JP2008053878A - パケットサンプルを用いた大量バースト生成フロー特定方法およびそのシステム - Google Patents
パケットサンプルを用いた大量バースト生成フロー特定方法およびそのシステム Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】パケットサンプルにより得られた統計データのみを用いて、他のフローに与える影響が大きく平滑化の効果の高い、レート変動とフローサイズの大きなフロー(大量バースト生成フローと言う)をアクセスルータにおいて特定し、特定した大量バースト生成フローを対象に、アクセスルータにおいてフロー単位のキューイングを行うことにより、長期平均レートに平滑化する。パラメータ設定装置101により、任意の特定曲線を実現するタイムアウト時間とサンプリング周期が設計され、大量バースト生成フロー特定装置104は、フローテーブル103に登録されたフローから高レートフローを特定し、大量バースト生成フローリスト105に出力する。
【選択図】図1
Description
また、パケットサンプリングにより高レートフローのフローレートを高精度に推定するアプローチもあるが、フローレートの推定を目的としているため、特定の閾値となるフローレートを与えたときの任意のフローレートに対する特定確率が定式化されておらず、やはり特定精度が明らかでない。
上記方法の動作原理は、下記の通りである。
まず、フローを発着IPアドレス、発着ポート番号、プロトコルタイプが共通のパケットの集合と定義する。そして、長さがφ(s)の任意の測定期間Φを定め、各フローに対して、Φ内に到着したパケット数をuとするとき、フローレートfをf≡u/φ(pps)と定義する。任意に定めた閾値f*に対して、f≧f*のフローを高レートフローと定義し、着目リンクにおいて、高レートフローをΦ内で特定することを考える。
ここでは、タイムアウト時間Tを、Kを任意の整数をとるパラメータとしてKサンプル周期(T=KN/∧)で与える。ST−Y法は、パラメータKとNを調整することにより、任意の特定曲線を実現する。
本発明の目的は、上述のような課題を解決し、ST法を階層的に用いることにより、サンプルパケット情報を用いて効果的に大量バースト生成フローを特定することができるパケットサンプルを用いた大量バースト生成フロー特定方法およびそのシステムを提供することにある。
また、本発明は、測定周期Φ1を考え、測定周期Φ1をk個の測定周期Φ2に分割し、各測定周期Φ2内でサンプルされたパケット数が閾値Y以上となったフローをその測定周期Φ2において特定し、k個の測定周期Φ2中に特定された回数をフローごとにカウントし、特定回数がZ回以上になったフローを最終的に大量バースト生成フローとして特定することを特徴としている。すなわち、本発明は、先に提案したST法で用いる測定周期内をさらに細かな測定周期に分割し、2種の測定結果からバーストを効率良く特定する方法であ
さらに、本発明では、高レートで長時間パケットを送出し続けるようなフローを特定することを避けるため、測定周期Φ1内の特定回線が閾値Z’(ただし、Z’>Z)を超えたフローは特定対象から除外することも特徴としている。
図1は、本発明の一実施形態に係る大量バースト生成フロー特定装置の構成図である。
図1において、101はパラメータ設定装置、102はパケットサンプル装置、103はフローテーブル、104は大量バースト生成フロー特定装置、105は大量バースト生成フローリストである。メモリに内蔵された大量バースト生成フローリスト105以外の装置は、いずれもCPU、メモリ等を内蔵したコンピュータで構成され、プログラムを実行することにより、それぞれの機能を逐行する。
フローテーブル103によりサンプルされたフローのサンプルパケット数と特定回数が記憶される。大量バースト生成フロー特定装置104により、フローテーブル103に記憶されているサンプル回数と特定回数に応じて大量バースト生成フローが特定され、大量バースト生成フローリスト105に出力される。
以下、本発明の大量バースト生成フロー特定方法について説明する。
まず、測定周期Φ1を考え、その長さをΦ1(s)とする。そして、Φ1をk個の測定周期Φ2に分割する。測定周期Φ2の長さをΦ2(s)とすると、ΦI=kΦ2となる。そして、ST法をΦ2の各々の測定周期で実施し、k個のΦ2中に特定された回数をフローごとにカウントし、特定回数がZ回以上となったフローを最終的に大量バースト生成フローとして特定する。フローサイズが大きくてもレート変動が小さいフローは測定周期測定周期Φ2の時間スケールで特定されず、またレート変動が大きくてもフローサイズが小さいフローは特定回数が少ないため、共にΦ1内の特定回数が少なく、最終的に特定されない。
この結果、フローサイズとレート変動が大きい大量バースト生成フローのみを効果的に特定できる。なお、高レートで長時間パケットを送出し続けるようなフロー(レート変動が小さいため、平滑化の効果が期待できない)も特定されるため、Φ1内の特定回数が閾値Z’(ただし、Z’>Z)を超えたフローは特定対象から除外する。
本発明の基本的な有効性を確認するため、計算機シミュレーションによる評価を行った。以下の三種類のフローを混在させた。
VRLS:variable−rate large−size flow:レート変動とサイズの大きなフローであり、大量バースト生成フローに相当する。on−off過程によりモデル化し、on期間中はピークレートが100Mbpsになるようパケットを指数分布に従う間隔で発生させ、on期間中はフローごとに1/240〜1/80sの範囲でランダムに設定し、平均レートが20Mbpsになるようにoff期間長を設定した。10本のVRLSフローを多重させた。
CRLS:constant−rate large−size flow:レートが一定でサイズの大きなフローであり、フローごとにレートを10Mbps〜30Mbpsの範囲でランダムに設定した。評価期間中、終始アクティブであり、パケットは指数分布に従う間隔で発生させた。やはり10本のCRLSフローを多重させた。
SS:small−size flow:サイズの小さなフローであり、フローサイズを平均が1Mbyteの指数分布で与え、平均が2msの指数分布に従う間隔でSSフローを多重させた。各フローのレートを10Mbps〜100Mbpsの範囲でランダムに設定し、各フローがアクティブである間、指数分布に従う間隔でパケットを発生させた。
図2は、フローごとの散布図である。図2では、横軸をφ1=1s内の転送パケット数(長期平均レ−ト)、縦軸をφ2=10ms内の転送パケット数の最大値(短期ピークレート)としたときのフローを示している。
図2(a)は、全フローを示す。図2(b)は、φ1=1sとしたST法により特定されたフロ−を示す。図2(c)は、φ2=10msとしたST法により特定されたフローを示す。図2(d)は、本発明により特定されたフローを示す。φを長期に設定してST法を用いると、CRLSフローが、またφを短期に設定してST法を用いると、SSフローが、、各々誤って特定されることが分かる。しかし、本発明を用いれば、VRLSフローを効果的に特定できることが確認できる。
図3は、本発明の特定例を示す説明図である。
ここでは、Φ内に3本のフローから合計で12個のパケットがサンプルされた場合を示している。K=2、Y=4とすると、フロー3のみが特定される。フロー3からは、タイムアウトしないでY+1個のパケットがサンプルされているため、Y番目のパケットがサンプルされた時点で特定される。フロー2からもΦ内にフロー3と同数(5)のパケットがサンプルされているが、2番目と3番目のパケットがサンプルされる間でタイムアウトするため、フロー2は特定されない。
以下では、Y−Short timeout法の特定確率を解析的に導出し、特定フローレート閾値f*とその特定確率H*を実現するためのパラメータ設定法について説明する。
Φの間に到着する総パケット数をL、総サンプルパケット数をDとすると、L=∧φ、D=L/Nとなる。DはD≧Yを満たす必要がある。フローレートfのフローのΦ内におけるトラヒック比率pをp≡f/∧と定義し、Φ中は着目フローから一定のレートfでパケットが着目リンクに到着すると仮定する。多重フロー数が十分に多い場合、サンプルされるパケットは各々独立であり、サンプルされたパケットがトラヒック比率pのフローに属している確率はΦの間、常にpとなる。fはpに比例することから、fの代わりにpに対する特定確率Hを導出する。また、特定の閾値をf*で規定する代わりにp*で規定し、与えられたLから、トラヒック比率がp*のフローを確率H*で特定することを考える。
図4は、jの最大値を実現するパケットサンプリングパターンの説明図である。
T以内にY個以上のパケットがサンプルされると、着目フローは特定されるため、図4に示すように、着目フローのパケットがY−1個連続してサンプルされる(図4中、黒丸)期間と、着目フロー以外のパケットがK個連続してサンプルされる(図4中、白丸)期間が交互に現われる場合に、着目フローが特定されないという条件でjが最大となる(図4は、Y=3、K=2の場合)。よって、Jは次式(2)となる。
まず、0≦j≦Y−1のときは、着目フローは必ず特定されない。一方で、D個のサンプルにおいて着目フローのパケットがj個サンプルされる確率は二項分布に従うことから、qY(p,j)は次式(4)で得られる。
区間A(d)はΦ内の任意の連続するd個のサンプルが行われる区間であり、d=Dのとき、A(d)=Φとなる。rY(p,d,j,v,w)は、区間A(d)において着目フローのパケットがj個サンプルされ、かつ、最後(j番目)のサンプル位置が区間A(d)の最後のサンプル位置から遡ることv番目のサンプル位置であり、区間A(d)の終了時点でフローテーブル内の着目フローのエントリのカウンタ値がwであり(タイムアウトしないでw個サンプルされている)、かつ、着目フローがこの間、特定されない確率である。
図5は、dの最小値を実現するパケットサンプリングパターンの説明図である。
ここでは、dの最小値αY(j,w)を与えるパケットサンプルパターンを示す(図5では、Y=3、K=3、j=5、w=1の場合)。
dが最小となるのは、A(d)の末尾から連続してw個のサンプル位置で着目フローのパケットがサンプルされ、残るj−w個の着目フローのパケットがKのブランクを挟んでY−1個以下のクラスタを形成する場合であるため、αY(j,w)の値は次式(5)となる。
102 パケットサンプリング装置
103 フローテーブル
104 大量バースト生成フロー特定装置
105 大量バースト生成フローリスト
L 総パケット数
D 総サンプルパケット数
Y パラメータ(任意の整数)
K パラメータ(任意の整数)
Claims (4)
- パケットサンプルにより得られた統計データのみを用いて、他のフローに与える影響が大きく平滑化の効果の高い、レート変動とフローサイズの大きな大量バースト生成フローをアクセスルータにおいて特定し、特定した大量バースト生成フローを対象に、該アクセスルータにおいてフロー単位のキューイングを行うことにより、長期平均レートに平滑化することを特徴とする大量バースト生成フローの特定方法。
- レート変動とフローサイズの大きな大量バースト生成フローを特定する特定方法において、
まず測定周期Φ1を考え、該測定周期Φ1をk個の測定周期Φ2に分割し、各測定周期Φ2内でサンプルされたパケット数が閾値Y以上となったフローを該測定周期Φ2において特定し、k個の測定周期Φ2中に特定された回数をフローごとにカウントし、特定回数がZ回以となったフローを最終的に大量バースト生成フローとして特定することを特徴とする大量バースト生成フローの特定方法。 - 請求項2に記載の大量バースト生成フローの特定方法において、
前記測定周期Φ1内の特定回数が閾値Z’(ただし、Z’>Z)を超えたフローは、特定対象から除外して、高レートで長時間パケットを送出し続けるようなフローの特定を避けることを特徴とした大量バースト生成フローの特定方法。 - パケットサンプルレートや特定判断閾値を設定するパラメータ設定装置と、
パケットを一定周期ごとにサンプルするパケットサンプル装置と、
サンプルされたフローのサンプルパケット数と特定回数を記憶するフローテーブルと、
該フローテーブルに記憶されているサンプル回数と特定回数に応じて大量バースト生成フローを特定する大量バースト生成フロー特定装置と、
特定された大量バースト生成フローを出力する大量バースト生成フローリストと
を有することを特徴とする大量バースト生成フロー特定システム。
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