JP6180371B2 - Topology estimation apparatus and program - Google Patents
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Description
本発明は、ネットワークを構成する装置間の接続関係を推定するためのトポロジ推定装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a topology estimation apparatus and program for estimating a connection relationship between apparatuses constituting a network.
ネットワークを運用して管理する上では、ネットワークを構成する装置間の接続関係(以下、「トポロジ」という)を正確に把握することが重要となる。例えば、装置に故障が発生した場合、トポロジを用いて故障がネットワーク全体に与える影響を把握し、サービスへの影響を最小限にするために通信経路の切換え等を実行する。その際に、トポロジの情報が正確でなければ、故障の影響を正しく把握することができない。更には、誤った経路への切換えにより正常な通信を中断させる可能性すらある。 In managing and managing a network, it is important to accurately grasp the connection relationship (hereinafter referred to as “topology”) between devices constituting the network. For example, when a failure occurs in an apparatus, the influence of the failure on the entire network is grasped using the topology, and a communication path is switched in order to minimize the influence on the service. At that time, if the topology information is not accurate, the influence of the failure cannot be correctly grasped. Furthermore, normal communication may be interrupted by switching to an incorrect route.
そこで、トポロジを推定する手法として、装置が備えるIF(インタフェース)毎の送受信トラフィック量を用いる手法が、非特許文献1に開示されている。この非特許文献1に記載されたトポロジの推定手法では、次の2つの原則を利用する。
(原則1)あるサブネットへの流入トラフィックの量と流出トラフィックの量は等しい。
(原則2)あるノードからのサブネットへの流入トラフィックは同一サブネットの異なるノードへ出ていく。
この2つの原則を利用し、サブネットを共有するノードをネットワークの中から全て求めることにより、トポロジを推定する。なお、ここでサブネットとは、複数のIFが接続された閉じたネットワークのことを意味する。以下、具体的に説明する。
Thus, as a technique for estimating the topology,
(Principle 1) The amount of traffic flowing into a subnet is equal to the amount of traffic flowing out.
(Principle 2) Inflow traffic from a certain node to a subnet goes out to a different node in the same subnet.
Using these two principles, the topology is estimated by obtaining all nodes sharing the subnet from the network. Here, the subnet means a closed network to which a plurality of IFs are connected. This will be specifically described below.
図1に示すように、あるサブネットにs個のノードN(ノードN1〜NS)が接続されているものとする。サブネットには、各ノードが備えるIFが最低1つ以上接続され、合計m個(m≧s)のIFが接続される。このサブネットに接続されたノードN1のIFの集合を「φ1」と定め、同様に、ノードN2〜NSについても、「φ2」〜「φS」と定めたとする。この場合、サブネットへの流入/流出トラフィックはそれぞれ「φ1」〜「φS」の送信トラフィック量・受信トラフィック量それぞれの合計となる。そのため、(原則1)は、「φ1」〜「φS」を用いて、以下の判定式1として読み替えることができる。
(φ1〜φSの送信トラフィック量の合計)=(φ1〜φSの受信トラフィック量の合計)
… 判定式1
そのため、判定式1が成立した場合、(原則1)を満たしていると判定することができる。
As shown in FIG. 1, it is assumed that s nodes N (nodes N 1 to N S ) are connected to a certain subnet. At least one IF included in each node is connected to the subnet, and a total of m (m ≧ s) IFs are connected. A set of IF node N 1 which is connected to the subnet defined as "phi 1" Similarly, the node N 2 to N S, and defined as "phi 2" - "phi S". In this case, the inflow / outflow traffic to the subnet is the sum of the transmission traffic volume and the reception traffic volume of “φ 1 ” to “φ S ”, respectively. Therefore, (Principle 1) can be read as the following
(Total transmission traffic volume of φ 1 ~φ S) = (total incoming traffic of phi 1 to [phi] S)
...
Therefore, when the
また、ノードN1からこのサブネットへの流入トラフィックは、「φ1」の送信トラフィック量の合計であり、(原則2)に従えば、このトラフィックは、ノードN1以外の残りs−1個のノードNが有するIFのうち、このサブネットに接続されたIF、すなわち、「φ2」〜「φS」の中の一つ以上のIFが受信することになる。そのため、以下の式が成立することになる。
(φ1の送信トラフィック量の合計)≦(φ2〜φSの受信トラフィック量の合計)
これは、ノードN2〜NSについても同様である。よって、(原則2)は、以下の判定式2として読み替えることができる。
(φiの送信トラフィック量の合計)≦(φiを除く、φ1〜φSの受信トラフィック量の合計)
[i=1,2,…,s]
… 判定式2
そのため、判定式2が成立した場合、(原則2)を満たしていると判定することができる。
Further, the inflow traffic from the node N 1 to this subnet is the sum of the transmission traffic amount of “φ 1 ”. According to (Principle 2), this traffic is the remaining s−1 traffic other than the node N 1 . Among the IFs that the node N has, IFs connected to this subnet, that is, one or more IFs in “φ 2 ” to “φ S ” are received. Therefore, the following formula is established.
(Total amount of transmission traffic of φ 1 ) ≦ (total amount of reception traffic of φ 2 to φ S )
This also applies to the
(Phi i total transmission traffic amount) ≦ (excluding phi i, the sum of received traffic of phi 1 to [phi] S)
[I = 1, 2,..., S]
...
Therefore, when the
この非特許文献1に記載のトポロジの推定手法では、s個のノードNが判定式1、判定式2の両条件を満たす場合に、それらのノード間に接続関係があるとみなす。よって、推定対象の各ノードNが備えるIFの送信トラフィック量及び受信トラフィック量の値を基に、判定式1、判定式2の両方の条件を満たすノードNの組を求めることで、ノード間の接続関係を全て求めることができる。
In the topology estimation method described in
非特許文献1に記載のトポロジの推定手法では、(原則1)において送受信トラフィック量の一致度を用いて接続関係を評価している。しかしながら、送受信トラフィック量として送受信バイト量などを用いた場合は、接続関係を正しく推定できない場合がある。送受信バイト量のカウント方法は、装置の仕様等により、ヘッダ部を含めて数える場合とヘッダ部を含めて数えない場合とがある。よって、ヘッダ部を含めて数える装置とヘッダ部を含めて数えない装置とが接続されているときは、常に一定の割合で送受信バイト量に差が生じるため、(原則1)を満たさない。以下、図2を参照して、具体的に説明する。
In the topology estimation method described in
図2に示すように、ノードN1のIF「3」とノードN2のIF「1」とは、接続関係にある。つまり、サブネットを構成している。また、ノードN1は、送受信バイト量のカウント方法として、ヘッダ部を含めて数えない装置であり、ノードN2は、ヘッダ部を含めて数える装置であるとする。ここで、ノードN1のIF「3」の送受信トラフィック量をグラフ201a及び表201bで示し、ノードN2のIF「1」の送受信トラフィック量をグラフ202a及び表202bで示している。
As shown in FIG. 2, the node N 1 and IF "3" and the node IF "1" in N 2, a connection relationship. That is, it constitutes a subnet. Further, it is assumed that the node N 1 is a device that does not count including the header portion as a method of counting the amount of transmitted / received bytes, and the node N 2 is a device that counts including the header portion. Here, the transmission / reception traffic amount of the IF “3” of the node N 1 is shown by a
この例において、時刻t1の送受信トラフィック量に対し、非特許文献1に記載のトポロジ推定方法を適用した場合を考えると、(判定式1)は、図2の表201b及び表202bを参照して、以下のようになる。
(送信トラフィック量の合計)=(受信トラフィック量の合計)
10+7 ≠ 5+14
このように、ヘッダ部を含めて数える装置(ノードN2)とヘッダ部を含めて数えない装置(ノードN1)とが接続されているときは、常に一定の割合で送受信バイト量に差が生じるため(図2の符号210参照)、(判定式1)の条件を満たさない。このため、非特許文献1に記載のトポロジの推定手法では、ノードN1のIF「3」とノードN2のIF「1」とが、実際には接続関係にあるにもかかわらず、接続関係にはないと推定されてしまう。
In this example, considering the case where the topology estimation method described in
(Total amount of transmitted traffic) = (Total amount of received traffic)
10 + 7 ≠ 5 + 14
Thus, when a device that counts including the header portion (node N 2 ) and a device that does not count including the header portion (node N 1 ) are connected, there is always a difference in the amount of transmitted and received bytes at a constant rate. Since this occurs (see
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、各装置(ノード)の送受信トラフィック量の測定方法が異なる場合であっても、精度を向上させてIF間の接続関係(トポロジ)を推定することができるトポロジ推定装置及びプログラムを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such a background, and even when the method of measuring the amount of transmitted / received traffic of each device (node) is different, the connection relationship (topology) between IFs is improved with improved accuracy. It is an object of the present invention to provide a topology estimation device and a program that can estimate the above.
前記した課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、ネットワークを構成する装置間の接続関係を推定するトポロジ推定装置であって、前記装置が備えるIF(Interface)間の送信側及び受信側の各トラフィックの時系列情報から、各トラフィック成分に共通する変動成分を除去して、前記送信側及び受信側で共通性を持たない変動である偶然変動を抽出し、この抽出された各偶然変動の時系列情報に同期性があれば、前記IF間に接続関係が有ると判定する処理部を備えることを特徴とするトポロジ推定装置とした。
In order to solve the above-described problem, the invention according to
この構成によれば、ノード間の接続判定を誤らせる原因となる、ノードのIF間の送受信側の各トラフィック成分に共通する変動成分を除去し、送受信側で共通性を持たない変動である偶然変動を抽出するようにした。このため、ノード間の接続判定が誤る要因が無くなる。その抽出後、送受信の各偶然変動の時系列情報に同期性があれば、IF間に接続関係が有ると判定するので、ノード間の接続関係を誤判定無しに適正に判定することができる。 According to this configuration, the fluctuation component common to each traffic component on the transmission / reception side between the IFs of the nodes, which causes a misjudgment of connection determination between the nodes, is removed, and the accidental fluctuation that is a fluctuation that does not have commonality on the transmission / reception side Was extracted. For this reason, there is no cause for erroneous determination of connection between nodes. After the extraction, if the time series information of each coincidence change in transmission and reception is synchronous, it is determined that there is a connection relationship between IFs, and therefore the connection relationship between nodes can be determined appropriately without erroneous determination.
また、各ノードの送受信トラフィック量の変動傾向(変動成分)を考慮することにより、各ノードの送受信トラフィック量の測定方法が異なる場合、つまり、装置の仕様が異なるため、一定の割合で送受信トラフィック量に差分が存在する場合であっても、誤推定や推定漏れとならず接続関係を正しく評価する可能性を格段に向上させることができる。このため、精度を向上させてIF間の接続関係を推定することができる。 Also, considering the fluctuation trend (variation component) of the transmission / reception traffic volume of each node, if the method of measuring the transmission / reception traffic volume of each node is different, that is, the device specifications are different, the transmission / reception traffic volume at a certain rate Even if there is a difference between the two, the possibility of correctly evaluating the connection relationship without erroneous estimation or estimation omission can be greatly improved. For this reason, it is possible to estimate the connection relationship between IFs with improved accuracy.
請求項2に係る発明は、ネットワークを構成する複数の装置の接続関係を推定するトポロジ推定装置であって、前記装置が備えるIF各々の時系列の送信トラフィック量及び受信トラフィック量の情報が当該IF毎に格納されるIF送受信量情報、を記憶する記憶部と、前記IF毎のIF送受信量情報を参照し、サブネットを構成するIFの数であるk個(k≧2)のIFから構成されるIFの組合せの全てを、接続関係の判定候補として生成する判定候補生成部と、前記生成された前記判定候補となるIFの組合せを構成する各IFの、前記受信トラフィック量の合計値から前記送信トラフィック量の合計値を減算した差分の絶対値を示す平衡度を計算する平衡度計算部と、前記判定候補となるIFの組合せを構成するIF間での送受信各々のトラフィック成分から、当該送受信各々のトラフィック成分において、共通性を持った変動成分を除去し、この除去後に残る、共通性を持たない変動成分である特徴量を抽出する時系列処理部と、前記判定候補となるIFの組合せを構成する各IFの、前記受信トラフィック量の合計値と、前記送信トラフィック量の合計値との時系列における関係から、前記送受信各々の前記特徴量の変動傾向の一致度を示す評価値を計算する評価値計算部と、前記平衡度と前記評価値との乗算結果が所定値以下であることを判定する第1判定と、前記判定候補となるIFの組合せの中から、1つのIFを抽出し、当該抽出したIFの前記送信トラフィック量が、当該抽出したIFを除く全てのIFの前記受信トラフィック量の合計以下であることを、前記判定候補となるIFの組合せを構成する全てのIFについて判定する第2の判定との両判定を、前記判定候補となるIFの組合せの各々について行い、前記両判定を満たす場合に、前記判定候補となるIFの組合せを構成するIF間に、接続関係があると判定する接続関係判定部とを備えることを特徴とするトポロジ推定装置とした。
The invention according to
この構成によれば、ノードのIF間での送受信各々のトラフィック成分から、送受信各々のトラフィック成分において、共通性を持った変動成分(ノード間の接続判定を誤らせる原因となる成分)を除去し、この除去後に残る、共通性を持たない変動成分である特徴量を抽出するようにした。このため、ノード間の接続判定が誤る要因が無くなる。特徴量の抽出後、送受信の各特徴量の時系列情報に同期性があれば、IF間に接続関係が有ると判定するので、ノード間の接続関係を誤判定無しに適正に判定することができる。また、各ノードの送受信トラフィック量の変動傾向(変動成分)を考慮することにより、各ノードの送受信トラフィック量の測定方法が異なる場合、つまり、装置の仕様が異なるため、一定の割合で送受信トラフィック量に差分が存在する場合であっても、誤推定や推定漏れとならず接続関係を正しく評価する可能性を格段に向上させることができる。このため、精度を向上させてIF間の接続関係を推定することができる。 According to this configuration, from the traffic components transmitted and received between the IFs of the nodes, in the traffic components transmitted and received, common fluctuation components (components that cause erroneous connection determination between nodes) are removed, A feature quantity that is a fluctuation component having no commonality remaining after the removal is extracted. For this reason, there is no cause for erroneous determination of connection between nodes. After extracting feature values, if the time series information of each feature value sent and received is synchronized, it is determined that there is a connection relationship between IFs, so that the connection relationship between nodes can be properly determined without erroneous determination. it can. Also, considering the fluctuation trend (variation component) of the transmission / reception traffic volume of each node, if the method of measuring the transmission / reception traffic volume of each node is different, that is, the device specifications are different, the transmission / reception traffic volume at a certain rate Even if there is a difference between the two, the possibility of correctly evaluating the connection relationship without erroneous estimation or estimation omission can be greatly improved. For this reason, it is possible to estimate the connection relationship between IFs with improved accuracy.
請求項3に係る発明は、前記記憶部は、前記装置の各々が備える前記IFの識別情報が格納された装置IF対応情報を更に記憶しており、前記判定候補生成部は、前記生成した判定候補となるIFの組合せ各々について前記装置IF対応情報を参照し、前記判定候補となるIFの組合せを構成するIFが存在しない場合、前記判定候補となるIFの組合せを構成するIF数が1の場合、前記判定候補となるIFの組合せを構成するIFの全てが1つの装置に属する場合の何れかの場合に、この何れかの場合に該当するIFの組合せの情報を、前記生成したIFの組合せの中から削除することを特徴とする請求項2に記載のトポロジ推定装置とした。
According to a third aspect of the present invention, the storage unit further stores device IF correspondence information in which identification information of the IF included in each of the devices is stored, and the determination candidate generation unit includes the generated determination The device IF correspondence information is referred to for each candidate IF combination, and if there is no IF that constitutes the IF combination that is the determination candidate, the number of IFs that constitute the IF combination that is the determination candidate is 1. In this case, in any case where all of the IFs constituting the combination of IFs that are candidates for determination belong to one device, information on the IF combination corresponding to any of these cases is stored in the generated IF. The topology estimation apparatus according to
この構成によれば、IF間において接続できないIFの組合せ情報が削除されるので、余計な接続判定処理が行われることを無くすことができる。このため、ノード間のトポロジ推定を効率良く行うことができる。 According to this configuration, combination information of IFs that cannot be connected between IFs is deleted, so that unnecessary connection determination processing can be eliminated. For this reason, topology estimation between nodes can be performed efficiently.
請求項4に係る発明は、前記記憶部は、前記判定候補となるIFの組合せを格納する接続判定候補情報と、前記接続関係判定部で接続関係があると判定されたIFの組合せを格納するIF接続情報とを更に記憶しており、前記接続関係判定部は、前記接続判定候補情報に格納されたIFの組合せにおいて、前記IF接続情報に格納されたIFの組合せを構成するIFの何れかが含まれる場合に、当該IFを含むIFの組合せの情報を、前記接続判定候補情報から削除することを特徴とする請求項2又は3に記載のトポロジ推定装置とした。
In the invention according to
この構成によれば、IF接続情報に保存されたIFは、接続相手のIFを持った状態となっており、現状では、その他のIFを接続相手に持つことはできない。このため、接続判定候補情報から、IF接続情報に保存されたIFを削除しておくことにより、ノード間のトポロジ推定を効率良く行うことができる。 According to this configuration, the IF stored in the IF connection information is in a state having the IF of the connection partner, and at present, no other IF can be held by the connection partner. For this reason, it is possible to efficiently estimate the topology between nodes by deleting the IF stored in the IF connection information from the connection determination candidate information.
請求項5に係る発明は、請求項1〜4の何れか1項に記載のトポロジ推定装置の各機能を、コンピュータに実現させるためのプログラムとした。
The invention according to
この構成によっても、請求項1〜4の何れか1項と同様な作用効果を得ることができる。
Also with this configuration, the same effect as that of any one of
本発明によれば、各装置(ノード)の送受信トラフィック量の測定方法が異なる場合であっても、精度を向上させてIF間の接続関係(トポロジ)を推定することができるトポロジ推定装置及びプログラムを提供することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, a topology estimation apparatus and program capable of estimating the connection relationship (topology) between IFs with improved accuracy even when each device (node) has a different method for measuring the amount of transmitted / received traffic. Can be provided.
次に、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」と称する)について説明する。 Next, a mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described.
<概要>
まず、本実施形態に係るトポロジ推定装置1(図16参照)及びプログラムが実行するトポロジ推定処理の基本概念と処理概要について説明する。
(基本概念)
本実施形態に係るトポロジ推定装置1は、ネットワークを構成するノード間のトポロジを推定する。具体的には、各ノードのIF間の送信側及び受信側の各トラフィック量の時系列データから、ネットワーク全体に共通する24時間変動や曜日変動等の規則成分を除去して、トポロジ推定に必要な送信側及び受信側の各特徴量(後述する)を抽出し、この抽出された各特徴量の同期性を判定してノード間のトポロジを推定する。各特徴量に同期性がある場合にIF間に接続関係があると判定する。
<Overview>
First, the basic concept and processing outline of the topology estimation processing executed by the topology estimation device 1 (see FIG. 16) and the program according to the present embodiment will be described.
(Basic concept)
The
但し、規則成分とは、上述した時間や曜日毎に繰り返す周期変動の他に、月や季節毎などに繰り返す周期変動、並びに、長期的な動きを表す傾向変動(トレンド)等の各IFのトラフィックに共通する変動傾向である。
特徴量とは、IF間の送受信トラフィックにおけるバースト的なトラフィック(バーストトラフィックという)等の外れ値であるランダム変動成分である。このランダム変動成分は、IF間の送受信において同期性を持つ。このため、特徴量も同期性を持っている。
However, the regular component refers to the traffic of each IF such as the periodic fluctuations repeated every month or season, as well as the cyclic fluctuations repeated every month or season, and the trend fluctuations (trends) representing long-term movements. This is a common trend.
The feature amount is a random fluctuation component that is an outlier such as bursty traffic (referred to as burst traffic) in transmission / reception traffic between IFs. This random variation component has synchronization in transmission / reception between IFs. For this reason, the feature amount is also synchronized.
例えば、あるノードのIFaと、他のノードのIFbとが接続関係にある場合、IFaにおいてバーストトラフィックの外れ値が送信されると、IFbは、その送信に同期して外れ値を受信する。そこで、送受信トラフィックからネットワーク全体や地域に共通する規則成分を除去して、個々のIFa,IFbのトラフィック固有の特徴量を抽出し、各特徴量の同期性を判定する。この判定の際に、後述の(原則1B)及び前述した(原則2)を判定条件として、特徴量の同期性を判定し、同期性があると判定された場合に、ノード間が接続されていると推定する。 For example, when IFa of a certain node and IFb of another node are connected, if an outlier of burst traffic is transmitted in IFa, IFb receives the outlier in synchronization with the transmission. Therefore, rule components common to the entire network and the region are removed from the transmitted / received traffic, and feature quantities specific to the traffic of each IFa and IFb are extracted, and the synchronism of each feature quantity is determined. At the time of this determination, the synchronism of the feature amount is determined using (Principle 1B) described later and (Principle 2) described above as determination conditions, and when it is determined that there is synchronization, the nodes are connected. Estimated.
ここで、前述した非特許文献1に記載の(原則1)を拡張したものが、下記の(原則1A)であり、(原則1A)を拡張したものが、下記の(原則1B)である。
(原則1A)あるサブネットへの流入トラフィック量と流出トラフィック量との変動傾向は等しい。
(原則1B)あるサブネットへの流入トラフィックと流出トラフィックの固有の特徴量は等しい。
Here, an extension of (Principle 1) described in
(Principle 1A) The fluctuation trends of the inflow traffic amount and the outflow traffic amount to a certain subnet are equal.
(Principle 1B) The characteristic features of inflow traffic and outflow traffic to a certain subnet are equal.
ここで、(原則1A)を導入したトポロジの判定方法について説明する。
前述で図2を参照して説明したように、装置の仕様によっては、常に一定の割合で送受信トラフィック量に差が生じる。このため、非特許文献1の記載のトポロジの推定手法では、前述で説明したように(原則1)を満たさず、IF間に接続関係がある場合であっても、接続関係にないと推定されてしまう場合がある。
Here, a method for determining a topology in which (Principle 1A) is introduced will be described.
As described above with reference to FIG. 2, depending on the specifications of the apparatus, there is always a difference in the amount of transmitted and received traffic at a constant rate. For this reason, the topology estimation method described in
このように、装置の仕様が異なっている場合、つまり、各ノードにおいて送受信トラフィックの測定に一定の差が存在する場合であっても、接続関係にあるIFの送受信トラフィックは一致した変動傾向を示す(図2の符号220参照)。例えば、あるノードのIFaと他のノードのIFbとが接続関係にある場合、IFaの送信バイト量が増加すると、IFbの受信バイト量も増加し、IFaの送信バイト量が減少すると、IFbの受信バイト量も減少する。
In this way, even when the device specifications are different, that is, when there is a certain difference in the measurement of transmission / reception traffic at each node, the transmission / reception traffic of the IFs in the connection relationship shows a consistent fluctuation tendency. (See
この送受信トラフィック量の変動傾向の同期性の特徴を利用して、変動傾向の同期性を判定する。つまり(原則1)を拡張した(原則1A)によって、変動傾向の同期性を判定する。
この判定を行う際の変動傾向の算出と、変動傾向の定式化とについて説明する。ここで、IFの部分集合について説明する。例えばIFa(1個目),IFb(2個目),…,IFj(10個目)の10個のIFうち、IFa,IFbの2個を選択した場合、この2個のIFa,IFbが、IFの部分集合と定義される。このIFの部分集合のIF数を「k」(k≧2)とする。また、IFの部分集合を、IF部分集合とも称す。
Utilizing the characteristics of the synchronization of the fluctuation tendency of the transmitted and received traffic volume, the synchronization of the fluctuation tendency is determined. That is, the synchronization of the fluctuation tendency is determined by extending (Principle 1) (Principle 1A).
The calculation of the fluctuation tendency at the time of making this determination and the formulation of the fluctuation tendency will be described. Here, a subset of IF will be described. For example, if two IFa and IFb are selected from 10 IFs (IFa (first), IFb (second)),..., IFj (10th), these two IFa and IFb are It is defined as a subset of IF. The number of IFs in the IF subset is “k” (k ≧ 2). The IF subset is also referred to as an IF subset.
変動傾向の第1算出方法について説明する。まず、あるサブネットへの流入トラフィック量と流出トラフィック量との変動傾向Cを求める。このために、サブネットに接続されたIFを選択する。この選択は、IF数が2以上のIF部分集合全てに対して行い、IF部分集合に属するk個のIFのパケット送信量合計値の時系列データと、IF部分集合に属するk個のIFのパケット受信量合計値の時系列データとの相関係数C1を求める。そして、変動傾向Cを、C=1−C1の式から算出する。この時、時系列データの同期性が高ければ相関係数C1は「1」に近づくので、変動傾向Cは「0」に近づく。なお、トラフィック量をパケット送信量又は受信量で表している。 The first calculation method of the fluctuation tendency will be described. First, a fluctuation tendency C between the inflow traffic amount and the outflow traffic amount to a certain subnet is obtained. For this purpose, an IF connected to the subnet is selected. This selection is performed for all IF subsets having two or more IFs, and the time series data of the total packet transmission amount of k IFs belonging to the IF subset and the k IFs belonging to the IF subset. A correlation coefficient C1 with the time-series data of the total packet reception amount is obtained. Then, the fluctuation tendency C is calculated from the equation C = 1−C1. At this time, if the synchronism of the time-series data is high, the correlation coefficient C1 approaches “1”, so the fluctuation tendency C approaches “0”. Note that the traffic amount is expressed as a packet transmission amount or a reception amount.
変動傾向の第2算出方法について説明する。まず、時系列データにおける隣り合うデータの差である、時系列の1次の階差(換言すれば、1次のラグとの差)を、k個のIFのパケットの送信量合計時系列と受信量合計値時系列との各々について求める。この求めた階差時系列の正負の符号「+」又は「−」の一致度C2を、「正負の符号が一致したデータ数÷観測データ数」の式により求める。そして、C=1−C2として変動傾向Cを算出する。この時、時系列データの同期性が高ければ、符号の一致度C2は「1」に近づき、変動傾向Cは「0」に近づく。 A second calculation method of the fluctuation tendency will be described. First, a first-order time series difference (in other words, a difference from the first-order lag), which is a difference between adjacent data in time-series data, is expressed as a total transmission amount time series of k IF packets. It calculates | requires about each of reception amount total value time series. The degree of coincidence C2 between the positive and negative signs “+” or “−” of the obtained difference time series is obtained by an expression “number of data with positive and negative signs matched ÷ number of observation data”. And the fluctuation tendency C is calculated as C = 1-C2. At this time, if the synchronism of the time-series data is high, the code matching degree C2 approaches “1”, and the fluctuation tendency C approaches “0”.
次に、変動傾向の定式化について説明する。(原則1A)を定式化した式として、以下に示す(式1)を用いて、平衡度を計算する。但し、後述のIFの組合せとして選ばれたk個のIFが、全て同一のノードに属している組合せは、サブネットを構成しないため、除くものとする。
「IFの組合せ」は、IF間の接続無し又は接続有りの判定候補となるIFの接続組合せを示す。例えば、判定候補のIFの数n=「3」で、「IFa,IFb,IFc」と3つある場合に、IF部分集合のIF数k=「2」であれば、2個のIFの組合せが、「IFa,IFb」、「IFb,IFc」、「IFc,IFa」の3通り生成される。これは、判定候補のIFの数を「n」とし、このn個のIFから、k個のIFの組合せ(nCk個のパターン)を生成することに他ならない。
Next, the formulation of fluctuation tendency will be described. As a formula obtained by formulating (Principle 1A), the balance is calculated using (Formula 1) shown below. However, combinations in which k IFs selected as combinations of IFs to be described later belong to the same node are excluded because they do not constitute a subnet.
“IF combination” indicates a connection combination of IFs that are candidates for determination of no connection or connection between IFs. For example, when the number of candidate IFs n = “3” and there are three “IFa, IFb, IFc”, and IF number k = “2” in the IF subset, a combination of two IFs Are generated in three ways: “IFa, IFb”, “IFb, IFc”, and “IFc, IFa”. This is nothing more than setting the number of determination candidate IFs to “n” and generating a combination of k IFs ( n C k patterns) from the n IFs.
平衡度=C×(サブネットに接続されたIFパケット送信量合計値−サブネットに接続されたIFパケット受信量合計値) …(式1) Balance = C × (total transmission amount of IF packets connected to subnet−total reception amount of IF packets connected to subnet) (Equation 1)
但し、Cは変動傾向である。IFパケット送信量合計値は、k個のIFのパケット送信量合計値であり、IFパケット受信量合計値は、k個のIFのパケット受信量合計値である。
(式1)においては、当該(式1)から求めた平衡度が「0」に近いほど同期性が高いといえる。
However, C is a fluctuation tendency. The IF packet transmission amount total value is the k IF packet transmission amount total value, and the IF packet reception amount total value is the k IF packet reception amount total value.
In (Equation 1), it can be said that the closer the balance obtained from (Equation 1) is to “0”, the higher the synchronization is.
次に、(原則2)の「あるノードからのサブネットへの流入トラフィックは同一サブネットの異なるノードへ出ていく」ことを、不等式(原則2の不等式)として表わした次の(式2)で評価する。
Next, the following (Equation 2) expressed as an inequality (
(IFiのパケット送信量合計値)≦(IFiを除く、サブネットに接続されたIFのパケット受信量合計値)[i=1,2,…,k] …(式2) (Total value of IFi packet transmission amount) ≦ (Total value of received packet amount of IF connected to the subnet excluding IFi) [i = 1, 2,..., K] (Expression 2)
このように、IF部分集合のIF全て(例えば2つのIFa,IFb)について(式1)から平衡度を算出する。この結果が、予め定められた許容誤差の範囲内且つ(原則2)の不等式である(式2)を満たした場合、IFa,IFbは接続されていると判定する。 In this way, the balance is calculated from (Equation 1) for all IFs in the IF subset (for example, two IFa and IFb). If this result satisfies the (equation 2) that is within the predetermined allowable error range and (equation 2), the IFa and IFb are determined to be connected.
このように(原則1A)及び(原則2)を判定条件としてIF間の接続推定を行えば、IF間が接続関係にある場合は、必ず接続有りと判定することができるので、前述した課題を解決することができる。即ち、図2を参照するように、ヘッダ部を含めて数えるノードN2と、ヘッダ部を含めて数えないノードN1とが接続されている場合に、常に一定の割合で送受信バイト量に差が生じる。このため、ノードN1のIF「3」とノードN2のIF「1」とが、実際には接続関係にあるにもかかわらず、接続関係にはないと推定されてしまう、といったことがなくなる。 In this way, if the connection estimation between IFs is performed using (Principle 1A) and (Principle 2) as the determination conditions, it can be determined that there is a connection when the IFs are connected. Can be solved. That is, as shown in FIG. 2, when the node N 2 counting including the header portion and the node N 1 not counting including the header portion are connected, the transmission / reception byte amount is always different at a constant rate. Occurs. Therefore, the node N 1 and IF "3" and the node IF "1" in N 2, but in fact despite the a connection relationship, the connection relationship will be estimated that no there is no possible such .
しかし、(原則1A)及び(原則2)を判定条件としてIF間の接続推定を行った場合でも、次のようなケースの場合には、IF間の適正な接続推定を行うことができなくなる。
これは、トポロジ推定対象が、ISP(Internet Service Provider)コアネットワークのように多くのユーザトラフィックが集約されたノードのIFの場合である。この場合、集約前の個々のトラフィック変動成分は平滑化され、個々のトラフィックに共通する24時間変動成分や曜日変動成分のような特性が優位に現れる。その変動成分が、上述した特徴量の同期性判定の推定を誤らせる恐れがある。
However, even when connection estimation between IFs is performed using (Principle 1A) and (Principle 2) as judgment conditions, in the following cases, proper connection estimation between IFs cannot be performed.
This is a case where the topology estimation target is an IF of a node in which a lot of user traffic is aggregated like an ISP (Internet Service Provider) core network. In this case, individual traffic fluctuation components before aggregation are smoothed, and characteristics such as a 24-hour fluctuation component and a day-of-week fluctuation component common to the individual traffic appear preferentially. There is a possibility that the fluctuation component may cause the estimation of the synchronization determination of the feature amount described above to be erroneous.
個々のトラフィックに共通する変動成分の特性が優位に現れる例を図3に示す。
図3の縦軸はIF間の送受信のトラフィック量[Gbps]を示し、横軸は1週間の日曜日〜土曜日毎の3時間単位(時間帯)の時系列を示している。この縦軸と横軸により、時間経過に応じてトレンド的に変動するトラフィック量の各波形W1〜W6を示す。
各波形W1〜W6は、波形W1が2007年5月の3時間毎の時間帯及び曜日毎のトレンド波形を表し、同様に、波形W2が2008年5月、波形W3が2009年5月、波形W4が2010年5月、波形W5が2011年5月、波形W6が2012年5月の3時間毎の時間帯及び曜日毎のトレンド波形を表す。
FIG. 3 shows an example in which characteristics of fluctuation components common to individual traffic appear.
The vertical axis in FIG. 3 indicates the traffic volume [Gbps] between IF transmission and reception, and the horizontal axis indicates a time series in units of 3 hours (time period) from Sunday to Saturday in one week. The vertical axis and the horizontal axis indicate the waveforms W1 to W6 of the traffic amount that changes in a trend as time passes.
Each of the waveforms W1 to W6 represents a trend waveform every three hours and days of the week in May 2007. Similarly, the waveform W2 is May 2008 and the waveform W3 is May 2009. W4 represents a trend waveform for each time zone and every day of the week in May 2010, waveform W5 in May 2011, and waveform W6 in May 2012.
各波形W1〜W6は、あるIFaのトラフィック量と、別のIFbのトラフィック量とを比べた時に、どちらも一年前に比べて増加しているので、変動傾向は一致している。しかし、他のIFでも一年前と比べた場合、トラフィック量は同様に増加している。このように、各波形W1〜W6の特性は、人の生活行動を反映しているため、全てのIFを通じて類似する傾向がある。その結果、接続関係にないIF間においても、24時間変動成分や曜日変動成分による変動傾向の同期性が高くなる。 Since the waveforms W1 to W6 increase when compared with the traffic volume of a certain IFa and the traffic volume of another IFb, the fluctuation trends coincide with each other. However, when compared to other IFs a year ago, the traffic volume has also increased. As described above, the characteristics of the waveforms W1 to W6 reflect the human daily behavior, and therefore tend to be similar through all IFs. As a result, the synchronism of the fluctuation tendency due to the 24-hour fluctuation component and the day-of-week fluctuation component is increased even between IFs that are not connected.
このように各波形W1〜W6がIF間で共通性を持った変動となっている場合、この変動成分が、上述した特徴量の同期性判定の推定を誤らせる恐れがある。言い換えれば、精度を向上させてIF間のトポロジを推定することが困難になる。このため、特徴量の一致性を評価する際には、各波形W1〜W6の増加傾向は、取り除く必要がある。 Thus, when each waveform W1-W6 becomes the fluctuation | variation which has commonality between IF, this fluctuation | variation component may make the estimation of the synchronization determination of the feature-value mentioned above erroneous. In other words, it becomes difficult to improve the accuracy and estimate the topology between IFs. For this reason, when evaluating the coincidence of the feature amounts, it is necessary to remove the increasing tendency of the waveforms W1 to W6.
そこで本発明では、(原則1B)及び(原則2)を判定条件として利用することにより、高精度に各ノードのIF間のトポロジを推定することを可能とした。以降、本発明のトポロジ推定の処理について説明する。 Therefore, in the present invention, (Principle 1B) and (Principle 2) are used as determination conditions, so that the topology between IFs of each node can be estimated with high accuracy. Hereinafter, the topology estimation process of the present invention will be described.
(処理概要)
次に、本実施形態に係るトポロジ推定装置1等が実行するトポロジ推定処理の概要について説明する。
まず、前提として、以下に示す手順を行うに当たって、トポロジ推定装置1の記憶手段(後述の図16に示す記憶部30に対応)に、図4に示すノードIF対応情報(装置IF対応情報)310と、図5に示すIF送受信量情報320と、図6に示す接続判定済フラグ情報325と、図7に示す接続判定候補情報330と、図8に示すIF接続情報(出力リスト)340と、図9に示す許容誤差σ及び許容誤差γを含む許容誤差情報350とが記憶されているものとする。なお、図4〜図9は各情報の一構成例を示している。
(Outline of processing)
Next, an overview of the topology estimation process executed by the
First, as a premise, when performing the procedure shown below, the node IF correspondence information (device IF correspondence information) 310 shown in FIG. 4 is stored in the storage means (corresponding to the
(処理手順)
≪手順1:対象とするIFの部分集合作成処理≫
トポロジ推定装置1は、IFの部分集合を作成し、「空き集合」、「IF数が「1」の集合」、「全てのIFが同一ノードに属している集合」を除いた部分集合の全てのIFをトポロジ推定の判定対象として、下記の手順2〜手順8の処理を行う。
以降、手順2〜8の説明では、IFの数を「n」とし、IF部分集合のIF数が「k」の場合について述べる。
(Processing procedure)
<< Procedure 1: Target IF subset creation process >>
The
Hereinafter, in the description of
≪手順2:初期設定処理≫
トポロジ推定装置1は、初期設定として例えば、k=「2」が初期値として設定される。
IF数がk個である部分集合の中から、接続判定済フラグ情報325の接続判定済フラグ(図6)が「0」のIFが存在する部分集合を判定候補とし、この判定候補の部分集合のIF全てに対し、手順3〜手順8の処理を行う。
接続判定済フラグの「0」はIF間の接続無しを表し、「1」はIF間の接続有りを表す。以降、接続判定済フラグを、単に、フラグとも称す。
<< Procedure 2: Initial setting process >>
In the
Of the subsets having k IFs, a subset in which an IF having a connection determination flag (FIG. 6) of the connection determination flag information 325 of “0” exists is set as a determination candidate.
The connection determination flag “0” indicates that there is no connection between IFs, and “1” indicates that there is a connection between IFs. Hereinafter, the connection determined flag is also simply referred to as a flag.
更に、トポロジ推定装置1は、判定候補のIFの数を「n」とし、このn個のIFから、k個のIFの組合せ(nCk個のパターン)を生成する。この生成されたk個のIFの組合せは、接続判定候補情報330(図7)の「IFの部分集合」欄に格納される。
Furthermore, the
≪手順3:IFの部分集合に対する平衡度の算出処理≫
トポロジ推定装置1は、IF数がk個の部分集合を、判定候補として1つ選択する。この判定候補であるIF部分集合のIF数と、その部分集合の各IFの送受信トラヒック量の時系列データとを、下記の(式3)に代入して、平衡度p(t)の算出を行う。この算出された平衡度p(t)は、接続判定候補情報330に書き込まれる。
なお、(式3)は、(原則1)の「あるサブネットへの流入トラフィックの量と流出トラフィックの量は等しい」を、平衡度をp(t)として定式化したものである。
IFi(t).outは時刻tのIFiのトラフィック送信量、
kは対象としているIF部分集合のIF数である。
≪Procedure 3: Calculation of equilibrium for IF subsets≫
The
Note that (Equation 3) is a formulation of (Principle 1) “The amount of traffic flowing into a certain subnet is equal to the amount of traffic flowing out” with the balance being p (t).
IFi (t). out is the traffic transmission amount of IFi at time t,
k is the number of IFs in the target IF subset.
例えば、図2に示した、ノードN1のIF「3」とノードN2のIF「1」の組(k=2)を例に、平衡度p(t1)を計算すると、次のようになる。 For example, as shown in FIG. 2, an example set (k = 2) of the node IF "1" IF "3" node N 2 of N 1, when calculating the balance of p (t1), as follows: Become.
p(t1)=|{IF3(t1).in−IF3(t1).out}
+{IF1(t1).in−IF1(t1).out}|
p(t1)=|(5−10)+(14−7)|
p(t1)=2
p (t1) = | {IF3 (t1). in-IF3 (t1). out}
+ {IF1 (t1). in-IF1 (t1). out} |
p (t1) = | (5-10) + (14-7) |
p (t1) = 2
≪手順4:共通性を持った変動成分の除去処理≫
トラフィック変動成分は、上述したように周期変動や傾向変動(トレンド)等の各IFトラフィックに共通する変動成分(共通性を持った変動成分)と、バーストトラフィック等の共通性を持たない変動成分である偶然変動成分(特徴量)とから構成される。IF間で共通性を持った変動成分は、特徴量の同期性判定の推定を誤らせる恐れがあるので除去する必要がある。
<< Procedure 4: Common component removal process >>
As described above, the traffic fluctuation component is a fluctuation component common to each IF traffic such as periodic fluctuation and trend fluctuation (trend) (a fluctuation component having commonality) and a fluctuation component that does not have commonality such as burst traffic. It consists of a certain chance variation component (feature). A fluctuation component having commonality between IFs needs to be removed because there is a risk of misestimating the synchronism determination of the feature amount.
そこで、トポロジ推定装置1は、手順4により、共通性を持った変動成分を除去する処理を行う。手順4の除去処理には様々な方法がある。手順4では、次の周知である、数量化理論I類を用いた方法、ホルトウィンターズ法による時系列モデルを使う方法、フーリエ変換による方法を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではない。
また、手順4では、k個のIFのトラフィック受信量合計値Rsum(t)と、k個のIFのトラフィック送信量合計値Tsum(t)との各時系列に対して、下記の手順4−1〜手順4−5の何れかの処理によって、共通性を持った変動成分を除去するものとする。
Therefore, the
Further, in the
≪手順4−1:数量化理論I類を用いた共通性を持った変動成分の除去例≫
トポロジ推定装置1が行う手順4−1の除去処理を説明する。
数量化理論I類は、曜日や月といった質的変数を、説明変数(独立変数)とした重回帰モデルであり、例えば、次の(式4)のようなモデルを使用する。
≪Procedure 4-1: Example of removing variable components with commonality using quantification theory class I≫
The removal process of the procedure 4-1 performed by the
The quantification theory class I is a multiple regression model in which qualitative variables such as day of the week and month are explanatory variables (independent variables). For example, the following model (Equation 4) is used.
Rsum(t)=C0+C1×t+C2×d+C3×w+C4×m+C5×s+ε
…(式4)
但し、Rsum(t)はk個のIFのトラフィック受信量の合計値、C0は定数、Ciは重回帰係数(i=1,2,3,4,5)、dは時間帯(1時,2時,…,24時の各1時間単位の時間帯)、wは曜日、mは月、sは季節、εは偶然変動である。
重回帰モデルでは、時間帯、曜日、月、季節等で説明できる変動が、共通性を持った変動成分であり、偶然変動εが共通性を持たない変動成分となる。つまり、偶然変動εは、特徴量である。
Rsum (t) = C0 + C1 × t + C2 × d + C3 × w + C4 × m + C5 × s + ε
... (Formula 4)
Where Rsum (t) is the total traffic reception amount of k IFs, C0 is a constant, Ci is a multiple regression coefficient (i = 1, 2, 3, 4, 5), d is a time zone (1 o'clock, 2 o'clock,..., 24 o'clock each hour unit), w is a day of the week, m is a month, s is a season, and ε is a coincidence.
In the multiple regression model, fluctuations that can be explained by time zone, day of the week, month, season, and the like are fluctuation components having commonality, and accidental fluctuations ε are fluctuation components having no commonality. That is, the accidental variation ε is a feature amount.
まず、最小二乗法で定数C0及び重回帰係数Ci(i=1〜5)を求める。共通性を持たない変動成分は、偶然変動εであり、これは次の(式5)で計算する。 First, a constant C0 and a multiple regression coefficient Ci (i = 1 to 5) are obtained by the least square method. The fluctuation component having no commonality is a coincidence fluctuation ε, which is calculated by the following (Equation 5).
ε(t)=観測値(t)−(C0+C1×t+C2×d+C3×w+C4×m+C5×s) …(式5) ε (t) = observed value (t) − (C0 + C1 × t + C2 × d + C3 × w + C4 × m + C5 × s) (Formula 5)
なお、統計的検定により説明変数として意味のないものがあれば除去する。
k個のIFのトラフィック送信量の合計値Tsum(t)に対しても、(式5)で同様の計算を行い、共通性を持たない変動成分(偶然変動ε)を求める。
If there are meaningless explanatory variables as a result of statistical tests, they are removed.
For the total value Tsum (t) of the traffic transmission amount of k IFs, the same calculation is performed using (Equation 5), and a fluctuation component having no commonality (accidental fluctuation ε) is obtained.
図10は、例えばIFが、IFa,IFb,IFc,IFdの4個ある場合に、(a)はIFaの観測トラフィックの波形Waを示し、(b)はIFbの観測トラフィックの波形Wbを示し、(c)はIFcの観測トラフィックの波形Wcを示し、(d)はIFdの観測トラフィックの波形Wdを示す。図10(a)〜(d)において、縦軸はIFの観測トラフィック量[Gbps]を示し、横軸は1時間を1ポイントとした場合に、3日分を72ポイントで表した時間を示す。
図10(a)〜(d)に示すIFa〜IFdの観測トラフィックの波形Wa〜Wdには、24時間の周期変動が見られるが、違いは判別できない。
FIG. 10 shows, for example, when there are four IFs, IFa, IFb, IFc, and IFd, (a) shows the waveform Wa of the observed traffic of IFa, (b) shows the waveform Wb of the observed traffic of IFb, (C) shows the waveform Wc of the IFc observation traffic, and (d) shows the waveform Wd of the IFd observation traffic. 10 (a) to 10 (d), the vertical axis represents the observed traffic volume [Gbps] of IF, and the horizontal axis represents the time represented by 72 points for 3 days when 1 hour is 1 point. .
In the observed traffic waveforms Wa to Wd of IFa to IFd shown in FIGS. 10A to 10D, a period variation of 24 hours is seen, but the difference cannot be determined.
次に、図11(a)及び(b)、図12(a)及び(b)において、縦軸はIFの予測トラフィック量[Gbps]を示し、横軸は図10と同じ時間を示す。図11(a)及び(b)、図12(a)及び(b)は、図10(a)〜(d)に対応するIFa〜IFdの、各々の数量化理論による予測トラフィックの波形Wa1,Wb1,Wc1,Wd1を示している。 Next, in FIGS. 11A and 11B and FIGS. 12A and 12B, the vertical axis indicates the predicted traffic volume [Gbps] of IF, and the horizontal axis indicates the same time as in FIG. 11 (a) and 11 (b), 12 (a) and 12 (b) show the predicted traffic waveforms Wa1, IF1 to IFd corresponding to FIGS. 10 (a) to 10 (d) according to the respective quantification theories. Wb1, Wc1, and Wd1 are shown.
図11(c)及び(d)、図12(c)及び(d)において、縦軸はIFの観測トラフィック量から予測トラフィック量を減算して得られる誤差[Gbps]を示し、横軸は図10と同じ時間を示す。
図11(c)及び(d)、図12(c)及び(d)は、各々の観測トラフィックの波形(観測値)Wa,Wb,Wc,Wdから、これらに対応する予測トラフィックの波形(予測値)Wa1,Wb1,Wc1,Wd1を減算した結果の、誤差の波形Wa2,Wb2,Wc2,Wd2を示している。つまり、Wa−Wa1=Wa2,Wb−Wb1=Wb2,Wc−Wc1=Wc2,Wd−Wd1=Wd2を示す。
図11(c)及び(d)に示すように、誤差の波形Wa2,Wb2では、時間軸の10ポイント前後の時間幅において、ピークトラフィックが発生していることがわかる。ピークトラフィックが、偶然変動εである。
11 (c) and 11 (d) and FIGS. 12 (c) and 12 (d), the vertical axis represents the error [Gbps] obtained by subtracting the predicted traffic volume from the IF observed traffic volume, and the horizontal axis represents the figure. The same time as 10 is shown.
11 (c) and 11 (d) and FIGS. 12 (c) and 12 (d) show the waveforms (prediction) of predicted traffic corresponding to the waveforms (observed values) Wa, Wb, Wc and Wd of the respective observed traffic. Value) Waveforms Wa2, Wb2, Wc2, and Wd2 as a result of subtracting Wa1, Wb1, Wc1, and Wd1 are shown. That is, Wa-Wa1 = Wa2, Wb-Wb1 = Wb2, Wc-Wc1 = Wc2, Wd-Wd1 = Wd2.
As shown in FIGS. 11C and 11D, in the error waveforms Wa2 and Wb2, it can be seen that peak traffic occurs in a time width around 10 points on the time axis. The peak traffic is an accidental variation ε.
≪手順4−2:ホルトウィンターズ法を用いた共通性を持った変動成分の除去例≫
トポロジ推定装置1が行う手順4−2の除去処理を説明する。
ホルトウィンターズ法は、トレンドや周期成分を持つ時系列モデルに使用される手法であり、定数項、トレンド、周期成分の各々の推定に、1次の指数平滑化法(予測値と実績値の加重平均で予測する方法)を使って推定する。
時刻nまでの観測データが与えられた際の時刻n+tにおけるk個のIFのトラフィック受信量合計値Rsum(n+t)の推定値は、次の(式6)で与えられる。
«Procedure 4-2: Example of removing fluctuation components with commonality using the Holt Winters method»
The removal process of the procedure 4-2 performed by the
The Holt Winters method is a technique used for time series models with trends and periodic components. The first-order exponential smoothing method (weighting of predicted and actual values) is used to estimate constant terms, trends, and periodic components. Estimate using an average prediction method.
An estimated value of the total traffic reception amount Rsum (n + t) of k IFs at time n + t when observation data up to time n is given is given by the following (formula 6).
Rsum(n+t)=(mn+lbn)cn−s+l+ε …(式6)
但し、
mt=α0(yt/ct-s)+(1−α0)(mt-1−bt-1)
bt=α2(mn−mt-1)+(1−α2)bt-1
ct=α2(yt/mt)+(1−α2)bt-s
Rsum (n + t) = ( m n + lb n) c n-s + l + ε ... ( Equation 6)
However,
m t = α 0 (y t / c t−s ) + (1−α 0 ) (m t−1 −b t−1 )
b t = α 2 (m n− m t−1 ) + (1−α 2 ) b t−1
c t = α 2 (y t / m t ) + (1−α 2 ) b t−s
εは偶然変動、αiは平滑化係数(i=0,1,2)、mtは定数、btはトレンド、ctは周期成分の推定値、sは周期、lは周期sのうち何期先の予測をするかという値を表す。例えば、周期成分として24時間周期を使う場合はs=24とする。s=24、l=3の場合は、24周期ある中で3期先を予測することになる。
また、時刻nまでの観測データが与えられ、周期s、l期先のk個のIFのトラフィック受信量合計値Rsum(n+l)の推定値は、次の(式6a)で与えられる。
Rsum(n+l)=(mn+lbn)cn−s+l+ε …(式6a)
この時系列モデルでは、トレンド、周期成分で説明できる変動が共通性を持った変動成分であり、偶然変動εが共通性を持たない変動成分となる。また、最小二乗法で平滑化係数を求める。
ε is an accidental change, α i is a smoothing coefficient (i = 0, 1, 2), m t is a constant, b t is a trend, c t is an estimate of a periodic component, s is a period, and l is a period s It represents the value of the forecast period. For example, when a 24-hour period is used as the periodic component, s = 24. In the case of s = 24 and l = 3, three periods ahead are predicted out of 24 periods.
Further, observation data up to time n is given, and an estimated value of the traffic reception amount total value Rsum (n + 1) of k IFs ahead of the period s and l period is given by the following (formula 6a).
Rsum (n + l) = ( m n + lb n) c n-s + l + ε ... ( Equation 6a)
In this time-series model, fluctuations that can be explained by trend and periodic components are fluctuation components having commonality, and accidental fluctuations ε are fluctuation components having no commonality. Further, the smoothing coefficient is obtained by the least square method.
共通性を持たない変動成分は、偶然変動εであり次の(式7)で計算する。
ε(n+t)=観測値(n+t)−(mn+lbn)cn−s+l …(式7)
また、k個のIFのトラフィック送信量の合計値Tsum(t)に対しても、
トラフィック受信量と同様の計算を行い、偶然変動εを求める。
The fluctuation component having no commonality is a chance fluctuation ε and is calculated by the following (formula 7).
ε (n + t) = observed value (n + t) − (m n + lb n ) c n−s + l (Expression 7)
In addition, for the total value Tsum (t) of the traffic transmission amount of k IFs,
A calculation similar to the amount of traffic received is performed to determine the accidental variation ε.
≪手順4−3:フーリエ変換を用いた共通性を持った変動成分の除去例1≫
トポロジ推定装置1が行う手順4−3の除去処理を、図13を参照して説明する。
図13(a)の下段側グラフ及び上段側グラフについて説明する。下段側グラフの縦軸はIFトラフィック送信量合計値Tsum(t)を表し、横軸は時間を表す。この縦軸と横軸による時間領域において、k個のIFaのトラフィック送信量合計値Tsum(t)の時系列の波形Wa4を表している。上段側グラフの縦軸はIFトラフィック受信量合計値Rsum(t)を表し、横軸は時間を表す。この縦軸と横軸による時間領域において、k個のIFbのトラフィック受信量合計値Rsum(t)の時系列の波形Wb4を表している。
なお、下段側グラフ及び上段側グラフを下及び上グラフとも称し、下段側グラフを下グラフ、上段側グラフを上グラフとも称す。
<< Procedure 4-3: Example 1 of removing fluctuation component having commonality using Fourier transform >>
The removal process of the procedure 4-3 performed by the
The lower graph and the upper graph in FIG. 13A will be described. The vertical axis of the lower graph represents the IF traffic transmission amount total value Tsum (t), and the horizontal axis represents time. In the time domain of the vertical and horizontal axes, a time-series waveform Wa4 of the total traffic transmission amount Tsum (t) of k IFa is represented. The vertical axis of the upper graph represents the IF traffic reception amount total value Rsum (t), and the horizontal axis represents time. In the time domain indicated by the vertical and horizontal axes, a time-series waveform Wb4 of the traffic reception amount total value Rsum (t) of k IFb is represented.
The lower graph and the upper graph are also referred to as a lower graph and an upper graph, the lower graph is also referred to as a lower graph, and the upper graph is also referred to as an upper graph.
図13(b)の下及び上グラフについて説明する。下グラフの縦軸はIFトラフィック送信量合計値Tsum(t)を表し、横軸は周波数を表す。この縦軸と横軸による周波数領域において、k個のIFaのトラフィック送信量合計値Tsum(t)の周波数スペクトルf1,f2,f3,f4,f5を表している。上グラフの縦軸はIFトラフィック受信量合計値Rsum(t)を表し、横軸は周波数を表す。この縦軸と横軸による周波数領域において、k個のIFbのトラフィック受信量合計値Rsum(t)の周波数スペクトルf1,f2,f3,f4,f5を表している。 The lower and upper graphs in FIG. 13B will be described. The vertical axis of the lower graph represents the IF traffic transmission amount total value Tsum (t), and the horizontal axis represents the frequency. The frequency spectrum f1, f2, f3, f4, f5 of the traffic transmission amount total value Tsum (t) of k IFa is represented in the frequency domain by the vertical axis and the horizontal axis. The vertical axis of the upper graph represents the IF traffic reception amount total value Rsum (t), and the horizontal axis represents the frequency. The frequency spectrum f1, f2, f3, f4, f5 of the traffic reception amount total value Rsum (t) of k IFb is represented in the frequency domain by the vertical axis and the horizontal axis.
図13(c)の下及び上グラフの縦軸と横軸は、図13(b)と同じである。図13(c)は、図13(b)の下及び上グラフで共通する周波数成分の周波数スペクトルf1,f3,f4を削除した後の周波数スペクトルf2,f5を表している。 The vertical and horizontal axes of the lower and upper graphs in FIG. 13C are the same as those in FIG. FIG. 13C shows the frequency spectra f2, f5 after deleting the frequency spectra f1, f3, f4 of the frequency components common to the lower and upper graphs of FIG. 13B.
図13(d)の下及び上グラフの縦軸と横軸は、図13(a)と同じである。図13(d)は、図13(c)の下及び上グラフの周波数スペクトルf2,f5を、k個のIFaのトラフィック送信側時系列の波形Wa5と、k個のIFbのトラフィック受信側時系列の波形Wb5とに戻した際の時間領域を表している。 The vertical and horizontal axes of the lower and upper graphs in FIG. 13D are the same as those in FIG. FIG. 13D shows the frequency spectrums f2 and f5 in the lower and upper graphs of FIG. 13C, the waveform Wa5 of the k IFa traffic transmission side time series, and the traffic reception side time series of k IFbs. The time domain when returning to the waveform Wb5 is shown.
手順4−3の除去処理は、まず、図13(a)に示す波形Wa4に基づく各時系列データと、波形Wb4に基づく時系列データとにフーリエ変換を行う。これによって、図13(b)の下及び上グラフに示す例えば5つの周波数スペクトルf1〜f5に変換される。次に、その周波数スペクトルf1〜f5から、上下段側で共通する周波数成分の周波数スペクトルf1,f3,f4を除去する。この除去によって、図13(c)に示す周波数スペクトルf2,f5が抽出される。 In the removal process of procedure 4-3, first, Fourier transform is performed on each time-series data based on the waveform Wa4 and the time-series data based on the waveform Wb4 shown in FIG. Thereby, for example, five frequency spectra f1 to f5 shown in the lower and upper graphs of FIG. 13B are converted. Next, frequency spectra f1, f3, and f4 of frequency components common to the upper and lower stages are removed from the frequency spectra f1 to f5. By this removal, frequency spectra f2 and f5 shown in FIG. 13C are extracted.
次に、その抽出された周波数スペクトルf2,f5に対して逆フーリエ変換を行い、図13(d)に示す時間領域の波形Wa5,Wb5に戻す。これらの波形Wa5,Wb5は、共通する周波数成分の周波数スペクトルf1,f3,f4を除去した後の送受信側各々の特徴量となる。 Next, inverse Fourier transform is performed on the extracted frequency spectra f2 and f5 to return to time-domain waveforms Wa5 and Wb5 shown in FIG. These waveforms Wa5 and Wb5 are characteristic amounts on the transmitting and receiving sides after the frequency spectra f1, f3, and f4 of the common frequency components are removed.
この除去例1では、特徴量としての周波数スペクトルf2,f5の抽出方法として、k個のIFのトラフィック送信量合計値Tsum(t)の時系列データと、k個のIFのトラフィック受信量合計値Rsum(t)の時系列データとから、特徴量の抽出を行った。
この他、接続推定の対象となる全てのIFトラフィックの送信量合計値Tsum(t)及び受信量合計値Rsum(t)の各時系列データを使って、特徴量の抽出を行ってもよい。
In this removal example 1, as a method of extracting the frequency spectrums f2 and f5 as feature amounts, time series data of k IF traffic transmission amount total value Tsum (t) and k IF traffic reception amount total value The feature amount was extracted from the time series data of Rsum (t).
In addition, the feature amount may be extracted using each time series data of the transmission amount total value Tsum (t) and the reception amount total value Rsum (t) of all IF traffics to be subjected to connection estimation.
≪手順4−4:フーリエ変換を用いた共通性を持った変動成分の除去例2≫
トポロジ推定装置1が行う手順4−4の除去処理を、図14を参照して説明する。
図14(a)の下及び上グラフについて説明する。下グラフの縦軸はIFトラフィック送信量合計値Tsum(t)を表し、横軸は時間を表す。この縦軸と横軸による時間領域において、k個のIFaのトラフィック受信量合計値Rsum(t)の時系列の波形Wa6を表している。上グラフの縦軸はIFトラフィック受信量合計値Rsum(t)を表し、横軸は時間を表す。この縦軸と横軸との時間領域において、k個のIFbのトラフィック受信量合計値Rsum(t)の時系列の波形Wb6を表している。
<< Procedure 4-4: Common component removal example 2 using Fourier transform >>
The removal process of the procedure 4-4 performed by the
The lower and upper graphs in FIG. The vertical axis of the lower graph represents the IF traffic transmission amount total value Tsum (t), and the horizontal axis represents time. In the time domain indicated by the vertical and horizontal axes, a time-series waveform Wa6 of the total traffic reception amount Rsum (t) of k IFa is represented. The vertical axis of the upper graph represents the total IF traffic reception amount Rsum (t), and the horizontal axis represents time. In the time domain of the vertical axis and the horizontal axis, a time-series waveform Wb6 of the traffic reception amount total value Rsum (t) of k IFb is represented.
図14(b)の下及び上グラフについて説明する。下グラフの縦軸はIFトラフィック送信量合計値Tsum(t)を[Gbps]で表し、横軸は周波数を表す。この縦軸と横軸による周波数領域において、k個のIFaのトラフィック送信量合計値Tsum(t)の1時間単位の周波数スペクトルf1,f2,…,f24,…,f31を表している。上グラフの縦軸はIFトラフィック受信量合計値Rsum(t)を表し、横軸は周波数を表す。この縦軸と横軸による周波数領域において、k個のIFbのトラフィック受信量合計値Rsum(t)の1時間単位の周波数スペクトルf1,f2,…,f24,…,f31を表している。 The lower and upper graphs in FIG. 14B will be described. The vertical axis of the lower graph represents IF traffic transmission amount total value Tsum (t) in [Gbps], and the horizontal axis represents frequency. In the frequency region of the vertical axis and the horizontal axis, frequency spectra f1, f2,..., F24,..., F31 of the hour traffic unit of the total traffic transmission amount Tsum (t) of k IFa are represented. The vertical axis of the upper graph represents the IF traffic reception amount total value Rsum (t), and the horizontal axis represents the frequency. In the frequency region of the vertical axis and the horizontal axis, frequency spectra f1, f2,..., F24,..., F31 of the hourly unit of the traffic reception amount total value Rsum (t) of k IFb are represented.
図14(c)の下及び上グラフの縦軸と横軸は、図14(b)と同じである。図14(c)は、図14(b)の下及び上グラフで共通する24時の周波数スペクトルf24を削除した周波数スペクトルf1〜f31を表すものである。但し、24時の周波数スペクトルf24とは、時刻24時のスペクトル成分や、時刻24時を中心とした所定時間幅のスペクトル成分等である。 The vertical and horizontal axes of the lower and upper graphs in FIG. 14C are the same as those in FIG. FIG. 14C shows frequency spectra f1 to f31 obtained by deleting the 24-hour frequency spectrum f24 common to the lower and upper graphs of FIG. 14B. However, the frequency spectrum f24 at 24:00 is a spectrum component at time 24:00, a spectrum component having a predetermined time width centered at time 24:00, or the like.
図14(d)の下及び上グラフの縦軸と横軸は、図14(a)と同じである。図14(d)は、図14(c)の下及び上グラフに記載の24時の周波数スペクトルf24を削除した周波数スペクトルf1〜f31を、IFaのトラフィック送信側時系列の波形Wa7と、IFbのトラフィック受信側時系列の波形Wb7とに戻した際の時間領域を表している。 The vertical and horizontal axes of the lower and upper graphs in FIG. 14D are the same as those in FIG. FIG. 14D shows frequency spectra f1 to f31 obtained by deleting the 24-hour frequency spectrum f24 shown in the lower and upper graphs of FIG. 14C, and the IFa traffic transmission side time-series waveform Wa7 and IFb The time domain when returning to the traffic reception side time-series waveform Wb7 is shown.
手順4−4の除去処理は、まず、図14(a)の下及び上グラフに示す各波形Wa6,Wb6に基づく時系列データにフーリエ変換を行う。これによって、図14(b)の下及び上グラフに示す周波数スペクトルf1,f2,…,f24,…,f31に変換する。次に、その周波数スペクトルf1,f2,…,f24,…,f31から、上下段側で共通する周波数成分である24時の周波数スペクトルf24を除去する。この除去によって、図14(c)に示す周波数スペクトルf24を含まない周波数スペクトルf1…f31が抽出される。 In the removal process of the procedure 4-4, first, Fourier transform is performed on time series data based on the waveforms Wa6 and Wb6 shown in the lower and upper graphs of FIG. Thereby, the frequency spectrums f1, f2,..., F24,..., F31 shown in the lower and upper graphs of FIG. Next, the 24-hour frequency spectrum f24, which is a frequency component common to the upper and lower stages, is removed from the frequency spectra f1, f2,..., F24,. By this removal, frequency spectra f1 to f31 not including the frequency spectrum f24 shown in FIG. 14C are extracted.
次に、その抽出された周波数スペクトルf24を含まない周波数スペクトルf1…f31に対して逆フーリエ変換を行い、図14(d)に示す時間領域の波形Wa7,Wb7に戻す。これらの波形Wa7,Wb7は、共通する変動成分である24時のスペクトル成分を除去した後の送受信側各々の特徴量となる。 Next, inverse Fourier transform is performed on the frequency spectrums f1... F31 that do not include the extracted frequency spectrum f24 to return to the time-domain waveforms Wa7 and Wb7 shown in FIG. These waveforms Wa7 and Wb7 are characteristic quantities on the transmitting and receiving sides after removing the 24-hour spectral component, which is a common fluctuation component.
≪手順4−5:フーリエ変換を用いた共通性を持った変動成分の除去例3≫
トポロジ推定装置1が行う手順4−5の除去処理を、図15を参照して説明する。
図15(a)の下及び上グラフについて説明する。下グラフの縦軸はIFトラフィック送信量合計値Tsum(t)を表し、横軸は時間を表す。この縦軸と横軸による時間領域において、k個のIFaのトラフィック送信量合計値Tsum(t)の時系列の波形Wa8を表している。上グラフの縦軸はIFトラフィック受信量合計値Rsum(t)を表し、横軸は時間を表す。この縦軸と横軸との時間領域において、k個のIFbのトラフィック受信量合計値Rsum(t)の時系列の波形Wb8を表している。
<< Procedure 4-5: Example 3 of removing fluctuation component having commonality using Fourier transform >>
The removal process of the procedure 4-5 performed by the
The lower and upper graphs in FIG. The vertical axis of the lower graph represents the IF traffic transmission amount total value Tsum (t), and the horizontal axis represents time. In the time domain indicated by the vertical and horizontal axes, a time-series waveform Wa8 of the total traffic transmission amount Tsum (t) of k IFa is represented. The vertical axis of the upper graph represents the total IF traffic reception amount Rsum (t), and the horizontal axis represents time. In the time domain of the vertical axis and the horizontal axis, the time series waveform Wb8 of the traffic reception amount total value Rsum (t) of k IFb is represented.
図15(b)の下及び上グラフについて説明する。下グラフの縦軸はIFトラフィック送信量合計値Tsum(t)を[Gbps]で表し、横軸は周波数を表す。この縦軸と横軸による周波数領域において、k個のIFaのトラフィック送信量合計値Tsum(t)の一定周波数単位の周波数スペクトルf0〜f400を表している。上グラフの縦軸はIFトラフィック受信量合計値Rsum(t)を表し、横軸は周波数を表す。この縦軸と横軸による周波数領域において、IFbのトラフィック受信量合計値Rsum(t)の一定周波数単位の周波数スペクトルf0〜f400を表している。 The lower and upper graphs of FIG. 15B will be described. The vertical axis of the lower graph represents IF traffic transmission amount total value Tsum (t) in [Gbps], and the horizontal axis represents frequency. In the frequency domain of the vertical axis and the horizontal axis, frequency spectra f0 to f400 of constant frequency units of the traffic transmission amount total value Tsum (t) of k IFa are represented. The vertical axis of the upper graph represents the IF traffic reception amount total value Rsum (t), and the horizontal axis represents the frequency. The frequency spectrum f0 to f400 of the constant frequency unit of the traffic reception amount total value Rsum (t) of IFb is represented in the frequency domain by the vertical axis and the horizontal axis.
図15(c)の下及び上グラフの縦軸と横軸は、図15(b)と同じである。図15(c)は、図15(b)の下及び上グラフで共通する低周波数成分の周波数スペクトル(例えばf168未満)を削除した後の周波数スペクトルf168〜f400を表すものである。但し、周波数スペクトルf168未満は、1週間未満のスペクトル成分に対応しているものとする。 The vertical and horizontal axes of the lower and upper graphs in FIG. 15C are the same as those in FIG. FIG. 15C shows the frequency spectra f168 to f400 after deleting the frequency spectrum (for example, less than f168) of the low frequency component common to the lower and upper graphs of FIG. However, the frequency spectrum less than f168 corresponds to the spectrum component of less than one week.
図15(d)の下及び上グラフの縦軸と横軸は、図15(a)と同じである。図15(d)は、図15(c)の下及び上グラフに記載の低周波数成分の周波数スペクトル(f168未満)を削除した後の周波数スペクトルf168〜f400を、IFaのトラフィック送信側の時系列の波形Wa9と、IFbのトラフィック受信側の時系列の波形Wb9とに戻した際の時間領域を表している。 The vertical and horizontal axes of the lower and upper graphs in FIG. 15D are the same as those in FIG. FIG. 15D shows the time spectrums of the frequency spectrums f168 to f400 after deleting the low-frequency component frequency spectrum (less than f168) shown in the lower and upper graphs of FIG. Represents the time domain when the waveform Wa9 is returned to the time series waveform Wb9 on the traffic reception side of IFb.
手順4−5の除去処理は、まず、図15(a)の下及び上グラフに示す各波形Wa8,Wb8に基づく時系列データにフーリエ変換を行う。これによって、図15(b)に示す下及び上グラフの一定周波数間隔の周波数スペクトルf0〜f400に変換する。次に、その一定周波数間隔の周波数スペクトルf0〜f400から上下段側で共通する低周波数成分である1週間未満の周波数スペクトル成分(f168未満)を除去する。この除去によって、図15(c)に示す周波数スペクトルf168…f400が抽出される。 In the removal process of the procedure 4-5, first, Fourier transform is performed on time-series data based on the waveforms Wa8 and Wb8 shown in the lower and upper graphs of FIG. As a result, the spectrum is converted into frequency spectra f0 to f400 having a constant frequency interval in the lower and upper graphs shown in FIG. Next, a frequency spectrum component (less than f168) of less than one week, which is a low frequency component common to the upper and lower stages, is removed from the frequency spectrums f0 to f400 at a certain frequency interval. By this removal, frequency spectra f168... F400 shown in FIG.
次に、その抽出された周波数スペクトルf168…f400に対して逆フーリエ変換を行い、図15(d)に示す時間領域の波形Wa9,Wb9に戻す。これらの波形Wa9,Wb9は、共通する変動成分である1週間未満の周波数スペクトル成分(f168未満)を除去した後の、送受信側各々の特徴量となる。 Next, inverse Fourier transform is performed on the extracted frequency spectrums f168... F400 to return to time-domain waveforms Wa9 and Wb9 shown in FIG. These waveforms Wa9 and Wb9 become the feature quantities on the transmitting and receiving sides after removing the frequency spectrum components (less than f168) of less than one week, which are common fluctuation components.
≪手順5:変動傾向の評価値CAの算出処理≫
トポロジ推定装置1は、上記手順4−1〜4−5の何れかにより送受信側のIFa,IFbのトラフィック固有の特徴量を抽出した後に、手順5により、各特徴量の変動傾向(ランダム変動成分)の一致度を算出し、この一致度から特徴量の変動傾向の評価値CAを算出する。
変動傾向の評価値CAは、送信トラフィック及び受信トラフィックの各特徴量の変動傾向の一致度を示す値であり、その値が小さい程一致度が高いことを示す。更に、変動傾向の一致度は、0〜1の値に正規化を行う。変動傾向が完全に一致している場合は「0」を取る。このように正規化した値を、特徴量の変動傾向の評価値CAとする。
<< Procedure 5: Calculation process of evaluation value CA of fluctuation tendency >>
The
The evaluation value CA of the fluctuation tendency is a value indicating the degree of coincidence of the fluctuation tendency of each feature amount of the transmission traffic and the reception traffic, and the smaller the value, the higher the degree of coincidence. Further, the degree of coincidence of the fluctuation tendency is normalized to a value between 0 and 1. If the fluctuation trends are completely the same, “0” is taken. The value normalized in this way is set as an evaluation value CA of the variation tendency of the feature amount.
評価値CAの算出法として、相関係数を用いる方法と、階差の符号の一致度を用いる方法とを例に挙げて説明するが、これに限定されるものではない。
また、手順5では、k個のIFのトラフィック受信量合計値Rsum(t)と、k個のトラフィック送信量合計値Tsum(t)との各時系列に対して、下記の手順5−1又は5−2の処理によって、変動傾向の評価値CAを算出するものとする。
As a method for calculating the evaluation value CA, a method using a correlation coefficient and a method using the degree of coincidence of difference codes will be described as examples, but the present invention is not limited to this.
Further, in the
≪手順5−1:相関係数を用いた変動傾向の評価値CAの算出例≫
変動傾向の評価値CAの算出方法として相関係数を用いる場合、Rsum(t)とTsum(t)の偶然変動εの時系列の相関係数Corを求める。相関係数Corは、0〜1の値を取り、完全な正の相関があるときに「1」となる。このため、変動傾向の評価値CAは、次の(式7)で表すように、「1」と相関係数Corとの差分となる。
<< Procedure 5-1: Calculation Example of Fluctuation Trend Evaluation Value CA Using Correlation Coefficient >>
When a correlation coefficient is used as a method of calculating the evaluation value CA of the fluctuation tendency, a time-series correlation coefficient Cor of the random fluctuation ε of Rsum (t) and Tsum (t) is obtained. The correlation coefficient Cor takes a value from 0 to 1, and is “1” when there is a complete positive correlation. For this reason, the evaluation value CA of the fluctuation tendency is the difference between “1” and the correlation coefficient Cor, as represented by the following (Expression 7).
CA=1−Cor …(式7)
Rsum(t)とTsum(t)との偶然変動εの時系列の同期性が高ければ、相関係数Corは「1」に近づくので、変動傾向の評価値CAは「0」に近づく。
CA = 1-Cor (Expression 7)
If the time series synchronization of the random variation ε between Rsum (t) and Tsum (t) is high, the correlation coefficient Cor approaches “1”, and thus the evaluation value CA of the variation tendency approaches “0”.
例として、図2に示した表201bと表202bの値を用いた場合、Rsum(t)とTsum(t)は、次の表1の通りとなる。 As an example, when the values of Table 201b and Table 202b shown in FIG. 2 are used, Rsum (t) and Tsum (t) are as shown in Table 1 below.
この表1から、Rsum(t)とTsum(t)の相関係数Corは、「0.9918」となる。よって、変動傾向の評価値CAは、「0」に近い次の値となる。
CA=1−0.9918
=0.0082
From Table 1, the correlation coefficient Cor of Rsum (t) and Tsum (t) is “0.9918”. Therefore, the evaluation value CA of the fluctuation tendency is the next value close to “0”.
CA = 1-0.9918
= 0.0082
≪手順5−2:階差の符号を用いた変動傾向の評価値CAの算出例≫
変動傾向の評価値CAの算出方法として階差の符号を用いる場合、Rsum(t)とTsum(t)の時系列各々について、1次の階差(1次のラグの差)を求める。この求めた階差時系列の正負の符号「+」又は「−」の一致度C2を、「正負の符号が一致したデータ数÷観測データ数」の式により求める。この一致度C2を、次の(式8)に代入することにより、変動傾向の評価値CAを求める。
<< Procedure 5-2: Calculation Example of Fluctuation Trend Evaluation Value CA Using a Difference Sign >>
When the sign of the difference is used as the method of calculating the evaluation value CA of the fluctuation tendency, the first order difference (first order lag difference) is obtained for each time series of Rsum (t) and Tsum (t). The degree of coincidence C2 between the positive and negative signs “+” or “−” of the obtained difference time series is obtained by an expression “number of data with positive and negative signs matched ÷ number of observation data”. By substituting this degree of coincidence C2 into the following (formula 8), an evaluation value CA of the fluctuation tendency is obtained.
CA=1−C2 …(式8)
Rsum(t)とTsum(t)の偶然変動εの時系列の同期性が高ければ、階差の符号の一致度C2は「1」に近づくので、変動傾向の評価値CAは「0」に近づく。
CA = 1-C2 (Formula 8)
If the synchronization of the time series of the coincidence fluctuation ε of Rsum (t) and Tsum (t) is high, the coincidence degree C2 of the difference sign approaches “1”, and therefore the evaluation value CA of the fluctuation tendency becomes “0”. Get closer.
例として、図2において示した表201bと表202bの値を用いた場合、Tsum(t)とRsum(t)の各々の時系列の差分(Tsum-diff,Rsum−diff)は、次の表2の通りとなる。 As an example, when the values of Table 201b and Table 202b shown in FIG. 2 are used, the time series differences (Tsum-diff, Rsum-diff) of Tsum (t) and Rsum (t) are as follows: It becomes 2 streets.
この表2から、観測データ数は「5」、各々の時系列の差分において正負の符号「+」又は「−」が一致したデータ数は「5」となるため、一致度C2=5÷5=1となる。これを(式8)に代入すると、変動傾向の評価値CA=1−1=0となる。 From Table 2, the number of observation data is “5”, and the number of data in which the positive and negative signs “+” or “−” match in each time series difference is “5”, so the degree of coincidence C2 = 5 ÷ 5 = 1. When this is substituted into (Equation 8), the fluctuation tendency evaluation value CA = 1-1 = 0.
≪手順6:各ノードのIF間の接続性判定処理≫
トポロジ推定装置1は、(原則1B)及び(原則2)を判定条件として利用することにより、各ノードのIF間のトポロジ(接続関係)を、下記の手順6Aによる第1判定、手順6Bによる第2判定の順に判定する。
<< Procedure 6: Connectivity determination process between IFs of each node >>
By using (Principle 1B) and (Principle 2) as determination conditions, the
≪手順6A:接続性の第1判定処理≫
まず、トポロジ推定装置1は、手順3で求めた平衡度p(t)と、手順5で求めた変動傾向の評価値CAとの積であるCA×p(t)の結果(乗算結果)が、全ての時刻tについて、許容誤差σ(図9)以下となったか否かを、次の(式9)で判定する。
<< Procedure 6A: Connectivity First Determination Process >>
First, the
CA×p(t)≦σ …(式9) CA × p (t) ≦ σ (Formula 9)
次に、トポロジ推定装置1は、CA×p(t)が、CA×p(t)≦σとなった場合に、判定対象となるIF部分集合が、入出力トラフィック量の差が小さく、且つ、入出力トラフィック値の変動傾向の同期性が高く、(原則1B)を満たしていると判定する。
Next, when CA × p (t) satisfies CA × p (t) ≦ σ, the
≪手順6B:接続性の第2判定処理≫
トポロジ推定装置1は、判定候補となるIF部分集合のk個のIFの送受信トラフィック量の情報、つまり、IF1(t).out〜IFk(t).out、及び、IF1(t).in〜IFk(t).inの情報を用いて、次の(式10)の計算を行い、(原則2)の成立判定を行う。
<< Procedure 6B: Second connectivity determination process >>
The
IFi(t).out≦(IFi(t).inを除く、IF1(t).in〜IFk(t).inの合計)[i=1,2,…,k] …(式10) IFi (t). out ≦ (total of IF1 (t) .in to IFk (t) .in, excluding IFi (t) .in) [i = 1, 2,..., k] (Equation 10)
トポロジ推定装置1は、判定候補となるIF部分集合のうち、1つのIFを順に抽出し、その抽出したIFの送信バイト量が、抽出したIFを除く全てのIFの受信バイト量の合計以下であること、上記の関係式(式10)で判定する。そして、トポロジ推定装置1は、(式10)が、全ての時刻tにおいて成立する場合に、そのIF部分集合は(原則2)を満たしているものとする。
The
なお、トラフィック送受信量は時間と共に変化しており、送受信データの収集タイミングのズレにより若干の誤差が生じる可能性がある。このため、上記の(式10)に、許容誤差γ(図9)を用いて、次の(式11)に変形して第2判定を実施してもよい。
IFi(t).out≦(IFi(t).inを除く、IF1(t).in〜IFk(t).inの合計)+γ …(式11)
The traffic transmission / reception amount changes with time, and a slight error may occur due to a shift in transmission / reception data collection timing. For this reason, the second determination may be performed by transforming into the following (Expression 11) using the allowable error γ (FIG. 9) in the above (Expression 10).
IFi (t). out ≦ (total of IF1 (t) .in to IFk (t) .in, excluding IFi (t) .in) + γ (Expression 11)
≪手順7:データの保存とフラグ更新処理≫
トポロジ推定装置1は、手順6Aの(原則1B)と手順6Bの(原則2)との判定が成立した場合、判定対象であるIF部分集合、例えば「IFa1,IFb2」をIF接続情報340(図8)へ保存する。また、接続判定済フラグ情報325(図6)の該当する「IFa1,IFb2」(但し、図6にはIFb2は未記載)のフラグを「1」に更新する。
≪Procedure 7: Data storage and flag update process≫
When the determination between the procedure 6A (Principle 1B) and the procedure 6B (Principle 2) is established, the
次に、トポロジ推定装置1は、接続判定候補情報330(図7)の「IFの部分集合」欄において、接続判定フラグ「1」の例えば「IFa1」を含む部分集合の1行目の全情報を削除する。この削除の理由を説明する。上述したように「IFa1」のフラグを「1」に更新した際に、この「1」となった「IFa1」は、接続相手を持った状態となっている。接続ルールとして「IFa1」は、1つの相手先にしか接続できない。このため、接続判定候補情報330における「IFa1」の存在する部分集合(グループ)は、他のIFには接続できないので、接続判定候補から削除することになる。
Next, the
≪手順8:終了判定処理≫
トポロジ推定装置1は、フラグ「0」のIFの数が、現時点のkの値よりも大きい場合は、kの値を「1」増やして、手順3に戻る。一方、フラグ「0」のIFの数が、現時点のkの値以下の場合(条件P1)は、トポロジの推定処理を終了する。
<< Procedure 8: End determination process >>
If the number of IFs with the flag “0” is larger than the current value of k, the
この終了判定処理について具体的に説明する。ここでは、k=「2」としているので、IFが2つの組合せを意味する。例えば、IFが、IFa,IFb,IFcと3つある場合に、k=「2」であれば、「IFa,IFb」、「IFb,IFc」、「IFc,IFa」の3通りの接続組合せがある。この際に、「IFa,IFb」が接続されると、「IFa,IFb」の各フラグが「1」となり、フラグ「0」のIFcのみが残る。この残ったフラグ「0」のIFcは、1つのみなので相手と接続できない。この場合、フラグ「0」のIFの数=「1」、k=「2」なので、これを上述の判定条件P1に当て嵌めると、条件P1が成立する。この場合、トポロジの推定処理は終了となる。 The end determination process will be specifically described. Here, since k = “2”, IF means two combinations. For example, when there are three IFs, IFa, IFb, and IFc, if k = “2”, there are three connection combinations of “IFa, IFb”, “IFb, IFc”, and “IFc, IFa”. is there. At this time, when “IFa, IFb” is connected, each flag of “IFa, IFb” becomes “1”, and only the IFc of flag “0” remains. Since the remaining flag “0” has only one IFc, it cannot be connected to the other party. In this case, since the number of IFs of the flag “0” = “1” and k = “2”, when this is applied to the above-described determination condition P1, the condition P1 is satisfied. In this case, the topology estimation process ends.
一方、上記の3通りの接続組合せが、何れも(原則1)を満たさない場合は、何れのIFa,IFb,IFcも接続できない。この場合、全てのIFa,IFb,IFcのフラグが「0」のまま、手順8に辿り着くことになる。手順8では、全てのIFa,IFb,IFcのフラグが「0」であり、「0」のIFの数=「3」なので、k=「2」よりも大きくなってしまい、条件P1から外れる。
On the other hand, if none of the above three connection combinations satisfy (Principle 1), neither IFa, IFb, or IFc can be connected. In this case, the procedure reaches
条件P1から外れる場合は、kの値を「1」増やし、k=「3」として手順3に戻る。k=「3」の場合は、IFa,IFb,IFcの3つが接続される組合せは、3つのIFa,IFb,IFcが接続される1通りしかない。
この場合に、手順3に戻った後、手順4〜7を実施し、再度手順8に戻ると、IFa,IFb,IFcのフラグが「1」となっている。このフラグ「1」のIFa,IFb,IFcが存在する部分集合(グループ)は、もう接続できないので、手順7において、接続判定候補情報330の候補から削除されている。
従って、0のIFの数=「0」、k=「3」となっているので、条件P1に当て嵌まりトポロジの推定処理は終了となる。
If the condition P1 is not satisfied, the value of k is increased by “1”, and k = “3” is set and the procedure returns to step 3. When k = “3”, there are only one combination in which three IFa, IFb, and IFc are connected.
In this case, after returning to the
Accordingly, since the number of IFs of 0 = “0” and k = “3”, the topology estimation process is completed when the condition P1 is satisfied.
<トポロジ推定装置の構成>
次に、本実施形態に係るトポロジ推定装置1の構成について具体的に説明する。
図16は、本実施形態に係るトポロジ推定装置1の構成を示すブロック図である。トポロジ推定装置1は、ネットワーク全体を管理するネットワーク管理装置やネットワークを構成する各ノード(装置)と接続されることにより、各ノードのIFに関する情報を取得し、ネットワークを構成するノード間のトポロジを推定する。具体的には、サブネットとして接続されるIFの組合せを特定する。
<Configuration of topology estimation device>
Next, the configuration of the
FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of the
トポロジ推定装置1は、図16に示すように、処理部10と、入出力部20と、記憶部30とを備えて構成されている。
入出力部20は、図示せぬネットワーク管理装置や、ネットワークを構成する各ノード等との装置間の情報の入出力を行う。また、入出力部20は、通信回線を介して情報の送受信を行う図示せぬ通信インタフェース、並びに、キーボード等の入力手段やモニタ等の出力手段等との間で入出力を行う入出力インタフェースを備えて構成されている。
As shown in FIG. 16, the
The input /
記憶部30は、ハードディスクやフラッシュメモリ、RAM(Random Access Memory)等の記憶手段からなり、その記憶領域として、ノードリスト保存部31、IFデータ保存部32、接続判定候補保存部33、接続リスト保存部34及びパラメータ保存部35が設定されている。
The
ノードリスト保存部31には、ノードIF対応情報310(図4)が格納される。IFデータ保存部32には、IF送受信量情報320(図5)及び接続判定済フラグ情報325(図6)が格納される。接続判定候補保存部33には、接続判定候補情報330(図7)が格納される。接続リスト保存部34には、IF接続情報340(図8)が格納される。また、パラメータ保存部35には、許容誤差情報350(図9)が格納される。
The node
ノードIF対応情報310は、各ノード(装置)が、どのIFを備えているかを示す情報であり、図4に示すように、各ノードの「ノード名」に対応付けて、IFの識別情報である「IF名」が格納される。例えば、1行目のノード「A」には、「IFa1」,「IFa2」,「IFa3」,…等が対応付けて格納されている。
The node IF
IF送受信量情報320は、IF毎に、ある時刻の送受信トラフィック量を示す情報であり、図5に示すように、「時刻」毎に対応付けて、「送信トラフィック量」及び「受信トラフィック量」が格納される。例えば、IFa1のIF送受信量情報320として、時刻t1,t2,…,tx毎に、送信トラフィック量の「10」,「14」,…,「25」と、受信トラフィック量の「31」,「28」,…,「45」とが対応付けられて格納されている。
The IF transmission /
接続判定済フラグ情報325は、各ノードのIF毎、つまり、トポロジの推定対象のIF毎にIF送受信量情報320に対応付けて設定する情報であり、図6に示すように、「IF名」のIFa1,IFa2,…,IFxy毎に、接続判定済フラグ「0」又は「1」が対応付けられて格納される。フラグは、他のIFとの間に接続関係が無いと判定された場合に「0」が付され、接続関係が有ると判定された場合に「1」が付される。なお、フラグの初期値は全て「0」が設定される。また、接続判定済フラグ情報325には、例えば、IFデータ保存部32に、新たなIFのIF送受信量情報320が記憶される都度、そのIF送受信量情報320のIFに対応付けてフラグが設定されるようになっている。この設定制御については後述する。
The connection determination flag information 325 is information set in association with the IF transmission /
接続判定候補情報330は、図7に示すように、「IFの部分集合」毎に、「平衡度」及び「変動傾向の評価値CA」を対応付けて設定する情報である。例えば、「IFの部分集合」である1行目のIFa1,IFb2に、「平衡度」の「0.01」と、「変動傾向の評価値CA」の「0.01」とが対応付けられて格納されている。 As illustrated in FIG. 7, the connection determination candidate information 330 is information in which “balance” and “evaluation value CA of fluctuation tendency” are set in association with each “IF subset”. For example, “0.01” of “Equilibrium” and “0.01” of “Evaluation value CA of fluctuation tendency” are associated with IFa1 and IFb2 in the first row which is “IF subset”. Stored.
IF接続情報340は、接続関係があるIF同士、つまり、サブネットを構成すると判定されたIFの組合せが格納される。例えば、図8に示すように、1行目に「IFa1,IFb2」が、接続関係があるIFの組合せの情報として格納されている。
The
許容誤差情報350は、図9に一例を示すように、(原則1B)の判定に用いる許容誤差σ=0.1と、(原則2)の判定に用いる許容誤差γ=0.1とを含む情報である。
As shown in an example in FIG. 9, the
図16に示す処理部10は、トポロジ推定装置1の全体の制御を司り、ノード間のトポロジ推定処理を実行するものである。処理部10は、情報入力部11と、判定候補生成部12と、平衡度計算部13と、時系列処理部14と、評価値計算部15と、接続関係判定部16と、推定終了判定部17と、情報出力部18とを備えて構成されている。なお、処理部10は、例えば、記憶部30に記憶されたプログラムをCPU(Central Processing Unit)がRAMに展開して、実行することで実現される。
The
情報入力部11は、ネットワーク管理装置等から、入出力部20を介して、ノードとそのノードが備えるIFとの対応関係を示すノードIF対応情報310、IF毎のIF送受信量情報320、並びに、許容誤差σ及び許容誤差γ(図9)を含む許容誤差情報350を受信して、記憶部30に記憶する。ノードIF対応情報310はノードリスト保存部31に格納され、IF送受信量情報320はIFデータ保存部32に、許容誤差情報350はパラメータ保存部35に格納される。
The
判定候補生成部12は、前述した手順1及び2によるトポロジの判定対象となるIFの部分集合作成処理及び初期設定処理を行う。
即ち、判定候補生成部12は、IFの全ての部分集合を生成し、「空き集合」、「IF数が「1」の部分集合」、「全てのIFが同一ノードに属している部分集合」を除去する。また、判定候補生成部12は、IF部分集合のIF数であるk個(例えばk=2)を、初期設定値として設定する。
The determination
That is, the determination
更に、判定候補生成部12は、記憶部30のIFデータ保存部32から、各ノードのIF毎のIF送受信量情報320を取得すると共に、ノードリスト保存部31から、ノードIF対応情報310を取得する。この取得の際、判定候補生成部12は、IFデータ保存部32内の接続判定済フラグ情報325を参照して、フラグが「0」であるIF送受信量情報320を取得する。
Further, the determination
判定候補生成部12は、その取得したフラグ「0」のIF送受信量情報320の数、つまり、判定候補のIFの数を「n」とする。そして、判定候補生成部12は、n個のIFから、k個のIFの組合せを生成する。判定候補生成部12は、その生成したIFの組合せを、接続判定候補情報330(図7)のIFの部分集合欄に格納する。
The determination
平衡度計算部13は、手順3によるIF部分集合に対する平衡度の算出処理を行う。即ち、平衡度計算部13は、判定候補生成部12により接続判定候補情報330に格納された判定候補であるIF部分集合のIF数と、その部分集合のIFに対応するIF送受信量情報320に記載のIFの送受信トラヒック量の時系列データとを、前述の(式3)に代入して、平衡度p(t)の算出を行う。この算出された平衡度p(t)は、平衡度計算部13の処理によって、接続判定候補情報330の「平衡度」欄に書き込まれる。
The balance
時系列処理部14は、手順4によるバーストトラフィック等の共通性を持った変動成分の除去処理を行って、偶然変動成分である特徴量の抽出を行う。手順4には、前述したように少なくとも手順4−1〜4−5の5つの手順があるが、以降の説明では、時系列処理部14が、手順4−3によるフーリエ変換を用いた共通性を持った変動成分の除去処理を行うものとする。
The time-
即ち、時系列処理部14は、記憶部30からIF送受信量情報320を取得して、k個のIFのトラフィック送信量合計値Tsum(t)と、k個のIFのトラフィック受信量合計値Rsum(t)との各時系列データにフーリエ変換を行う。このフーリエ変換により送受信側各々の時系列データが、複数の周波数スペクトルに変換される。時系列処理部14は、送受信側各々の複数の周波数スペクトルから、送信側と受信側とで共通する周波数成分の周波数スペクトルを除去する。これにより、共通性を持った変動成分が除去され、共通性を持たない変動成分である周波数スペクトルが抽出されることになる。
That is, the time-
更に、時系列処理部14は、その抽出された周波数スペクトルに対して逆フーリエ変換を行い、元の送受信側の時系列データの形式に戻す。この戻された各時系列データが、送受信側各々の偶然変動成分である特徴量となる。偶然変動成分は共通性を持たない変動成分である。
Further, the time
評価値計算部15は、手順5による特徴量の変動傾向の評価値CAの算出処理を行う。手順5には、前述したように少なくとも手順5−1,5−2の2つの手順があるが、以降の説明では、評価値計算部15が手順5−1による相関係数を用いた変動傾向の評価値CAの算出処理を行うものとする。
The evaluation
即ち、評価値計算部15は、接続判定候補情報330に記憶された判定候補となるIF部分集合、及び、そのIF部分集合に示される各IFのIF送受信量情報320を取得する。この取得後、評価値計算部15は、各IFのIF送受信量情報320から、Tsum(t)とRsum(t)との偶然変動εの時系列の相関係数Corを求める。そして、評価値計算部15は、その相関係数Corを、前述した(式7)に代入することにより、変動傾向の評価値CAを求め、この評価値CAを、接続判定候補保存部33における接続判定候補情報330(図7)の「変動傾向の評価値CA」欄に書き込む。
なお、Rsum(t)とTsum(t)との偶然変動εの時系列の同期性が高ければ、相関係数Corが「1」に近づくので、変動傾向の評価値CAが「0」に近づくことになる。
That is, the evaluation
If the time series synchronization of the random variation ε between Rsum (t) and Tsum (t) is high, the correlation coefficient Cor approaches “1”, and thus the evaluation value CA of the variation tendency approaches “0”. It will be.
接続関係判定部16は、手順6(6A,6B)による(原則1B)及び(原則2)を判定条件として利用した各ノードのIF間の接続性判定処理を行い、接続関係が見つかれば、手順7によるデータの保存とフラグ更新処理を行う。
The connection
まず、接続関係判定部16は、手順6Aによって、接続判定候補情報330に記載の平衡度p(t)と、変動傾向の評価値CAとの積であるCA×p(t)の結果が、全ての時刻tについて、許容誤差σ(図9)以下となったか否かを、CA×p(t)≦σの(式9)で判定する。そして、接続関係判定部16は、CA×p(t)が、CA×p(t)≦σとなった場合に、判定対象となるIF部分集合が、入出力トラフィック量の差が小さく、且つ、入出力トラフィック値の変動傾向の同期性が高く、(原則1B)を満たしていると判定(第1判定)する。
First, the connection
次に、接続関係判定部16は、手順6Bによって、記憶部30から、判定対象となるIFのIF送受信量情報320と許容誤差γ(図9)とを取得する。そして、接続関係判定部16は、取得したIFの送受信トラフィック量の各時系列データに基づき、前述の(式10)を満たすか否かを判定し、全ての時刻tにおいて、(式10)を満たす場合に、(原則2)を満たしていると判定(第2判定)する。
Next, the connection
なお、接続関係判定部16は、前述したようにトラフィック送受信量に若干の誤差が生じる可能性がある場合、その誤差を解消するために、(式10)の判定において許容誤差γを考慮した前述の(式11)により第2判定を行ってもよい。
When there is a possibility that a slight error may occur in the traffic transmission / reception amount as described above, the connection
次に、接続関係判定部16は、(原則1B)と(原則2)の判定が成立した場合、手順7によって、IF部分集合、例えば「IFa1,IFb2」をIF接続情報340(図8)へ保存し、この保存情報に該当する接続判定済フラグ情報325(図6)の中のIFa1,IFb2のフラグを「1」に更新する。更に、接続関係判定部16は、接続判定候補情報330(図7)の「IFの部分集合」欄に記載されたIF名の内、フラグ「1」のIF名、例えば「IFa1」含む全情報「IF名、平衡度及び変動傾向の評価値CA」を削除する。
Next, when the determinations of (Principle 1B) and (Principle 2) are established, the connection
推定終了判定部17は、手順8による終了判定処理を行う。即ち、推定終了判定部17は、IFデータ保存部32に保存された各IFに対応する接続判定済フラグ情報325(図6)を参照し、フラグが「0」のIFの数と、現時点のkの値とを比較する。接続関係判定部16は、フラグ「0」のIFの数がkの値よりも大きい場合は、kの値を「1」増やして、判定候補生成部12へ出力し、トポロジの推定処理を続行する。一方、接続関係判定部16は、フラグ「0」のIFの数が、現時点のkの値以下の場合は、トポロジ推定の処理を終了する。
The estimated
情報出力部18は、接続リスト保存部34に保存されたIF接続情報340を、入出力部20を介して、ネットワーク管理装置や、トポロジ推定装置1に備えられたモニタ等に出力する。
The
<処理の流れ>
次に、本実施形態に係るトポロジ推定装置1のトポロジ推定処理の流れについて説明する。図17及び図18は、本実施形態に係るトポロジ推定装置1のトポロジ推定処理の流れを示すフローチャートである。
<Process flow>
Next, the flow of the topology estimation process of the
まず、図17に示すステップS1において、トポロジ推定装置1の情報入力部11は、ネットワーク管理装置等から、ノードIF対応情報310(図4)、IF毎のIF送受信量情報320(図5)、許容誤差σ、許容誤差γ(図9)を取得し、記憶部30に記憶する。
この際、IF送受信量情報320が記憶部30に記憶されると、判定候補生成部12が、そのIF送受信量情報320のIFに対応する接続判定済フラグ情報325(図6)のフラグを初期値「0」とする。
First, in step S1 shown in FIG. 17, the
At this time, when the IF transmission /
次に、ステップS2において、判定候補生成部12は、IFの全ての部分集合を生成し、「空き集合」、「IF数が「1」の部分集合」、「全てのIFが同一ノードに属している部分集合」を除去し、この除去後のIF部分集合の全てのIFをトポロジ推定の判定対象とする。
Next, in step S2, the determination
次に、ステップS3において、判定候補生成部12は、IF部分集合のIF数「k」をk=2の初期設定値に設定する。
Next, in step S <b> 3, the determination
次に、ステップS4において、判定候補生成部12は、記憶部30のIFデータ保存部32から、IF毎のIF送受信量情報320を取得する。また、判定候補生成部12は、IFデータ保存部32内の接続判定済フラグ情報325を参照して、フラグが「0」であるIF送受信量情報320を取得する。
Next, in step S <b> 4, the determination
この取得後、判定候補生成部12は、取得したフラグ「0」のIF送受信量情報320の数、つまり、判定候補のIFの数を「n」とし、このn個のIFから、k個のIFの組合せを生成する。そして、判定候補生成部12は、その生成した判定候補であるIFの組合せを、接続判定候補情報330(図7)の「IFの部分集合」欄に格納する。
After the acquisition, the determination
次に、ステップS5において、平衡度計算部13は、上記ステップS4において判定候補として生成されたIF部分集合に対して、平衡度p(t)を計算する。具体的には、平衡度計算部13は、記憶部30内の接続判定候補情報330に格納された判定候補となるIF部分集合を取得し、このIF部分集合に示される各IFのIF送受信量情報320を取得する。
Next, in step S5, the
そして、平衡度計算部13は、取得したIF部分集合のIF数と、この各IFに対応するIF送受信量情報320に記載の各IFの送受信各々のトラヒック量の時系列データとを、前述の(式3)に代入して、平衡度p(t)を算出する。平衡度計算部13は、その算出した平衡度p(t)を、図7に示す接続判定候補情報330の「平衡度」欄に書き込む。
Then, the
次に、ステップS6において、時系列処理部14は、上記ステップS4において判定候補として生成されたIF部分集合のIF間で送受信されるトラフィック成分から、バーストトラフィック等の共通性を持った変動成分の除去を行い、この除去後に、共通性を持たない変動成分である特徴量の抽出を行う。
Next, in step S6, the time-
例えば、時系列処理部14は、ノードリスト保存部31からIF部分集合に対応する各IFのIF送受信量情報320を取得して、k=2個のIFのトラフィック送信量合計値Tsum(t)と、k=2個のIFのトラフィック受信量合計値Rsum(t)との各時系列データにフーリエ変換を行う。例えば、図13(a)の下及び上グラフに示すように、k個のIFaのTsum(t)の時系列の波形Wa4に基づく各時系列データと、k個のIFbのRsum(t)の時系列の波形Wb4に基づく時系列データとに、フーリエ変換を行う。
For example, the time-
このフーリエ変換により送受信側各々の時系列データが、複数の周波数スペクトルに変換される。そこで、時系列処理部14は、送受信側各々の複数の周波数スペクトルから、送信側と受信側とで共通する周波数成分の周波数スペクトルを除去する。つまり、共通性を持った変動成分が除去され、共通性を持たない変動成分である周波数スペクトルが抽出されることになる。
By this Fourier transformation, the time series data on each of the transmitting and receiving sides is converted into a plurality of frequency spectra. Therefore, the time
この除去及び抽出の処理は、例えば、フーリエ変換により、図13(b)の下及び上グラフに示す5つの周波数スペクトルf1〜f5に変換される。次に、その周波数スペクトルf1〜f5から、送受信側(下及び上グラフ側)で共通する周波数成分の周波数スペクトルf1,f3,f4を除去する。この除去によって、図13(c)の下及び上グラフに示す共通性を持たない周波数スペクトルf2,f5が抽出される。 This removal and extraction processing is converted into five frequency spectra f1 to f5 shown in the lower and upper graphs of FIG. Next, frequency spectra f1, f3, and f4 of frequency components that are common on the transmitting and receiving sides (lower and upper graph sides) are removed from the frequency spectra f1 to f5. By this removal, frequency spectra f2 and f5 having no commonality shown in the lower and upper graphs of FIG. 13C are extracted.
次に、時系列処理部14は、その抽出された周波数スペクトルf2,f5に対して逆フーリエ変換を行い、図13(d)に示す時間領域の波形Wa5,Wb5に戻す。これらの波形Wa5,Wb5は、共通する周波数成分の周波数スペクトルf1,f3,f4を除去した後の送受信側各々の特徴量となる。
Next, the time
次に、ステップS7において、評価値計算部15は、上記ステップS6で得られた送受信側各々の特徴量における変動傾向の評価値CAの算出を行う。例えば、評価値計算部15は、その送受信側各々の特徴量に対応する偶然変動εの時系列の相関係数Corを求め、相関係数Corを、CA=1−Corの(式7)に代入することで、変動傾向の評価値CAを算出する。評価値計算部15は、その算出した変動傾向の評価値CAを、記憶部30の接続判定候補情報330(図7)の「変動傾向の評価値CA」欄に書き込む。
ここで、各偶然変動εの時系列の同期性が高ければ、相関係数Corが「1」に近づくので、変動傾向の評価値CAが「0」に近づく。
Next, in step S7, the evaluation
Here, if the time series synchronization of each chance variation ε is high, the correlation coefficient Cor approaches “1”, and thus the evaluation value CA of the variation tendency approaches “0”.
次に、図18のステップS8において、接続関係判定部16は、接続判定候補情報330を参照して、IFの部分集合の中から1つのIFを順次抽出し、(原則1B)を満たすか否かの判定を前述の(式9)を用いて行う「第1判定」と、(原則2)を満たすか否かの判定を前述の(式10)を用いて行う「第2判定」とを行う。
但し、「第2判定」を行う際に、接続関係判定部16は、許容誤差γを考慮した前述の(式11)により判定を行ってもよい。
Next, in step S8 of FIG. 18, the connection
However, when performing the “second determination”, the connection
次に、ステップS9において、接続関係判定部16は、抽出したIF部分集合が、「第1判定及び第2判定」の両方の判定条件(両判定条件)を満たすか否かを判定する。
この判定結果、両判定条件を満たす場合(Yes)は、ステップS10へ進む。ステップS10において、接続関係判定部16は、両判定条件を満たすIF部分集合、例えば「IFa1,IFb2」をIF接続情報340(図8)へ保存し、この保存情報に該当する接続判定済フラグ情報325(図6)の中のIFa1,IFb2のフラグを「1」に更新する。
Next, in step S <b> 9, the connection
If both determination conditions are satisfied (Yes), the process proceeds to step S10. In step S10, the connection
更に、ステップS11において、接続関係判定部16は、接続判定候補情報330(図7)のIFの部分集合の内、上記ステップS10でフラグが「1」に更新されたIFを1つでも含むIF部分集合の全情報「IFの部分集合、平衡度、変動傾向の評価値CA」を削除する。この削除後、ステップS12へ進む。
Further, in step S11, the connection
一方、上記ステップS9の判定結果が、両判定条件を満たさない場合、つまり、「第1判定及び第2判定」の何れか1つでも満たさない場合(No)も、ステップS12へ進む。 On the other hand, if the determination result in step S9 does not satisfy both determination conditions, that is, if any one of “first determination and second determination” is not satisfied (No), the process proceeds to step S12.
ステップS12において、接続関係判定部16は、上記ステップS4において判定候補として生成されたIF数k=「2」のIF部分集合の全てについて、上記ステップS8,S9の接続関係の判定処理を行ったか否かを判定する。この結果、全ての判定処理を行っていない場合(No)は、上記ステップS8に戻って処理を続ける。
一方、ステップS12の判定結果、全ての判定処理を行った場合(Yes)は、次のステップS13へ進む。
In step S12, the connection
On the other hand, when all the determination processes have been performed as a result of the determination in step S12 (Yes), the process proceeds to the next step S13.
ステップS13において、推定終了判定部17は、現時点における接続判定済フラグ情報325のフラグが「0」のIFの数「n」が、上記ステップS4で設定されたkの値(初期値k=2)以下であるか否かを判定する。この結果、k以下でない場合、即ちkの値よりも大きい場合(No)は、ステップS14に進み、kの値を、現時点のkに「1」を加えた値とした後に、図17のステップS4へ戻り、処理を続ける。
一方、k以下である場合(Yes)は、推定終了判定部17はトポロジ推定処理を終了する。
In step S13, the estimation
On the other hand, when it is k or less (Yes), the estimation
その終了後、ステップS15において、情報出力部18は、記憶部30の接続リスト保存部34に保存されたIF接続情報340を、入出力部20を介して、ネットワーク管理装置や、トポロジ推定装置1に備えられたモニタ等に出力する。
After that, in step S15, the
<実施形態の効果>
以上説明したように、本実施形態に係るトポロジ推定装置1は、ネットワークを構成する装置としてのノード間の接続関係を推定する際に、ノードが備えるIF間の送信側及び受信側の各トラフィックの時系列情報から、各トラフィック成分に共通する変動成分を除去して、送信側及び受信側で共通性を持たない変動である偶然変動を抽出し、この抽出された各偶然変動の時系列情報に同期性があれば、IF間に接続関係が有ると判定する処理部10を備える構成とした。
<Effect of embodiment>
As described above, the
この構成によれば、ノード間の接続判定を誤らせる原因となる、ノードのIF間の送受信側の各トラフィック成分に共通する変動成分を除去し、送受信側で共通性を持たない変動である偶然変動を抽出するようにした。このため、ノード間の接続判定が誤る要因が無くなる。その抽出後、送受信の各偶然変動の時系列情報に同期性があれば、IF間に接続関係が有ると判定するので、ノード間の接続関係を誤判定無しに適正に判定することができる。 According to this configuration, the fluctuation component common to each traffic component on the transmission / reception side between the IFs of the nodes, which causes a misjudgment of connection determination between the nodes, is removed, and the accidental fluctuation that is a fluctuation that does not have commonality on the transmission / reception side Was extracted. For this reason, there is no cause for erroneous determination of connection between nodes. After the extraction, if the time series information of each coincidence change in transmission and reception is synchronous, it is determined that there is a connection relationship between IFs, and therefore the connection relationship between nodes can be determined appropriately without erroneous determination.
この効果を得る本実施形態のトポロジ推定装置1は、前述の(原則1A)を拡張した(原則1B)と(原則2)とを判定条件としてノードのIF間の接続判定を行う。
ここで、(原則1A)及び(原則2)を判定条件としたIF間の接続推定を行うトポロジ推定装置では、次のような効果が得られる。即ち、各ノードの送受信トラフィック量の変動傾向を考慮することにより、各ノードの送受信トラフィック量の測定方法が異なる場合、つまり、装置の仕様が異なるため、一定の割合で送受信トラフィック量に差分が存在する場合であっても、誤推定や推定漏れとならず接続関係を正しく評価する可能性を格段に向上させることができる。このため、精度を向上させてIF間の接続関係(トポロジ)を推定することができる。
The
Here, in the topology estimation apparatus that performs connection estimation between IFs using (Principle 1A) and (Principle 2) as determination conditions, the following effects are obtained. In other words, considering the fluctuation trend of the transmission / reception traffic volume of each node, if the measurement method of the transmission / reception traffic volume of each node is different, that is, the device specifications are different, there is a difference in the transmission / reception traffic volume at a certain rate Even in this case, the possibility of correctly evaluating the connection relationship without erroneous estimation or estimation omission can be greatly improved. For this reason, the connection relationship (topology) between IFs can be estimated with improved accuracy.
従って、(原則1A)を拡張した(原則1B)及び(原則2)を判定条件とした本実施形態のトポロジ推定装置1では、(原則1A)及び(原則2)に係るトポロジ推定装置の効果も得ることができる。従って、各ノードの送受信トラフィック量の測定方法が異なる場合であっても、誤判定無しに、精度を向上させてIF間の接続関係(トポロジ)を推定することができる。
Therefore, in the
なお、処理部10は、少なくとも、情報入力部11と、判定候補生成部12と、平衡度計算部13と、時系列処理部14と、評価値計算部15と、接続関係判定部16とを備えて構成されている。
The
記憶部30は、ノードが備えるIF各々の時系列の送信トラフィック量及び受信トラフィック量の情報がIF毎に格納されるIF送受信量情報320を記憶する。
判定候補生成部12は、IF毎のIF送受信量情報320を参照し、サブネットを構成するIFの数であるk個(k≧2)のIFから構成されるIFの組合せの全てを、接続関係の判定候補として生成する。
The
The determination
平衡度計算部13は、判定候補生成部12で生成された判定候補となるIFの組合せを構成する各IFの、受信トラフィック量の合計値から送信トラフィック量の合計値を減算した差分の絶対値を示す平衡度を計算する。
時系列処理部14は、判定候補となるIFの組合せを構成するIF間での送受信各々のトラフィック成分から、送受信各々のトラフィック成分において、共通性を持った変動成分を除去し、この除去後に残る、共通性を持たない変動成分である特徴量(偶然変動成分)を抽出する。
The
The time-
評価値計算部15は、判定候補となるIFの組合せを構成する各IFの、受信トラフィック量の合計値と、送信トラフィック量の合計値との時系列における関係から、送受信各々の特徴量の変動傾向の一致度を示す評価値を計算する。
接続関係判定部16は、平衡度と評価値との乗算結果が所定値以下であることを判定する第1判定と、判定候補となるIFの組合せの中から、1つのIFを抽出し、抽出したIFの送信トラフィック量が、抽出したIFを除く全てのIFの受信トラフィック量の合計以下であることを、判定候補となるIFの組合せを構成する全てのIFについて判定する第2の判定との両判定を、判定候補となるIFの組合せの各々について行い、両判定を満たす場合に、判定候補となるIFの組合せを構成するIF間に、接続関係があると判定する。
The evaluation
The connection
また、記憶部30は、ノードの各々が備えるIFの識別情報が格納されたノードIF対応情報310を更に記憶している。判定候補生成部12は、生成した判定候補となるIFの組合せ各々についてノードIF対応情報310を参照し、判定候補となるIFの組合せを構成するIFが存在しない場合、判定候補となるIFの組合せを構成するIF数が「1」の場合、判定候補となるIFの組合せを構成するIFの全てが1つのノードに属する場合の何れかの場合に、この何れかの場合に該当するIFの組合せの情報を、生成したIFの組合せの中から削除する構成となっている。
In addition, the
この構成によれば、IF間が接続できないIFの組合せ情報が削除されるので、余計な接続判定処理が行われることを無くすことができる。このため、ノード間のトポロジ推定を効率良く行うことができる。 According to this configuration, IF combination information that cannot be connected between IFs is deleted, so that unnecessary connection determination processing can be eliminated. For this reason, topology estimation between nodes can be performed efficiently.
また、記憶部30は、判定候補となるIFの組合せを格納する接続判定候補情報330と、接続関係判定部16で接続関係があると判定されたIFの組合せを格納するIF接続情報340とを更に記憶している。接続関係判定部16は、接続判定候補情報330に格納されたIFの組合せにおいて、IF接続情報340に格納されたIFの組合せを構成するIFの何れかが含まれる場合に、IFを含むIFの組合せの情報を、接続判定候補情報330から削除する構成となっている。
In addition, the
この構成は、例えば次のように実現される。接続関係判定部16が、IFの組合せとしてのIF部分集合、例えば「IFa1,IFb2」をIF接続情報340(図8)へ保存し、この保存情報に該当する接続判定済フラグ情報325(図6)の中のIFa1,IFb2のフラグを「1」に更新する。更に、接続関係判定部16が、接続判定候補情報330(図7)の「IFの部分集合」欄に記載されたIF名の内、フラグ「1」のIF名、例えば「IFa1」含む全情報「IF名、平衡度及び変動傾向の評価値CA」を削除する。
This configuration is realized as follows, for example. The connection
この構成によれば、IF接続情報340に保存されたIFa1は、接続相手のIFb2を持った状態となっており、現状では、その他のIFを持つことはできない。このため、接続判定候補情報330からIFa1を削除しておけば、ノード間のトポロジ推定を効率良く行うことができる。
According to this configuration, IFa1 stored in the
また、本発明は、コンピュータを、トポロジ推定装置1として機能させるためのプログラムとしても具現化することができる。
その他、具体的な構成について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
The present invention can also be embodied as a program for causing a computer to function as the
In addition, about a concrete structure, it can change suitably in the range which does not deviate from the main point of this invention.
1 トポロジ推定装置
10 処理部
11 情報入力部
12 判定候補生成部
13 平衡度計算部
14 時系列処理部
15 評価値計算部
16 接続関係判定部
17 推定終了判定部
18 情報出力部
20 入出力部
30 記憶部
310 ノードIF対応情報(装置IF対応情報)
320 IF送受信量情報
325 接続判定済フラグ情報
330 接続判定候補情報
340 IF接続情報
350 許容誤差情報
DESCRIPTION OF
320 IF transmission / reception amount information 325 Connection determination completed flag information 330 Connection
Claims (5)
前記装置が備えるIF(Interface)間の送信側及び受信側の各トラフィックの時系列情報から、各トラフィック成分に共通する変動成分を除去して、前記送信側及び受信側で共通性を持たない変動である偶然変動を抽出し、この抽出された各偶然変動の時系列情報に同期性があれば、前記IF間に接続関係が有ると判定する処理部
を備えることを特徴とするトポロジ推定装置。 A topology estimation device for estimating a connection relationship between devices constituting a network,
Fluctuation that does not have commonality on the transmission side and the reception side is removed from the time series information of each traffic on the transmission side and reception side between IF (Interface) with which the device is provided. A topology estimation apparatus comprising: a processing unit that extracts a coincidence variation, and determines that there is a connection relationship between the IFs if the extracted time-series information of each coincidence variation is synchronous.
前記装置が備えるIF各々の時系列の送信トラフィック量及び受信トラフィック量の情報が当該IF毎に格納されるIF送受信量情報、を記憶する記憶部と、
前記IF毎のIF送受信量情報を参照し、サブネットを構成するIFの数であるk個(k≧2)のIFから構成されるIFの組合せの全てを、接続関係の判定候補として生成する判定候補生成部と、
前記生成された前記判定候補となるIFの組合せを構成する各IFの、前記受信トラフィック量の合計値から前記送信トラフィック量の合計値を減算した差分の絶対値を示す平衡度を計算する平衡度計算部と、
前記判定候補となるIFの組合せを構成するIF間での送受信各々のトラフィック成分から、当該送受信各々のトラフィック成分において、共通性を持った変動成分を除去し、この除去後に残る、共通性を持たない変動成分である特徴量を抽出する時系列処理部と、
前記判定候補となるIFの組合せを構成する各IFの、前記受信トラフィック量の合計値と、前記送信トラフィック量の合計値との時系列における関係から、前記送受信各々の前記特徴量の変動傾向の一致度を示す評価値を計算する評価値計算部と、
前記平衡度と前記評価値との乗算結果が所定値以下であることを判定する第1判定と、前記判定候補となるIFの組合せの中から、1つのIFを抽出し、当該抽出したIFの前記送信トラフィック量が、当該抽出したIFを除く全てのIFの前記受信トラフィック量の合計以下であることを、前記判定候補となるIFの組合せを構成する全てのIFについて判定する第2の判定との両判定を、前記判定候補となるIFの組合せの各々について行い、前記両判定を満たす場合に、前記判定候補となるIFの組合せを構成するIF間に、接続関係があると判定する接続関係判定部と
を備えることを特徴とするトポロジ推定装置。 A topology estimation device for estimating a connection relationship between a plurality of devices constituting a network,
A storage unit that stores IF transmission / reception amount information in which information on a time-series transmission traffic amount and reception traffic amount of each IF included in the device is stored for each IF;
Determination that refers to IF transmission / reception amount information for each IF and generates all IF combinations including k IFs (k ≧ 2) that are the number of IFs constituting a subnet as connection relationship determination candidates A candidate generation unit;
The degree of balance for calculating the degree of balance indicating the absolute value of the difference obtained by subtracting the total value of the transmission traffic amount from the total value of the reception traffic amount of each IF constituting the combination of the generated IFs as the determination candidates A calculation unit;
From each traffic component transmitted / received between IFs constituting the IF combination as the judgment candidate, a common fluctuation component is removed from each traffic component transmitted / received, and the commonality remaining after the removal is obtained. A time-series processing unit for extracting feature quantities that are not fluctuation components;
From the time-series relationship between the total value of the received traffic volume and the total value of the transmission traffic volume of each IF that constitutes the combination of IFs that are candidates for determination, the variation tendency of the feature quantity of each of the transmission and reception An evaluation value calculation unit for calculating an evaluation value indicating the degree of coincidence;
One IF is extracted from the combination of the first determination for determining that the result of multiplication of the balance and the evaluation value is equal to or less than a predetermined value, and the IF that is the determination candidate, and the IF of the extracted IF A second determination for determining, for all IFs constituting the combination of IFs as the determination candidates, that the transmission traffic amount is equal to or less than the sum of the reception traffic amounts of all IFs excluding the extracted IF. The connection relationship for determining that there is a connection relationship between the IFs constituting the combination of IFs that are the determination candidates when both determinations are performed for each combination of IFs that are the determination candidates and both determinations are satisfied. A topology estimation apparatus comprising: a determination unit.
前記判定候補生成部は、前記生成した判定候補となるIFの組合せ各々について前記装置IF対応情報を参照し、前記判定候補となるIFの組合せを構成するIFが存在しない場合、前記判定候補となるIFの組合せを構成するIF数が1の場合、前記判定候補となるIFの組合せを構成するIFの全てが1つの装置に属する場合の何れかの場合に、この何れかの場合に該当するIFの組合せの情報を、前記生成したIFの組合せの中から削除する
ことを特徴とする請求項2に記載のトポロジ推定装置。 The storage unit further stores device IF correspondence information in which identification information of the IF included in each of the devices is stored,
The determination candidate generation unit refers to the device IF correspondence information for each IF combination that is the generated determination candidate, and becomes the determination candidate when there is no IF that constitutes the IF combination that is the determination candidate. If the number of IFs constituting the IF combination is 1, and if all of the IFs constituting the IF combination as the determination candidate belong to one device, the IF corresponding to any of these cases The topology estimation device according to claim 2, wherein the information on the combination of the IF is deleted from the generated IF combination.
前記接続関係判定部は、前記接続判定候補情報に格納されたIFの組合せにおいて、前記IF接続情報に格納されたIFの組合せを構成するIFの何れかが含まれる場合に、当該IFを含むIFの組合せの情報を、前記接続判定候補情報から削除すること
を特徴とする請求項2又は3に記載のトポロジ推定装置。 The storage unit further stores connection determination candidate information for storing a combination of IFs as the determination candidates and IF connection information for storing a combination of IFs determined to have a connection relationship by the connection relationship determination unit. And
The connection relation determining unit, when the IF combination stored in the connection determination candidate information includes any of the IFs constituting the IF combination stored in the IF connection information, includes the IF The topology estimation apparatus according to claim 2 or 3, wherein the combination information is deleted from the connection determination candidate information.
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