業務及び研究の報告

先端ネットワーク環境研究部門
Advanced Networked Environment Research Division


1.部門スタッフ

教授 村田正幸
略歴:1982 年3 月大阪大学基礎工学部情報工学科卒業、1984 年3 月大阪大学大学院基礎工学研究科博士前期課程物理系専攻修了。同年4月日本アイ・ビー・エム株式会社入社、同東京基礎研究所を経て、1987年9 月大阪大学大型計算機センター助手、1989年2 月大阪大学基礎工学部助手、1991 年8月大阪大学基礎工学部講師、1992 年12 月大阪大学基礎工学部(改組により、現在、大阪大学大学院基礎工学研究科)助教授、1999 年4 月大阪大学大学院基礎工学研究科教授、2000 年4 月より、大阪大学サイバーメディアセンター先端ネットワーク環境研究部門教授。IEEE、ACM、The InternetSociety、SPIE、電子情報通信学会、情報処理学会各会員。1988 年工学博士(大阪大学)。

助手 長谷川剛
略歴:1995年3月大阪大学基礎工学部情報工学科退学。1997年3月大阪大学大学院基礎工学研究科博士前期課程修了。1997年6月大阪大学大学院基礎工学研究科博士後期課程退学。同年7月大阪大学経済学部助手。1998年4月大阪大学大学院経済学研究科助手。2000年7月大阪大学サイバーメディアセンター先端ネットワーク環境研究部門助手。電子情報通信学会、The Internet Society各会員。2000年工学博士(大阪大学)。

2.研究概要: 高品質インターネットの実現に向けた技術課題

本章では、先端ネットワーク環境研究部門における今年度の研究概要を述べるため、まず、現状のネットワークにおける技術課題をまとめる。研究内容の詳細については次章において順次紹介していく。
 現状のインターネットは、ユーザの我慢の上に成り立っているといっても過言ではない。データ系通信サービスの通信保証技術に関する議論もあるが、データ系の通信保証は原理的に不可能である。例えば、「ユーザに対して64Kbps を保証する」といった場合、アクセス回線のみを保証し、その先は当然のことながら何も保証されない、半ば詐欺まがいのサービスも存在する。帯域保証を実現しようとすれば「呼損」の発生は避けられなくなり、データ系通信サービスと相容れないサービスが実現されてしまう。すなわち、データ系通信サービスにおいて通信品質を保証するという概念はそもそも存在しないと言える。最近のSLA (Service Level Agreement) の議論の中ではパケット遅延・棄却率などをQoS 保証項目として挙げる例もあるが、パケット交換ネットワークでは原理的にパケット遅延・棄却率を保証する手段はない。また、高品質インターネットで目指すべきは、パケットレベルのQoS 項目ではなく、ユーザレベルにおけるQoS、例えばWeb のドキュメントダウンロード遅延などであり、それをいかに高速化していくかが高品質インターネットの実現に課せられた課題であろう。
 以上に述べたような高品質インターネットを実現していくための技術課題として、本研究部門では、現在、以下の諸問題に取り組んでいる。



課題1:実時間マルチメディアQoS 保証の実現
これまで実時間系QoS 保証の実現については、RSVP (Resource Reservation Protocol)に基づく帯域予約のしくみが提案されてきた。しかし、一方でスケーラビリティの問題(コネクション数の増大に対してルータにおけるパケットスケジューリングアルゴリズムの複雑さが増すこと、地域的な拡がりに対してシグナリングトラヒックが増すこと)も指摘されている。おそらく、これらの問題により、RSVP ベースのネットワークは限られた範囲で、高機能サービスが必要な場合には導入さ
れ、運用されていくことになろう。一方、実時間アプリケーションを、RSVP を利用せずに動作させる場合は、積極的な輻輳制御が必要になる。すなわち、エンドホストが輻輳制御を行うという現状のインターネットの基本理念を受け継いでいくためには、実時間トラヒックもTCP と同様の輻輳制御を行い、ネットワーク輻輳による破綻を防がねばならない。そのようなしくみの積極的な導入が今後必要である。
(関連研究については3.1節参照)

課題2:バックボーンの高速化

次世代インターネットのインフラがWDM(Wavelength Division Multiplexing)ベースになることに疑問の余地はないが、その実現形態については今後、十分な検討が必要である。現状のようにIP ルータ間をWDM で接続する場合、回線容量はWDM の波長分まちがいなく増大できるが、それはボトルネックが回線からIP ルータに移行することを示しているに過ぎない。今後はIP over WDMネットワークに適したネットワーク形態を明らかにしていく必要があろう。また、IP、WDM ネットワークそれぞれが有する機能をいかに分担していくかも重要な課題である。例えば、ネットワークの高信頼化を実現するために、IP の持つ経路制御WDM のプロテクション制御を有機的に結合していく必要がある。
(関連研究については3.4、3.6節参照)

課題3:パケット転送能力の高速化・高機能化
インターネットの急速な普及と、マルチメディアアプリケーションの増加により、より高速なパケット転送技術が要求されている。特に、光通信技術の導入が進めば、ボトルネックが回線からルータに移行するのは明らかである。ルータにおけるパケット転送能力を高めるためには、ルーティングテーブル検索技術向上の他、マルチプロセッサによる処理の最適化などを考慮した新しいパケット転送技術が必要となる。また、ネットワークの高度化に伴い、単なるレイヤ3スイッチングだけでなく、フローごとの識別とそれぞれのフローに適したパケット転送を行うレイヤ4スイッチング、さらにはより高位の処理を行うパケット転送がルータに要求されるようになる。
(関連研究については3.1節、3.3節、3.4節参照)

課題4:プロトコルの高速化
従来、プロトコルの高速化に関しては、プロトコル処理のハードウェア化やパラレル化、軽量プロトコルの実現、エラー制御と輻輳制御の分離などが盛んに議論されてきた。しかし、インターネットの普及により、独自プロトコルはもはや通用しない。すなわち、TCP の性能をいかに向上させるかが今後の課題になる。重要な点は、プロトコルマイグレーションをいかに確保するかである。例えば、TCP Vegas は新しいTCP 版としてその性能は確かに向上しているが、現状で多く普及しているTCP Reno 版と混在している場合にはその性能は急激に劣化する。今後のプロトコルの高速化における議論では、単に従来のTCP 版に比較して向上しているかどうかではなく、プロトコルマイグレーションをいかに確保するかが重要であろう。
(関連研究については3.2、3.3節参照)

課題5:エンドホストの高速化
これまでのネットワークにおいては回線ボトルネック、あるいはルータボトルネックが問題となっていたが、それらは上記の課題を解決することによって回避できるであろう。しかし、ユーザに対する高品質な通信サービスを提供するためには、エンドホストの高速化も不可欠である。エンドホストの高速化は古くて新しい問題である。実際、これまでもエンドホストの高速化が試みられてきたが、TCP/IP ネットワークにおけるエンドホストの高速化として新たに捉える必要がある。例えば、Web サーバからのドキュメントダウンロードの例では、サーバ処理時間がすでに20%程度以上を占めるようになってきており、その割合は今後ますます増加する傾向にあり、その高速化は今後の重要な課題である。
(関連研究については3.3節参照)

課題6:ネットワーク機能の再配分
これまでインターネットは、エンドホストによるプロトコル処理により、自律分散的なネットワーク制御を実現してきた。しかし、現在TCP により実現されている輻輳制御は、本来ネットワーク制御機能であり、そのような役割分担が輻輳制御の高機能化を阻害しているとも言える。従って、今後、輻輳制御のネットワークにおけるサポートをいかに実現していくかが重要な課題のひとつであると言えよう。実際、RED、diff-serv、int-serv (RSVP)、ECN (Explicit Congestion Notification) などもこのような流れの一環として見ることができ、ネットワーク機能としてルータにおいてその実現が考えられている。ただし、過度の回帰はインターネットの自律分散というメリットをなくすため、その点を含めた検討が今後、重要である。
(関連研究については3.1、3.2、3.3、3.6節参照)

課題7:公平な通信サービスの実現

帯域をいかに公平に分配するかは、パケット交換ネットワークにおけるもっとも重要な機能のひとつである。しかし、残念ながら、TCP の輻輳制御のしくみは少なくとも短期的に見れば公平とはいえない。すなわち、いったんウィンドウサイズを下げるとなかなか大きくならないといった問題が発生する。特にRTT や回線容量の異なるユーザ間では本質的に不公平性を内包しており、そのためにはネットワークルータによる公平性向上のしくみが不可欠である。現状、例えばDRR (Deficit Round Robin) などが提案されているが、今後の更なる検討が必要である。また、TCP による輻輳制御という枠組みは、バグ、コードの改変などによって輻輳制御を行わないようにすることも可能である。実際、そのようなホストの存在も指摘されており、それがユーザ間の「公平なサービス」を阻害している。また、それが「サービスの有料化」実現の障害ともなっている。そのため「公平なサービス」を実現するためのしくみが重要である。
(関連研究については3.1、3.3節参照)

課題8:新しいネットワーク設計論の確立
電話網においては、ネットワークプロビジョニングに関する枠組みはすでに確立されている。これは、まず、目標呼損率から必要な回線容量を算出し、トラヒック測定によって、必要であれば回線増強を行うというフィードバックループによるものである。ただし、電話網の場合、(1)呼損率がユーザ品質として直結していること、(2)安定した成長のもとで過去の統計データによる将来予測が可能であること、(3)アーラン呼損式という基本的理論があること、(4)品質測定を行うことがすなわち呼損率を測ることであり、それは容易であること、などの理由により、パケット交換ネットワークと比較してQoS 保証が容易であった。一方、インターネットにおいては、(1)ネットワーク観測によって得られる測定データはパケット単位のものであるため、それがユーザQoS と直結しないこと、(2)インターネットの急激な成長によりトラヒック予測が困難であること、(3)アーラン呼損式に対応する基礎理論が存在しないこと、などにより、ネットワークプロビジョニングの方法論が確立されていない。ネットワークトラヒック測定から統計分析、回線容量設計というフィードバックループを前提とした、新しいネットワーク設計論の確立が急務である。
(関連研究については3.2、3.5節参照)

課題9:パケット交換ネットワークにおける基礎理論の確立
これまで長らく、パケット交換ネットワークの設計手法としてM/M/1 パラダイム(待ち行列理論)が用いられてきた。しかしながら、待ち行列理論によって明らかになるのはルータにおけるパケット待ち時間や棄却率などである。しかし、データ系のQoSはルータにおけるパケット待ち時間では決してない。アーラン呼損式(すなわち、電話網)では呼損率が得られるが、これはユーザレベルQoS に直結した指標であり、それがアーラン呼損式に基づいた電話網のネットワーク設計を有効なものにしてきた。一方、パケット交換ネットワークにおいては、ルータでのパケットの振る舞いはTCP、すなわち、フィードバック系システムが上位レベルにあることを前提に考慮しなければならず、それがインターネットにおける待ち行列理論の適用を無意味なものにしている。また、ユーザレベルQoS 項目としてパケットレベルの遅延や棄却率ではなく、アプリケーションレベルの性能指標が重要である。そのため、パケット交換ネットワークにおける基礎理論の再度の構築が必須である。その場合、TCP がフィードバックシステムであることを考えると、制御理論を適用した安定性、収束性に関する議論が有望である。
(関連研究については3.2節参照)

課題10:有線・無線統合網におけるデータ通信サービスの実現
無線ネットワーク技術と有線ネットワーク技術はおのおの独自の発展を遂げてきた。しかし、近年の無線技術の進展に伴って、無線ネットワークをラストホップとして、無線/有線ネットワークをいかにシームレスに統合するかが重要な課題になっている。そのため、まずは無線/有線を統合したシームレス通信を実現するためのネットワーク設計論の確立が急務の課題であろう。また、インターネットの発展に伴って、無線ネットワークにおけるデータ通信の実現方式もさらなる検討が必要になっている。
(関連研究については3.7節参照)

なお、以上の議論の詳細については、以下の文に述べられている。

3.研究成果と今後の展望

本研究グループでは、以下の7つの研究課題を設定し、それぞれの研究課題ごとに研究を進めてきた。 以下、各研究テーマにおける本年度の研究成果を述べる。

3.1 統合化マルチメディアQoS アーキテクチャに関する研究

マルチメディアコンテンツの配信、コンピュータ会議システムやインターネット電話など実時間アプリケーションがすでにインターネットで利用されているが、その品質が問題になっている。ユーザに対する通信品質保証を実現するためには、単にネットワークやエンドシステムを別個に考えるのではなく、それらを統合したQoS アーキテクチャが必要となる。本研究テーマでは、そのような考え方に基づきつつ、マルチメディアネットワークにおける通信品質保証の実現方法に関してさまざまな角度から検討を加え、QoS アーキテクチャのあるべき姿を探っている。

3.1.1 アクティブネットワークにおけるフィルタリングを用いた動画像マルチキャスト

実時間動画像マルチキャスト通信においては、ネットワーク環境やシステム性能などの違いによってさまざまに異なるクライアントの要求品質を満たすため、従来からサイマルキャスト、階層符号化などのアプリケーション層での制御手法が提案されてきた。しかしながら、網内で高機能なパケット処理が可能なアクティブネットワーク技術を用いることにより、帯域やエンドシステム資源をより効率的に利用できる適応型動画像マルチキャスト通信を実現することができる。本研究では、アクティブネットワーク上で効果的な実時間動画像マルチキャスト通信を実現するためのフレームワークを提案している。本手法では、動画像サーバやアクティブノードを根とし、それぞれ提供する動画像品質の異なる複数のマルチキャストセッションを組み合わせることにより、クライアントの様々な要求品質を満たす。そのため、動画像品質調整を行うアクティブノードを適切に選択し、マルチキャストツリーを構築するためのアルゴリズムを提案した。評価の結果、必要帯域を最小化するなどの目的に基づいてツリーを構築する提案アルゴリズムを用いることにより、従来手法と比較してより多くのマルチキャストセッションを設定することができ、効率的な動画像通信が可能であることを示している。

[関連発表論文]
  1. Hector Akamine, Naoki Wakamiya, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “On the construction of heterogeneous multicast distribution trees using filtering in an active network,” in Proceedings of Quality of future Internet Services Workshop (QofIS 2000), (Berlin), pp.272-284, September 2000.
  2. Hector Akamine, Naoki Wakamiya, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “An approach for heterogeneous video multicast using active networking,” in Proceedings of Second International Working Conference on Active Networks (IWAN 2000), (Tokyo), pp. 157-170, October 2000.
  3. Hector Akamine, Naoki Wakamiya and Hideo Miyahara,“Heterogeneous video multicast in an active network,”submitted to IEICE Transactions on Communications, January 2001.

3.1.2 ユーザ効用最大化を目的とした動画像実時間転送のための統合化資源割当

低遅延かつ高品質な動画像通信を提供するためには、資源予約型システム上に構築された動画像マルチキャスト通信において、それぞれ利用可能な資源量の異なるクライアントに対して限られた資源をシステム全体で効果的に割り当てることが必要となる。本研究では、ネットワークおよびエンドシステム双方の資源を考慮してシステム全体で統合的に資源割当を行う制御手法を提案し、実システム上への実装により提案手法の有効性の検証した。すなわち、帯域予約型ネットワークとリアルタイムOS を用いて構築した実システム上において、提案手法を用いてシステムの環境に応じて効率の良い資源割当を実現し、高品質な動画像をユーザに提供できることを示した。

[関連発表論文]
  1. Taketo Yamashita, Naoki Wakamiya, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “Implementation and evaluation of integrated resource allocation scheme for real-time video transfer to maximize users' utility,” in Proceedings of APCC 2000, (Seoul), pp. 390-394, October-November 2000.

3.1.3 リアルタイム・ノンリアルタイム統合化エンド間輻輳制御に関する研究

インターネットにおいて、TCP とUDP のコネクションが混在した場合、動画像通信に代表されるマルチメディアアプリケーションの生成する大量のUDP トラヒックがなんの制御も行なわれないまま転送されるため、輻輳制御を行うTCP の使用帯域を圧迫して極端な品質劣化を招く。そこで、本研究ではTCPと公平な動画像転送を実現するため、“TCP-friendly”の概念を導入したレート制御を対象に、動画像転送への適用可能性を検討し、効果的な制御手法を提案した。送出レートの設定手法やネットワーク状態の推定法、また適切な制御間隔に関する検討に基づき、動画像をRTT の約32倍の制御間隔でTCP の推定レートにあわせてMPEG-2 動画像をイントラスライス符号化して送出すれば、TCP との公平性を実現しつつ、高品質な動画像転送が可能であることを明らかにした。さらに、提案したレート制御方式を実装し、受信側エンドシステムにおける動画像品質評価や通信状態の観測を行うことにより実システムへの適用可能性を検討した。その結果、使用帯域に関してTCP と公平かつ高品質で安定した動画像通信がじゅうぶん実用に耐えうることを示した。

[関連発表論文]
  1. Masaki Miyabayashi, Naoki Wakamiya, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “Implementation of video transfer with TCP-friendly rate control protocol,” in Proceedings of International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications (ITCCSCC 2000), (Pusan), pp. 117-120, July 2000.
  2. Naoki Wakamiya, Masayuki Murata and Hideo Miy ahara,“TCP-friendly video transfer,” in Proceedings of SPIE International Symposium on Information Technologies 2000, (Boston), November 2000.
  3. Masaki Miyabayashi, Naoki Wakamiya, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “MPEG-TFRCP: Video transfer with TCP-friendly rate control protocol,” to be presented at IEEE International Conference on Communications 2001 (ICC 2001), June 2001.

3.1.4 ストリーミングメディアのプロキシキャッシングに関する研究

コンピュータの高性能化やアプリケーションのマルチメディア化にともない、インターネットにおける動画像トラヒックの占める割合は年々増加している。動画像トラヒックは定常的かつデータ量が多いため、ネットワークに与える負荷が大きく、輻輳の要因となる。その結果、マルチメディアアプリケーションの要求するリアルタイムな動画像通信を提供できないことが大きな問題となっている。WWW システムで今日広く用いられているプロキシ技術は、網内の中継システム(プロキシ)においてクライアントが過去に利用したデータを蓄積し、新たなデータ転送要求に対してサーバに代って蓄積データを転送することにより、サーバからの伝送遅延を隠蔽し、高速なマルチメディアデータ配送を実現するものである。動画像通信においてもプロキシ技術を用いることにより、ネットワークに大きな負荷を与えることなくアプリケーションの応答性を高めることができると考えられる。さらに、複数のクライアントがそれぞれ異なる品質の動画像を要求する動画像マルチキャスト通信に対して、プロキシにおいて蓄積データを適切に品質調整することにより、ネットワークを流れる動画像トラヒックを減らすと同時に、高品質な動画像を配送することができる。また、サーバから動画像データを取得する場合に比べて、それぞれの動画像通信セッションの往復伝搬遅延が小さくなるため、近年活発に研究が行われている実時間通信のためのレート制御を適用した場合にもより高い制御効果が期待される。そこで、本研究では、レート制御などの結果として与えられる利用可能な帯域の範囲内でユーザの要求を考慮した高品質な動画像通信を実現することのできるプロキシキャッシングアルゴリズムを提案している。提案アルゴリズムでは、クライアントの利用可能な帯域は時間によって変化することを考慮し、動画像ストリームを複数の固まりに分割し、蓄積、転送、再取得の単位とする。データ配送に用いられない空き帯域の利用法、プロキシのバッファが不足した際のデータ掃き出し手法の異なる複数のアルゴリズムを提案し、シミュレーションにより必要となるバッファサイズ、動画像再生開始までの遅延、提供される動画像品質などについて比較評価を行った。

[関連発表論文]
  1. Masahiro Sasabe, Naoki Wakamiya, Masayuki Murata, and Hideo Miyahara, “Proxy Caching Mechanisms with Video Quality Adjustment, submitted to SPIE ITCom 2001, February 2001

3.2 ネットワークにおけるフィードバックメカニズムの解明に関する研究

ネットワークの高速化、効率化の中心技術となるのが輻輳制御である。旧来の電話交換網における輻輳制御では、アーラン呼損式を核とするトラヒック理論がその理論的な支柱となってきた。一方、インターネットに代表されるコンピュータネットワークにおいては、待ち行列理論が古くから輻輳制御設計を解決するものとされてきた。しかしながら、インターネットにおいては、エンド間トランスポート層プロトコルであるTCPがネットワークの輻輳制御の役割も担っている。TCP は基本的にフィードバックメカニズムに基づくものであり、従来の待ち行列理論に代表されるマルコフ理論が意味をなさないのは自明である。本研究テーマでは、そのような考え方に基づき、ネットワークの輻輳制御の解明を目指した研究を進めている。

3.2.1 トランスポート層プロトコルのフィードバックメカニズムに関する研究

パケット交換ネットワークにおいて、データ転送系のサービスを効率的に収容するためには、フィードバック型の輻輳制御が不可欠である。フィードバック型の輻輳制御では、ネットワークからのフィードバック情報に応じて、送信側ホストからのトラヒック流入量を動的に制御する。これにより、ネットワーク内部でのパケット棄却を防ぐとともに、網資源の有効利用が可能となる。現在、広く普及しているTCP/IP ネットワークでは、フィードバック型の輻輳制御として、ウィンドウ型のフロー制御方式であるTCP が用いられているが、その改良に関する研究も盛んに行われている。なかでも、高い性能を示すものとしてTCP Vegas が最近注目されている。本研究では、TCP Vegas をもとにしたウィンドウ型のフロー制御方式を対象とし、その安定性と過渡特性を、制御理論を用いて明らかにした。さらに、解析結果に基づいて、制御パラメータの最適化制御を行うことによってシステムの性能が大幅に改善されることを示した。さらに、本研究では、多段接続されたネットワークにおいて、ネットワーク中に複数のボトルネックリンクが存在する場合を対象とした解析を行った。まず、定常状態における送信側ホストのウィンドウサイズや、ボトルネックリンクへ向かうバッファのバッファ内パケット数を導出した。さらに、定常状態におけるTCP コネクションのスループットを導出し、ウィンドウ型フロー制御方式の制御パラメータが、TCP コネクション間の公平性にどのような影響を与えるかを明らかにした。また、現代制御理論を適用することにより、ウィンドウ型フロー制御方式の制御パラメータと、ネットワークの安定性および過渡特性の関係を定量的に明らかにし、その結果、経由するボトルネックリンク数の少ないTCP コネクションが、ネットワークの安定性を決定することを明らかにした。

[関連発表論文]
  1. Hiroyuki Ohsaki, Masayuki Murata, Toshimitsu Ushio, and Hideo Miyahara, “A control theoretical analysis of a window-based flow control mechanism in TCP/IP networks,” submitted to IEEE Transactions on Control Systems Technology, August 2000.
  2. Keiichi Takagaki, Hiroyuki Ohsaki and Masayuki Murata,“Stability analysis of a window-based flow control mechanism for TCP connections with different prop agation delays,” in Proceedings of INET 2000, (Yokohama), July 2000.
  3. Keiichi Takagaki, Hiroyuki Ohsaki and Masayuki Murata,“Analysis of a window-based flow control mechanism based on TCP Vegas in heterogeneous network environment,” to be presented at IEEE ICC 2001, June 2001.

3.2.2 ネットワーク層プロトコルのフィードバックメカニズムに関する研究

近年、TCP の輻輳制御機構を補助するために、ルータにおける輻輳制御機構がいくつか提案されている。それらの中で、現在もっとも有望と考えられ、実装されつつあるのは、ルータにおいて意図的にパケット棄却を発生させるRED (Random Early Detection)ゲートウェイである。しかし、これまでRED ゲートウェイの特性は十分には明らかにされていない。本研究では、TCP によってフロー制御されたトラヒックに対する、RED ルータの定常状態特性を解析した。まず、定常状態におけるTCP のウィンドウサイズや、RED ルータのバッファ内パケット数を導出した。また、制御理論を適用することにより、ネットワークの安定条件および過渡特性をあらわす性能指標を導出した。さらに、数値例およびシミュレーション結果により、RED ルータの制御パラメータと安定性との関係を明らかにした。その結果、(1) RED ルータのバッファ占有量は、ほぼmaxp (maximum packet marking probability) によって決まること、(2) TCP のコネクション数やネットワークの帯域・遅延積が大きくなるにつれ、ネットワークがより安定すること、(3) 過渡特性を最適化するためには、minth (min imum threshold) を慎重に決める必要があること、などが明らかになった。

[関連発表論文]
  1. Hiroyuki Ohsaki, Yuichiro Mera, Masayuki Murata, and Hideo Miyahara, “Steady state analysis of the RED gateway: stability, transient behavior, and parameter setting,” submitted to SIGMETRICS 2001/PERFORMANCE 2001, November 2000.

3.2.3 ネットワーク層、トランスポート層プロトコルの協調動作を考慮したフィードバックメカニズムに関する研究

ウィンドウ型のフロー制御機構は、フィードバック型の輻輳制御であり、現在のインターネットで広く用いられている。最近、IETF において、ネットワークから送信側ホストへ輻輳を通知する機構として、ECN が活発に議論されている。本研究では、ECN をサポートするルータと協調して動作する、ウィンドウ型のフロー制御機構に着目した。まず、すべての送信側ホストがECN メッセージに応える場合に、TCP/IP ネットワークにECN をどのように適用できるかを検討した。次に、ECN 対応ルータと協調して動作する、ウィンドウ型のフロー制御方式を、制御理論を用いて解析を行った。解析結果に基づき、ウィンドウ型のフロー制御方式の安定条件を導出し、システムの安定性はルータのバッファサイズや、ボトルネックリンクの帯域に影響されることを示した。また、TCP のコネクション数は、システムの安定性に無関係であることを明らかにした。さらに、現在のウィンドウサイズと推測したルータのバッファ内パケット数を利用する、ウィンドウ型のフロー制御方式のためのレギュレータを設計し、レギュレータを適用することによって過渡特性が大幅に改善されることを示した。

[関連発表論文]
(1) Hiroyuki Ohsaki, Masayuki Murata, and Hideo Miy ahara, “Application of control theory to a window-based flow control mechanism with ECN routers,” submitted to Performance Evaluation, August 2000.

3.2.4 インターネットのエンド間遅延特性のモデル化に関する研究

インターネットにおける、エンド・エンド間のパケット伝送遅延特性を知ることは重要である。これは、(1) パケット伝送遅延特性がリアルタイムサービスのQoS(サービス品質)に直接影響を与えること、また、(2) リアルタイムおよび非リアルタイムアプリケーションに対して、効率的な輻輳制御機構の設計が可能になること、などによる。本研究では、インターネットのパケット伝送遅延特性をモデル化する、新しい手法を提案した。提案手法の中心となるアイディアは、ある送信側ホストからみたネットワーク全体をブラックボックスとして扱い、パケット伝送遅延特性を、制御工学の分野で広く用いられているシステム同定理論を用いてモデル化するというものである。送信側ホストから見たパケット伝送遅延特性をSISO(1 入力1 出力)システムとしてモデル化し、送信側ホストからのパケット出力間隔をシステムへの入力とし、送信側ホストで観測した往復伝搬遅延がシステムからの出力とする。本研究では、ARX モデルを用いて、そのパラメータをシステム同定理論により決定した。また、ARX モデルの次数決定方法についても議論を行った。それらの結果、ARXモデルを用いることにより、パケット伝送遅延特性が十分にモデル化できること、また、モデルの誤差を小さくするために、ARX モデルの次数を適切に選択する必要があることなどを明らかにした。

[関連発表論文]
  1. Hiroyuki Ohsaki, Masayuki Murata, and Hideo Miy ahara,“An application of system identification to modeling end-to-end packet delay dynamics of the Internet,” 電子情報通信学会総合大会発表予定,March 2001.

3.3 高速トランスポートアーキテクチャに関する研究

エンドホスト間でデータ系トラヒックを高速に、かつ効率よく転送するための中心技術がトランスポートプロトコルである。特に、近年のネットワークの高速化に伴い、エンドホストにおけるプロトコル処理によるボトルネックも重要な問題となってきている。さらに、ネットワークが拡がりをみせるにつれ、サービスの公平性も重要な課題となってきている。これらの問題は、高速ネットワークにおける輻輳制御と密接な関連を持ち、高速かつ公平なサービスは、単にネットワークの輻輳制御だけでなく、エンドホストの処理能力向上も考慮しつつ、統合化アーキテクチャを構築することによってはじめて実現される。本研究テーマでは、それらの点を考慮した研究に取り組んでいる。

3.3.1 トランスポートプロトコル間の公平性に関する研究

TCP Vegas バージョンは、それ自体は従来のTCPに比べて高スループットを得ることができる。しかし、従来バージョンのTCP (TCP Reno/Tahoe) とTCP Vegas がネットワーク内に混在した環境においては、TCP Vegas のスループットが低下することがあることがこれまでのわれわれの研究結果によって明らかになっている。そこで本研究では、TCP Vegas の輻輳制御方式を改善することにより、TCP Reno との間の公平性を向上させるTCP Vegas+方式を提案した。TCP Vegas+方式は、ネットワーク内に競合するTCP Reno コネクションが存在するかどうかを推測し、存在すると判断した場合には自身もTCP Reno と同様の輻輳制御方式で動作するというものである。シミュレーションによる提案方式の評価の結果、TCP Vegas+はTCP Vegas の特長を保持しながら、TCP Reno との公平性を維持できることを明らかにしている。

[関連発表論文]
  1. Go Hasegawa, Kenji Kurata and Masayuki Murata,“Analysis and improvement of fairness between TCP Reno and Vegas for deployment of TCP Vegas to the Internet,” in Proceedings of IEEE ICNP 2000, pp. 177-186, November 2000.
  2. Go Hasegawa, Masayuki Murata and Hideo Miyahara,“Fairness and stability of congestion control mechanisms of TCP, ” Telecommunication Systems Journal, pp.167-184, November 2000.
  3. Go Hasegawa and Masayuki Murata, “Survey on fairness issues in TCP congestion control mechanisms,” to appear in IEICE Transactions on Communications,January 2001.

3.3.2 高速トランスポートプロトコルの公平性確保のためのパケットスケジューリング方式に関する研究

インターネットの商用化やマルチメディアアプリケーションの増加にともない、従来のベストエフォート型サービスだけでなく、ルータにおいてコネクション(フロー)毎に公平に帯域を分配したり、スループットを保証したりするようなサービスも考えられつつある。本研究では、TCP コネクションを対象にし、公平なサービスを保証するためのルータにおけるパケットスケジューリングアルゴリズム(FIFO、RED、DRR、DRR+) に関する検討を行った。まず、以前の研究結果を基に、RED 方式の公平性を向上させるためにRED のパケット廃棄率をコネクション毎に設定する方法を提案し、適切なパケット廃棄率を解析的に導出した。さらに、他のコネクションよりも高いスループットを得るためにTCP の輻輳制御方式を改変したmis-behaving flow が存在する場合の評価も行った。検討の結果、RED 方式を適用した場合でも、TCP の輻輳制御方式とRED方式によるパケット廃棄アルゴリズムが適合しないために、完全な公平性が維持できないことがわかった。また、DRR 方式を用いた場合にも、公平性が劣化することが明らかになった。そのため、RED 方式を改善し、パケットロス率をコネクション毎に変更することによって公平性を向上させる方式を提案した。また、提案方式をDRR 方式に適用することによってさらに公平性が向上することも明らかにしている。本研究ではさらに、TCP Reno とTCP Vegas 間の公平性を改善するためのルータでのパケット処理方式であるZL-RED (Zombie Listed RED) を提案した。ZL-RED はSRED において提案されているZombie List を用いて、mis-behaving フローを検出し、そのフローのパケット廃棄率を高く設定することで、フロー間の公平性を向上させるというものである。シミュレーションによるZL-RED の性能評価の結果、TCP のバージョン間の不公平性を大きく改善できることを示し、また、ルータに収容するコネクションが多い場合でも、SRED よりも高い公平性を維持できることを明らかにした。

[関連発表論文]
  1. Kenji Kurata, Go Hasegawa, Masayuki Murata, “Fairness comparisons between TCP Reno and TCP Vegas for future deployment of TCP Vegas,” in Proceedings of INET 2000, July 2000.
  2. Go Hasegawa, Takahiro Matsuo, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “Comparisons of packet scheduling algorithms for fair service among connections on the Internet,” submitted to Journal on High Speed Network, April 2000.

3.3.3 スケーラブルなソケットバッファ管理に関する研究

ネットワークの輻輳問題に対しては、これまでにも様々な解決策が提案・検討されているが、エンドホストに関してはあまり検討がなされていない。しかし、インターネットユーザの増加に伴うネットワーク回線の急激な増強を考慮すると、エンドホストの高速化・高機能化は重要である。そこで本研究では、TCP によるデータ転送効率とコネクション間における公平性の向上を目的とした、サーバホスト上における新たなバッファ制御方式であるSSBT (Scalable Socket Buffer Tuning) を提案した。SSBT 方式においては、送信側端末がまず接続されている各TCP コネクションの平均スループットを解析的に推測し、その値に基づいて各コネクションに割り当てる送信ソケットバッファサイズを決定する。バッファが不足する場合にはMax-Min Fairness を考慮しつつバッファ割り当てを行う。また、各コネクションのバッファサイズ及びウィンドウサイズの初期値を、WWW トラヒックの特性を考慮して決定した。本研究ではこれらの提案方式の有効性を、コンピュータ上のシミュレーション及び実コンピュータ上に実装しての稼働実験によって検証し、従来方式に比べWeb サーバ上のTCP コネクション間の公平性、及びスループットが向上していることを示した。

[関連発表論文]
  1. Takahiro Matsuo, Go Hasegawa and Masayuki Murata, “Scalable automatic buffer tuning to provide high performance and fair service for TCP connections,” in Proceedings of IEEE INET 2000, July 2000.
  2. Go Hasegawa, Tatsuhiko Terai and Masayuki Murata,“Scalable socket buffer tuning for high-performance Web servers,” submitted to ACM SIGCOMM 2001,January 2001.

3.3.4 ルータにおける1000 TCP フローの公平性確保に関する研究

インターネット利用者の急激な増加に伴ってバックボーンルータにおけるフロー数が増加している。その結果、フロー数の多いボトルネックリンクでは、TCP の公平性が悪化することがあるため、TCP の公平性を改善する必要がある。現在、ボトルネックリンクでのTCPの公平性を改善するためにRED (Random Early Detection)ルータを用いるのが有効であると言われている。しかし、フロー数が1000 を越えるような場合のRED の評価はこれまで行われていない。そこで、本研究では、まずフロー数が非常に大きい環境におけるREDルータと従来のTD (Tail-Drop) ルータの性能を比較評価した。その結果、コネクション間の公平性の面では、パラメータ設定が適切な条件下では、RED の公平性はTD に対して優れているが、パラメータ設定が不適切な条件下で、RED の性能がTDよりも劣化する場合もあることが明らかになった。このことから、RED の性能を十分に発揮させるためには、パラメータ設定を正しく行うことが重要であると言える。しかし、ルータが収容するコネクション数が多い場合、アクティブフロー数、輻輳状況が大きく変化するため、常に適切なRED のパラメータの設定を行うことは難しく、静的なパラメータ設定では、バックボーンルータで十分に性能を発揮することは困難である。そこで、本研究ではRED のパラメータをルータの輻輳状況に応じて動的に変化させ、ネットワーク状況の変化に対応する動的パラメータ設定方式を提案し、評価を行った。その結果、TD、および既存のRED方式に比べて高い公平性を実現することができることが明らかになった。

[関連発表論文]
  1. Go Hasegawa and Masayuki Murata, “The dynamic threshold control algorithm of RED for thousands of TCP flows,” submitted to SPIE ITCom 2001, February 2001.

3.4 高速パケットスイッチングアーキテクチャに関する研究

ネットワークにおけるボトルネックはルータにも存在する。特にネットワーク回線の高速化に伴い、ルータにおける処理ボトルネックが緊急を要する解決課題のひとつになっている。一方で、ネットワークサービスの多様化に伴って、単純なパケットフォワーディングの高速化にとどまらず、多種多様なサービスを考慮したパケット処理がルータに要求されるようになっている。本研究テーマでは、サービスの多様化に追随しうる高速パケットスイッチングアーキテクチャに関する研究に取り組んでいる。

3.4.1 高速ルータにおけるIP トラヒック分析と適用例に関する研究

インターネットの急速な普及と、マルチメディアアプリケーションの増加により、より高速なパケット転送技術が要求されている。しかし、全てのユーザが満足し得るネットワーク品質を提供するためには、帯域の増強だけでなく与えられた帯域を有効に活用するためのメカニズムが必要となる。最近では、特にルータなど、回線容量以外の要素がネットワーク性能を大きく左右する。本研究では、トラヒック特性を考慮した高速ルータに関する検討を行った。まず、トラヒックモニタを用いたトレースデータの収集及びフロー特性の統計分析手法を示し、その結果としてパケット数分布やフロー継続時間分布などはすその部分の大きな分布モデルが適合することが明らかにした。また、到着間隔は指数分布で近似できることが分かった。さらに、分析結果をMPLS スイッチに適用し、その効果を検証した。その結果トラヒック特性を考慮したMPLS のパラメータ設定によって、ハードウェア資源の有効利用が行なわれ、パケット処理遅延が軽減されることが分かった。また、アプリケーションによる集約を行ったフローについても同様に適用できることを明らかにし、集約による効果を示した。

[関連発表論文]
  1. Shingo Ata, Masayuki Murata, and Hideo Miyahara,“Analysis of network traffic and its application to design of high-speed routers,” IEICE Transactions on Information and Systems, vol. E83-D, pp.988-995, May 2000.

3.4.2 IP ルーティングテーブル検索の高速化のための効率的なキャッシュ構成手法に関する研究

インターネット上ではさまざまなアプリケーションが登場し、通信回線を共有している。多様なアプリケーショントラヒックが混在するネットワークにおいて、ユーザの要求に応じた品質を提供するためには、単にパケットを転送するだけでなく、公平性やトラヒック特性を考慮した制御が不可欠である。このような背景から、IP ルータおいてもポリシーサービスに対する要求が高まっている。本研究では、高速IP ルータにおいてポリシーサービスの提供に必要不可欠な、フロー識別を実現するために、一般的に入手可能なCPU およびメモリを用いた検索アルゴリズムを提案した。また、アルゴリズムを実現するサイクル数やメモリアクセス時間等を考慮したパケット処理能力の導出を行い、メモリ利用効率の改善について検討した。さらに、シミュレーションによってキャッシュメモリのパラメータによる効果を明らかにした。

[関連発表論文]
  1. Shingo Ata, Masayuki Murata, and Hideo Miyahara,“Efficient cache structures of IP routers to provide policybased services,” to be presented at IEEE ICC '01,June 2001.

3.4.3 IP ルータにおけるアドレス検索アルゴリズムの高速化手法に関する研究

インターネットトラヒックの急速な伸びにより、より高速なデータ転送技術が要求されている。ネットワーク全体の性能向上を考えた場合、回線容量を増やすだけでなく、ルータ、特にアドレス検索処理の高速化が必須である。近年、従来の検索手法に替わる新しい高速検索アルゴリズムが提案されているが、その性能評価においては、平均的な負荷を元にしたシミュレーションを用いて行われているのが現状であり、実トラヒックを考慮したものではない。その結果、実用化された場合に期待される性能が達成できない場合も十分に考えられる。そこで、本研究では、より現実的なルータ性能の導出を行うために、実トラヒックを元にした評価手法を提案した。提案した評価方法を用いることによって、最悪時スループットのより正確な評価を行うことが可能となった。

[関連発表論文]
  1. 川辺亮, 阿多信吾, 村田正幸, “IP ルータにおける高速アドレス検索アルゴリズムの性能評価,” 電子情報通信学会交換システム研究会(発表予定),March 2001.

3.5 インターネットのトラヒック特性とその応用に関する研究

インターネットユーザ数の急伸やマルチメディア化によって、インターネットプロバイダーはインフラ整備の対応に追われている。品質の高いネットワークを構築するためには、ネットワーク特性を十分に把握した上で、それに基づいたアプリケーション制御、アプリケーションシステム設計が必要になる。特に、従来のネットワーク設計手法論が単一キャリアを前提にした、閉じたものであったのに対して、インターネットにおいてはオープンな環境におけるネットワーク設計論が必要になっている。インターネットにおけるTCP のフィードバック制御に基づく輻輳制御手法、インターネットの急成長などを考慮すると、ネットワーク測定とネットワーク設計のポジティブフィードバックを前提にしたネットワーク設計論が重要になる。本研究テーマでは、このような考察に基づいて研究テーマに取り組んでいる。

3.5.1 インターネットにおけるネットワークディメンジョニングに関する研究

トラヒック量が急速に増大しているインターネットにおいて、ユーザに安定した品質を提供するためには、将来必要となる帯域を正確に予測し、回線容量設計を速やかに行う必要がある。ネットワークプロバイダがユーザに対して適切なサービス品質を提供するためには、現在のトラヒックの状況を正確に把握し、最適なリンク帯域を導出する必要がある。そのために現在までネットワーク特性を計測する様々なツールが開発されてきた。しかしながら、これらの計測結果を有効に利用する手法についてはあまり議論がなされていない。そこで本研究では、ネットワーク性能の設計に不可欠となる性能指標について明らかにし、その結果をもとにネットワーク性能設計を行う手法を示した。まず、ネッワークの構成を明らかにするために必要な、回線容量の計測手法について検討している。ネットワークリンクの帯域測定においては、既存のツールとしてpathchar が開発されている。しかし、pathchar を用いた帯域測定では、ネットワーク上に存在するさまざまな誤差の影響によって、
正確な値を測定することが困難である。また、得られた結果に対して信頼性を与える指標は存在しない。そこで、本研究ではpathchar を用いて計測を行う際に発生しうる誤差を除去し、得られた結果に対する信頼性を考慮した帯域推定法について検討し、パラメトリック推定手法だけでなくノンパラメトリック推定法を用いた推定帯域の信頼区間の導出方法を示した。また、信頼区間に基づいたパケット数の適応型制御方法について提案を行った。
 しかし、リンクの帯域が正確に計測できたとしても、インターネット上におけるボトルネックとなる箇所が不明であるという問題がある。ボトルネックを特定するためには、エンドホスト間で送受信されるトラヒックの特性を詳細に調査することが必要となる。そこで、本研究では、まず通信においてボトルネックとなりうる要因を挙げ、それらのボトルネックとなる要因の中から、現在ボトルネックとなっている要因を特定するための手法を提案した。また、実際にネットワーク上のホストに対しトラヒック測定を行い、現在ボトルネックとなっている箇所の特定を行った。さらに、実際にネットワークの回線容量を設計する際には、エンドホスト間の通信においてボトルネックとなるリンクのトラヒック特性を調査する必要がある。そこで、本研究では、通信におけるボトルネックとなっているリンクの回線利用率を求める手法を提案することで、回線容量の設計に対する指標を与える。数値結果より、提案方式を使用することによってネットワークの状況に左右されにくいロバストな推定が可能になることを示した。最後に、以上の計測結果に基づいた回線容量を設計する方法を示している。

[関連発表論文]
  1. Kazumine Matoba, Shingo Ata, and Masayuki Murata,“Improving accuracy of bandwidth estimation for Internet links by statistical methods,” in Proceedings of 13th ITC Specialist Seminar, pp. 29.1-29.10, September 2000.
  2. Kazumine Matoba, Shingo Ata, and Masayuki Murata,“Improving accuracy of bandwidth estimation for Internet links by statistical methods,” to appear in IEICE Transactions on Communications, June 2001.

3.5.2 インターネットの遅延特性とリアルタイムアプリケーションへの応用

インターネットアプリケーションにおける重要な通信品質特性としてパケット転送遅延が挙げられる。実際に、TCP やストリーミングアプリケーションにおいて通信品質を考慮した転送を行うには、パケット転送遅延時間の予測が必要であり、特にパケットロスを検知するためには、遅延分布のすその部分の特性を明らかにすることが重要となる。本研究では、まず測定ツールを用いてパケット転送遅延を測定し確率分布関数による分布のモデル化を行った。統計分析においては、特に分布のすその部分に着目し、時間帯による遅延特性の変化や確率分布のパラメータ推定のモデル化における精度も明らかにし、その結果、パレート分布が遅延分布のモデルとして最適であることを示した。さらに、統計分析の結果をストリーミングアプリケーションに適用し、ユーザの要求する通信品質を実現できるプレイアウト制御アルゴリズムを提案した。また、数値結果により提案アルゴリズムの有効性を示している。
[関連発表論文]
  1. Kouhei Fujimoto, Shingo Ata, and Masayuki Murata,“Playout control for streaming applications by statistical delay analysis,” to be presented at IEEE International Conference on Communications 2001 (ICC 2001), June 2001.
  2. Kouhei Fujimoto, Shingo Ata, and Masayuki Murata,“Statistical analysis of packet delays in the Internet andits application to playout control for streaming applications,”to appear in IEICE Transactions on Communications, June 2001.

3.6 フォトニックネットワークアーキテクチャに関する研究

近年の光伝送技術の発展には目覚しいものがあり、WDM(波長分割多重)技術やOTDM(光時分割多重)技術などに、よってネットワークの回線容量は爆発的に増大してきた。しかし、光伝送技術とネットワーキング技術はおのおの別個の歴史を持ち、インターネットに適した光通信技術の適用形態については明らかになっていないのが現状である。短期的には、高性能光パスネットワークがその中心技術になると考えられ、その点に着目した研究を行っている。さらに長期的な解としては、フォトニックネットワーク独自の通信技術も十分に考えられる。これらの点を鑑みて、それぞれの研究テーマに取り組んでいる。

3.6.1 1000 波長WDM 技術のIP over WDM ネットワークへの適用効果(工学部北山研究室との共同研究)

次世代インターネットの基盤ネットワークとしてWDM 技術にもとづいたIP over WDM ネットワークが有望視されており、ノード間リンクに対してWDM 技術を適用したWDM スイッチもすでに商用化されている。一方で、光クロスコネクトを用いることによって波長ルーティングを可能としたパスネットワーク技術についても研究が行われている。おそらく、IP over WDM ネットワークに適したネットワーク形態を考える際には、実現可能な波長数が鍵となるであろう。本研究では、まず、1,000 波長WDM の実現可能性について論じ、それをIP over WDM に適用した時に、ネットワークボトルネックがどの程度解消されるかについて数値例を用いて明らかにした。

[関連発表論文]
(1) Masayuki Murata, Ken-ichi Kitayama and Hideo Miy ahara,“IP over a-thousand-wavelength division multiplexing: Is it useful and possible for resolving the network bottlenecks?” submitted to Optical Networks Magazine, November 2000.

3.6.2 フォトニックインターネットにおける論理トポロジー設計手法に関する研究

次世代インターネットの基盤ネットワークとして、WDM 技術に基づいたIP over WDM ネットワークが有望視されている。このようなIP over WDM ネットワークのアーキテクチャの一つとして物理トポロジー上にライトパスを設定することで論理パストポロジーを構築し、その上でIP パケットを転送するアーキテクチャが考えられている。しかし、従来の論理トポロジー設計手法では、主にネットワークのスループット向上を目標としており、遅延時間に関してはほとんど考慮されていなかった。しかし、WDM ネットワークをIP に適用した場合、論理パストポロジーによってノード間に与えられるパスは必ずしもIP ルーティングにとって最適とは言えない。そこで、本研究では、上位プロトコルがIP であることを考慮して、ノードへの負荷を軽減することでネットワークの平均遅延時間の最小化を目的とする論理トポロジー設計手法を提案した。また、論理トポロジー上でフロー偏差法を用いて経路を定めることによって、提案方式と従来方式との比較を行うとともに、経路の安定性の評価を行った。その結果、波長数が限定されている資源の場合において、提案手法による論理トポロジー設計が有効であることがわかった。

[関連発表論文]
  1. Junichi Katou, Shin'ichi Arakawa, and Masayuki Murata,“A design method of logical topology for IP over WDMnetworks with stable routing,” to be presented at TheFifth Working Conference on Optical Network Design and Modeling, February 2001.

3.6.3 フォトニックインターネットにおける高信頼化手法と機能分担に関する研究

IP パケットをWDM 上に直接転送するIP overWDM ネットワークは、次世代インターネットのネットワークアーキテクチャの一つとして期待されている。IP over WDM ネットワークにおいては、WDM プロテクションを利用することで、高い信頼性を有するネットワークの構築が可能となる。しかし、信頼性の確保はIP レベルにおける経路制御においても行われている。そのため、高信頼なIP over WDM ネットワークを構築するためには、両層での機能分担が重要であると考えられる。本研究では、まず初めにWDM ネットワークにおけるプロテクション機能の最適化問題として定式化を行った。ただし、本研究における最適化問題では、少ないノード数あるいは、少ない波長の場合に対してのみ解くことができる。そこで、より効率的なアルゴリズムとして、バックアップパスへの波長割当問題に対して適用可能な、min-hop-firstアルゴリズムとlargest-traffic-first アルゴリズムをあらたに提案した。評価の結果、WDM 層によって信頼性を確保する場合には、min-hop-first アルゴリズムを適用することで、使用波長数を少なく抑えることが可能となる。ただし、IP 層とWDM 層において信頼性制御機能を分担する場合には、largest-traffic-first アルゴリズムを適用することにより、障害時のIP ルータのトラヒック増加量を抑えることが可能となることが明らかになった。

[関連発表論文]
  1. Shin'ichi Arakawa, Masayuki Murata, Hideo Miyahara,“Design methods of multi-layer survivability in IP overWDM networks,” in Proceedings of OptiComm 2000,vol. E83-B, pp.279-290, October 2000.
  2. Shin'ichi Arakawa, Masayuki Murata, Hideo Miyahara,“Functional partitioning for multi-layer survivability inIP over WDM networks,” IEICE Transactions on Communications,pp. 2224-2233, October 2000.

3.6.4 光バーストスイッチング技術に関する研究(工学部北山研究室との共同研究)

WDM を利用したデータ通信方式の一つに光バースト交換がある。光バースト交換方式では、データ発生時に送受信間に光パスを設定するため、効率的なデータ転送が可能となる。しかし、従来の波長予約プロトコルを用いた場合、その性能は経由するリンク数に大きく依存する。本研究では、波長予約プロトコルとして並列予約方式を用いる場合に、公平性が向上する同時予約波長数パラメータの決定を、解析を利用した。さらに、解析により得られるパラメータの有効性を明らかにするために、シミュレーション結果との比較評価を行った。その結果、並列波長予約方式において、グループ当たりの波長数設定に解析で得られた結果を適用することによって、データ転送要求の異なるホップ数間での公平性が向上することが示された。

[関連発表論文]
  1. Ikutaro Ogushi, Shin'ichi Arakawa, Masayuki Murata and Ken-ichi Kitayama, “Parallel reservation protocols for achieving fairness in optical burst switching,” submitted to IEEE Workshop on High Performance Switching and Routing, November 2000.

3.6.5 光圧縮技術を用いたフォトニックネットワークにおけるパス設計手法に関する研究

近年、OTDM 方式に光パルスの圧縮/伸長技術を適用し、数Gbps から100Gbps の伝送容量を提供する高速な光リングネットワークによるMAN (MetropolitanArea Network) を構築することが可能になりつつある。また、WDM 技術を併用することにより、各リンク上に複数コネクションを同時に設定し、さらに広帯域を利用することが考えられる。しかし、リングに接続している各ノードのパケット処理能力が劣ると、その広帯域性を十分に有効利用できない場合がある。そこで、本研究では、接続されたノード間のすべてのトラヒックを収容する場合を対象として、対象とするリングネットワークにおける最大性能を理論的に解析し、次に、任意のトラヒック要求と波長数に適応できるパス設定アルゴリズムを提案してその評価を行った。また、リング型ネットワークにおいては、故障が発生した場合の影響が大きいことから、信頼性の高いネットワークの構築が重要とされる。そこで本研究では、光パルス圧縮/伸長技術に基づく光圧縮TDM 方式を用いたリングネットワークの耐故障性を考慮した設計手法を提案した。具体的には、4種類のパス/リンク切断時の対処手法を提案し、それぞれのリングネットワークに接続された全ノード間のパスを設定するのに必要となるスロット、フレーム数の理論的下限値を導出した。それによって、各種パラメータがフレーム数、スロット数に与える影響を明らかにした。次に、信頼性を考慮したパス設定アルゴリズムを提案し、各耐故障処理手法における最適な結果を達成するパラメータ領域が存在することを示した。

[関連発表論文]
  1. Kazuhiro Gokyu, Ken-ichi Baba and Masayuki Murata,“Path accommodation methods for unidirectional rings with optical compression TDM,” IEICE Transactions on Communications, vol. E83-B, pp.2294-2303, October2000.
  2. Kazuhiro Gokyu, Ken-ichi Baba and Masayuki Murata,“Path accommodation methods for bidirectional rings with optical compression TDM,” submitted to ACM Transactions on Optical Networks and Systems (TONS),May 2000
  3. Kazuhiro Gokyu, Ken-ichi Baba and Masayuki Murata,“Scheduling algorithm for uniform/nonuniform traffic in unidirectional optical compression TDM/WDM rings with tuning latency,” submitted to ACM Transactions on Optical Networks and Systems (TONS), January 2001.

3.7 有線・無線統合化通信アーキテクチャに関する研究

これまで、無線ネットワーク技術と有線ネットワーク技術はおのおの独自の発展を遂げてきた。しかし、近年の無線技術の進展に伴って、無線ネットワークをラストホップとして、無線/有線ネットワークをいかにシームレスに統合するかが重要な課題になっている。本研究テーマでは、無線/有線を統合したシームレス通信を実現するためのネットワーク設計論に主眼においた研究を進めている。また、インターネットの発展に伴って、無線ネットワークにおけるデータ通信の実現方式もさらなる検討が必要になっている。本研究テーマでは、これらの点に着目した研究を進めている。また、無線技術に基づいてネットワークを動的に構成するアドホックネットワークについても、経路制御・輻輳制御などの研究を進めている。

3.7.1 モバイルIP ネットワークにおけるパケットバッファリング方式に関する研究

モバイルIP ネットワークにおいては、無線端末の移動によって、ネットワークの輻輳とは無関係に発生するパケット廃棄のために、TCP の性能が劣化することが知られている。本研究では、このような問題を解決するための基地局におけるバッファリング方式を提案している。まず、シミュレーションにより、バッファリングを行わない場合のTCP Tahoe の性能を明らかにした。その結果、モバイルIP の標準であるスムーズハンドオフは、廃棄されるパケットを減らすことを目指しているにもかかわらす、TCP の性能劣化を防ぐことができないことを明らかにした。さらに、経路最適化手法の拡張によって元のモバイルIP よりも性能が悪くなる場合があることも示された。つまり、パケットの再送によってトランスポート層に対してハンドオフを隠蔽するようなバッファリングを支援する経路最適化でない限り、スムーズハンドオフはTCP にとって効果がないことを示している。さらに、パケットバッファリングがTCP に対して与える影響を調べ、わずかな変更で基地局でのパケットバッファリングを支援するための経路最適化手法を提案した。最後に、ハンドオフ時の廃棄パケットの回復における問題点について議論を行い、その解決法を提案した。

[関連発表論文]
  1. Doo Seop Eom, Masashi Sugano, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “Performance improvement by packet buffering in Mobile IP based networks,” IEICE Transactions on Communications, vol. E83-B, no. 11,pp.2501-2512, 2000.

3.7.2 ワイヤレスネットワークにおけるTCPの性能向上に関する研究

本研究では、ワイヤレスセルラーネットワークにおいて、データリンク層プロトコルと無線回線上での通信誤りの影響を考慮した、TCP の性能評価モデルを提案している。このモデルにより評価を行った結果、データリンク層でのスループットの向上が、必ずしもTCP 層のスループットを向上にはつながらないことを明らかにした。そして、データリンク層/TCP 層のそれぞれに対する影響を考慮してパラメータを定めることで、TCP スループットを向上できることを示した。また、無線回線上の通信誤りに対してFEC とARQ を適用した結果、FEC がARQ に比べてTCP スループットの向上に効果があることを明らかにした。また、無線回線の品質に応じて、適切な誤り訂正能力を持つFEC を適用することで、さまざまなノイズレベルにおいてTCP スループットが改善されることを示した。
 本研究では、さらに無線ネットワーク環境において、無線回線上でのパケット損失によるTCP の性能劣化を抑えるためのパケット再送方式を提案し、シミュレーションによりその評価を行った。その結果、本提案方式では、TCP Selective ACKnowledgement option (SACK) のわずかな拡張だけによって、TCP の性能を向上できることを明らかにした。

[関連発表論文]
  1. 三好昌弘, 菅野正嗣, 村田正幸, “ワイヤレスセルラーネットワークにおける下位層プロトコルの影響を考慮したTCP スループットの性能評価,” 電子情報通信学会論文誌(投稿中), December 2000.
  2. Masahiro Miyoshi, Masashi Sugano and Masayuki Murata, “Performance evaluation of TCP throughput on wireless cellular networks,” to be presented at IEEE VTC 2001 Spring, May 2001.

3.7.3 アドホック無線ネットワークに関する研究

無線端末同士が有線回線を介さずに自律的にネットワークを構築し、通信を行うことのできるアドホック無線ネットワークシステムの一つとして、フレキシブル無線ネットワークがある。フレキシブル無線ネットワークには、通信の信頼性を確保するためのデータリンクプロトコル、ルーティングプロトコルが実装されている。本研究では、フレキシブル無線ネットワークにおけるそれらのプロトコルの性能評価をシミュレーションによって行い、システムの動作を定めるパラメータ値が性能に与える影響を明らかにした。さらに、ネットワーク構成の変化が性能に与える影響を示した。

[関連発表論文]
  1. Masashi Sugano, Tsutomu Araki, Masayuki Murata,Takaaki Hatauchi and Yohei Hosooka, “Performance evaluation of a wireless ad hoc network: Flexible Radio Network (FRN),” in Proceedings of 2000 IEEE International Conference on Personal Wireless Communications,(Hyderabad), pp. 350-354, December 2000.

3.7.4 CDMA 通信システムの性能モデル化手法に関する研究

CDMA 移動セルラー網では、ソフトハンドオフを導入することにより無線回線上の伝送特性を向上させることができる。その一方で、ソフトハンドオフを行う端末は、複数の基地局の有線回線を占有するのでその影響も考慮する必要がある。本研究では、呼損率および強制切断率といった有線回線における性能と、無線回線の伝送品質としての劣化率に着目し、これらの性能を統合的に評価する手法を提案する。さらに、数値例を通じて、ソフトハンドオフ可能な領域の大きさが性能に与える影響を明らかにした。また、干渉電力を抑えるような呼設定制御によって、性能が向上することを示している。解析に際して、従来の研究において2つまでと仮定していた同時接続可能な基地局数を、3つまでに拡張している。さらに、従来行われてきた呼受付制御が無線品質に対して与える影響についても明らかにしている。

[関連発表論文]
  1. Atsushi Nagate, Masashi Sugano, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “An integrated approach for performance modeling and evaluation of soft handoff in CDMA mobile cellular systems,” in Proceedings of VTC Fall 2000, (Boston), September 2000.
  2. Atsushi Nagate, Masashi Sugano, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “The effect of three-way soft handoff for integrated evaluation in CDMA mobile cellular systems,” in Proceedings of APCC 2000, (Seoul), pp. 617-621, October-November 2000.
  3. Atsushi Nagate, Masashi Sugano, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “Impact of limited number of wired channels on soft handoff in CDMA cellular systems,” to appear in IEICE Transaction on Communications, vol.E84-B, March 2001.

4.2000 年度研究成果要覧

4.1 学会などに対する貢献

4.1.1 国内学会

国内では、電子情報通信学会における交換システム研究会、テレコミュニケーションマネジメント研究会、コミュニケーションクオリティ研究会、フォトニックネットワークをベースとする次世代インターネット技術研究会などにおける研究専門委員会への参画、研究会での論文発表やパネル討論/講演などを通じて学会への貢献を行っている。また、以下の論文誌・特集号の編集委員を務めている(村田)。

4.1.2 国際会議

以下の国際会議にプログラム委員として参画し、国際的な学術交流のために貢献している。
(以上、村田)
(以上、長谷川)
特に、大阪大学コンベンションセンターで11月14日から17日まで開催されたInternationalConference on Network Protocols 2000 に関しては、主催者の一員として会議の運営に協力した(村田、技術プログラム委員会副委員長)。

4.1.3 その他の活動

その他の研究活動として、日本学術振興会のインターネット技術研究委員会の研究活動に参画し、「次世代ネットワーク構築のための基盤技術研究分科会(NGN)」副査、および、日本学術振興会未来開拓学術研究推進事業「高度マルチメディア応用システム構築のための先進的ネットワークアーキテクチャの研究」プロジェクト・コアメンバ-として、次世代ネットワークアーキテクチャの研究推進に貢献している。また、通信・放送機構の「大阪府マルチメディア・モデル図書館展開事業」研究員、NHK 放送技術研究所客員研究員などを務めている(村田)。また、通信・放送機構の「次世代広帯域ネットワーク利用技術の研究開発」プロジェクトにおいて「ギガビットレベルリンクにおけるTCP/IP の適用性に関する研究」の研究フェローを務めている(長谷川)。

4.1.4 研究部門公開

以下の行事に際して研究室開放を実施し、多くの見学者を得た。

4.2 招待講演・招待論文

4.2.1 招待講演・パネル

  1. Masayuki Murata, “Reliability issues in IP over WDM networks,” 2000 International Workshop on Telecommunications: World Class Quality & Reliability for World Class Events, April 2000.
  2. Masayuki Murata, “IP over WDM networks towards the next-generation Internet,” Tutorial Talk,2000 Asia-Pacific Network Operations and Management Symposium (APNOMS 2000), October 2000.
  3. Masayuki Murata, “Network dimensioning of the Internet,” Distinguished Experts Panel on “New Management Paradigms and Technologies Towards the Internet Millennium,” 2000 Asia-Pacific Network Operations and Management Symposium (APNOMS 2000), October 2000.
  4. 村田正幸, “次世代ネットワークとネットワークプロセッサ,” マルチメディア推進フォーラム「ネットワークプロセッサ(NPU)と次世代網」, November 2000.
  5. 村田正幸, “インターネットにおける計測と制御,” 情報通信ネットワークの新しい性能評価法シンポジウム特別講演, January 2001.
  6. 村田正幸, “次世代ネットワークにおける品質管理と今後の課題,” 電子情報通信学会テレコミュニケーションマネジメント研究会講演,March 2001.
  7. 村田正幸, “次世代ネットワークアーキテクチャにおけるサービス品質,” 電子情報通信学会テレコミュニケーションマネジメント研究会パネル討論「次世代ネットワークアーキテクチャとそのサービス・制御・管理」, March 2001.

4.2.2 招待論文

  1. Masayuki Murata, “Challenges for the next generation Internet and the role of IP over photonic networks,” IEICE Transactions on Communications, vol. E83-B, October 2000.

4.2.3 学会表彰

電子情報通信学会テレコミュニケーションマネジメント研究会研究賞的場一峰, 阿多信吾, 村田正幸, “インターネットにおける計測に基づいたボトルネック特定手法” 2001 年3 月(予定)

5. 2000 年度研究発表論文一覧

5.1 著書

  1. 宮原秀夫, 村田正幸, “インターネットがもたらすマルチメディア社会,” 大阪大学出版会,February 2001.

5.2 学術論文誌

  1. Shingo Ata, Masayuki Murata, and Hideo Miyahara,“Analysis of network traffic and its application to design of high-speed routers,” IEICE Transactions on Information and Systems, vol. E83-D, pp.988-995, May 2000.
  2. Naoki Wakamiya, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “On video coding algorithms with application level QoS guarantees,” Computer Communication Journal, vol. 23, pp.1459-1470,August 2000.
  3. Shin'ichi Arakawa, Masayuki Murata, Hideo Miyahara,“Functional partitioning for multi-layersurvivability in IP over WDM networks,” IEICE Transactions on Communications, pp. 2224-2233,October 2000.
  4. Kazuhiro Gokyu, Ken-ichi Baba and Masayuki Murata, “Path accommodation methods for unidirectional rings with optical compression TDM,”IEICE Transactions on Communications, vol.E83-B, pp.2294-2303, October 2000.
  5. Masayuki Murata, “Challenges for the next generationInternet and the role of IP over photonic networks,” IEICE Transactions on Communications,vol. E83-B, October 2000.
  6. Go Hasegawa, Masayuki Murata and Hideo Miyahara,“Fairness and stability of congestion control mechanisms of TCP,” Telecommunication Systems Journal, pp. 167-184, November 2000.
  7. Doo Seop Eom, Masashi Sugano, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “Performance improvement by packet buffering in Mobile IP based networks,” IEICE Transactions on Communications,vol. E83-B, no. 11, pp.2501-2512, November2000.
  8. Go Hasegawa and Masayuki Murata, “Survey on fairness issues in TCP congestion control mechanisms,”to appear in IEICE Transactions on Communications, January 2001.
  9. Naoki Wakamiya, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “Comparison of VBR and CBR service classes for MPEG-2 video multiplexing - Is statistical multiplexing really useful for bursty video transmission? -,” to appear in International Journal of Communication Systems, vol. 14, March2001.
  10. Kazumine Matoba, Shingo Ata, and Masayuki Murata, “Improving accuracy of bandwidth estimation for Internet links by statistical methods,” to appear in IEICE Transactions on Communications, June 2001.
  11. Atsushi Nagate, Masashi Sugano, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “Impact of limited number of wired channels on soft handoff in CDMA cellular systems,” to appear in IEICE Transaction on Communications, vol. E84-B, March 2001.
  12. Kouhei Fujimoto, Shingo Ata, and Masayuki Murata,“Statistical analysis of packet delays in the Internet and its application to playout control for streaming applications,” to appear in IEICETransactions on Communications, June 2001.
  13. Go Hasegawa, Takahiro Matsuo, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “Comparisons of packet scheduling algorithms for fair service among connections on the Internet,” submitted to Journal on High Speed Network , April 2000.
  14. Hiroyuki Ohsaki, Masayuki Murata, Toshimitsu Ushio, and Hideo Miyahara, “A control theoretical analysis of a window-based flow control mechanism in TCP/IP networks,” submitted to IEEE Transactions on Control Systems Technology, August 2000.
  15. Hiroyuki Ohsaki, Masayuki Murata, and Hideo Miyahara, “Application of control theory to awindow-based flow control mechanism with ECNrouters,” submitted to Performance Evaluation,August 2000.
  16. Masayuki Murata, Ken-ichi Kitayama and Hideo Miyahara, “IP over a-thousand-wavelength division multiplexing: Is it useful and possible for resolving the network bottlenecks?,” submitted to Optical Networks Magazine, November 2000.
  17. Kazuhiro Gokyu, Ken-ichi Baba and MasayukiMurata, “Path accommodation methods for bidirectional rings with optical compression TDM,”submitted to ACM Transactions on Optical Networks and Systems (TONS), May 2000.
  18. 宮本健太郎, 原井洋明, 村田正幸, 宮原秀夫,“波長変換に制限のある光交換ネットワークの性能評価? リンクに複数のファイバがある場合? ”, pp.1125-1134, Vol.J83-B, No.8, August2000.
  19. Kazuhiro Gokyu, Ken-ichi Baba and Masayuki Murata, “Scheduling algorithm for uniform/ nonuniform traffic in unidirectional optical compression TDM/WDM rings with tuning latency,”submitted to ACM Transactions on Optical Networks and Systems (TONS), January 2001.
  20. Masayuki Murata and Ken-ichi Kitayama, “A perspective on photonic multi-protocol label switching,” submitted to IEEE Network Magazine,November 2000.
  21. 三好昌弘, 菅野正嗣, 村田正幸, “ワイヤレスセルラーネットワークにおける下位層プロトコルの影響を考慮したTCP スループットの性能評価,” 電子情報通信学会論文誌(投稿中),December 2000
  22. Junichi Katou, Shin'ichi Arakawa, and Masayuki Murata, “A Design Method of Logical Topology with Stable Packet Routing in {IP} over WDM Network,”, submitted to IEEE Journal on Selected Areas in Communications, February 2001.
  23. Masayuki Murata and Ken-ichi Kitayama , “Photonic Label Switch Supporting Asynchronous and Variable-Length,” submitted to IEEE Journal on Selected Areas in Communications, February 2001.

5.3 国際会議会議録

  1. Naoki Wakamiya and Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “On TCP-friendly video transfer with consideration on application-level QoS,” in Proceedings of IEEE International Conference on Multimedia & EXPO, vol. 2, (New York), pp. 843-846, July 2000.
  2. Masaki Miyabayashi, Naoki Wakamiya, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “Implementation of video transfer with TCP-friendly rate control protocol,”in Proceedings of International Technical Conference on Circuits/Systems, Computers and Communications (ITC-CSCC 2000), (Pusan), pp.117-120, July 2000.
  3. Takahiro Matsuo, Go Hasegawa and Masayuki Murata, “Scalable automatic buffer tuning to provide high performance and fair service for TCP connections,” in Proceedings of IEEE INET 2000,July 2000.
  4. Keiichi Takagaki, Hiroyuki Ohsaki and Masayuki Murata, “Stability analysis of a window-based flow control mechanism for TCP connections with different propagation delays,” in Proceedings of INET 2000, (Yokohama), July 2000.
  5. Kenji Kurata, Go Hasegawa, Masayuki Murata,“Fairness comparisons between TCP Reno and TCP Vegas for future deployment of TCP Vegas,” in Proceedings of INET 2000, July 2000.
  6. Hector Akamine, Naoki Wakamiya, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “On the construction of heterogeneous multicast distribution trees using filtering in an active network,” in Proceedings of Quality of future Internet Services Workshop (QofIS 2000), (Berlin), pp. 272-284, September 2000.
  7. Kazumine Matoba, Shingo Ata, and Masayuki
    Murata, “Improving accuracy of bandwidth estimation
    for Internet links by statistical methods,” in
    Proceedings of 13th ITC Specialist Seminar, pp.
    29.1-29.10, September 2000.
  8. Atsushi Nagate, Masashi Sugano, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “An integrated approach for performance modeling and evaluation of soft handoff in CDMA mobile cellular systems,” in Proceedings of VTC Fall 2000, (Boston), September2000.
  9. Atsushi Nagate, Masashi Sugano, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “The effect of three-way soft handoff for integrated evaluation in CDMA mobile cellular systems,” in Proceedings of APCC 2000, (Seoul), pp. 617-621, October-November 2000.
  10. Hector Akamine, Naoki Wakamiya, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “An approach for heterogeneous video multicast using active networking,” in Proceedings of Second International Working Conference on Active Networks (IWAN 2000), (Tokyo), pp. 157-170, October 2000.
  11. Kazuhiro Gokyu, Ken-ichi Baba and Masayuki Murata, “Path setup algorithms for uniform/nonuniform traffic in unidirectional optical compression TDM rings,” in Proceedings of SPIE Opticomm 2000, pp. 98-109, October 2000.
  12. Shin'ichi Arakawa, Masayuki Murata, Hideo Miyahara,“Design methods of multi-layer survivability in IP over WDM networks,” in Proceedings of OptiComm 2000, pp.279-290, October 2000.
  13. Taketo Yamashita, Naoki Wakamiya, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “Implementation and evaluation of integrated resource allocation scheme for real-time video transfer to maximize users'utility,” in Proceedings of APCC 2000, (Seoul), pp.390-394, October-November 2000.
  14. Naoki Wakamiya, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “TCP-friendly video transfer,” in Proceedings of SPIE International Symposium on Information Technologies 2000, (Boston), November2000.
  15. Go Hasegawa, Kenji Kurata and Masayuki Murata,“Analysis and improvement of fairness between TCP Reno and Vegas for deployment of TCP Vegas to the Internet,” in Proceedings of IEEE ICNP 2000, pp. 177-186, November 2000.
  16. Masashi Sugano, Tsutomu Araki, Masayuki Murata, Takaaki Hatauchi and Yohei Hosooka, “Performance evaluation of a wireless ad hoc network: Flexible Radio Network (FRN),” in Proceedings of 2000 IEEE International Conference on Personal Wireless Communications, (Hyderabad), pp.350-354, December 2000.
  17. Junichi Katou, Shin'ichi Arakawa, and Masayuki Murata, “A design method of logical topology for IP over WDM networks with stable routing,” to be presented at The Fifth Working Conference on Optical Network Design and Modeling, February2001.
  18. Ken-ichi Kitayama and Masayuki Murata,“Packet-selective photonic add/drop multiplexer and its application to ultrahigh-speed optical data networking in LAN and MAN,” to be presented at The Fifth Working Conference on Optical Network Design and Modeling, February 2001.
  19. Masaki Miyabayashi, Naoki Wakamiya, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “MPEG-TFRCP: Video transfer with TCP-friendly rate control protocol,” to be presented at IEEE International Conference on Communications 2001 (ICC 2001), June 2001.
  20. Shingo Ata, Masayuki Murata, and Hideo Miyahara,“Efficient cache structures of IP routers to provide policy-based services,” to be presented at IEEE ICC 2001, June 2001.
  21. Keiichi Takagaki, Hiroyuki Ohsaki and Masayuki Murata, “Analysis of a window-based flow control mechanism based on TCP Vegas in heterogeneous network environment,” to be presented at IEEE ICC 2001, June 2001.
  22. Kouhei Fujimoto, Shingo Ata, and Masayuki Murata,“Playout control for streaming applications by statistical delay analysis,” to be presented at IEEE International Conference on Communications 2001 (ICC 2001), June 2001.
  23. Masahiro Miyoshi, Masashi Sugano and Masayuki Murata, “Performance evaluation of TCP throughput on wireless cellular networks,” to be presented at IEEE VTC 2001 Spring, May 2001.
  24. Go Hasegawa, Tatsuhiko Terai and Masayuki Murata, “Scalable socket buffer tuning for highperformance Web servers,” submitted to ACM SIGCOMM 2001, January 2001.
  25. Hiroyuki Ohsaki, Yuichiro Mera, Masayuki Murata,and Hideo Miyahara, “Steady state analysis of the RED gateway: stability, transient behavior, and parameter setting,” submitted to SIGMETRICS 2001/PERFORMANCE 2001, November 2000.
  26. Ikutaro Ogushi, Shin'ichi Arakawa, Masayuki Murata and Ken-ichi Kitayama, “Parallel reservation protocols for achieving fairness in optical burst switching,” submitted to IEEE Workshop on High Performance Switching and Routing, November2000.
  27. Tatsuhiko Terai, Takuya Okamoto, Go Hasegawa and Masayuki Murata, “Implementation of dynamic socket buffer assignment mechanism for high-performance Web servers,” submitted to SPIE ITCom 2001, February 2001.
  28. Go Hasegawa and Masayuki Murata, “The dynamic threshold control algorithm of RED for thousands of TCP flows,” submitted to SPIE ITCom2001, February 2001.
  29. Ichinoshin Maki, Hideyuki Shimonishi, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “Hierarchically aggregated fair queueing for per-flow fair bandwidth sharing in high-speed backbone networks,” submitted to SPIE ITCom 2001, February 2001.
  30. Masahiro Sasabe, Naoki Wakamiya, Masayuki Murata, and Hideo Miyahara, “Proxy Caching Mechanisms with Video Quality Adjustment, submitted to SPIE ITCom 2001, February 2001.
  31. Hiroyuki Ohsaki, Masayuki Murata, and Hideo Miyahara, “Modeling end-to-end packet delay dynamics of the Internet using system identification,” submitted to International Teletraffic Congress 17, January 2001.
  32. Hiroyuki Ohsaki, Keiichi Takagaki, and Masayuki Murata, “A control theoretical analysis of a windowbased flow control mechanism for TCP connections with different propagation delays,” submitted to SPIE's International Symposium on the Convergence of Information Technologies and Communications, February 2001.

5.4 口頭発表(国内研究会など)

  1. 高垣景一, 大崎博之, 村田正幸, “伝搬遅延時間の異なる複数のTCP コネクションを考慮した, 村田正幸, “多段接続されたネットワークにおけるウィンドウ型フロー制御方式の特性解析,” 電子情報通信学会技術研究報告(SSE2000-3), pp. 13-18, April 2000.
  2. 荒川伸一, 村田正幸, 宮原秀夫, “IP over WDM ネットワークにおける信頼性制御に関する機能分担,” 電子情報通信学会技術研究報告(PNI2000-3), pp. 16-25, May 2000.
  3. 大串幾太郎, 荒川伸一, 村田正幸, 北山研一, “光バースト交換原理に基づく公平性を考慮したパラレル転送方式の提案,” 電子情報通信学会技術研究報告(PNI2000-9), pp. 62-69,May 2000.
  4. Hector Akamine, Naoki Wakamiya, Masayuki Murata and Hideo Miyahara, “Effective video multicast using active networking,” 電子情報通信学会技術研究報告(SSE 2000-28), pp. 37-42,May 2000.
  5. 村田正幸、北山研一、宮原秀夫, “1000 波長WDM によるインターネットのボトルネック解消の可能性,” 電子情報通信学会技術研究報告(PNI2000-6), May 2000.
  6. 寺井達彦, 松尾孝広, 長谷川剛, 村田正幸,“TCP による高速データ転送のための通信処理軽減手法の提案と実装,” 電子情報通信学会技術研究報告(IN2000-23), pp. 45-50, May2000.
  7. 長谷川剛, 倉田謙二, 村田正幸, “バージョン間の公平性を考慮したTCP Vegas の改善方式,”電子情報通信学会技術研究報告(SSE2000-31),pp. 1-6, May 2000.
  8. 山下岳人, 若宮直紀, 村田正幸, 宮原秀夫,“動画像通信におけるユ-ザ効用最大化を実現する統合化資源割当制御の実装と評価,” 電子情報通信学会技術研究報告(SSE2000-49),pp. 43-48, June 2000.
  9. 倉田謙二, 長谷川剛, 村田正幸, “TCP バージョン間の公平性向上のためのRED の改善方式に関する検,” 電子情報通信学会技術研究報告(SSE2000-52), pp. 13-18, June 2000.
  10. 藤本康平, 阿多信吾, 村田正幸, “インターネットにおける実測に基づいたパケット転送遅延の統計的分析,” 電子情報通信学会技術研究報告(IN2000-48), pp. 41-48, July 2000.
  11. 宮林正樹, 若宮直紀, 村田正幸, 宮原秀夫,“TCP データ通信との公平性を考慮した輻輳適応型レート制御による動画像通信の実装,” 電子情報通信学会技術研究報告(CQ2000-35), pp.73-78, July 2000.
  12. 大崎博之, 米良祐一郎, 村田正幸, 宮原秀夫, “REDゲートウェイの定常状態解析- 安定性および過渡特性-,” 電子情報通信学会技術研究報告(SSE2000-137), pp. 131-136, September2000.
  13. 高垣景一, 大崎博之, 村田正幸, “TCP Vegasにもとづくウィンドウ型フロー制御方式の解析,” 電子情報通信学会技術研究報告(SSE2000-124), pp. 55-60, September 2000.
  14. 加藤潤一, 荒川伸一, 村田正幸, “IP over WDM ネットワークにおける経路安定性を考慮した論理パストポロジー設計手法の提案,”電子情報通信学会技術研究報告(SSE2000-130, IN2000-81, CS2000-61), pp. 91-96, September2000.
  15. 後久和宏, 馬場健一, 村田正幸, “光圧縮TDM 方式を複数波長に用いたリングネットワークにおけるパス設計手法,” 電子情報通信学会技術研究報告SSE2000-129, pp. 85-90,September 2000.
  16. 大串幾太郎, 荒川伸一, 村田正幸, 北山研一, “光バースト交換原理に基づく公平性を考慮したパラレル転送方式の適用性評価,” 電子情報通信学会通信ソサイエティ大会, vol. B-10-133, p.356, September-October 2000.
  17. 倉田謙二, 長谷川剛, 村田正幸, “TCP バージョン間の不公平性を解消するパケット廃棄方式,” 電子情報通信学会技術研究報告(SSE2000-159), pp. 37-42, October 2000.
  18. 村田正幸, 北山研一, “光符号ラベルを用いたフォトニックアクセスノードと光データネットワーキングへの応用,” 電子情報通信学会技術研究報告(PNI2000-25), October 2000
  19. 三好昌弘, 菅野正嗣, 村田正幸, “ワイヤレスセルラーネットワークにおけるTCP スループットの性能評価,” 電子情報通信学会技術研究報告(CQ2000-46), pp. 49-54, October2000.
  20. 的場一峰, 阿多信吾, 村田正幸, “インターネットにおける計測に基づいたボトルネック特定手法,” 電子情報通信学会テレコミュニケーションマネジメント研究会, pp. 65 - 70,November 2000.
  21. 藤本康平, 阿多信吾, 村田正幸, “ストリーミングアプリケーションのためのパケット転送遅延の分析とプレイアウト制御への適用,”電子情報通信学会技術研究報告(SSE2000-175, TM2000-47), pp. 71-76, November 2000.
  22. 倉田謙二, 長谷川剛, 村田正幸, “TCP の公平性を考慮したパケット処理方式のネットワークプロセッサへの実装に関する検討,” 電子情報通信学会技術研究報告(SSE2001), March2001.
  23. 荒川伸一, 村田正幸, “IP over WDM ネットワークにおけるプロテクションパスの段階的設計手法の提案,” 電子情報通信学会フォトニックネットワークをベースとする次世代インターネット技術研究会(発表予定), March2001.
  24. 村田正幸, 北山研一, “MPLS をベースとしたフォトニックインターネットの展開に関する一考察,” 電子情報通信学会フォトニックネットワークをベースとする次世代インターネット技術研究会(発表予定), March 2001.
  25. 馬場健一, 山口貴詩, 後久和宏, 村田正幸,“光圧縮TDM 方式を用いた高信頼リングネットワークの設計手法,” 電子情報通信学会フォトニックネットワークをベースとする次世代インターネット技術(PNI)研究会(発表予定),March 2001.
  26. 加藤潤一, 荒川伸一, 村田正幸, “IP over WDM ネットワークにおける論理トポロジー設計手法とIP の経路選択アルゴリズムへの影響,” 電子情報通信学会フォトニックネットワークをベースとする次世代インターネット技術(PNI) 研究会(発表予定), March 2001.
  27. 寺井達彦, 岡本卓也, 長谷川剛, 村田正幸,“Web サーバの高速・高機能化のためのソケットバッファ管理方式の実装と評価,” 電子情報通信学会情報ネットワーク研究会(発表予定), March 2001.
  28. 高垣景一, 大崎博之, 村田正幸, “流体近似法および待ち行列理論を組み合わせたTCP のフィードバック型輻輳制御機構のモデル化,”電子情報通信学会交換システム研究会(発表予定), March 2001.
  29. 宮林正樹, 若宮直紀, 村田正幸, 宮原秀夫,“TCP データ通信との公平性を考慮した輻輳適応型レート制御によるMPEG-4 動画像通信,”電子情報通信学会情報ネットワーク研究会(発表予定), March 2001.
  30. 川辺亮, 阿多信吾, 村田正幸, “IP ルータにおける高速アドレス検索アルゴリズムの性能評価,” 電子情報通信学会交換システム研究会(発表予定), March 2001.
  31. 森田光茂, 大崎博之, 村田正幸, “インターネットにおけるパケット伝送遅延時間の測定およびシステム同定によるモデル化に関する検討,” 電子情報通信学会情報ネットワーク研究会, March 2001.
  32. 的場一峰, 阿多信吾, 村田正幸, “インターネット上のエンドホスト間通信におけるボトルネックリンクの回線利用率計測手法,” 電子情報通信学会テレコミュニケーションマネジメント研究会(発表予定), March 2001
  33. 三好昌弘, 菅野正嗣, 村田正幸, “無線端末におけるTCP の性能向上に関する検討,” 電子情報通信学会移動通信ワークショップ(発表予定), March 2001.
  34. 的場一峰, 阿多信吾, 村田正幸, “インターネットにおける計測に基づいたボトルネック特性調査手法,” 電子情報通信学会全国総合大会(発表予定), March 2001.
  35. Hiroyuki Ohsaki, Masayuki Murata, and Hideo Miyahara, “An application of system identification to modeling end-to-end packet delay dynamics ofthe Internet,” 電子情報通信学会総合大会発表予定, March 2001.
  36. 藤本康平, 阿多信吾, 村田正幸, “実時間アプリケーションのためのパケット転送遅延の分析とプレイアウト制御への適用,” 電子情報通信学会全国総合大会(発表予定), March2001.
  37. 加藤潤一, 荒川伸一, 村田正幸, “A design method of logical topology with stable packet routing in IP over WDM networks,” 電子情報通信学会全国総合大会(発表予定), March 2001.
  38. 大串幾太郎, 荒川伸一, 村田正幸, 北山研一, “並列波長予約を行う光バースト交換方式における公平性の評価,” 電子情報通信学会全国総合大会(発表予定), March 2001.

5.5 2000 年度特別研究報告・修士論文・博士論文

博士論文
  1. Hideyuki Shimonishi, “Switch architectures and traffic control mechanisms for high-speed backbonenetworks,” Ph.D Thesis, Graduate School of Engineering Science, Osaka University, March 2001.
修士論文
  1. Kazuhiro Gokyu, “Traffic accommodation methods for optical compression TDM/WDM ring networks,” Master's thesis, Graduate School of Engineering Science, Osaka University, February 2001.
  2. Kenji Kurata, “A study on high speed packet scheduling method for achieving fairness among TCP connections,” Master's thesis, Graduate School of Engineering Science, Osaka University, February 2001.
  3. Kazumine Matoba, “A study on the Internet capacity dimensioning based on traffic measurement and its statistical analysis,” Master's thesis, Graduate School of Engineering Science, Osaka University,February 2001.
  4. Keiichi Takagaki, “Stability and transient performance analysis of TCP with control theory,” Master's thesis, Graduate School of Engineering Science, Osaka University, February 2001.
卒業研究報告
  1. 板谷夏樹, “TCP コネクション間の公平性を改善するためのバックボーンルータにおけるRED の動的パラメータ設定方式の提案と評価,” 大阪大学基礎工学部情報科学科特別研究報告, February 2001.
  2. 岡本卓也, “Web サーバの高速・高機能化のためのソケットバッファ管理方式の実装と評価,” 大阪大学基礎工学部情報科学科特別研究報告, February 2001.
  3. 加藤雄一郎, “ 無線ネットワーク環境におけるTCP の性能改善方式の提案,” 大阪大学基礎工学部情報科学科特別研究報告, February 2001.
  4. 岸本統久, “TCP コネクション数の変動がRED ゲートウェイの過渡特性に与える影響,”大阪大学基礎工学部情報科学科特別研究報告,February 2001.
  5. 山口貴詩, “光圧縮TDM 方式を用いた高信頼リングネットワークの設計手法,” 大阪大学基礎工学部情報科学科特別研究報告, February2001.