パケット交換ネットワークのトラフィック解析方法および装置
【課題】 特定の観測ホストからパケット交換ネットワーク内の各リンクのトラフィックを間接的に推定する。
【解決手段】 往復経路検出部１１１は探索用パケットを発信することにより各リンクの往復経路を検出し、往復時間計測部１１２は往復経路検出部１１１による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計る。データベース１１３は往復経路と往復時間とを併せたデータセットを蓄積し各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を出力する。ニューラルネット１１６は、入力ベクトル・教師信号作成部１１４により連立一次方程式から作成された入力ベクトルを入力し教師信号に応じて学習し、単位ベクトル作成部１１５により連立一次方程式から作成された単位ベクトルに基づいて各リンクの所用時間を出力する。
【解決手段】 往復経路検出部１１１は探索用パケットを発信することにより各リンクの往復経路を検出し、往復時間計測部１１２は往復経路検出部１１１による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計る。データベース１１３は往復経路と往復時間とを併せたデータセットを蓄積し各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を出力する。ニューラルネット１１６は、入力ベクトル・教師信号作成部１１４により連立一次方程式から作成された入力ベクトルを入力し教師信号に応じて学習し、単位ベクトル作成部１１５により連立一次方程式から作成された単位ベクトルに基づいて各リンクの所用時間を出力する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はパケット交換ネットワークのトラフィック解析方法および装置に関し、特にパケット交換ネットワーク全体を対象にした包括的なトラフィック解析を行えないインターネットのような変化の激しい大規模開放型のパケット交換ネットワークにおいて各リンクのトラフィックを推測するトラフィック解析方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】インターネットのような変化の激しい大規模開放型のパケット交換ネットワークで、各リンクのトラフィックを解析しそれを経路制御に応用することは、従来から難問の１つであった。従来は、幹線リンクに接続した拠点となる各ホストにおいて直接トラフィックを計測し、それを遠隔的に収集するという直接的な手法が採られてきた（例えば、Ｗｉｌｌｉａｍ Ｓｔａｌｌｉｎｇｓ著，大鐘久生訳，「ＳＮＭＰバイブル」，アジソン・ウェスレイ・パブリッシャーズ・ジャパン発行、谷村透著，「ＵＮＩＸ−ＬＡＮ構築の実践技術」，ソフト・リサーチ・センター発行等参照）。
【０００３】例えば、図５に示すようなパケット交換ネットワークで、各リンクのトラフィックを検出する場合について説明する。図５は、１個の観測ホスト１、４個のルータ５〜８からなるインターネットのような大規模開放型のパケット交換ネットワークを示している。各ホスト〜ルータ間およびルータ〜ルータ間の実線は、それぞれを結合するリンク（通信回線) を表している。
【０００４】従来の技術では、各ルータ上において結合するリンクのトラフィックを計測し、それを観測ホスト１上から収集することで、パケット交換ネットワークを構成する各リンクのトラフィックを解析していた。図５では、それぞれのルータ５〜８で計測されたトラフィックデータ５１〜８１が観測ホスト１へ送信される様子を実線矢印で表している。従来の技術では、パケット交換ネットワーク内のトラフィック解析を行うために、各ルータで計測したトラフィックデータを１個所ずつ回収していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術では、インターネットのような変化の激しい大規模開放型のパケット交換ネットワークにおいて、次のような問題点がある。
【０００６】各リンクのトラフィックを、それに結合するルータ上で個々に計測し、それらを収集した後にパケット交換ネットワーク全体としてのトラフィックを解析するという方法では、パケット交換ネットワーク内のトラフィックを包括的に解析することはできない。
【０００７】その第１の理由は、トラフィックを計測するルータは、多くの場合にそれぞれ異なる組織に属しており、計測したトラフィックデータを一般に公開することが少ないからである。例えば、トラフィックデータの交換に関して何らかの提携を結んだ組織間では、計測したトラフィックデータを収集することは可能であるが、特に、インターネットなどの非常に多くの組織から構成されたパケット交換ネットワークでは、パケット交換ネットワーク内のトラフィックを解析できるほどトラフィックデータを収集できることはほとんどないからである。
【０００８】また、第２の理由は、個々のトラフィックの計測はパケット交換ネットワーク内の各ルータで独立して行えるものの、パケット交換ネットワークの規模が大きくなるにつれて、これら計測したトラフィックデータの収集に関して、非常に手間がかかるようになることである。これには、収集するデータ自体の量が多くなるという問題以外に、収集先となるルータの場所を数多く把握しなければならないという問題がある。特に、インターネットなどの大規模開放型のパケット交換ネットワークは数十万台を越えるルータから構成されており、変化の激しいこれらルータの場所を全て把握しておくことは不可能だからである。
【０００９】以上より、これまでの方法では、パケット交換ネットワーク内のトラフィック解析を包括的に行うことはほぼ不可能であり、トラフィック解析を経路制御に利用する場合も、パケット交換ネットワーク内のボトルネックを検出してそれを避けるといった試みは一般的に行われず、少数のデータに基づいた経路制御やトラフィックの状態を全く無視した静的な経路制御しか行われてこなかった。
【００１０】パケット交換ネットワークのトラフィック解析では、パケット交換ネットワークを構成する全リンクを明確化し、各リンクのトラフィックを直接計測して収集した後に、それらを併せて行うというのが理想的であるが、特に最近では、インターネットのような大規模開放型ネットワークの拡大に伴い、前述のような政治的な理由や技術的な理由のために、パケット交換ネットワークを構成するリンクを明確化したり、解析に十分な量のトラフィックデータを収集することは事実上不可能である。
【００１１】このような場合、例えばパケット交換ネットワーク内のあるリンクが混雑により輻輳を起こしたとしても、パケット交換ネットワーク全体を対象にしたトラフィック解析を行えないことから、通信の混雑を前もって検出して障害を避けたり、また経路に障害が発生しても効率的な代替経路を速やかに決定したりすることができない。
【００１２】本発明の目的は、パケット交換ネットワーク内にある各リンクのトラフィックを直接測定することなく、特定の観測ホストからパケット交換ネットワーク内の各構成機器に何ら特殊な準備を必要とせずに遠隔的に収集できるデータより、間接的に各リンクのトラフィックを推定することができるトラフィック解析方法を提供することにある。
【００１３】また、本発明の他の目的は、上記トラフィック解析方法を実装するパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置を提供することにある。
【００１４】さらに、本発明の別の目的は、上記トラフィック解析方法および装置をコンピュータ上で実現するプログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明のパケット交換ネットワークのトラフィック解析方法は、通信を行うホスト間の往復経路を検出できる機能を備えるとともに、その往復時間を測定できる機能を備えたパケット交換ネットワークのトラフィック解析方法において、特定の観測ホストよりパケット交換ネットワーク内の様々なホストへ探索用パケットを発信する工程と、前記探索用パケットにより検出された往復経路とその往復時間とを併せたデータセットを収集する工程と、収集されたデータセットに対して知識処理を用いた非線形解析を行うことによりパケット交換ネットワークの包括的なトラフィック解析を行う工程とを含む。
【００１６】また、本発明のパケット交換ネットワークのトラフィック解析方法は、特定の観測ホストよりパケット交換ネットワーク内の様々なホストへ探索用パケットを発信して往復経路を検出する工程と、検出された往復経路の往復時間を計測する工程と、前記往復経路と前記往復時間とを併せたデータセットが必要数得られたかどうかを判定する工程と、得られたデータセットから前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を作成し入力ベクトルおよび教師信号を作成する工程と、作成された入力ベクトルおよび教師信号を用いてニューラルネットを学習させる工程と、学習されたニューラルネットに単位ベクトルを入力して前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力する工程とを含む。
【００１７】さらに、本発明のパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置は、探索用パケットを発信することにより往復経路を検出する往復経路検出部と、この往復経路検出部による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計る往復時間計測部と、前記往復経路検出部で検出された往復経路と前記往復時間計測部で計測された往復時間とを併せたデータセットを蓄積し前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を出力するデータベースと、このデータベースから出力された連立一次方程式から目標データを作成する目標データ作成部と、前記データベースから出力された連立一次方程式から入力データを作成する入力データ作成部と、前記入力データ作成部により作成された入力データを入力し前記目標データ作成部により作成された目標データを参照して前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力する知識処理部とを有する。
【００１８】さらにまた、本発明のパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置は、探索用パケットを発信することにより往復経路を検出する往復経路検出部と、この往復経路検出部による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計る往復時間計測部と、前記往復経路検出部で検出された往復経路と前記往復時間計測部で計測された往復時間とを併せたデータセットを蓄積し前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を出力するデータベースと、このデータベースから出力された連立一次方程式から入力ベクトルおよび教師信号を作成する入力ベクトル・教師信号作成部と、前記データベースから出力された連立一次方程式から単位ベクトルを作成する単位ベクトル作成部と、前記入力ベクトル・教師信号作成部により作成された入力ベクトルを入力し前記教師信号に応じて学習し前記単位ベクトル作成部により作成された単位ベクトルに基づいて前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力するニューラルネットとを有する。
【００１９】一方、本発明の記録媒体は、コンピュータを、特定の観測ホストよりパケット交換ネットワーク内の様々なホストへ探索用パケットを発信する手順，前記探索用パケットにより検出された往復経路とその往復時間とを併せたデータセットを収集する手順，および収集されたデータセットに対して知識処理を用いた非線形解析を行うことによりパケット交換ネットワークの包括的なトラフィック解析を行う手順を実行させるためのプログラムを記録する。
【００２０】また、本発明の記録媒体は、コンピュータを、特定の観測ホストよりパケット交換ネットワーク内の様々なホストへ探索用パケットを発信して往復経路を検出する手順，検出された往復経路の往復時間を計測する手順，前記往復経路と前記往復時間とを併せたデータセットが必要数得られたかどうかを判定する手順，得られたデータセットから前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を作成し入力ベクトルおよび教師信号を作成する手順，作成された入力ベクトルおよび教師信号を用いてニューラルネットを学習させる手順，および学習されたニューラルネットに単位ベクトルを入力して前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力する手順を実行させるためのプログラムを記録する。
【００２１】さらに、本発明の記録媒体は、コンピュータを、探索用パケットを発信することにより往復経路を検出する往復経路検出部，この往復経路検出部による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計る往復時間計測部，前記往復経路検出部で検出された往復経路と前記往復時間計測部で計測された往復時間とを併せたデータセットを蓄積し前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を出力するデータベース，このデータベースから出力された連立一次方程式から目標データを作成する目標データ作成部，前記データベースから出力された連立一次方程式から入力データを作成する入力データ作成部，および前記入力データ作成部により作成された入力データを入力し前記目標データ作成部により作成された目標データを参照して前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力する知識処理部として機能させるためのプログラムを記録する。
【００２２】さらにまた、本発明の記録媒体は、コンピュータを、探索用パケットを発信することにより往復経路を検出する往復経路検出部，この往復経路検出部による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計る往復時間計測部，前記往復経路検出部で検出された往復経路と前記往復時間計測部で計測された往復時間とを併せたデータセットを蓄積し前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を出力するデータベース，このデータベースから出力された連立一次方程式から入力ベクトルおよび教師信号を作成する入力ベクトル・教師信号作成部，前記データベースから出力された連立一次方程式から単位ベクトルを作成する単位ベクトル作成部，および前記入力ベクトル・教師信号作成部により作成された入力ベクトルを入力し前記教師信号に応じて学習し前記単位ベクトル作成部により作成された単位ベクトルに基づいて前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力するニューラルネットとして機能させるためのプログラムを記録する。
【００２３】本発明のトラフィック解析方法および装置では、パケット交換ネットワーク内の通信対象となるホストへ探索用パケットを発信することで、解析に必要な往復経路と往復時間とを併せたデータセットを収集する。次に、収集したデータセットをもとに往復経路として得られた各リンクにそのリンクを通過する所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を作成し、この連立一次方程式に対して知識処理を用いて非線形解析を行い解を求める。各解は、該当するリンクを通過するのに要した所用時間であるので、解の集合としてパケット交換ネットワーク内の各トラフィックを包括的に解析した結果を取得できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】図１は、本発明の第１の実施の形態に係るトラフィック解析装置１１０の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係るトラフィック解析装置１１０は、往復経路検出部１１１と、往復時間計測部１１２と、データベース１１３と、入力ベクトル・教師信号作成部１１４と、単位ベクトル作成部１１５と、ニューラルネット１１６とから構成される。以下、本実施の形態では、知識処理の一例としてニューラルネット１１６を用いて説明する。
【００２６】往復経路検出部１１１は、探索用パケットをトラフィックデータ収集パケットとして発信することにより往復経路を検出する。
【００２７】探索用パケットは、そのヘッダ部分に、宛先ホスト（往復経路検出部１１１のある観測ホスト１）のアドレス，宛先ホスト上の通信相手名（架空の名前），発信元ホスト（往復経路検出部１１１のある観測ホスト１）のアドレス，発信元ホスト上の発信者名（往復経路検出部１１１），および経由点（往復経路を知りたいホスト）のアドレスが設定され、データ部分を持たないパケットである。例えば、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）パケットでは、ＳＲＲ（ＳｏｕＲｃｅ Ｒｏｕｔｅ）オプションを用いることで任意の点を経由して通信することができる。
【００２８】往復時間計測部１１２は、往復経路検出部１１１により往復経路が取得された後、往復時間を計るための時間計測用パケットをトラフィックデータ収集パケットとして１つ発信し、そのエラーが帰って来る往復時間を計る。例えば、ＩＰパケットでは、ｐｒｉｎｇコマンドを用いることによって個別の通信相手に対してその往復時間を計測することができる。
【００２９】データベース１１３は、往復経路検出部１１１で検出された往復経路と、往復時間計測部１１２で計測された往復時間とを併せたデータセットを蓄積し、パケット交換ネットワークの各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を作成する。
【００３０】入力ベクトル・教師信号作成部１１４は、データベース１１３から出力された連立一次方程式から入力ベクトルおよび教師信号を作成する。
【００３１】単位ベクトル作成部１１５は、データベース１１３から出力された連立一次方程式から単位ベクトルを作成する。
【００３２】ニューラルネット１１６は、入力ベクトル・教師信号作成部１１４により作成された入力ベクトルを入力し教師信号を参照して学習し、単位ベクトル作成部１１５により作成された単位ベクトルを入力して各リンクの所用時間を出力する。ニューラルネット１１６は、入力層が用意した変数の数に等しいノードを持ち、出力層は１つとする。なお、中間層をどのようにとるかは、ニューラルネット１１６の情報量基準に関するので、一概にはいえない。入力データの個数によっても変わってくるが、一般的な３層で、中間層は入力層の１／３〜１／４程度で十分である。
【００３３】図２を参照すると、本発明の第１の実施の形態に係るトラフィック解析方法の手順は、往復経路検出ステップＳ１０１と、往復時間計測ステップＳ１０２と、データセット必要数判定ステップＳ１０３と、入力ベクトルおよび教師信号作成ステップＳ１０４と、ニューラルネット学習ステップＳ１０５と、各リンク所用時間関係出力ステップＳ１０６とからなる。
【００３４】図３は、本発明の第１の実施の形態に係るトラフィック解析装置１１０によりトラフィックが解析されるパケット交換ネットワークの一例を示す。このパケット交換ネットワークは、１個の観測ホスト１と、３個のホスト２〜４と、４個のルータ５〜８とからなるインターネットのような大規模開放型のパケット交換ネットワークである。各ホスト〜ルータ間およびルータ〜ルータ間の実線は、それぞれを結合するリンク（通信回線) ９〜１３を表している。なお、本実施の形態に係るトラフィック解析装置１１０は、観測ホスト１上に搭載される。
【００３５】次に、このように構成された第１の実施の形態に係るパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置１１０の動作について、図１ないし図３を用いて説明する。
【００３６】まずは、往復経路検出部１１１は、探索用パケットを発信することにより、観測ホスト１よりパケット交換ネットワーク内の各ホスト２〜４へ至る往復経路を検出する（ステップＳ１０１）。
【００３７】詳しくは、往復経路検出部１１１は、まず探索用パケットの寿命に１を設定してから探索用パケットを発信する。この探索用パケットは、ルータを１個分リレーされた時点で寿命切れエラーが発生し、当該ルータが観測ホスト１へエラー通知を返す。例えば、ＩＰパケットの場合には、ＩＣＰＭ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｐｒｏｔｃｏｌ）エラーが返される。
【００３８】往復経路検出部１１１は、エラー通知を受け取った後、今度は探索用パケットの寿命に２を設定してから探索用パケットを発信する。この探索用パケットは、ルータを２個分リレーされた時点で寿命切れエラーが発生し、当該ルータが観測ホスト１へエラー通知を返す。
【００３９】この手順を繰り返すことで、寿命を１ずつ増やされた探索用パケットをリレーしたルータは、次々とエラー通知を返してくる。
【００４０】探索用パケットが、経路を知りたいホストと、往復経路検出部１１１のある観測ホスト１との間をブーメランのように往復して、宛先ホストでもある観測ホスト１に戻ってくると、通信相手名は架空の名前なので、観測ホスト１は探索用パケットの差出人、つまり観測ホスト１自身にある往復経路検出部１１１に、通信相手がいないというエラーを返す。
【００４１】往復経路検出部１１１は、この通信相手がいないというエラーを受け取ると、寿命を１ずつ増やしながら探索用パケットを送信する処理を止める。
【００４２】次に、往復経路検出部１１１は、これまでに返された探索用パケットのエラー通知から、エラー通知を出したルータやホストのアドレスを集めることで、最終的に探索用パケットがリレーされた経路、すなわち観測ホスト１から経由点を通って観測ホスト１に至る経路（つまり、観測ホスト１と経由点との往復経路）を知ることができる。
【００４３】往復経路の取得は、既述したように手間がかかり、探索用パケットを１つ発信してすぐ求められるものではない。例えば、ホストＡからホストＢへパケットを送る際、片道１０個のルータをリレーされるような場合は、往復分の寿命を１〜２０まで設定した２０個分の探索用パケットを発信し、リレーを行う各ルータが返すエラー通知を２０個収集する必要がある。
【００４４】例えば、観測ホスト１〜ホスト２の往復経路が、リンク９→リンク１３→リンク１２になり、観測ホスト１〜ホスト３の往復経路が、リンク１２→リンク１３→リンク１０→リンク１１→リンク１３→リンク９になり、観測ホスト１〜ホスト４の往復経路が、リンク１２→リンク１１→リンク１０→リンク９になったとする。
【００４５】同時に、往復時間計測部１１２は、観測ホスト１とホスト２〜４との往復時間を計測する（ステップＳ１０２）。詳しくは、往復時間計測部１１２は、時間計測用パケットをトラフィックデータ収集パケットとして１つ発信し、そのエラーが帰って来る往復時間を計る。
【００４６】例えば、観測ホスト１〜ホスト２の往復時間が１０秒、観測ホスト１〜ホスト３の往復時間が５０秒、観測ホスト１〜ホスト４の往復時間が４０秒になったとする。
【００４７】予め定められた必要数の往復経路および往復時間からなるデータセットが得られると（ステップ１０３でイエス）、データベース１１３は、各リンクに対し、そのリンクを通過するのに要した時間（所用時間）を表す変数を１つ割り当て、連立一次方程式を作成する。図３では、各リンク９〜１３に、変数ａ〜ｅがそれぞれ割り当てられている。
【００４８】以上より、例えば観測ホスト１〜ホスト２の往復時間に関して、方程式：ａ＋ｄ＋ｅ＝１０を立てることができる。同様に、観測ホスト１〜ホスト３の往復時間に関しては、方程式：ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋２ｅ＝５０、観測ホスト１〜ホスト４の往復時間に関しては、方程式：ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝４０なる方程式を立てることができる。これら３つの方程式は、連立一次方程式を構成する。
【００４９】次に、この連立一次方程式およびａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ＞＝０を制約式として、各変数ａ〜ｅの値の範囲をＬＰ（線形計画) 問題として解くわけであるが、ＬＰ問題として解いた場合は最大値をとれる変数が１つ求まるだけである。計測したデータセットは、変化の激しいパケット交換ネットワーク内の往復時間を、時間をずらしながらある瞬間ごとに計っていったものであり、計測時刻の違いにより当然ある程度の矛盾を含んでいる。したがって、実用上は、最大値をとる変数をただ１つ求めるのではなく、最大値の近傍にある変数群 (最大値をとる確率が高い変数群) を求める方が、有益な情報を含んでいる。このため、ニューラルネット１１６を利用した非線形解析 (線形モデルの近似) を行うことで、各解の近似値を求めることにする。
【００５０】入力ベクトル・教師信号作成部１１４は、各変数ａ〜ｅに１から始まる連続した自然数を割り当て、データベース１１３から連立一次方程式を入力して、入力ベクトルおよび教師信号を出力する（ステップＳ１０４）。この例では、ａに１、ｂに２、以下ｅに５を割り当てる。変数の係数がｎであった場合、成分には１ではなく１／ｎを設定する。教師信号には、計測した往復時間を最大往復時間で正規化して利用する。
【００５１】例えば、観測ホスト１〜ホスト２の往復時間に関する方程式は、入力ベクトル：（１, ０, ０, １, １) 、教師信号：０．２（最大往復時間５０で正規化。以下同様）となり、観測ホスト１〜ホスト３の往復時間に関する方程式は、入力ベクトル：（１, １, １, １, ０. ５) 、教師信号：１．０となり、観測ホスト１〜ホスト４の往復時間に関する方程式は、入力ベクトル：（１, １, １, １, ０)、教師信号：０．８となる。
【００５２】以上の入力ベクトルおよび教師信号をもとに、ニューラルネット１１６は、学習を行う（ステップＳ１０５）。
【００５３】また、単位ベクトル作成部１１５は、変数ａ〜ｅの数に等しい次元の入力ベクトルを考え、方程式に含まれる変数と同じ番号を持つ成分を１に、それ以外を０にした単位ベクトルを作成する。
【００５４】学習を終えたニューラルネット１１６は、単位ベクトル作成部１１５により作成された単位ベクトルを順次入力し、各リンクの所用時間の関係を出力する（ステップＳ１０６）。出力データは各変数ａ〜ｅの近似解となっており、出力データの大小は各変数ａ〜ｅの近似解の大小と等しい。したがって、出力データの大きさを比較することで、所用時間の大きいリンク、すなわちパケット交換ネットワーク内のボトルネックを検出することが可能になる。
【００５５】なお、上記実施の形態では、知識処理による非線形解析を行う部分をニューラルネット１１６としたが、ファジィ，遺伝的アルゴリズム，カオス等の他の知識処理を使用することもできる。このようにした場合、一般的には、入力ベクトル・教師信号作成部１１４を目標データ作成部、単位ベクトル作成部１１５を入力データ作成部、ニューラルネット１１６を知識処理部とすればよい。
【００５６】また、往復時間計測部１１２を、往復経路検出部１１１による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計るための時間計測用パケットを１つ発信して、そのエラーが帰って来る時間を計るものとしたが、時間計測用パケットを用いることなしに、往復経路検出部１１１による探索用パケットの発信から計時を開始して、そのエラーが帰って来る時間を計るようにしてもよい。
【００５７】次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００５８】図４を参照すると、本発明の第２の実施の形態に係るパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置は、キーボード，マウス等の入力装置４１と、コンピュータでなるデータ処理装置４２と、磁気ディスク装置等でなる記憶装置４３と、画像表示装置，印刷装置等でなる出力装置４４と、トラフィック解析プログラムを記録する記録媒体４５とから構成されている。記録媒体４５は、磁気ディスク，半導体メモリ，その他の記録媒体であってよい。
【００５９】このように構成された第２の実施の形態に係るパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置では、トラフィック解析プログラムは記録媒体４５からデータ処理装置４２に読み込まれ、データ処理装置４２の動作を往復経路検出部１１１，往復時間計測部１１２，入力ベクトル・教師信号作成部１１４，単位ベクトル作成部１１５，およびニューラルネット１１６として制御するとともに、記憶装置４３上にデータベース１１３を形成する。トラフィック解析プログラムの制御によるデータ処理装置４２の動作は、図１ないし図３に示した第１の実施の形態に係るパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置の場合と全く同様になるので、その詳しい説明を割愛する。
【００６０】
【発明の効果】本発明の効果は、体系的なトラフィックデータの収集が難しい多くの組織から構成されるインターネットなどの大規模開放型のパケット交換ネットワーク内のボトルネックを検出でき、経路制御に応用することができることである。
【００６１】その第１の理由は、知識処理（ニューラルネット等) を用いた非線形解析を行うことで、パケット交換ネットワーク内の全ルータからトラフィックデータを収集せずとも、解析を行う範囲に限って収集すれば済むようになったからである。
【００６２】また、第２の理由は、解析に必要なトラフィックデータとして、解析対象ホストへ至る往復経路とその往復時間という、１個所の観測ホストから効率的に収集できるデータを用いたからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るパケット交換ネットワークのトラフィック解析方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】本実施の形態に係るトラフィック解析装置によりトラフィックが解析されるパケット交換ネットワークの一例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置の構成を示すブロック図である。
【図５】従来のトラフィック解析技術を説明する図である。
【符号の説明】
１ 観測ホスト
２〜４ ホスト
５〜８ ルータ
９〜１３ リンク
４１ 入力装置
４２ データ処理装置
４３ 記憶装置
４４ 出力装置
４５ 記録媒体
１１０ トラフィック解析装置
１１１ 往復経路検出部
１１２ 往復時間計測部
１１３ データベース
１１４ 入力ベクトル・教師信号作成部（目標データ作成部）
１１５ 単位ベクトル作成部（入力データ作成部）
１１６ ニューラルネット（知識処理部)
Ｓ１０１ 往復経路検出ステップ
Ｓ１０２ 往復時間計測ステップ
Ｓ１０３ データセット必要数判定ステップ
Ｓ１０４ 入力ベクトルおよび教師信号作成ステップ
Ｓ１０５ ニューラルネット学習ステップ
Ｓ１０６ 各リンク所用時間関係出力ステップ
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はパケット交換ネットワークのトラフィック解析方法および装置に関し、特にパケット交換ネットワーク全体を対象にした包括的なトラフィック解析を行えないインターネットのような変化の激しい大規模開放型のパケット交換ネットワークにおいて各リンクのトラフィックを推測するトラフィック解析方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】インターネットのような変化の激しい大規模開放型のパケット交換ネットワークで、各リンクのトラフィックを解析しそれを経路制御に応用することは、従来から難問の１つであった。従来は、幹線リンクに接続した拠点となる各ホストにおいて直接トラフィックを計測し、それを遠隔的に収集するという直接的な手法が採られてきた（例えば、Ｗｉｌｌｉａｍ Ｓｔａｌｌｉｎｇｓ著，大鐘久生訳，「ＳＮＭＰバイブル」，アジソン・ウェスレイ・パブリッシャーズ・ジャパン発行、谷村透著，「ＵＮＩＸ−ＬＡＮ構築の実践技術」，ソフト・リサーチ・センター発行等参照）。
【０００３】例えば、図５に示すようなパケット交換ネットワークで、各リンクのトラフィックを検出する場合について説明する。図５は、１個の観測ホスト１、４個のルータ５〜８からなるインターネットのような大規模開放型のパケット交換ネットワークを示している。各ホスト〜ルータ間およびルータ〜ルータ間の実線は、それぞれを結合するリンク（通信回線) を表している。
【０００４】従来の技術では、各ルータ上において結合するリンクのトラフィックを計測し、それを観測ホスト１上から収集することで、パケット交換ネットワークを構成する各リンクのトラフィックを解析していた。図５では、それぞれのルータ５〜８で計測されたトラフィックデータ５１〜８１が観測ホスト１へ送信される様子を実線矢印で表している。従来の技術では、パケット交換ネットワーク内のトラフィック解析を行うために、各ルータで計測したトラフィックデータを１個所ずつ回収していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術では、インターネットのような変化の激しい大規模開放型のパケット交換ネットワークにおいて、次のような問題点がある。
【０００６】各リンクのトラフィックを、それに結合するルータ上で個々に計測し、それらを収集した後にパケット交換ネットワーク全体としてのトラフィックを解析するという方法では、パケット交換ネットワーク内のトラフィックを包括的に解析することはできない。
【０００７】その第１の理由は、トラフィックを計測するルータは、多くの場合にそれぞれ異なる組織に属しており、計測したトラフィックデータを一般に公開することが少ないからである。例えば、トラフィックデータの交換に関して何らかの提携を結んだ組織間では、計測したトラフィックデータを収集することは可能であるが、特に、インターネットなどの非常に多くの組織から構成されたパケット交換ネットワークでは、パケット交換ネットワーク内のトラフィックを解析できるほどトラフィックデータを収集できることはほとんどないからである。
【０００８】また、第２の理由は、個々のトラフィックの計測はパケット交換ネットワーク内の各ルータで独立して行えるものの、パケット交換ネットワークの規模が大きくなるにつれて、これら計測したトラフィックデータの収集に関して、非常に手間がかかるようになることである。これには、収集するデータ自体の量が多くなるという問題以外に、収集先となるルータの場所を数多く把握しなければならないという問題がある。特に、インターネットなどの大規模開放型のパケット交換ネットワークは数十万台を越えるルータから構成されており、変化の激しいこれらルータの場所を全て把握しておくことは不可能だからである。
【０００９】以上より、これまでの方法では、パケット交換ネットワーク内のトラフィック解析を包括的に行うことはほぼ不可能であり、トラフィック解析を経路制御に利用する場合も、パケット交換ネットワーク内のボトルネックを検出してそれを避けるといった試みは一般的に行われず、少数のデータに基づいた経路制御やトラフィックの状態を全く無視した静的な経路制御しか行われてこなかった。
【００１０】パケット交換ネットワークのトラフィック解析では、パケット交換ネットワークを構成する全リンクを明確化し、各リンクのトラフィックを直接計測して収集した後に、それらを併せて行うというのが理想的であるが、特に最近では、インターネットのような大規模開放型ネットワークの拡大に伴い、前述のような政治的な理由や技術的な理由のために、パケット交換ネットワークを構成するリンクを明確化したり、解析に十分な量のトラフィックデータを収集することは事実上不可能である。
【００１１】このような場合、例えばパケット交換ネットワーク内のあるリンクが混雑により輻輳を起こしたとしても、パケット交換ネットワーク全体を対象にしたトラフィック解析を行えないことから、通信の混雑を前もって検出して障害を避けたり、また経路に障害が発生しても効率的な代替経路を速やかに決定したりすることができない。
【００１２】本発明の目的は、パケット交換ネットワーク内にある各リンクのトラフィックを直接測定することなく、特定の観測ホストからパケット交換ネットワーク内の各構成機器に何ら特殊な準備を必要とせずに遠隔的に収集できるデータより、間接的に各リンクのトラフィックを推定することができるトラフィック解析方法を提供することにある。
【００１３】また、本発明の他の目的は、上記トラフィック解析方法を実装するパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置を提供することにある。
【００１４】さらに、本発明の別の目的は、上記トラフィック解析方法および装置をコンピュータ上で実現するプログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明のパケット交換ネットワークのトラフィック解析方法は、通信を行うホスト間の往復経路を検出できる機能を備えるとともに、その往復時間を測定できる機能を備えたパケット交換ネットワークのトラフィック解析方法において、特定の観測ホストよりパケット交換ネットワーク内の様々なホストへ探索用パケットを発信する工程と、前記探索用パケットにより検出された往復経路とその往復時間とを併せたデータセットを収集する工程と、収集されたデータセットに対して知識処理を用いた非線形解析を行うことによりパケット交換ネットワークの包括的なトラフィック解析を行う工程とを含む。
【００１６】また、本発明のパケット交換ネットワークのトラフィック解析方法は、特定の観測ホストよりパケット交換ネットワーク内の様々なホストへ探索用パケットを発信して往復経路を検出する工程と、検出された往復経路の往復時間を計測する工程と、前記往復経路と前記往復時間とを併せたデータセットが必要数得られたかどうかを判定する工程と、得られたデータセットから前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を作成し入力ベクトルおよび教師信号を作成する工程と、作成された入力ベクトルおよび教師信号を用いてニューラルネットを学習させる工程と、学習されたニューラルネットに単位ベクトルを入力して前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力する工程とを含む。
【００１７】さらに、本発明のパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置は、探索用パケットを発信することにより往復経路を検出する往復経路検出部と、この往復経路検出部による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計る往復時間計測部と、前記往復経路検出部で検出された往復経路と前記往復時間計測部で計測された往復時間とを併せたデータセットを蓄積し前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を出力するデータベースと、このデータベースから出力された連立一次方程式から目標データを作成する目標データ作成部と、前記データベースから出力された連立一次方程式から入力データを作成する入力データ作成部と、前記入力データ作成部により作成された入力データを入力し前記目標データ作成部により作成された目標データを参照して前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力する知識処理部とを有する。
【００１８】さらにまた、本発明のパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置は、探索用パケットを発信することにより往復経路を検出する往復経路検出部と、この往復経路検出部による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計る往復時間計測部と、前記往復経路検出部で検出された往復経路と前記往復時間計測部で計測された往復時間とを併せたデータセットを蓄積し前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を出力するデータベースと、このデータベースから出力された連立一次方程式から入力ベクトルおよび教師信号を作成する入力ベクトル・教師信号作成部と、前記データベースから出力された連立一次方程式から単位ベクトルを作成する単位ベクトル作成部と、前記入力ベクトル・教師信号作成部により作成された入力ベクトルを入力し前記教師信号に応じて学習し前記単位ベクトル作成部により作成された単位ベクトルに基づいて前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力するニューラルネットとを有する。
【００１９】一方、本発明の記録媒体は、コンピュータを、特定の観測ホストよりパケット交換ネットワーク内の様々なホストへ探索用パケットを発信する手順，前記探索用パケットにより検出された往復経路とその往復時間とを併せたデータセットを収集する手順，および収集されたデータセットに対して知識処理を用いた非線形解析を行うことによりパケット交換ネットワークの包括的なトラフィック解析を行う手順を実行させるためのプログラムを記録する。
【００２０】また、本発明の記録媒体は、コンピュータを、特定の観測ホストよりパケット交換ネットワーク内の様々なホストへ探索用パケットを発信して往復経路を検出する手順，検出された往復経路の往復時間を計測する手順，前記往復経路と前記往復時間とを併せたデータセットが必要数得られたかどうかを判定する手順，得られたデータセットから前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を作成し入力ベクトルおよび教師信号を作成する手順，作成された入力ベクトルおよび教師信号を用いてニューラルネットを学習させる手順，および学習されたニューラルネットに単位ベクトルを入力して前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力する手順を実行させるためのプログラムを記録する。
【００２１】さらに、本発明の記録媒体は、コンピュータを、探索用パケットを発信することにより往復経路を検出する往復経路検出部，この往復経路検出部による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計る往復時間計測部，前記往復経路検出部で検出された往復経路と前記往復時間計測部で計測された往復時間とを併せたデータセットを蓄積し前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を出力するデータベース，このデータベースから出力された連立一次方程式から目標データを作成する目標データ作成部，前記データベースから出力された連立一次方程式から入力データを作成する入力データ作成部，および前記入力データ作成部により作成された入力データを入力し前記目標データ作成部により作成された目標データを参照して前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力する知識処理部として機能させるためのプログラムを記録する。
【００２２】さらにまた、本発明の記録媒体は、コンピュータを、探索用パケットを発信することにより往復経路を検出する往復経路検出部，この往復経路検出部による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計る往復時間計測部，前記往復経路検出部で検出された往復経路と前記往復時間計測部で計測された往復時間とを併せたデータセットを蓄積し前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を出力するデータベース，このデータベースから出力された連立一次方程式から入力ベクトルおよび教師信号を作成する入力ベクトル・教師信号作成部，前記データベースから出力された連立一次方程式から単位ベクトルを作成する単位ベクトル作成部，および前記入力ベクトル・教師信号作成部により作成された入力ベクトルを入力し前記教師信号に応じて学習し前記単位ベクトル作成部により作成された単位ベクトルに基づいて前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力するニューラルネットとして機能させるためのプログラムを記録する。
【００２３】本発明のトラフィック解析方法および装置では、パケット交換ネットワーク内の通信対象となるホストへ探索用パケットを発信することで、解析に必要な往復経路と往復時間とを併せたデータセットを収集する。次に、収集したデータセットをもとに往復経路として得られた各リンクにそのリンクを通過する所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を作成し、この連立一次方程式に対して知識処理を用いて非線形解析を行い解を求める。各解は、該当するリンクを通過するのに要した所用時間であるので、解の集合としてパケット交換ネットワーク内の各トラフィックを包括的に解析した結果を取得できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】図１は、本発明の第１の実施の形態に係るトラフィック解析装置１１０の構成を示すブロック図である。本実施の形態に係るトラフィック解析装置１１０は、往復経路検出部１１１と、往復時間計測部１１２と、データベース１１３と、入力ベクトル・教師信号作成部１１４と、単位ベクトル作成部１１５と、ニューラルネット１１６とから構成される。以下、本実施の形態では、知識処理の一例としてニューラルネット１１６を用いて説明する。
【００２６】往復経路検出部１１１は、探索用パケットをトラフィックデータ収集パケットとして発信することにより往復経路を検出する。
【００２７】探索用パケットは、そのヘッダ部分に、宛先ホスト（往復経路検出部１１１のある観測ホスト１）のアドレス，宛先ホスト上の通信相手名（架空の名前），発信元ホスト（往復経路検出部１１１のある観測ホスト１）のアドレス，発信元ホスト上の発信者名（往復経路検出部１１１），および経由点（往復経路を知りたいホスト）のアドレスが設定され、データ部分を持たないパケットである。例えば、ＩＰ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）パケットでは、ＳＲＲ（ＳｏｕＲｃｅ Ｒｏｕｔｅ）オプションを用いることで任意の点を経由して通信することができる。
【００２８】往復時間計測部１１２は、往復経路検出部１１１により往復経路が取得された後、往復時間を計るための時間計測用パケットをトラフィックデータ収集パケットとして１つ発信し、そのエラーが帰って来る往復時間を計る。例えば、ＩＰパケットでは、ｐｒｉｎｇコマンドを用いることによって個別の通信相手に対してその往復時間を計測することができる。
【００２９】データベース１１３は、往復経路検出部１１１で検出された往復経路と、往復時間計測部１１２で計測された往復時間とを併せたデータセットを蓄積し、パケット交換ネットワークの各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を作成する。
【００３０】入力ベクトル・教師信号作成部１１４は、データベース１１３から出力された連立一次方程式から入力ベクトルおよび教師信号を作成する。
【００３１】単位ベクトル作成部１１５は、データベース１１３から出力された連立一次方程式から単位ベクトルを作成する。
【００３２】ニューラルネット１１６は、入力ベクトル・教師信号作成部１１４により作成された入力ベクトルを入力し教師信号を参照して学習し、単位ベクトル作成部１１５により作成された単位ベクトルを入力して各リンクの所用時間を出力する。ニューラルネット１１６は、入力層が用意した変数の数に等しいノードを持ち、出力層は１つとする。なお、中間層をどのようにとるかは、ニューラルネット１１６の情報量基準に関するので、一概にはいえない。入力データの個数によっても変わってくるが、一般的な３層で、中間層は入力層の１／３〜１／４程度で十分である。
【００３３】図２を参照すると、本発明の第１の実施の形態に係るトラフィック解析方法の手順は、往復経路検出ステップＳ１０１と、往復時間計測ステップＳ１０２と、データセット必要数判定ステップＳ１０３と、入力ベクトルおよび教師信号作成ステップＳ１０４と、ニューラルネット学習ステップＳ１０５と、各リンク所用時間関係出力ステップＳ１０６とからなる。
【００３４】図３は、本発明の第１の実施の形態に係るトラフィック解析装置１１０によりトラフィックが解析されるパケット交換ネットワークの一例を示す。このパケット交換ネットワークは、１個の観測ホスト１と、３個のホスト２〜４と、４個のルータ５〜８とからなるインターネットのような大規模開放型のパケット交換ネットワークである。各ホスト〜ルータ間およびルータ〜ルータ間の実線は、それぞれを結合するリンク（通信回線) ９〜１３を表している。なお、本実施の形態に係るトラフィック解析装置１１０は、観測ホスト１上に搭載される。
【００３５】次に、このように構成された第１の実施の形態に係るパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置１１０の動作について、図１ないし図３を用いて説明する。
【００３６】まずは、往復経路検出部１１１は、探索用パケットを発信することにより、観測ホスト１よりパケット交換ネットワーク内の各ホスト２〜４へ至る往復経路を検出する（ステップＳ１０１）。
【００３７】詳しくは、往復経路検出部１１１は、まず探索用パケットの寿命に１を設定してから探索用パケットを発信する。この探索用パケットは、ルータを１個分リレーされた時点で寿命切れエラーが発生し、当該ルータが観測ホスト１へエラー通知を返す。例えば、ＩＰパケットの場合には、ＩＣＰＭ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅｓｓａｇｅ Ｐｒｏｔｃｏｌ）エラーが返される。
【００３８】往復経路検出部１１１は、エラー通知を受け取った後、今度は探索用パケットの寿命に２を設定してから探索用パケットを発信する。この探索用パケットは、ルータを２個分リレーされた時点で寿命切れエラーが発生し、当該ルータが観測ホスト１へエラー通知を返す。
【００３９】この手順を繰り返すことで、寿命を１ずつ増やされた探索用パケットをリレーしたルータは、次々とエラー通知を返してくる。
【００４０】探索用パケットが、経路を知りたいホストと、往復経路検出部１１１のある観測ホスト１との間をブーメランのように往復して、宛先ホストでもある観測ホスト１に戻ってくると、通信相手名は架空の名前なので、観測ホスト１は探索用パケットの差出人、つまり観測ホスト１自身にある往復経路検出部１１１に、通信相手がいないというエラーを返す。
【００４１】往復経路検出部１１１は、この通信相手がいないというエラーを受け取ると、寿命を１ずつ増やしながら探索用パケットを送信する処理を止める。
【００４２】次に、往復経路検出部１１１は、これまでに返された探索用パケットのエラー通知から、エラー通知を出したルータやホストのアドレスを集めることで、最終的に探索用パケットがリレーされた経路、すなわち観測ホスト１から経由点を通って観測ホスト１に至る経路（つまり、観測ホスト１と経由点との往復経路）を知ることができる。
【００４３】往復経路の取得は、既述したように手間がかかり、探索用パケットを１つ発信してすぐ求められるものではない。例えば、ホストＡからホストＢへパケットを送る際、片道１０個のルータをリレーされるような場合は、往復分の寿命を１〜２０まで設定した２０個分の探索用パケットを発信し、リレーを行う各ルータが返すエラー通知を２０個収集する必要がある。
【００４４】例えば、観測ホスト１〜ホスト２の往復経路が、リンク９→リンク１３→リンク１２になり、観測ホスト１〜ホスト３の往復経路が、リンク１２→リンク１３→リンク１０→リンク１１→リンク１３→リンク９になり、観測ホスト１〜ホスト４の往復経路が、リンク１２→リンク１１→リンク１０→リンク９になったとする。
【００４５】同時に、往復時間計測部１１２は、観測ホスト１とホスト２〜４との往復時間を計測する（ステップＳ１０２）。詳しくは、往復時間計測部１１２は、時間計測用パケットをトラフィックデータ収集パケットとして１つ発信し、そのエラーが帰って来る往復時間を計る。
【００４６】例えば、観測ホスト１〜ホスト２の往復時間が１０秒、観測ホスト１〜ホスト３の往復時間が５０秒、観測ホスト１〜ホスト４の往復時間が４０秒になったとする。
【００４７】予め定められた必要数の往復経路および往復時間からなるデータセットが得られると（ステップ１０３でイエス）、データベース１１３は、各リンクに対し、そのリンクを通過するのに要した時間（所用時間）を表す変数を１つ割り当て、連立一次方程式を作成する。図３では、各リンク９〜１３に、変数ａ〜ｅがそれぞれ割り当てられている。
【００４８】以上より、例えば観測ホスト１〜ホスト２の往復時間に関して、方程式：ａ＋ｄ＋ｅ＝１０を立てることができる。同様に、観測ホスト１〜ホスト３の往復時間に関しては、方程式：ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋２ｅ＝５０、観測ホスト１〜ホスト４の往復時間に関しては、方程式：ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝４０なる方程式を立てることができる。これら３つの方程式は、連立一次方程式を構成する。
【００４９】次に、この連立一次方程式およびａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ＞＝０を制約式として、各変数ａ〜ｅの値の範囲をＬＰ（線形計画) 問題として解くわけであるが、ＬＰ問題として解いた場合は最大値をとれる変数が１つ求まるだけである。計測したデータセットは、変化の激しいパケット交換ネットワーク内の往復時間を、時間をずらしながらある瞬間ごとに計っていったものであり、計測時刻の違いにより当然ある程度の矛盾を含んでいる。したがって、実用上は、最大値をとる変数をただ１つ求めるのではなく、最大値の近傍にある変数群 (最大値をとる確率が高い変数群) を求める方が、有益な情報を含んでいる。このため、ニューラルネット１１６を利用した非線形解析 (線形モデルの近似) を行うことで、各解の近似値を求めることにする。
【００５０】入力ベクトル・教師信号作成部１１４は、各変数ａ〜ｅに１から始まる連続した自然数を割り当て、データベース１１３から連立一次方程式を入力して、入力ベクトルおよび教師信号を出力する（ステップＳ１０４）。この例では、ａに１、ｂに２、以下ｅに５を割り当てる。変数の係数がｎであった場合、成分には１ではなく１／ｎを設定する。教師信号には、計測した往復時間を最大往復時間で正規化して利用する。
【００５１】例えば、観測ホスト１〜ホスト２の往復時間に関する方程式は、入力ベクトル：（１, ０, ０, １, １) 、教師信号：０．２（最大往復時間５０で正規化。以下同様）となり、観測ホスト１〜ホスト３の往復時間に関する方程式は、入力ベクトル：（１, １, １, １, ０. ５) 、教師信号：１．０となり、観測ホスト１〜ホスト４の往復時間に関する方程式は、入力ベクトル：（１, １, １, １, ０)、教師信号：０．８となる。
【００５２】以上の入力ベクトルおよび教師信号をもとに、ニューラルネット１１６は、学習を行う（ステップＳ１０５）。
【００５３】また、単位ベクトル作成部１１５は、変数ａ〜ｅの数に等しい次元の入力ベクトルを考え、方程式に含まれる変数と同じ番号を持つ成分を１に、それ以外を０にした単位ベクトルを作成する。
【００５４】学習を終えたニューラルネット１１６は、単位ベクトル作成部１１５により作成された単位ベクトルを順次入力し、各リンクの所用時間の関係を出力する（ステップＳ１０６）。出力データは各変数ａ〜ｅの近似解となっており、出力データの大小は各変数ａ〜ｅの近似解の大小と等しい。したがって、出力データの大きさを比較することで、所用時間の大きいリンク、すなわちパケット交換ネットワーク内のボトルネックを検出することが可能になる。
【００５５】なお、上記実施の形態では、知識処理による非線形解析を行う部分をニューラルネット１１６としたが、ファジィ，遺伝的アルゴリズム，カオス等の他の知識処理を使用することもできる。このようにした場合、一般的には、入力ベクトル・教師信号作成部１１４を目標データ作成部、単位ベクトル作成部１１５を入力データ作成部、ニューラルネット１１６を知識処理部とすればよい。
【００５６】また、往復時間計測部１１２を、往復経路検出部１１１による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計るための時間計測用パケットを１つ発信して、そのエラーが帰って来る時間を計るものとしたが、時間計測用パケットを用いることなしに、往復経路検出部１１１による探索用パケットの発信から計時を開始して、そのエラーが帰って来る時間を計るようにしてもよい。
【００５７】次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００５８】図４を参照すると、本発明の第２の実施の形態に係るパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置は、キーボード，マウス等の入力装置４１と、コンピュータでなるデータ処理装置４２と、磁気ディスク装置等でなる記憶装置４３と、画像表示装置，印刷装置等でなる出力装置４４と、トラフィック解析プログラムを記録する記録媒体４５とから構成されている。記録媒体４５は、磁気ディスク，半導体メモリ，その他の記録媒体であってよい。
【００５９】このように構成された第２の実施の形態に係るパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置では、トラフィック解析プログラムは記録媒体４５からデータ処理装置４２に読み込まれ、データ処理装置４２の動作を往復経路検出部１１１，往復時間計測部１１２，入力ベクトル・教師信号作成部１１４，単位ベクトル作成部１１５，およびニューラルネット１１６として制御するとともに、記憶装置４３上にデータベース１１３を形成する。トラフィック解析プログラムの制御によるデータ処理装置４２の動作は、図１ないし図３に示した第１の実施の形態に係るパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置の場合と全く同様になるので、その詳しい説明を割愛する。
【００６０】
【発明の効果】本発明の効果は、体系的なトラフィックデータの収集が難しい多くの組織から構成されるインターネットなどの大規模開放型のパケット交換ネットワーク内のボトルネックを検出でき、経路制御に応用することができることである。
【００６１】その第１の理由は、知識処理（ニューラルネット等) を用いた非線形解析を行うことで、パケット交換ネットワーク内の全ルータからトラフィックデータを収集せずとも、解析を行う範囲に限って収集すれば済むようになったからである。
【００６２】また、第２の理由は、解析に必要なトラフィックデータとして、解析対象ホストへ至る往復経路とその往復時間という、１個所の観測ホストから効率的に収集できるデータを用いたからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るパケット交換ネットワークのトラフィック解析方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】本実施の形態に係るトラフィック解析装置によりトラフィックが解析されるパケット交換ネットワークの一例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置の構成を示すブロック図である。
【図５】従来のトラフィック解析技術を説明する図である。
【符号の説明】
１ 観測ホスト
２〜４ ホスト
５〜８ ルータ
９〜１３ リンク
４１ 入力装置
４２ データ処理装置
４３ 記憶装置
４４ 出力装置
４５ 記録媒体
１１０ トラフィック解析装置
１１１ 往復経路検出部
１１２ 往復時間計測部
１１３ データベース
１１４ 入力ベクトル・教師信号作成部（目標データ作成部）
１１５ 単位ベクトル作成部（入力データ作成部）
１１６ ニューラルネット（知識処理部)
Ｓ１０１ 往復経路検出ステップ
Ｓ１０２ 往復時間計測ステップ
Ｓ１０３ データセット必要数判定ステップ
Ｓ１０４ 入力ベクトルおよび教師信号作成ステップ
Ｓ１０５ ニューラルネット学習ステップ
Ｓ１０６ 各リンク所用時間関係出力ステップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 通信を行うホスト間の往復経路を検出できる機能を備えるとともに、その往復時間を測定できる機能を備えたパケット交換ネットワークのトラフィック解析方法において、特定の観測ホストよりパケット交換ネットワーク内の様々なホストへ探索用パケットを発信する工程と、前記探索用パケットにより検出された往復経路とその往復時間とを併せたデータセットを収集する工程と、収集されたデータセットに対して知識処理を用いた非線形解析を行うことによりパケット交換ネットワークの包括的なトラフィック解析を行う工程とを含むことを特徴とするパケット交換ネットワークのトラフィック解析方法。
【請求項２】 特定の観測ホストよりパケット交換ネットワーク内の様々なホストへ探索用パケットを発信して往復経路を検出する工程と、検出された往復経路の往復時間を計測する工程と、前記往復経路と前記往復時間とを併せたデータセットが必要数得られたかどうかを判定する工程と、得られたデータセットから前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を作成し入力ベクトルおよび教師信号を作成する工程と、作成された入力ベクトルおよび教師信号を用いてニューラルネットを学習させる工程と、学習されたニューラルネットに単位ベクトルを入力して前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力する工程とを含むことを特徴とするパケット交換ネットワークのトラフィック解析方法。
【請求項３】 前記往復時間の計測が、前記往復経路の検出後に該往復経路の往復時間を計るための時間計測用パケットを１つ発信して、そのエラーが帰って来る時間を計ることにより行われる請求項１または２記載のパケット交換ネットワークのトラフィック解析方法。
【請求項４】 前記往復時間の計測が、前記探索用パケットの発信から計時を開始して、そのエラーが帰って来る時間を計ることにより行われる請求項１または２記載のパケット交換ネットワークのトラフィック解析方法。
【請求項５】 探索用パケットを発信することにより往復経路を検出する往復経路検出部と、この往復経路検出部による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計る往復時間計測部と、前記往復経路検出部で検出された往復経路と前記往復時間計測部で計測された往復時間とを併せたデータセットを蓄積し前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を出力するデータベースと、このデータベースから出力された連立一次方程式から目標データを作成する目標データ作成部と、前記データベースから出力された連立一次方程式から入力データを作成する入力データ作成部と、前記入力データ作成部により作成された入力データを入力し前記目標データ作成部により作成された目標データを参照して前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力する知識処理部とを有することを特徴とするパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置。
【請求項６】 探索用パケットを発信することにより往復経路を検出する往復経路検出部と、この往復経路検出部による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計る往復時間計測部と、前記往復経路検出部で検出された往復経路と前記往復時間計測部で計測された往復時間とを併せたデータセットを蓄積し前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を出力するデータベースと、このデータベースから出力された連立一次方程式から入力ベクトルおよび教師信号を作成する入力ベクトル・教師信号作成部と、前記データベースから出力された連立一次方程式から単位ベクトルを作成する単位ベクトル作成部と、前記入力ベクトル・教師信号作成部により作成された入力ベクトルを入力し前記教師信号に応じて学習し前記単位ベクトル作成部により作成された単位ベクトルに基づいて前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力するニューラルネットとを有することを特徴とするパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置。
【請求項７】 前記往復時間計測部が、前記往復経路検出部による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計るための時間計測用パケットを１つ発信して、そのエラーが帰って来る時間を計る請求項５または６記載のパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置。
【請求項８】 前記往復時間計測部が、前記往復経路検出部による探索用パケットの発信から計時を開始して、そのエラーが帰って来る時間を計る請求項５または６記載のパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置。
【請求項９】 コンピュータを、特定の観測ホストよりパケット交換ネットワーク内の様々なホストへ探索用パケットを発信する手順，前記探索用パケットにより検出された往復経路とその往復時間とを併せたデータセットを収集する手順，および収集されたデータセットに対して知識処理を用いた非線形解析を行うことによりパケット交換ネットワークの包括的なトラフィック解析を行う手順を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項１０】 コンピュータを、特定の観測ホストよりパケット交換ネットワーク内の様々なホストへ探索用パケットを発信して往復経路を検出する手順，検出された往復経路の往復時間を計測する手順，前記往復経路と前記往復時間とを併せたデータセットが必要数得られたかどうかを判定する手順，得られたデータセットから前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を作成し入力ベクトルおよび教師信号を作成する手順，作成された入力ベクトルおよび教師信号を用いてニューラルネットを学習させる手順，および学習されたニューラルネットに単位ベクトルを入力して前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力する手順を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項１１】 コンピュータを、探索用パケットを発信することにより往復経路を検出する往復経路検出部，この往復経路検出部による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計る往復時間計測部，前記往復経路検出部で検出された往復経路と前記往復時間計測部で計測された往復時間とを併せたデータセットを蓄積し前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を出力するデータベース，このデータベースから出力された連立一次方程式から目標データを作成する目標データ作成部，前記データベースから出力された連立一次方程式から入力データを作成する入力データ作成部，および前記入力データ作成部により作成された入力データを入力し前記目標データ作成部により作成された目標データを参照して前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力する知識処理部として機能させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項１２】 コンピュータを、探索用パケットを発信することにより往復経路を検出する往復経路検出部，この往復経路検出部による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計る往復時間計測部，前記往復経路検出部で検出された往復経路と前記往復時間計測部で計測された往復時間とを併せたデータセットを蓄積し前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を出力するデータベース，このデータベースから出力された連立一次方程式から入力ベクトルおよび教師信号を作成する入力ベクトル・教師信号作成部，前記データベースから出力された連立一次方程式から単位ベクトルを作成する単位ベクトル作成部，および前記入力ベクトル・教師信号作成部により作成された入力ベクトルを入力し前記教師信号に応じて学習し前記単位ベクトル作成部により作成された単位ベクトルに基づいて前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力するニューラルネットとして機能させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項１】 通信を行うホスト間の往復経路を検出できる機能を備えるとともに、その往復時間を測定できる機能を備えたパケット交換ネットワークのトラフィック解析方法において、特定の観測ホストよりパケット交換ネットワーク内の様々なホストへ探索用パケットを発信する工程と、前記探索用パケットにより検出された往復経路とその往復時間とを併せたデータセットを収集する工程と、収集されたデータセットに対して知識処理を用いた非線形解析を行うことによりパケット交換ネットワークの包括的なトラフィック解析を行う工程とを含むことを特徴とするパケット交換ネットワークのトラフィック解析方法。
【請求項２】 特定の観測ホストよりパケット交換ネットワーク内の様々なホストへ探索用パケットを発信して往復経路を検出する工程と、検出された往復経路の往復時間を計測する工程と、前記往復経路と前記往復時間とを併せたデータセットが必要数得られたかどうかを判定する工程と、得られたデータセットから前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を作成し入力ベクトルおよび教師信号を作成する工程と、作成された入力ベクトルおよび教師信号を用いてニューラルネットを学習させる工程と、学習されたニューラルネットに単位ベクトルを入力して前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力する工程とを含むことを特徴とするパケット交換ネットワークのトラフィック解析方法。
【請求項３】 前記往復時間の計測が、前記往復経路の検出後に該往復経路の往復時間を計るための時間計測用パケットを１つ発信して、そのエラーが帰って来る時間を計ることにより行われる請求項１または２記載のパケット交換ネットワークのトラフィック解析方法。
【請求項４】 前記往復時間の計測が、前記探索用パケットの発信から計時を開始して、そのエラーが帰って来る時間を計ることにより行われる請求項１または２記載のパケット交換ネットワークのトラフィック解析方法。
【請求項５】 探索用パケットを発信することにより往復経路を検出する往復経路検出部と、この往復経路検出部による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計る往復時間計測部と、前記往復経路検出部で検出された往復経路と前記往復時間計測部で計測された往復時間とを併せたデータセットを蓄積し前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を出力するデータベースと、このデータベースから出力された連立一次方程式から目標データを作成する目標データ作成部と、前記データベースから出力された連立一次方程式から入力データを作成する入力データ作成部と、前記入力データ作成部により作成された入力データを入力し前記目標データ作成部により作成された目標データを参照して前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力する知識処理部とを有することを特徴とするパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置。
【請求項６】 探索用パケットを発信することにより往復経路を検出する往復経路検出部と、この往復経路検出部による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計る往復時間計測部と、前記往復経路検出部で検出された往復経路と前記往復時間計測部で計測された往復時間とを併せたデータセットを蓄積し前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を出力するデータベースと、このデータベースから出力された連立一次方程式から入力ベクトルおよび教師信号を作成する入力ベクトル・教師信号作成部と、前記データベースから出力された連立一次方程式から単位ベクトルを作成する単位ベクトル作成部と、前記入力ベクトル・教師信号作成部により作成された入力ベクトルを入力し前記教師信号に応じて学習し前記単位ベクトル作成部により作成された単位ベクトルに基づいて前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力するニューラルネットとを有することを特徴とするパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置。
【請求項７】 前記往復時間計測部が、前記往復経路検出部による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計るための時間計測用パケットを１つ発信して、そのエラーが帰って来る時間を計る請求項５または６記載のパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置。
【請求項８】 前記往復時間計測部が、前記往復経路検出部による探索用パケットの発信から計時を開始して、そのエラーが帰って来る時間を計る請求項５または６記載のパケット交換ネットワークのトラフィック解析装置。
【請求項９】 コンピュータを、特定の観測ホストよりパケット交換ネットワーク内の様々なホストへ探索用パケットを発信する手順，前記探索用パケットにより検出された往復経路とその往復時間とを併せたデータセットを収集する手順，および収集されたデータセットに対して知識処理を用いた非線形解析を行うことによりパケット交換ネットワークの包括的なトラフィック解析を行う手順を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項１０】 コンピュータを、特定の観測ホストよりパケット交換ネットワーク内の様々なホストへ探索用パケットを発信して往復経路を検出する手順，検出された往復経路の往復時間を計測する手順，前記往復経路と前記往復時間とを併せたデータセットが必要数得られたかどうかを判定する手順，得られたデータセットから前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を作成し入力ベクトルおよび教師信号を作成する手順，作成された入力ベクトルおよび教師信号を用いてニューラルネットを学習させる手順，および学習されたニューラルネットに単位ベクトルを入力して前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力する手順を実行させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項１１】 コンピュータを、探索用パケットを発信することにより往復経路を検出する往復経路検出部，この往復経路検出部による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計る往復時間計測部，前記往復経路検出部で検出された往復経路と前記往復時間計測部で計測された往復時間とを併せたデータセットを蓄積し前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を出力するデータベース，このデータベースから出力された連立一次方程式から目標データを作成する目標データ作成部，前記データベースから出力された連立一次方程式から入力データを作成する入力データ作成部，および前記入力データ作成部により作成された入力データを入力し前記目標データ作成部により作成された目標データを参照して前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力する知識処理部として機能させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【請求項１２】 コンピュータを、探索用パケットを発信することにより往復経路を検出する往復経路検出部，この往復経路検出部による往復経路の取得後に該往復経路の往復時間を計る往復時間計測部，前記往復経路検出部で検出された往復経路と前記往復時間計測部で計測された往復時間とを併せたデータセットを蓄積し前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクに所用時間を表す変数を割り当てた連立一次方程式を出力するデータベース，このデータベースから出力された連立一次方程式から入力ベクトルおよび教師信号を作成する入力ベクトル・教師信号作成部，前記データベースから出力された連立一次方程式から単位ベクトルを作成する単位ベクトル作成部，および前記入力ベクトル・教師信号作成部により作成された入力ベクトルを入力し前記教師信号に応じて学習し前記単位ベクトル作成部により作成された単位ベクトルに基づいて前記パケット交換ネットワークを構成する各リンクの所用時間を出力するニューラルネットとして機能させるためのプログラムを記録した記録媒体。
【図１】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【図３】
【図２】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０００−３２０３８（Ｐ２０００−３２０３８Ａ）
【公開日】平成１２年１月２８日（２０００．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−１９７８８８
【出願日】平成１０年７月１４日（１９９８．７．１４）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１２年１月２８日（２０００．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１０年７月１４日（１９９８．７．１４）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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