distribution server for distribution destination node d for each distribution destination node d by iterating the distribution server change for node d as long as it is lower than the previous maximum link utilization u max ,
For each distribution destination node d, an average v sd of traffic demand per unit time generated from the node where the selected single distribution server is arranged to the distribution destination node d is set, and the usage rate of each link is set as above. The distribution destination node belonging to the distribution destination node set Dε through which the link ε having the maximum usage rate and the maximum link usage rate u max of the link ε are calculated and the link ε is calculated. For the distribution server set Sd used for the distribution request of the user belonging to the distribution destination node d, only one server k of the unused server set other than the distribution server set Sd is included in the distribution server. maximum link utilization u max of adding to the set S d, d, k a server k * that minimizes, the process of adding to the set S d of the distribution server, all belonging to the destination node set Dε Was repeated for over de maximum link utilization u 'max obtained as a result of the iteration, as long as it reduces from adding the previous value u max, by repeating the process of adding the distribution server, the distribution destination node A data parallel distribution system , wherein a plurality of servers used for parallel distribution to a distribution destination node are selected from the servers arranged on the S nodes selected by the server arrangement selection means .
ネットワーク上に配置された複数のサーバから配信先のノードにデータを並列配信するデータ並列配信システムにおけるサーバの配置と選択を、プログラムされたコンピュータ装置によって行う方法であって、
プログラムされたコンピュータ装置による処理実行手順として、
請求項1または請求項2記載のデータ並列配信システムにおける上記データ設定手段、上記サーバ配置選択手段、および、上記サーバ選択手段が実行する処理手順を含むことを特徴とするデータ並列配信方法。
A method of performing placement and selection of servers in a data parallel delivery system for delivering data in parallel to a delivery destination node from a plurality of servers arranged on a network by a programmed computer device,
As a process execution procedure by a programmed computer device,
Claim 1 or claim 2 Symbol mounting said data setting means in data parallel distribution system, the server arrangement selection means, and the data parallel delivery method characterized in that it comprises a processing procedure of the server selection means is executed.
コンピュータを、請求項1または請求項2記載のデータ並列配信システムにおける上記データ設定手段、上記サーバ配置選択手段、および、上記サーバ選択手段として機能させるためのプログラム。 The computer, the data setting means in data parallel delivery system according to claim 1 or claim 2 Symbol placement, the server arrangement selection means, and a program to function as the server selection means.
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