JP2010061274A - Communication method and device - Google Patents
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Abstract
【課題】データ伝送を制御する設定項目毎の設定値の最適な組み合わせを短時間で見つけることができるようにする。
【解決手段】送信装置が、データ伝送を制御する設定項目毎の設定値を遺伝子とする個体の集合を第一世代の個体集合として設定するステップ(S1)、個体集合に含まれる個体毎にデータを送信するステップ(S2)、さらに、受信装置が、指標を算出するステップ(S2)、送信装置1に指標の値を送信するステップ(S2)、さらに、送信装置1が、適応度を算出するステップ(S3)、交叉の操作を行うステップ(S4)、突然変異の操作を行うステップ(S5)、個体集合に含まれる個体のうち適応度の低い個体を入れ替えるステップ(S8)を有するようにした。
【選択図】図1An optimal combination of setting values for each setting item for controlling data transmission can be found in a short time.
A transmitting device sets a set of individuals having a set value for each setting item for controlling data transmission as a gene as a first generation individual set (S1), and sets data for each individual included in the individual set. (S2), the receiver calculates the index (S2), the transmitter transmits the index value (S2), and the transmitter 1 calculates the fitness. A step (S3), a step (S4) for performing a crossover operation, a step (S5) for performing a mutation operation, and a step (S8) for replacing an individual having low fitness among individuals included in the individual set. .
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、通信方法及び通信装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、送信装置と受信装置とを有するデータ伝送システムにおけるデータ伝送を制御する設定項目毎の設定値を遺伝的アルゴリズムを用いて設定する通信方法及び通信装置に関する。 The present invention relates to a communication method and a communication apparatus. More specifically, the present invention relates to a communication method and a communication device for setting a setting value for each setting item for controlling data transmission in a data transmission system having a transmitting device and a receiving device using a genetic algorithm.
なお、本発明において「データ」とはパケットデータを指す。 In the present invention, “data” refers to packet data.
通信ミドルウェアに相当する高度通信機能は、通信のサービス品質の保証に関する機能や通信の高信頼化を図る機能を備えている。そして、これらの機能には設定項目が複数用意されている。従来、この設定項目毎の設定値は人の判断によって決定されている(非特許文献1)。 The advanced communication function corresponding to the communication middleware has a function for guaranteeing communication service quality and a function for improving communication reliability. A plurality of setting items are prepared for these functions. Conventionally, the setting value for each setting item is determined by human judgment (Non-Patent Document 1).
しかしながら、高度通信機能に設定可能な値の組合せは膨大な数に上る。例えば、組合せを検討する際には、通信網のノード数や構成、収容するアプリケーションの種類等の条件を考慮することが望ましい。しかも、これらの要素は当該通信網を利用している設備や業務の変更に応じて変化する。したがって、高度通信機能における各設定項目の設定値を自動的に設定できれば、高度通信機能の運用管理業務を効率化することができる。 However, the number of combinations of values that can be set for the advanced communication function is enormous. For example, when considering combinations, it is desirable to consider conditions such as the number and configuration of nodes in the communication network and the types of applications to be accommodated. In addition, these elements change in accordance with changes in equipment and business using the communication network. Therefore, if the setting values of each setting item in the advanced communication function can be automatically set, the operation management work of the advanced communication function can be made efficient.
そこで、本発明は、複数の送信装置と少なくとも一つの受信装置とを有するデータ伝システムにおけるデータ伝送を制御する設定項目毎の設定値の最適な組み合わせを短時間で見つけることができる通信方法及び通信装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a communication method and communication capable of quickly finding an optimal combination of setting values for each setting item for controlling data transmission in a data transmission system having a plurality of transmitting devices and at least one receiving device. An object is to provide an apparatus.
本発明者らは、通信ミドルウェアにおける諸設定値の設定方法の検討をする中で、設定値の計算問題を組合せ最適化問題として捉え、諸設定値の設定方法として遺伝的アルゴリズムを活用することが効果的であることを知見した。 While examining the setting method of various setting values in the communication middleware, the present inventors regard the setting value calculation problem as a combination optimization problem, and can use a genetic algorithm as a setting method of various setting values. It was found to be effective.
ここで、組合せ最適化問題とは、様々な条件を満足させながら複数の選択肢から最適な順序や組合せを決める問題である(例えば、社団法人人工知能学会編:人工知能学辞典,共立出版,2005年12月)。組合せ最適化問題は、一般に、問題のサイズが大きくなるに連れて解集合を形成する要素の数が組合せ的に増加する(組合せ爆発とも言う)。 Here, the combination optimization problem is a problem in which an optimal order or combination is determined from a plurality of options while satisfying various conditions (for example, the Japanese Society for Artificial Intelligence: Artificial Intelligence Dictionary, Kyoritsu Publishing, 2005). December). In general, the combinatorial optimization problem has a combinatorial increase in the number of elements that form a solution set as the problem size increases (also referred to as combinatorial explosion).
また、遺伝的アルゴリズムとは、生物の進化における遺伝のメカニズムに似た操作を取り入れたアルゴリズムである。すなわち、解の候補を遺伝子に見立て、環境や条件にどの程度適合しているか判定する適応度算出,異なる遺伝子同士を組み合せる交叉,解の一部を変更する突然変異等の操作を繰り返しながら環境や条件に最適な解を探索するものである。なお、遺伝的アルゴリズム自体は周知の技術であるので本明細書においては詳細については省略する(例えば、三宮信夫・他:遺伝アルゴリズムと最適化,朝倉書店,1998年 参照)。 A genetic algorithm is an algorithm that incorporates operations similar to the genetic mechanism in the evolution of organisms. In other words, considering the candidate solution as a gene, calculating the fitness to determine how well it fits the environment and conditions, crossover to combine different genes, mutations that change part of the solution, etc. It searches for the best solution for the conditions. Since the genetic algorithm itself is a well-known technique, details are omitted in this specification (see, for example, Nobuo Sannomiya et al .: Genetic Algorithm and Optimization, Asakura Shoten, 1998).
請求項1記載の通信方法は、発明者等の独自の知見に基づくものであり、複数の送信装置から少なくとも一つの受信装置にデータを伝送する通信方法であって、送信装置が該送信装置と受信装置との間のデータの伝送を制御する設定項目毎の設定値を遺伝子とする個体を複数生成すると共に該個体の集合を第一世代の個体集合であって操作対象個体集合として設定するステップと、送信装置が操作対象個体集合に含まれる各個体を構成する設定項目毎の設定値の組み合わせ毎にデータを送信するステップと、受信装置がデータの送信結果に基づいて各個体について指標を算出するステップと、受信装置が送信装置に指標の値を送信するステップと、送信装置が指標の値を用いて個体毎に適応度を算出するステップと、送信装置が予め設定された交叉確率の閾値と適応度を用いて交叉相手の選択及び交叉対象となる設定値の選択をすることとによって操作対象個体集合に含まれる各個体に対して交叉の操作を行うステップと、送信装置が交叉が行われた結果の新しい各個体に対して予め設定された突然変異の生起確率に基づいて突然変異の操作を行うステップと、操作対象個体集合に含まれる個体のうち適応度の低い個体を削除すると共に交叉及び突然変異の操作が行われた結果の新しい個体を追加して新たな操作対象個体集合として設定するステップとを有するようにしている。 The communication method according to claim 1 is based on original knowledge of the inventors and the like, and is a communication method for transmitting data from a plurality of transmission devices to at least one reception device, wherein the transmission device and the transmission device A step of generating a plurality of individuals having a set value for each setting item for controlling transmission of data to and from the receiving device as a gene and setting the set of individuals as a first generation individual set as an operation target individual set And a step in which the transmitting device transmits data for each combination of setting values for each setting item constituting each individual included in the operation target individual set, and the receiving device calculates an index for each individual based on the data transmission result A step in which the receiving device transmits an index value to the transmitting device, a step in which the transmitting device calculates fitness for each individual using the index value, and a transmitting device is preset. A step of performing a crossover operation on each individual included in the operation target individual set by selecting a crossing partner and a setting value to be crossed using a threshold value and fitness of the crossover probability, and a transmission device A step of performing a mutation operation based on a preset mutation occurrence probability for each new individual obtained as a result of crossover, and an individual having a low fitness among the individuals included in the operation target individual set And a step of adding a new individual as a result of the crossover and mutation operation and setting it as a new operation target individual set.
また、請求項2記載の通信装置は、複数の送信装置と該送信装置からのデータを受信する少なくとも一つの受信装置とを備えた通信装置であって、送信装置が、該送信装置と受信装置との間のデータの伝送を制御する設定項目毎の設定値を遺伝子とする個体を複数生成すると共に該個体の集合を第一世代の個体集合であって操作対象個体集合として設定する手段と、操作対象個体集合に含まれる各個体を構成する設定項目毎の設定値の組み合わせ毎にデータを送信する手段とを有し、また、受信装置が、データの送信結果に基づいて各個体について指標を算出する手段と、送信装置に指標の値を送信する手段とを有し、送信装置が、さらに、指標の値を用いて個体毎に適応度を算出する手段と、予め設定された交叉確率の閾値と適応度を用いて交叉相手の選択及び交叉対象となる設定値の選択をすることとによって操作対象個体集合に含まれる各個体に対して交叉の操作を行う手段と、交叉が行われた結果の新しい各個体に対して予め設定された突然変異の生起確率に基づいて突然変異の操作を行う手段と、操作対象個体集合に含まれる個体のうち適応度の低い個体を削除すると共に交叉及び突然変異の操作が行われた結果の新しい個体を追加して新たな操作対象個体集合として設定する手段とを有するようにしている。 The communication device according to claim 2 is a communication device including a plurality of transmission devices and at least one reception device that receives data from the transmission device, wherein the transmission device includes the transmission device and the reception device. Generating a plurality of individuals having a set value for each setting item for controlling transmission of data between and a set of the individuals as a first generation individual set and an operation target individual set; Means for transmitting data for each combination of setting values for each setting item constituting each individual included in the operation target individual set, and the receiving device displays an index for each individual based on the data transmission result Means for calculating, and means for transmitting an index value to the transmission device, the transmission device further calculating means for each individual using the index value, and a preset crossover probability Using threshold and fitness By selecting a crossover partner and selecting a set value for crossover, a means for performing a crossover operation on each individual included in the operation target individual set, and for each new individual as a result of crossover A means for performing a mutation operation based on a preset mutation occurrence probability, and deleting individuals with low fitness among the individuals included in the operation target individual set, and performing crossover and mutation operations. And a means for adding a new individual as a result and setting it as a new operation target individual set.
したがって、この通信方法及び通信装置によると、データの伝送を制御する設定項目毎の設定値を遺伝的アルゴリズムを用いて決定するようにしているので、例えば設定項目毎の設定値の最適な組み合わせの解空間の構造が不明であったり変化したり、または、データ伝送を制御するための設定項目の数や設定項目毎の設定値の数若しくは範囲が多いために設定項目毎の設定値の最適な組み合わせについて全探索を行うことが現実的でない場合であったりしても、効率的に短時間で設定項目毎の設定値の最適な組み合わせが探索される。 Therefore, according to this communication method and communication apparatus, since the setting value for each setting item for controlling data transmission is determined using a genetic algorithm, for example, an optimum combination of setting values for each setting item The structure of the solution space is unknown or changes, or the number of setting items for controlling data transmission and the number or range of setting values for each setting item are large, so the setting value for each setting item is optimal. Even if it is not practical to perform a full search for a combination, an optimal combination of setting values for each setting item is efficiently searched in a short time.
本発明の通信方法及び通信装置によれば、遺伝的アルゴリズムを用いることによって効率的に短時間で設定項目毎の設定値の最適な組み合わせを探索することができるので、データ伝送制御の設定を自動的に行うことが可能になり、データ伝送制御の設定の手間の軽減を図ることができると共に客観性の向上を図ることができる。 According to the communication method and the communication device of the present invention, it is possible to efficiently search for an optimal combination of setting values for each setting item in a short time by using a genetic algorithm. Therefore, it is possible to reduce the labor for setting the data transmission control and to improve the objectivity.
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on the best mode shown in the drawings.
図1から図5に、本発明の通信方法及び通信装置の実施形態の一例を示す。本発明は、図2に示すように、複数の送信装置1と少なくとも一つの受信装置2とを有するデータ伝送システムにおける送信装置1と受信装置2との間のデータDの伝送を制御する設定項目毎の設定値を決定するものである。 1 to 5 show an example of an embodiment of a communication method and a communication apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 2, the present invention is a setting item for controlling transmission of data D between a transmission device 1 and a reception device 2 in a data transmission system having a plurality of transmission devices 1 and at least one reception device 2. Each set value is determined.
また、本発明では、遺伝的アルゴリズムによる設定値の計算をアプリケーション毎に行う。そして、本発明は、送信装置1に、系統運用のためにデータ伝送を利用するアプリケーション(以下、系統運用アプリケーションと呼ぶ)と設備保全のためにデータ伝送を利用するアプリケーション(以下、設備保全アプリケーションと呼ぶ)との二つが存在する場合も、どちらか一方のみが存在する場合も、どちらの場合も適用可能である。そして、本発明では、遺伝的アルゴリズムの操作を行うための個体の集合を系統運用アプリケーションのために一つ用意すると共に設備保全アプリケーションのために一つ用意する。さらに、系統運用アプリケーションが複数の送信装置を持っている場合でも、一つの個体集合を用いてデータ伝送を行う。設備保全アプリケーションが複数の送信装置を持っている場合も同様である。 In the present invention, the calculation of the set value by the genetic algorithm is performed for each application. The present invention provides the transmitter 1 with an application that uses data transmission for system operation (hereinafter referred to as a system operation application) and an application that uses data transmission for equipment maintenance (hereinafter referred to as an equipment maintenance application). In this case, both cases are applicable. In the present invention, one set of individuals for operating the genetic algorithm is prepared for the system operation application and one for the equipment maintenance application. Further, even when the system operation application has a plurality of transmission devices, data transmission is performed using one individual set. The same applies when the equipment maintenance application has a plurality of transmission devices.
そして、本発明の通信方法は、図1に示すように、複数の送信装置1から少なくとも一つの受信装置2にデータを伝送する通信方法であって、送信装置1が該送信装置1と受信装置2との間のデータの伝送を制御する設定項目毎の設定値を遺伝子とする個体を複数生成すると共に該個体の集合を第一世代の個体集合であって操作対象個体集合として設定するステップ(S1)と、送信装置1が操作対象個体集合に含まれる各個体を構成する設定項目毎の設定値の組み合わせ毎にデータを送信すると共に受信装置2がデータの送信結果に基づいて各個体について指標を算出して送信装置1に指標の値を送信するステップ(S2:S2−1〜S2−4)と、送信装置1が指標の値を用いて個体毎に適応度を算出するステップ(S3)と、送信装置1が予め設定された交叉確率の閾値と適応度を用いて交叉相手の選択及び交叉対象となる設定値の選択をすることとによって操作対象個体集合に含まれる各個体に対して交叉の操作を行うステップ(S4:S4−1〜S4−6)と、送信装置1が交叉が行われた結果の新しい各個体に対して予め設定された突然変異の生起確率に基づいて突然変異の操作を行うステップ(S5)と、操作対象個体集合に含まれる個体のうち適応度の低い個体を削除すると共に交叉及び突然変異の操作が行われた結果の新しい個体を追加して新たな操作対象個体集合として設定するステップ(S8:S8−1〜S8−2)とを有する。 As shown in FIG. 1, the communication method of the present invention is a communication method for transmitting data from a plurality of transmission apparatuses 1 to at least one reception apparatus 2, and the transmission apparatus 1 transmits the transmission apparatus 1 and the reception apparatus. A step of generating a plurality of individuals having a set value for each setting item for controlling transmission of data to and from the gene as a gene, and setting the set of individuals as a first generation individual set as an operation target individual set ( S1), and the transmission device 1 transmits data for each combination of setting values for each setting item constituting each individual included in the operation target individual set, and the reception device 2 uses the data transmission result to indicate an index for each individual. Calculating the index value to the transmitting apparatus 1 (S2: S2-1 to S2-4), and the transmitting apparatus 1 calculating the fitness for each individual using the index value (S3) And the transmitter Performs a crossover operation on each individual included in the operation target individual set by selecting a crossover partner and selecting a setpoint to be crossed using a preset crossover probability threshold and fitness. A step (S4: S4-1 to S4-6) and a step of performing a mutation operation based on a preset mutation occurrence probability for each new individual as a result of the crossover performed by the transmission apparatus 1 (S5) and deleting a low fitness individual among the individuals included in the operation target individual set, and adding a new individual as a result of the crossover and mutation operation and setting it as a new operation target individual set (S8: S8-1 to S8-2).
また、上記通信方法は本発明の通信装置として実現され得る。本発明の通信装置10は、図3に示すように、複数の送信装置1と該送信装置1からのデータを受信する少なくとも一つの受信装置2とを備えた通信装置であって、送信装置1が、該送信装置1と受信装置2との間のデータの伝送を制御する設定項目毎の設定値を遺伝子とする個体を複数生成すると共に該個体の集合を第一世代の個体集合であって操作対象個体集合として設定する手段としての第一世代設定部1aと、操作対象個体集合に含まれる各個体を構成する設定項目毎の設定値の組み合わせ毎にデータを送信する手段としてのデータ送信部1bとを有し、また、受信装置2が、データの送信結果に基づいて各個体について指標を算出する手段としての指標算出部2aと、送信装置1に指標の値を送信する手段としての指標送信部2bとを有し、送信装置1が、さらに、指標の値を用いて個体毎に適応度を算出する手段としての適応度算出部1cと、予め設定された交叉確率の閾値と適応度を用いて交叉相手の選択及び交叉対象となる設定値の選択をすることとによって操作対象個体集合に含まれる各個体に対して交叉の操作を行う手段としての交叉実行部1dと、交叉が行われた結果の新しい各個体に対して予め設定された突然変異の生起確率に基づいて突然変異の操作を行う手段としての突然変異実行部1eと、操作対象個体集合に含まれる個体のうち適応度の低い個体を削除すると共に交叉及び突然変異の操作が行われた結果の新しい個体を追加して新たな操作対象個体集合として設定する手段としての次世代生成部1fとを有する。 The communication method can be realized as a communication device of the present invention. As shown in FIG. 3, the communication device 10 of the present invention is a communication device including a plurality of transmission devices 1 and at least one reception device 2 that receives data from the transmission device 1. However, a plurality of individuals having a set value for each setting item for controlling transmission of data between the transmitting device 1 and the receiving device 2 as genes are generated, and the set of the individuals is a first generation individual set. First generation setting unit 1a as means for setting as an operation target individual set, and data transmission unit as means for transmitting data for each combination of setting values for each setting item constituting each individual included in the operation target individual set 1b, and an index calculation unit 2a as a means for the reception apparatus 2 to calculate an index for each individual based on a data transmission result, and an index as a means for transmitting an index value to the transmission apparatus 1 Transmitter 2b And the transmission apparatus 1 further performs a crossover using a fitness calculation unit 1c as means for calculating the fitness for each individual using the index value, and a preset crossover probability threshold and fitness. A crossover execution unit 1d as a means for performing crossover operation on each individual included in the operation target individual set by selecting a partner and a set value to be crossover target, and a result of crossover A mutation execution unit 1e as a means for performing a mutation operation based on a mutation occurrence probability set in advance for each new individual, and an individual having a low fitness among the individuals included in the operation target individual set A next generation generation unit 1f as means for deleting and adding a new individual as a result of the crossover and mutation operation to set as a new operation target individual set.
本発明の通信装置10による通信方法の実行にあたっては、まず、初期化として、送信装置1の第一世代設定部1aが、N個の個体を用意する(S1)。 In executing the communication method by the communication device 10 of the present invention, first, the first generation setting unit 1a of the transmission device 1 prepares N individuals as initialization (S1).
本発明では、データ伝送を制御する設定項目毎の設定値を組み合わせて一組として個体とするようにしており、送信装置1と受信装置2との間のデータの伝送を制御する設定項目及び各設定項目が設定値としてとり得る値の範囲もしくは候補が予め設定される。なお、個体を構成する設定項目の数は特定の数に限定されるものではなく、データ伝送を制御するために有用であると考えられる設定項目を踏まえて決定される。 In the present invention, the setting values for the setting items for controlling data transmission are combined into individual sets, and the setting items for controlling the transmission of data between the transmitting device 1 and the receiving device 2 and each Ranges or candidates of values that the setting items can take as setting values are preset. Note that the number of setting items constituting an individual is not limited to a specific number, but is determined based on setting items that are considered useful for controlling data transmission.
本発明の設定項目は、データ伝送を制御(言い換えると、通信装置10を運用)する際に設定値が決定される項目であって採用する設定値によって通信装置10の性能が変化するものであれば良く、特定の項目に限られるものではない。通信装置10の性能を変化させ得るデータ伝送の設定項目は大きくは通信のサービス品質の保証機能に関するものと信頼性確保に関するものに分けられ、それぞれについて具体的には例えば以下の項目が考えられる。 The setting item of the present invention is an item in which a setting value is determined when data transmission is controlled (in other words, the communication device 10 is operated), and the performance of the communication device 10 varies depending on the setting value employed. What is necessary is not limited to a specific item. Setting items for data transmission that can change the performance of the communication device 10 are roughly divided into those relating to the guarantee function of communication service quality and those relating to ensuring reliability. Specifically, for example, the following items can be considered.
I.通信のサービス品質の保証機能に関する設定項目
1)集約
設定された単位時間が経過した時点、或いは、集約上限数のメッセージが集まった時点で送信を行う。これにより、個別のメッセージにヘッダを付加する場合よりもトラヒックを抑制する効果をもたらす。集約には、以下の設定項目が存在する。
i )単位時間
ii )集約上限(メッセージ数)
iii)制御単位(以下のいずれかを選択)
−送信側アプリケーション優先度
−送信側アプリケーション種別
−受信側ノード
I. Setting items related to the guarantee function of communication service quality 1) Aggregation Transmission is performed when a set unit time has elapsed or when an aggregation upper limit number of messages are collected. This brings about an effect of suppressing traffic as compared with the case of adding a header to an individual message. The following setting items exist for aggregation.
i) Unit time
ii) Aggregation limit (number of messages)
iii) Control unit (Choose one of the following)
-Sender application priority-Sender application type-Receiver node
2)ポリシング
設定された単位時間において、設定されたしきい値を超えた受信メッセージを廃棄する。これにより、処理負荷が集中することによって優先すべきアプリケーションに影響が及ぶことを防ぐ効果をもたらす。ポリシングには、以下の設定項目が存在する。
i )単位時間
ii )メッセージ処理上限(メッセージ数)
iii)期限超過許容時間
iv )制御単位(以下のいずれかから選択)
−送信側アプリケーション優先度
−送信ノードとアプリケーションの組合せ
−受信側アプリケーション種別
−受信側テンプレート
このうち、期限超過許容時間とは、送信側アプリケーションが設定した処理期限を超過している場合でも、この設定された時間内の遅延であれば送信を行うしきい値である。したがって、この期限超過許容時間すら超えてしまったメッセージは廃棄される。
2) Policing Received messages that exceed the set threshold in the set unit time are discarded. This brings about the effect of preventing the priority application from being affected by the concentration of processing loads. The following setting items exist for policing.
i) Unit time
ii) Message processing limit (number of messages)
iii) Allowable time limit
iv) Control unit (choose from one of the following)
-Sending-side application priority-Sending node and application combination-Receiving-side application type-Receiving-side template Among these, the overdue allowable time is the setting even if the processing time limit set by the sending-side application is exceeded. If it is a delay within the specified time, it is a threshold value for performing transmission. Therefore, a message that has exceeded the allowable time limit is discarded.
3)シェーピング
設定された単位時間において、設定された上限を超えない範囲でメッセージを送信する。これにより、メッセージの送信タイミングをならすことで、バーストトラヒックの発生を防ぐ効果をもたらす。シェーピングには以下の設定項目が存在する。
i )単位時間
ii )送信上限(メッセージ数)
iii)期限超過許容時間
iv )制御単位(以下のいずれかから選択)
−送信側アプリケーション優先度
−送信側アプリケーション種別
−受信ノードとアプリケーションの組合せ
なお、期限超過許容時間の意味は、ポリシングの場合と同一である。
3) Shaping A message is transmitted within a set unit time within a range not exceeding the set upper limit. This brings about the effect of preventing the occurrence of burst traffic by leveling the message transmission timing. The following setting items exist for shaping.
i) Unit time
ii) Transmission limit (number of messages)
iii) Allowable time limit
iv) Control unit (choose from one of the following)
-Sending-side application priority-Sending-side application type-Combination of receiving node and application It should be noted that the meaning of the overdue allowable time is the same as in the case of policing.
4)静的優先制御
設定された優先度にしたがって、処理の順番を制御する。一度設定された優先度は固定される。これにより、遅延時間に厳しい要求を持つアプリケーションに関するサービス品質を確保する効果がもたらされる。静的優先制御には、優先度(高/低)の項目がただ一つ存在する。
4) Static priority control The order of processing is controlled according to the set priority. The priority once set is fixed. This has the effect of ensuring quality of service for applications that have strict requirements on delay times. Static priority control has only one priority (high / low) item.
5)動的優先制御
静的優先制御において低優先に設定されたアプリケーションが、なるべく多く実行できるように処理順序を制御する。動的優先制御には以下の設定項目が存在する。
i )優先度を上げる際の判断に用いるしきい値
ii )優先度を下げる際の判断に用いるしきい値
iii)優先度の再計算を行う時間間隔
5) Dynamic priority control The processing order is controlled so that applications set to low priority in static priority control can be executed as much as possible. The following setting items exist for dynamic priority control.
i) Threshold value used for judgment when raising priority
ii) Threshold used for judgment when lowering priority
iii) Time interval for recalculating priorities
6)キャッシュ
高度通信機能を備えた中継ノードにおいてデータのコピーを保存しておき、アプリケーションがそのデータを必要とするときに、オリジナルのデータではなく、このコピーを渡す機能である。これにより、通信網全体におけるトラヒックを低減させる効果がもたらされる。キャッシュにはデータメモリ使用率最大値に関する設定項目がただ一つ存在する。
6) Cache A function that stores a copy of data in a relay node having an advanced communication function, and passes this copy instead of the original data when the application needs the data. This brings about an effect of reducing traffic in the entire communication network. The cache has only one setting item related to the maximum data memory usage rate.
II.信頼性確保のための設定項目
1)送達確認付再送機能
高度通信機能の伝送において、メッセージ等が受信装置に着信したことを受信装置から送信側送信に送る機能を送達確認と呼ぶ。送信装置は、メッセージ等送信後、待ち時間内に送達確認を受信しなかった場合に再送信を行う。再送信の最大回数を超えても送達確認を受信できない場合には、アプリケーションに対して送信エラーを通知する。送達確認付再送機能には、以下の設定項目が存在する。
i)送達確認受信に関する待ち時間
ii)再送信の最大回数
II. Setting items for ensuring reliability 1) Retransmission function with delivery confirmation In the transmission of the advanced communication function, the function of sending a message or the like to the receiving apparatus from the receiving apparatus to the transmitting side transmission is called delivery confirmation. The transmission apparatus performs retransmission when it does not receive a delivery confirmation within a waiting time after transmitting a message or the like. If the delivery confirmation cannot be received even if the maximum number of retransmissions is exceeded, a transmission error is notified to the application. The following setting items exist in the retransmission function with delivery confirmation.
i) Waiting time for receipt of delivery confirmation
ii) Maximum number of retransmissions
2)送達確認なし再送機能
この機能は、前述の送達確認に基づく再送ではなく、受信装置からの要求に基づき再送を行うものである。この場合、欠損してるデータの識別子が受信装置から送信装置に送られる。送達機能なし再送機能には、以下の設定項目が存在する。
i)再送要求を行うまでの待ち時間
ii)再送要求を行う最大回数
2) Retransmission function without delivery confirmation This function does not perform retransmission based on the above-mentioned delivery confirmation but performs retransmission based on a request from the receiving apparatus. In this case, the identifier of the missing data is sent from the receiving device to the transmitting device. The following setting items exist for the retransmission function without a delivery function.
i) Wait time until a retransmission request is made
ii) Maximum number of retransmission requests
3)連続送信
連続送信機能は、同一のデータを複製し、一定間隔にて連続して送信する。連続送信機能には、送信装置における以下の設定項目が存在する。
i)複製するデータの個数
ii)送信間隔
3) Continuous transmission The continuous transmission function duplicates the same data and transmits it continuously at regular intervals. The continuous transmission function includes the following setting items in the transmission device.
i) Number of data to be copied
ii) Transmission interval
4)2ルート送信
二つの異なる経路でデータが送信されることで、片方の経路に障害が発生した場合でも、アプリケーションの通信には影響を及ぼさない効果をもたらす。2ルート送信では、その構成について以下のいずれかを選択する。
i )常時2ルート伝送構成
ii )常用・予備ルート構成
iii)1ルート構成
4) Two-route transmission By transmitting data through two different routes, even if a failure occurs in one of the routes, an effect that does not affect the communication of the application is brought about. In 2-route transmission, one of the following is selected for the configuration.
i) Always 2-route transmission configuration
ii) Regular and backup route configuration
iii) One route configuration
5)後着廃棄
送信装置において、連続送信機能や2ルート送信機能が選択された場合に、受信装置で使用される機能である。この機能は、常に受信すべきデータのシーケンス番号を管理している。この番号と設定されたオフセットを用いて、受信可能な番号、廃棄する番号,大きくずれてしまったためにリセットと判定される番号に分類される。後着廃棄には,受信装置における以下の設定項目が存在する。
i)受信可能なシーケンス番号オフセット
ii)廃棄するシーケンス番号オフセット
5) Late arrival discard This function is used in the receiving apparatus when the continuous transmission function or the two-route transmission function is selected in the transmitting apparatus. This function manages the sequence number of data that should always be received. Using this number and the set offset, it is classified into a number that can be received, a number that is discarded, and a number that is determined to be reset because of a large deviation. There are the following setting items in the receiving apparatus for the later arrival discard.
i) Receivable sequence number offset
ii) Sequence number offset to be discarded
6)タイムアウト確認
タイムアウト確認は、メソッド呼出しに関するものと、送信タイムアウトに関するものとの二つが存在する。メソッド呼出しに関するタイムアウト確認は、高度通信機能におけるメソッド呼出しが非同期通信となっているため、メソッドを呼び出してから応答を受信するまでの待機時間を指す。この時間を超えるとアプリケーションにエラーを通知する。一方,送信タイムアウトは、下位レイヤのレベルで再送信を行う際のタイマとして用いられる。整理すると、タイムアウトに関しては、以下の設定項目が存在する。
i)遠隔メソッド応答待機時間
ii)送信タイムアウト時間
6) Timeout confirmation There are two timeout confirmations, one related to method invocation and one related to transmission timeout. The time-out confirmation regarding the method call indicates the waiting time from when the method is called until the response is received because the method call in the advanced communication function is asynchronous communication. When this time is exceeded, an error is notified to the application. On the other hand, the transmission timeout is used as a timer when performing retransmission at a lower layer level. To summarize, the following setting items exist regarding timeout.
i) Remote method response waiting time
ii) Transmission timeout time
加えて、各設定項目が設定値としてとり得る値の範囲もしくは候補が設定される。各設定項目が設定値としてとり得る値の範囲もしくは候補は特定の範囲や値に限定されるものではなく、設定項目毎に作業者が適切な値を設定する。 In addition, a range of values or candidates that each setting item can take as a setting value are set. The range or candidate of the value that each setting item can take as a setting value is not limited to a specific range or value, and an operator sets an appropriate value for each setting item.
なお、送信装置1と受信装置2との間のデータの伝送を制御する設定項目は送信装置1の第一世代設定部1aに対して予め設定される。 Note that setting items for controlling data transmission between the transmission device 1 and the reception device 2 are set in advance in the first generation setting unit 1a of the transmission device 1.
そして、第一世代設定部1aは、個体を構成する設定項目毎に各設定項目の設定値の範囲もしくは候補の中からランダムに設定値を選択する。第一世代設定部1aは、設定値の選択の処理を一つの個体を構成する設定項目の全てについて行い、選択された設定値を組み合わせて一組とし、当該一組の設定値の組み合わせを遺伝子として有する個体を生成する。 And the 1st generation setting part 1a selects a setting value at random from the setting value range or candidate of each setting item for every setting item which comprises an individual. The first generation setting unit 1a performs setting value selection processing for all setting items constituting one individual, combines the selected setting values into a set, and sets the combination of the set values as a gene. An individual having as is generated.
第一世代設定部1aは、遺伝的アルゴリズムを適用する個体集合を形成する個体の個数分だけ上記の個体の生成処理を繰り返す。本実施形態では、個体集合を形成する個体の個数をNとする。また、個々の個体を識別するための個体識別子をi(=0,1,2,…)とする。 The first generation setting unit 1a repeats the above-described individual generation process for the number of individuals that form an individual set to which the genetic algorithm is applied. In the present embodiment, the number of individuals forming the individual set is N. Further, an individual identifier for identifying each individual is assumed to be i (= 0, 1, 2,...).
個体集合を形成する個体の個数Nは第一世代設定部1aに予め設定される。なお、個体集合を形成する個体の個数Nは、個体を構成する設定項目の数に1を加えた数以上であれば特定の個数に限定されない。 The number N of individuals forming the individual set is preset in the first generation setting unit 1a. Note that the number N of individuals forming the individual set is not limited to a specific number as long as it is equal to or greater than the number of setting items constituting the individual plus one.
第一世代設定部1aは、個体集合を形成するために必要な数の個体を生成し、形成された個体集合を操作対象個体集合とする。 The first generation setting unit 1a generates as many individuals as necessary to form an individual set, and sets the formed individual set as an operation target individual set.
また、初期化として、送信装置1の交叉実行部1dに対して交叉確率の閾値(Tとする)が予め設定される。交叉確率の閾値Tは、交叉の処理(S4)における交叉の生起確率を規定するものであり、本実施形態ではT∈[0,1]とする。 Further, as initialization, a threshold (T) is set in advance for the crossover execution unit 1d of the transmission device 1. The threshold T of the crossover probability defines the crossover occurrence probability in the crossover process (S4), and is set to T∈ [0, 1] in the present embodiment.
次に、送信装置1のデータ送信部1bは、操作対象個体集合に含まれる全ての個体毎に当該個体の設定項目毎の設定値の組み合わせを用いてデータ送信を行う(S2:S2−1〜S2−4)。 Next, the data transmission unit 1b of the transmission device 1 performs data transmission for each individual included in the operation target individual set using a combination of setting values for each setting item of the individual (S2: S2-1 to S2-1). S2-4).
具体的には、データ送信部1bは、始めに、個体識別子iのカウンタをゼロ(即ちi=0)にする(S2−1)。 Specifically, the data transmission unit 1b first sets the counter of the individual identifier i to zero (that is, i = 0) (S2-1).
続いて、データ送信部1bは、個体識別子iが操作対象個体集合を形成する個体の個数N未満であるか否かを判断する(S2−2)。 Subsequently, the data transmission unit 1b determines whether or not the individual identifier i is less than the number N of individuals forming the operation target individual set (S2-2).
そして、個体識別子iが個体の個数N未満(即ちi<N)である場合には、データ送信部1bは、データ送信を行うことによってS3の処理における適応度計算に用いる各個体についての指標の値を取得するため、操作対象個体集合の個体識別子iの個体を構成する設定項目毎の設定値の組み合わせを用いてデータの送信を行う(S2−3)。S2−3の処理においては、操作対象個体集合に含まれる各個体を構成する設定項目毎の設定値の組み合わせの全てについて同一のデータを送信する。なお、S2−3の処理において送信するデータは、テスト用データであっても良いしアプリケーションが実際に送受信するデータであっても良い。 When the individual identifier i is less than the number N of individuals (i.e., i <N), the data transmission unit 1b performs data transmission to obtain an index of each individual used for fitness calculation in the process of S3. In order to acquire a value, data is transmitted using a combination of setting values for each setting item constituting an individual of the individual identifier i of the operation target individual set (S2-3). In the process of S2-3, the same data is transmitted for all the combinations of setting values for each setting item constituting each individual included in the operation target individual set. Note that the data transmitted in the process of S2-3 may be test data or data that is actually transmitted and received by the application.
S2−3の処理においては、また、受信装置2の指標算出部2aが、送信装置1からのデータ送信に合わせて指標の算出を行う。 In the process of S <b> 2-3, the index calculation unit 2 a of the reception device 2 calculates an index in accordance with data transmission from the transmission device 1.
本実施形態では、データ送信の結果に基づいて、受信装置2の指標算出部2aは、フレーム到達率f1,伝送遅延時間f2,伝送遅延ゆらぎf3の三つを目的関数に含まれる指標として算出する。 In the present embodiment, based on the result of data transmission, the index calculation unit 2a of the reception device 2 includes an index in which three of the frame arrival rate f 1 , the transmission delay time f 2 , and the transmission delay fluctuation f 3 are included in the objective function. Calculate as
フレーム到達率f1は、すべての送信ノードから送られたパケットのうち正常に受信されたパケットの割合である。なお、フレーム到達率f1の値が大きいほど適応度は高くなる関係にある。 The frame arrival rate f 1 is a ratio of packets normally received among packets transmitted from all transmission nodes. Incidentally, in the fitness becomes higher relationship the larger the value of the frame arrival rate f 1.
フレーム到達率f1は数式1によって算出される。
また、伝送遅延時間f2は、通信ネットワーク内に伝送されるすべてのパケットにおける伝送遅延時間の平均値である。なお、伝送遅延時間f2の値が小さいほど適応度は高くなる関係にある。 The transmission delay time f 2 is the average value of the transmission delay time in all packets transmitted in the communication network. Incidentally, as the fitness value of the transmission delay time f 2 is small in the higher relationship.
伝送遅延時間f2は数式2によって算出される。
また、伝送遅延ゆらぎf3は、最大待ち時間と平均遅延ゆらぎとの差を最大待ち時間で割った値である。なお、伝送遅延ゆらぎf3の値が小さいほど適応度は高くなる関係になる。 The transmission delay fluctuation f 3 is a value obtained by dividing the difference between the maximum latency and the average delay distortion at the maximum waiting time. Incidentally, as the fitness value of the transmission delay fluctuation f 3 is smaller becomes higher relationship.
伝送遅延ゆらぎf3は数式3によって算出される。
数式3における平均遅延ゆらぎは指数加重移動平均(Exponentially Weighted Moving Average:EWMAと表記する)を送信ノード数で割った値である。 The average delay fluctuation in Equation 3 is a value obtained by dividing an exponentially weighted moving average (expressed as Weighted Moving Average: EWMA) by the number of transmitting nodes.
平均遅延ゆらぎは数式4によって算出される。
=α・|パケット到着時刻−パケット到着時刻期待値|
+(1−α)EWMAjitter(t−1)
ここに、Jitters:送信ノードsにおけるJitter,Ns:送信ノード数,α:平滑化係数(0≦α≦1),t:測定番号(自然数)。
The average delay fluctuation is calculated by Equation 4.
= Α · | Packet arrival time-Expected value of packet arrival time |
+ (1-α) EWMA jitter (t-1)
Here, Jitter s : Jitter at transmission node s, Ns: number of transmission nodes, α: smoothing coefficient (0 ≦ α ≦ 1), t: measurement number (natural number).
なお、測定番号tにおけるEWMAは、伝送遅延とそのパケット到着時刻期待値との差及び前回の測定番号t−1におけるEWMAの値を用いて算出される。パケット到着時刻期待値は、パケットサイズを伝送帯域で割った値を期待遅延時間とし、その時間を送信時刻に加えることで得られる値が用いられる。 The EWMA at the measurement number t is calculated using the difference between the transmission delay and the expected packet arrival time and the value of the EWMA at the previous measurement number t − 1. As the expected packet arrival time value, a value obtained by dividing the packet size by the transmission band as an expected delay time and adding the time to the transmission time is used.
また、数式3における最大待ち時間は、パケット到着時刻期待値を過ぎてから何秒間待ち続けるかを示す値である。例えば、最大待ち時間が1秒に設定された場合には、到着時刻期待値から1秒を経過してもパケットが受信ノードに到着しない場合にそのパケットは失われたとみなす。 In addition, the maximum waiting time in Expression 3 is a value indicating how many seconds to wait after the expected packet arrival time. For example, when the maximum waiting time is set to 1 second, it is considered that the packet is lost when the packet does not arrive at the receiving node even after 1 second has elapsed from the expected arrival time.
そして、受信装置2の指標送信部2bは、送信装置1からのデータ送信に合わせて指標算出部2aが個体別に算出した指標毎の値を送信装置1に送信する。 Then, the index transmitting unit 2b of the receiving device 2 transmits to the transmitting device 1 a value for each index calculated by the index calculating unit 2a for each individual in accordance with data transmission from the transmitting device 1.
そして、個体識別子iの個体の指標毎の値を受信装置2から受信した送信装置1のデータ送信部1bは、個体識別子iのカウンタに1を加算し(即ちi=i+1)(S2−4)、全体の処理をS2−2の処理に戻す。 Then, the data transmission unit 1b of the transmission device 1 that has received the value of each individual index of the individual identifier i from the reception device 2 adds 1 to the counter of the individual identifier i (ie, i = i + 1) (S2-4). The entire process is returned to the process of S2-2.
そして、S2−2の処理において個体識別子iが個体の個数N以上(即ちi≧N)である場合には、S3の処理に移行し、送信装置1の適応度算出部1cは、S2−3の処理において受信装置2から送信される操作対象個体集合に含まれる個体別の指標毎の値を用いて各個体について適応度の算出を行う(S3)。 When the individual identifier i is equal to or greater than the number of individuals N (i.e., i ≧ N) in the process of S2-2, the process proceeds to the process of S3, and the fitness calculation unit 1c of the transmission device 1 performs S2-3. In this process, the fitness of each individual is calculated using the value for each individual indicator included in the operation target individual set transmitted from the receiving device 2 (S3).
適応度は、個体が有する設定項目毎の設定値の組み合わせが環境にどの程度適合しているか、言い換えれば、具体的な通信ネットワークの構成や使用状況の下で通信装置10の性能がどの程度発揮されているかを表すものである。 The degree of fitness indicates how well the combination of setting values for each setting item that an individual has in the environment, in other words, how well the communication device 10 performs under the specific configuration and usage of the communication network. It represents what is being done.
本実施形態では、適応度の判定に、多目的最適化における「支配する/される」という関係を利用する。以下、この関係を利用する適応度の判定方法を順位方式と呼ぶ。多目的最適化は、一般に、複数の指標とそれらに関連する複数の制約とが存在する場合に数式5を満たす問題として定式化される。 In the present embodiment, the relationship of “dominated / being governed” in multi-objective optimization is used for the fitness determination. Hereinafter, a fitness determination method using this relationship is referred to as a ranking method. Multi-objective optimization is generally formulated as a problem that satisfies Equation 5 when there are a plurality of indices and a plurality of constraints associated with them.
(数5) 最大化:fs(x) (s=1,2,3,…,S)
ただし、gt(x)≦0 (t=1,2,3,…,T)
ただし、hu(x)=0 (u=1,2,3,…,U)
ここに、fs(x):指標,gt(x)及びhu(x):制約,
s:指標の種類を表す識別子,
t及びu:制約の種類を表す識別子,
S:指標の数,T及びU:制約の数。
(Equation 5) Maximization: f s (x) (s = 1, 2, 3,..., S)
However, g t (x) ≦ 0 (t = 1, 2, 3,..., T)
However, h u (x) = 0 (u = 1, 2, 3,..., U)
Where f s (x): index, g t (x) and h u (x): constraints,
s: identifier indicating the type of index,
t and u: identifiers representing the types of constraints,
S: number of indicators, T and U: number of constraints.
複数の指標は通常はトレードオフの関係を持つため、多目的最適化では、与えられた問題に対する複数の最適解(パレート解と呼ばれる)が存在する。パレート解は他の解に支配されない解である。この「支配する/される」という関係について、二つの指標f1とf2とが存在する場合の例を図4に示す。なお、図4に示す例においては、指標f1及びf2は値が大きいほど適応度が高いと評価される指標である。また、I1,I2,…,I5は個体の識別子である。 Since multiple indices usually have a trade-off relationship, in multi-objective optimization, there are multiple optimal solutions (called Pareto solutions) for a given problem. A Pareto solution is a solution that is not controlled by other solutions. FIG. 4 shows an example in which there are two indicators f 1 and f 2 for this “dominate / dominated” relationship. In the example illustrated in FIG. 4, the indices f 1 and f 2 are indices that are evaluated as having higher fitness as the value is larger. In addition, I1, I2,..., I5 are individual identifiers.
図4に示すように、個体I1は指標f1に関して他のいずれの個体よりも適応度が高い。このとき、個体I1は他の解に支配されないという。同様に、個体I2は指標f2に関して他のいずれの個体よりも適応度が高いので支配されない。以上より、個体I1及びI2がパレート解になる。これに対し、個体I3は個体I1と比べて指標f1及び指標f2のいずれにおいても適応度が劣る(即ち支配される)。したがって、個体I3はパレート解にはならない。 As shown in FIG. 4, the individual I1 has a higher fitness than any other individual for indications f 1. At this time, it is said that the individual I1 is not controlled by other solutions. Similarly, individuals I2 is not dominated since higher fitness than any other individual for indications f 2. From the above, the individuals I1 and I2 are Pareto solutions. In contrast, individuals I3 is fitness (is namely dominated) inferior in both compared to individuals I1 index f 1 and the index f 2. Therefore, the individual I3 is not a Pareto solution.
本発明では、この「支配する/される」という関係を用いて適応度Fが数式6によって算出される。 In the present invention, the fitness F is calculated by Equation 6 using this “dominate / being controlled” relationship.
ここに、F:適応度
di:対象個体から他の個体iへの距離
Ni:他の個体の総数
d i : Distance from the target individual to another individual i
The total number of other individuals: N i
適応度算出部1cは、例えば図4に示す場合における個体I3の適応度FI3を算出する場合は、個体I1及びI2は対象個体I3によっては支配されないので、数式6の変数Fb=5−2=3と算出する。 For example, when the fitness calculation unit 1c calculates the fitness F I3 of the individual I3 in the case illustrated in FIG. 4, the individuals I1 and I2 are not controlled by the target individual I3. = 3 is calculated.
適応度算出部1cは、さらに、対象個体I3から他の個体iへの距離diの総和Σdiを算出する。ここでいう距離は指標から得られる値でユークリッド空間が形成されるとみなしたときの個体間のユークリッド距離を用いる。したがって、対象個体I3から他の個体iへの距離diの総和Σdiは図5に示す距離d1,d2,d3,d4の合計になる。 The fitness calculation unit 1c further calculates the sum Σd i of the distance d i from the target individual I3 to the other individual i. The distance here is the value obtained from the index, and the Euclidean distance between individuals when it is considered that the Euclidean space is formed. Therefore, the sum Σd i of the distances d i from the target individual I3 to the other individuals i is the sum of the distances d 1 , d 2 , d 3 , and d 4 shown in FIG.
そして、適応度算出部1cは、変数Fbと距離の総和Σdiとを掛け合わせる。距離の総和Σdiを掛けることによって他の個体から離れている個体の適応度が高くなる。高い適応度を持つ個体は次世代に残り易くなることから個体群の多様性を維持する効果を持つことになる。 Then, the fitness calculation unit 1c multiplies the variable Fb by the distance sum Σd i . By multiplying the sum of distances Σd i , the fitness of an individual away from other individuals is increased. Individuals with high fitness tend to remain in the next generation, and thus have the effect of maintaining the diversity of the population.
そして、適応度算出部1cが操作対象個体集合に含まれる個体それぞれについて適応度Fを算出した後、S4の処理に移行する。 Then, after the fitness calculation unit 1c calculates the fitness F for each individual included in the operation target individual set, the process proceeds to S4.
次に、送信装置1の交叉実行部1dは、各個体の子孫となる個体を生成するために交叉の操作を行う(S4:S4−1〜S4−6)。 Next, the crossover execution unit 1d of the transmission device 1 performs a crossover operation to generate an individual that is a descendant of each individual (S4: S4-1 to S4-6).
具体的には、交叉実行部1dは、始めに、個体識別子iのカウンタをゼロ(即ちi=0)にする(S4−1)。 Specifically, the crossover execution unit 1d first sets the counter of the individual identifier i to zero (i.e., i = 0) (S4-1).
また、送信装置1の次世代生成部1fは削除個体個数(jとする)のカウンタをゼロ(即ちj=0)にする(S4−1)。 Further, the next generation generation unit 1f of the transmission device 1 sets the counter of the number of deleted individuals (j) to zero (that is, j = 0) (S4-1).
続いて、交叉実行部1dは、個体識別子iが操作対象個体集合を形成する個体の個数N未満であるか否かを判断する(S4−2)。 Subsequently, the crossover execution unit 1d determines whether or not the individual identifier i is less than the number N of individuals forming the operation target individual set (S4-2).
そして、個体識別子iが個体の個数N未満(即ちi<N)である場合には、交叉実行部1dは乱数(kとする)を生成する(S4−3)。 If the individual identifier i is less than the number N of individuals (i.e., i <N), the crossover execution unit 1d generates a random number (denoted k) (S4-3).
乱数kは、交叉を行うか否かを決定するためのものであり、本実施形態では、S1の処理において交叉確率の閾値T∈[0,1]としていることに合わせて、乱数k∈[0,1]として生成する。 The random number k is used to determine whether or not to perform crossover. In the present embodiment, the random number k∈ [is set in addition to the crossover probability threshold T∈ [0, 1] in the processing of S1. 0,1].
続いて、交叉実行部1dは、生成した乱数kが交叉確率の閾値T以下であるか否かを判断する(S4−4)。 Subsequently, the crossover execution unit 1d determines whether or not the generated random number k is equal to or smaller than the crossover probability threshold T (S4-4).
そして、乱数kが交叉確率の閾値T以下の場合には、交叉実行部1dは、個体識別子iの個体について交叉を行うものとし、当該個体に対する相手の選択を行う(S4−5)。 When the random number k is equal to or less than the threshold T of the crossover probability, the crossover execution unit 1d performs crossover for the individual with the individual identifier i, and selects a partner for the individual (S4-5).
交叉を行う場合の交叉の相手の選択はS3の処理において算出される適応度Fに比例した確率に基づいて行う。具体的には、操作対象個体集合に含まれる個体であって個体識別子iの個体の交叉相手の候補になる全ての個体の適応度Fの合計で個体の適応度Fを除したものを当該個体が交叉相手として選択される確率とする。 The selection of the crossing partner when performing the crossing is performed based on the probability proportional to the fitness F calculated in the process of S3. Specifically, an individual obtained by dividing the fitness F of the individual by the sum of the fitness F of all individuals that are included in the operation target individual set and are candidates for crossover of the individual with the individual identifier i Is the probability of being selected as a crossover partner.
なお、個体識別子iの個体に対しては、操作対象個体集合に含まれる他の個体の全てが交叉相手の候補になる。具体的には、操作対象個体集合に個体I1,I2,I3,I4,I5の5個の個体が含まれている場合には、例えば個体I1の交叉相手として個体I2,I3,I4,I5が候補になる。そして、交叉実行部1dは、個体I2の適応度がFI2、個体I3の適応度がFI3,個体I4の適応度がFI4,個体I5の適応度がFI5である場合には、例えば個体I2が交叉相手になる確率をFI2/(FI2+FI3+FI4+FI5)によって算出し、個体I3が交叉相手になる確率をFI3/(FI2+FI3+FI4+FI5)で算出する。交叉実行部1dは、同様に、操作対象個体集合に含まれる個体それぞれについて交叉相手になる確率を算出する。 For the individual with the individual identifier i, all other individuals included in the operation target individual set are candidates for the crossover partner. Specifically, when the operation target individual set includes five individuals I1, I2, I3, I4, and I5, for example, the individuals I2, I3, I4, and I5 are used as crossover partners of the individual I1. Become a candidate. The cross execution unit 1d, when the fitness of individuals I2 is F I2, fitness F I3 individuals I3, fitness F I4 individuals I4, fitness of individuals I5 is F I5, for example The probability that the individual I2 will be the cross partner is calculated by F I2 / (F I2 + F I3 + F I4 + F I5 ), and the probability that the individual I3 will be the cross partner is calculated by F I3 / (F I2 + F I3 + F I4 + F I5 ) To do. Similarly, the crossover execution unit 1d calculates the probability of being a crossover partner for each individual included in the operation target individual set.
そして、交叉実行部1dは、個体毎に交叉相手候補別に算出した交叉相手になる確率の値に基づいて操作対象個体集合に含まれる個体それぞれについて交叉相手を確率的に選択する。 The crossover execution unit 1d then probabilistically selects a crossover partner for each individual included in the operation target individual set based on the probability value of the crossover partner calculated for each individual for each crossover partner candidate.
続いて、交叉実行部1dは、交叉、即ち、個体識別子iの個体と当該個体と交叉相手として選択された個体との間の子孫に残す遺伝子の選択を行う(S4−6)。本発明では、この遺伝子の選択もS3の処理において算出される個体毎の適応度Fの大きさに比例する確率に基づいて行う。 Subsequently, the crossover execution unit 1d performs crossover, that is, selection of genes to be left in the offspring between the individual with the individual identifier i and the individual selected as the crossover partner (S4-6). In the present invention, this gene selection is also performed based on the probability proportional to the fitness F for each individual calculated in the process of S3.
交叉実行部1dは、具体的には、操作対象個体集合に5個の個体が含まれている前述の例において、交叉の操作対象が例えば個体I1であって交叉相手が個体I2である場合で、操作対象の個体I1の適応度がFI1であると共に交叉相手の個体I2の適応度がFI2である場合には、個体I1の遺伝子が選択される確率をFI1/(FI1+FI2)によって算出し、個体I2の遺伝子が選択される確率をFI2/(FI1+FI2)で算出する。 Specifically, the crossover execution unit 1d is the case where the crossover operation target is, for example, the individual I1 and the crossover partner is the individual I2 in the above example in which the operation target individual set includes five individuals. When the fitness of the individual I1 to be operated is F I1 and the fitness of the individual I2 to be crossed is F I2 , the probability that the gene of the individual I1 is selected is expressed as F I1 / (F I1 + F I2 ) And the probability that the gene of the individual I2 is selected is calculated as F I2 / (F I1 + F I2 ).
なお、本発明における交叉の方法は、遺伝的アルゴリズムにおいてよく利用されるルーレット選択(例えば、David E.Goldberg:Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning.Addison−Wesley,1989年1月)と比べて二つの特徴を有する。 The crossover method in the present invention is compared with roulette selection often used in genetic algorithms (for example, David E. Goldberg: Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning. Addison-Wesley, January 1989). It has two characteristics.
一つ目の特徴は、本発明の交叉はつがいのプール(即ちmating pool)を利用しない点である。つがいのプールは、通常、個体数が多い場合に適応度の低い個体をふるい落とすために利用される。しかし、本発明では個体数を可能な限り少なくすることを目指しており、本発明の方法によればつがいのプールを利用することなく適応度の低い個体をふるい落とすことができる。また、少ない個体数でつがいのプールを利用すると局所解に陥る可能性を高めてしまうが、本発明の交叉の方法によればその可能性を低くすることができる。 The first feature is that the crossing pool (ie, mating pool) of the present invention is not used. Paired pools are usually used to screen out individuals with low fitness when the number of individuals is large. However, the present invention aims to reduce the number of individuals as much as possible, and according to the method of the present invention, individuals with low fitness can be eliminated without using a pool of mating. In addition, when a pool with a small number of individuals is used, the possibility of falling into a local solution is increased, but the possibility can be lowered according to the crossover method of the present invention.
二つ目の特徴は、一回の交叉で子(即ち新しい個体)を一つだけ作り出す点である。多くの遺伝的アルゴリズムでは、一回の交叉で二つの子を作り出す。今回はつがいのプールを利用しないので、親となる個体のうち一つは適応度に関係なく選択される。したがって、適応度の低い個体が選択される確率がつがいのプールを用いた場合よりも高くなる。この影響が強くならないように本発明では一回の交叉で作り出される子の数を一つとしている。 The second feature is that only one child (that is, a new individual) is created in one crossover. Many genetic algorithms produce two children in a single crossover. In this case, since the paired pool is not used, one of the individuals as parents is selected regardless of fitness. Therefore, the probability that an individual with a low fitness level is selected is higher than when a paired pool is used. In order to prevent this effect from becoming strong, the present invention uses a single child created by one crossover.
次に、送信装置1の突然変異実行部1eは、S4−6の処理において交叉が行われた結果の新しい個体に対して突然変異の操作を行う(S5)。 Next, the mutation execution unit 1e of the transmission device 1 performs a mutation operation on a new individual as a result of crossover in the process of S4-6 (S5).
なお、突然変異の操作は、S4−6の処理において交叉が行われた結果の新しい個体のみに対して行われ、交叉の対象にならなかった(即ち交叉が行われなかった)個体に対しては行われない。 It should be noted that the mutation operation is performed only on a new individual as a result of crossover in the process of S4-6, and on an individual that has not been subjected to crossover (that is, crossover has not been performed). Is not done.
突然変異実行部1eは、遺伝的アルゴリズムとしての操作である突然変異を各遺伝子が起こすか否かの決定を固定した確率に基づいて行う。本発明における突然変異が生起する確率は特定の値に限定されるものではない。なお、突然変異が生起する確率の値は突然変異実行部1eに予め設定される。 The mutation execution unit 1e performs the determination as to whether or not each gene causes a mutation, which is an operation as a genetic algorithm, based on a fixed probability. The probability that a mutation will occur in the present invention is not limited to a specific value. Note that the value of the probability that a mutation will occur is preset in the mutation execution unit 1e.
そして、突然変異実行部1eは、S4−6の処理において交叉が行われた結果の新しい個体毎に各遺伝子の突然変異の有無を決定すると共に、突然変異を起こす遺伝子に対しては当該遺伝子に対応する設定項目に関して予め設定されたとり得る設定値の範囲もしくは候補の中から選択した設定値を代入する。この際、突然変異を起こした遺伝子への設定値の代入はいずれの設定値についても同じ確率でランダムに選択される。 Then, the mutation executing unit 1e determines whether or not there is a mutation in each gene for each new individual as a result of crossover in the process of S4-6, and for the gene causing the mutation, A setting value selected from a range of possible setting values or candidates set in advance for the corresponding setting item is substituted. At this time, substitution of a set value for a gene having a mutation is randomly selected with the same probability for any set value.
次に、次世代生成部1fは、削除個体個数jのカウンタに1を加算する(即ちj=j+1)(S6)。 Next, the next generation generation unit 1f adds 1 to the counter of the deleted individual number j (that is, j = j + 1) (S6).
次に、交叉実行部1dは、個体識別子iのカウンタに1を加算し(即ちi=i+1)(S7)、S4−2の処理に戻る。 Next, the crossover execution unit 1d adds 1 to the counter of the individual identifier i (that is, i = i + 1) (S7), and returns to the process of S4-2.
一方、S4−4の処理において乱数kが交叉確率の閾値Tよりも大きい場合には、交叉実行部1dは交叉の具体的な処理及び突然変異の処理を行わずにS7の処理に移行する。 On the other hand, if the random number k is larger than the crossover probability threshold value T in the process of S4-4, the crossover execution unit 1d proceeds to the process of S7 without performing the specific crossover process and the mutation process.
また、S4−2の処理において個体識別子iが個体の個数N以上(即ちi≧N)である場合にはS8(S8−1〜S8−2)の処理に移行する。 If the individual identifier i is equal to or greater than the number of individuals N (i.e., i ≧ N) in the process of S4-2, the process proceeds to S8 (S8-1 to S8-2).
そして、次世代生成部1fは、S2の処理を実行する段階の操作対象個体集合に含まれる個体のうちS3の処理において算出される適応度が低い順に削除個体個数j個の個体を削除する(S8−1)。 Then, the next-generation generation unit 1f deletes the deleted individual number j of individuals included in the operation target individual set at the stage of executing the processing of S2 in order of decreasing fitness calculated in the processing of S3 ( S8-1).
さらに、次世代生成部1fは、交叉(S4−6)及び突然変異(S5)の処理が行われた結果の新しい個体をS8−1の処理後の操作対象個体集合に追加し、当該追加後の個体の集合を新たな操作対象個体集合とする(S8−2)。なお、S8−2の処理によって追加される個体の数はj個である。また、S8−2までの処理の結果として得られる新たな操作対象個体集合は、遺伝的アルゴリズムの操作に対応させると、S2の処理を開始する段階の操作対象個体集合に対する次世代の個体集合に該当する。 Further, the next generation generation unit 1f adds a new individual as a result of the crossover (S4-6) and mutation (S5) processing to the operation target individual set after the processing of S8-1, and after the addition Is set as a new operation target individual set (S8-2). The number of individuals added by the process of S8-2 is j. In addition, when the new operation target individual set obtained as a result of the processing up to S8-2 is made to correspond to the operation of the genetic algorithm, it becomes a next generation individual set for the operation target individual set at the stage of starting the processing of S2. Applicable.
そして、必要な場合には、通信装置10によるデータ伝送の処理はS2の処理に戻る。 If necessary, the data transmission process by the communication apparatus 10 returns to the process of S2.
なお、本発明のS2からS8までの処理は、連続して繰り返し実行されるようにしても良いし、一定の時間間隔で繰り返し実行されるようにしても良いし、指標の値が予め設定した閾値を超えた場合のみ実行されるようにしても良い。 It should be noted that the processing from S2 to S8 of the present invention may be executed repeatedly in succession, may be executed repeatedly at regular time intervals, or an index value is set in advance. It may be executed only when the threshold value is exceeded.
そして、通信装置10は、以上の処理によって導出された適応度が最も高い個体を構成する設定項目毎の設定値の組み合わせを用いてデータ伝送を行う。 And the communication apparatus 10 performs data transmission using the combination of the setting value for every setting item which comprises the individual | organism | solid with the highest fitness derived | led-out by the above process.
以上の構成を有する本発明の通信方法及び通信装置によれば、遺伝的アルゴリズムを用いて最適解を探索する際に、或る個体についてユークリッド距離の総和が大きく指標から見た他の個体との違いが大きい場合には当該個体についての値が小さくなる指標であって確定的・客観的に決定される適応度に基づいて次世代の個体を生成するようにしているので、任意の定数を設定することなく適応度を算出することが可能であり、汎用性の向上を図ることができると共に手間の軽減を図ることができる。しかも、適応度の算出に任意に設定される定数を含まないので、遺伝的アルゴリズムを用いた最適解の探索における適応度の算出を確定的且つ客観的に行うことが可能であり、最適解の求解の安定性を高め信頼性の向上を図ることができ、さらに、多様な設定に対しても迅速に最適解を求めることができる。 According to the communication method and communication apparatus of the present invention having the above-described configuration, when searching for an optimal solution using a genetic algorithm, the sum of the Euclidean distances for a certain individual is large, and other individuals viewed from the index If the difference is large, the value for that individual will be small, and the next generation will be generated based on the fitness that is determined deterministically and objectively. The fitness can be calculated without doing so, and the versatility can be improved and the labor can be reduced. In addition, since a constant that is arbitrarily set is not included in the calculation of the fitness, the calculation of the fitness in the search for the optimal solution using the genetic algorithm can be performed deterministically and objectively. The stability of the solution can be improved and the reliability can be improved, and the optimum solution can be quickly obtained even for various settings.
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では、適応度の算出において、多目的最適化における支配関係を利用する方法である順位方式を用いているが、これに限られず、S2の処理において算出される指標の値それぞれに重みを掛け合わせてその総和を個体の適応度とする方法(以下、重み付け総和方式と呼ぶ)を用いるようにしても良い。すなわち、この場合には、個体の適応度Fを算出する目的関数として数式7を用いる。なお、数式7における重みωは、指標間の相対的な重要性即ち通信システムの最適化を図る上で優先して改善したい指標ほど重みを大きくして適宜設定される。 In addition, although the above-mentioned form is an example of the suitable form of this invention, it is not limited to this, In the range which does not deviate from the summary of this invention, various deformation | transformation implementation is possible. For example, in the present embodiment, in the calculation of fitness, a ranking method that uses the dominance relationship in multi-objective optimization is used. However, the present invention is not limited to this, and each index value calculated in the processing of S2 is used. A method of multiplying the weights and making the sum total the fitness of the individual (hereinafter referred to as a weighted sum method) may be used. That is, in this case, Expression 7 is used as an objective function for calculating the fitness F of the individual. Note that the weight ω in Equation 7 is appropriately set by increasing the weight of an index that is desired to be improved with priority on the relative importance of the index, that is, the optimization of the communication system.
s:指標の種類を表す識別子(s=1,2,…,S),S:指標の数。
s: identifier indicating the type of index (s = 1, 2,..., S), S: number of indices.
また、適応度の算出において、アプリケーション間の協調要素を利用する方法(以下、オフセット併用方式と呼ぶ)を用いるようにしても良い。なお、本発明における協調とは、或るアプリケーションが他のアプリケーションの適応度を考慮して自身を過度に最適化しないことをいう。この場合には、他のアプリケーションに対する悪影響やシステム全体の動作が不安定になることを防止する効果がある。協調要素を利用する場合の個体の適応度は、各個体で算出された適応度Fから協調すべき度合いを示すオフセットを引いて算出する。具体的には、目的関数として数式8を用いる。 In addition, in the calculation of fitness, a method using a cooperative element between applications (hereinafter referred to as an offset combination method) may be used. The cooperation in the present invention means that a certain application does not excessively optimize itself in consideration of the fitness of other applications. In this case, there is an effect of preventing adverse effects on other applications and instability of the operation of the entire system. The fitness of an individual when using a cooperative element is calculated by subtracting an offset indicating the degree of coordination from the fitness F calculated for each individual. Specifically, Formula 8 is used as the objective function.
[数8]Fco=F−Offset
ここに、Fco:協調要素を利用した適応度,F:適応度,Offset:オフセット。
[Equation 8] Fco = F-Offset
Here, Fco: fitness using cooperative elements, F: fitness, Offset: offset.
なお、数式8の適応度Fとしては数式7によって算出される適応度Fを用いる。 The fitness F calculated by Equation 7 is used as the fitness F of Equation 8.
また、数式8のOffsetは協調を計算する際に用いられる指標に重みを掛け合わせたものの総和である。具体的には数式9を用いて算出する。 Also, Offset in Equation 8 is the sum of weights multiplied by an index used when calculating the cooperation. Specifically, it is calculated using Equation 9.
s:指標の種類を表す識別子(s=1,2,…,S),S:指標の数。
s: identifier indicating the type of index (s = 1, 2,..., S), S: number of indices.
この方式では、或るアプリケーションXが別のアプリケーションYと協調する際に利用するオフセット計算用の指標を用いる。このオフセット計算用指標として例えば以下の三つの指標が考えられる。なお、いずれの指標の値の算出においても、同じ時間に行ったデータ送信に利用されたアプリケーションXの個体の指標とアプリケーションYの個体の指標とを利用する。 In this method, an index for calculating an offset used when one application X cooperates with another application Y is used. As this offset calculation index, for example, the following three indices can be considered. In calculating the value of any index, the individual index of the application X and the individual index of the application Y used for data transmission performed at the same time are used.
一つ目の指標は、アプリケーションYとアプリケーションXとの間のアプリケーション到達率の差fco1である。アプリケーションXのフレーム到達率がアプリケーションYより高い場合は、オフセットの値は大きくなる。すなわち、アプリケーションXが有する個体の適応度は小さくなってその個体は子孫に伝わりにくくなるので、設定値として用いられる可能性が低くなる。この指標は数式10を用いて算出する。 The first index is the difference fco 1 in the application reach between the application Y and the application X. When the frame arrival rate of the application X is higher than that of the application Y, the offset value becomes large. In other words, the fitness level of the individual included in the application X becomes small and the individual becomes difficult to be transmitted to the offspring, so that the possibility of being used as a set value is low. This index is calculated using Equation 10.
[数10]fco1=f1,X−f1,Y
ここに、f1,X:アプリケーションXの個体のフレーム到達率,f1,Y:アプリケーションYの個体のフレーム到達率。
[Expression 10] fco 1 = f 1, X −f 1, Y
Here, f 1, X : Frame arrival rate of individual of application X, f 1, Y : Frame arrival rate of individual of application Y.
二つ目の指標は、データサイズに対する利用帯域の割合の差fco2である。この場合には、アプリケーションXの利用帯域がデータサイズに比べて大きいと共にアプリケーションYの利用帯域がデータサイズに比べて小さい場合にオフセットの値は大きくなる。この指標は数式11を用いて算出する。 The second index is the difference fco 2 in the ratio of the used bandwidth to the data size. In this case, the offset value becomes large when the use band of the application X is larger than the data size and the use band of the application Y is smaller than the data size. This index is calculated using Equation 11.
三つ目の指標は、データサイズに対する伝送遅延時間の割合の差fco3である。この場合には、アプリケーションXの伝送遅延時間f2,Xがデータサイズに比べて小さいと共にアプリケーションYの伝送遅延時間f2,Yがデータサイズに比べて大きい場合にオフセットの値は大きくなる。この指標は数式12を用いて算出する。 The third index is the difference fco 3 in the ratio of the transmission delay time to the data size. In this case, the transmission delay time f 2, X application X is smaller than the data size transmission delay time f 2, Y application Y value of the offset becomes large when larger than the data size. This index is calculated using Equation 12.
本発明の通信方法及び通信装置のデータ伝送のシミュレーションによる評価の実施例を図6〜図16を用いて説明する。なお、本実施例では、JNS(Java(登録商標) Network Simulator の略;http://jns.sourceforge.net/)を用いてシミュレーションを実施した。 An embodiment of evaluation by simulation of data transmission of the communication method and communication apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. In this example, the simulation was performed using JNS (abbreviation of Java (registered trademark) Network Simulator; http://jns.sourceforge.net/).
本実施例では、図6に示すデータ伝送システム構成を想定した。具体的には、三つの変電所T1,T2,T3(以下、変電所T1,T2,T3をまとめて単に変電所Tとも表記する)から一つの制御所Cに対して監視データDが伝送される場合を想定した。各変電所Tには、変電所構内のデータをまとめると共に通信網との接続に関する役割を担う計算機である変電所サーバを一台ずつ配置した。一台の変電所サーバ上では、系統運用及び設備保全のアプリケーションがそれぞれ一つずつ動作することを想定した。また、制御所Cには、制御所サーバを一台配置し、この制御所サーバ上でも系統運用及び設備保全のアプリケーションがそれぞれ一つずつ動作することを想定した。 In this embodiment, the data transmission system configuration shown in FIG. 6 is assumed. Specifically, monitoring data D is transmitted from one substation T to three substations T1, T2, T3 (hereinafter, substations T1, T2, T3 are collectively referred to as substation T). Assumed. In each substation T, one substation server, which is a computer that plays a role in connection with the communication network, is arranged one by one for collecting data in the substation premises. It is assumed that one system operation and one facility maintenance application operate on a single substation server. Further, it is assumed that a single control center server is arranged in the control center C, and that one system operation application and one facility maintenance application operate on the control center server.
各変電所Tと制御所Cとの間の通信網Nは、四台のIPルータR1,R2,R3,R4がループ状に接続されるものとした。 In the communication network N between each substation T and the control station C, four IP routers R1, R2, R3, and R4 are connected in a loop.
また、システム構成に関するパラメータとして表1に示すパラメータを用いた。表1に示すパラメータのうちCPUの動作周波数などの装置や通信の帯域については現実的な値を想定して設定した。ただし、イーサネット(登録商標)におけるリンクのデータ欠損率については、シミュレーション結果に影響が出るように通常よりも大きな値を設定した。 The parameters shown in Table 1 were used as parameters related to the system configuration. Of the parameters shown in Table 1, devices such as the operating frequency of the CPU and the communication band were set assuming realistic values. However, the data loss rate of the link in Ethernet (registered trademark) was set to a larger value than usual so as to affect the simulation result.
アプリケーションについては、系統運用及び設備保全の両アプリケーションにおいて代表的なデータ伝送を一つずつ想定した。 As for applications, one typical data transmission was assumed for each of the system operation and facility maintenance applications.
また、通信のサービス品質の保証機能に関する設定項目のうちポリシングにおけるメッセージ上限数及びシェーピングにおけるメッセージ上限数を、また、信頼性確保のための設定項目のうち連続送信数及び伝送ルート数を本実施例における設定項目として設定した。 In addition, the number of message upper limit in policing and the number of message upper limit in shaping among the setting items related to the communication quality of service guarantee function, and the number of continuous transmissions and the number of transmission routes in the setting items for ensuring reliability are described in this embodiment. It was set as a setting item.
そして、ポリシングにおけるメッセージ上限数については10,20,30,40,50、シェーピングにおけるメッセージ上限数については10,20,30,40,50、連続送信数については1,2,3,4、伝送ルート数については1,2を、各設定項目がとり得る値として設定した。 Then, the message upper limit number in policing is 10, 20, 30, 40, 50, the message upper limit number in shaping is 10, 20, 30, 40, 50, the continuous transmission number is 1, 2, 3, 4, and the transmission For the number of routes, 1 and 2 were set as possible values for each setting item.
また、遺伝的アルゴリズムの操作に関するパラメータについて、個体数は5,交叉する確率は60%,突然変異する確率は30%とした。 Regarding the parameters related to the operation of the genetic algorithm, the number of individuals was 5, the crossover probability was 60%, and the mutation probability was 30%.
さらに、一つの変電所サーバ上における系統運用アプリケーション及び設備保全アプリケーションのデータ伝送のタイミングと遺伝的アルゴリズムの操作のタイミングとを図7に示すように設定した。すなわち、系統運用と設備保全との両アプリケーションは保持するすべての個体(5個)を1回ずつ利用してデータ伝送を行う。そして、データ伝送を5回行った時点でデータ送信の結果得られるフレーム到達率や伝送遅延時間等の指標の値を用いて遺伝的アルゴリズムの操作である適応度計算と交叉と突然変異とを行う。これによって得られた次世代の個体を用いてデータ伝送をあらためて行う。系統運用アプリケーションと設備保全アプリケーションとの伝送頻度が異なるので、遺伝的アルゴリズムの操作の頻度も異なる。本実施例では、この動作が75分間続くシミュレーションを行った。 Furthermore, the data transmission timing and the genetic algorithm operation timing of the grid operation application and facility maintenance application on one substation server are set as shown in FIG. That is, both applications of system operation and facility maintenance perform data transmission by using all the individuals (5) held once. Then, fitness calculation, crossover, and mutation, which are genetic algorithm operations, are performed using index values such as a frame arrival rate and a transmission delay time obtained as a result of data transmission when data transmission is performed five times. . Data transmission is performed again using the next-generation individuals obtained in this way. Since the transmission frequency is different between the grid operation application and the facility maintenance application, the frequency of operation of the genetic algorithm is also different. In this example, a simulation was performed in which this operation lasted for 75 minutes.
そして、本実施例では、S3の処理において個体の適応度を算出する方法として、多目的最適化における支配関係を利用する方法である順位方式を用いた場合、指標の値それぞれに重みを掛け合わせてその総和を個体の適応度とする方法である重み付け総和方式を用いた場合、アプリケーション間の協調要素を利用する方法であるオフセット併用方式を用いた場合のそれぞれについてシミュレーションを実施した。 In this embodiment, when the ranking method, which uses the dominance relationship in the multi-objective optimization, is used as the method for calculating the fitness of the individual in the process of S3, each index value is multiplied by a weight. A simulation was carried out for each of the case of using the weighted summation method, which is a method of using the summation as the fitness of the individual, and the case of using the offset combination method, which is a method of using cooperative elements between applications.
以下に、適応度の計算において上記の方式を用いた場合のそれぞれの結果について説明する。なお、本実施例においては、いずれの方式についても複数回のシミュレーションを実施しており、以下では、複数回実施して得られたシミュレーション結果のうち代表的な結果について説明する。以下の説明で用いる図8〜図16は、横軸がシミュレーション時間を表し、縦軸は指標の値の大きさを表す。また、図中の記号◆は系統運用アプリケーションについての結果を表し、記号○は設備保全アプリケーションについての結果を表す。 Below, each result at the time of using said system in calculation of a fitness is demonstrated. In this embodiment, a plurality of simulations are carried out for any of the methods, and typical results among simulation results obtained by carrying out a plurality of times will be described below. In FIGS. 8 to 16 used in the following description, the horizontal axis represents the simulation time, and the vertical axis represents the magnitude of the index value. The symbol ◆ in the figure represents the result for the grid operation application, and the symbol ○ represents the result for the facility maintenance application.
(1)順位方式を用いた場合の結果
適応度の算出において順位方式を用いてシミュレーションを実施し、フレーム到達率の時間推移に関して図8に示す結果が、伝送遅延時間の時間推移に関して図9に示す結果が、伝送遅延ゆらぎの時間推移に関して図10に示す結果がそれぞれ得られた。なお、図8に示すフレーム到達率については、同一シミュレーション結果をY軸(フレーム到達率)の目盛りの尺度を変えて表示している。
(1) Results in the case of using the ranking method A simulation was performed using the ranking method in the calculation of fitness, and the results shown in FIG. 8 regarding the time transition of the frame arrival rate are shown in FIG. 9 regarding the time transition of the transmission delay time. The results shown in FIG. 10 were obtained with respect to the time transition of the transmission delay fluctuation. For the frame arrival rate shown in FIG. 8, the same simulation result is displayed with the scale of the Y-axis (frame arrival rate) scale changed.
図8に示す結果から、フレーム到達率に関し、いずれのアプリケーションにおいても、99パーセントを超えるフレーム到達率が確保されることが確認された。 From the results shown in FIG. 8, it was confirmed that a frame arrival rate exceeding 99% was ensured in any application regarding the frame arrival rate.
図9に示す結果から、伝送遅延時間に関し、いずれのアプリケーションにおいても、安定するまでの時間が若干かかるものの安定すれば遅延時間は非常に短い時間に抑制されることが確認された。 From the results shown in FIG. 9, it was confirmed that the transmission delay time is suppressed to a very short time if it stabilizes in any application although it takes some time until the transmission delay time is stabilized.
図10に示す結果から、伝送遅延ゆらぎに関し、いずれのアプリケーションにおいても、安定するまでの時間が若干かかるものの安定すれば伝送遅延ゆらぎは非常に短い時間に抑制されることが確認された。 From the results shown in FIG. 10, regarding transmission delay fluctuations, it was confirmed that in any application, although it took some time to stabilize, the transmission delay fluctuations were suppressed to a very short time if stabilized.
(2)重み付け総和方式を用いた場合の結果
個別アプリケーション(系統運用アプリケーション及び設備保全アプリケーション)ごとに独立した個体集合を持たせた。本実施例における目的関数の重みは、フレーム到達率の重み係数ω1=15,伝送遅延時間の重み係数ω2=10,伝送遅延ゆらぎの重み係数ω3=5とした。また、平均遅延ゆらぎを算出する際のEWMA計算に用いる平滑化係数α=0.8とした。
(2) Results when using the weighted summation method An individual set was provided for each individual application (system operation application and facility maintenance application). The weights of the objective function in the present embodiment are the frame arrival rate weight coefficient ω 1 = 15, the transmission delay time weight coefficient ω 2 = 10, and the transmission delay fluctuation weight coefficient ω 3 = 5. In addition, the smoothing coefficient α = 0.8 used for the EWMA calculation when calculating the average delay fluctuation is set.
適応度の算出において重み付け総和方式を用いてシミュレーションを実施し、フレーム到達率の時間推移に関して図11に示す結果が、伝送遅延時間の時間推移に関して図12に示す結果が、伝送遅延ゆらぎの時間推移に関して図13に示す結果がそれぞれ得られた。 In the calculation of fitness, a simulation is performed using the weighted sum method, and the results shown in FIG. 11 regarding the time transition of the frame arrival rate and the results shown in FIG. 12 regarding the time transition of the transmission delay time are the time transitions of the transmission delay fluctuation. The results shown in FIG.
図11に示す結果から、フレーム到達率に関し、系統運用アプリケーションにおいて99.989パーセント以上のフレーム到達率が確保されることが確認された。また、設備保全アプリケーションにおいて、およそ9割の通信で100パーセントの到達率が確保され、残りの通信でも99.985パーセントの到達率が確保されることが確認された。 From the results shown in FIG. 11, it was confirmed that a frame arrival rate of 99.989% or more was secured in the system operation application with respect to the frame arrival rate. In addition, in equipment maintenance applications, it was confirmed that an arrival rate of 100% was secured for approximately 90% of communications, and an arrival rate of 99.985% was secured for the remaining communications.
図12に示す結果から、伝送遅延時間に関し、系統運用アプリケーションにおいて安定後は遅延時間が概ね0.165秒程度に抑制されることが確認された。また、設備保全アプリケーションにおいて、当初から安定した挙動を示すと共に伝送遅延時間が0.07〜0.13秒程度に抑制されることが確認された。 From the results shown in FIG. 12, it was confirmed that the transmission delay time was suppressed to about 0.165 seconds after stabilization in the grid operation application. In addition, in the equipment maintenance application, it was confirmed that the behavior was stable from the beginning and the transmission delay time was suppressed to about 0.07 to 0.13 seconds.
図13に示す結果から、伝送遅延ゆらぎに関し、系統運用アプリケーションにおいて、ほぼ安定して推移することが確認された。また、設備保全アプリケーションにおいて、伝送開始当初から安定した値になることが確認された。 From the results shown in FIG. 13, it was confirmed that the transmission delay fluctuation is almost stably changed in the system operation application. In addition, it was confirmed that the value was stable from the beginning of transmission in equipment maintenance applications.
(3)オフセット併用方式を用いた場合の結果
重み付け総和方式を用いた場合と同様に、個別アプリケーション(系統運用アプリケーション及び設備保全アプリケーション)ごとに独立した個体集合を持たせた。本実施例における目的関数の重みも、重み付け総和方式を用いた場合と同様に、フレーム到達率の重み係数ω1=15,伝送遅延時間の重み係数ω2=10,伝送遅延ゆらぎの重み係数ω3=5とした。また、平均遅延ゆらぎを算出する際のEWMA計算に用いる平滑化係数α=0.8とした。さらに、オフセット計算に用いる重みについては、フレーム到達率の差の重み係数ωco1=10,利用帯域割合の差の重み係数ωco2=1,伝送遅延時間割合の差の重み係数ωco3=40とした。
(3) Results when using the offset combination method Similar to the case of using the weighted summation method, each individual application (system operation application and facility maintenance application) has an independent individual set. As in the case of using the weighted summation method, the weight of the objective function in this embodiment is the weight coefficient ω 1 = 15 of the frame arrival rate, the weight coefficient ω 2 = 10 of the transmission delay time, and the weight coefficient ω of the transmission delay fluctuation. 3 = 5 and was. In addition, the smoothing coefficient α = 0.8 used for the EWMA calculation when calculating the average delay fluctuation is set. Further, regarding the weight used for the offset calculation, the weighting factor ωco 1 = 10 for the difference in the frame arrival rate, the weighting factor ωco 2 = 1 for the difference in the used bandwidth ratio, and the weighting factor ωco 3 = 40 in the difference in the transmission delay time ratio did.
適応度の算出においてオフセット併用方式を用いてシミュレーションを実施し、フレーム到達率の時間推移について図14に示す結果が、伝送遅延時間の時間推移について図15に示す結果が、伝送遅延ゆらぎの時間推移について図16に示す結果がそれぞれ得られた。なお、図14に示すフレーム到達率については、同一シミュレーション結果をY軸(フレーム到達率)の目盛りの尺度を変えて表示している。 In the calculation of fitness, a simulation is performed using the offset combination method, and the results shown in FIG. 14 for the time transition of the frame arrival rate and the results shown in FIG. 15 for the time transition of the transmission delay time are the time transitions of the transmission delay fluctuation. The results shown in FIG. 16 were obtained. For the frame arrival rate shown in FIG. 14, the same simulation result is displayed with the scale of the Y-axis (frame arrival rate) scale changed.
図14に示す結果から、フレーム到達率に関し、いずれのアプリケーションにおいても、非常に高いフレーム到達率が確保されることが確認された。 From the results shown in FIG. 14, it was confirmed that a very high frame arrival rate was secured in any application regarding the frame arrival rate.
図15に示す結果から、伝送遅延時間に関し、いずれのアプリケーションにおいても、10分以内に安定すると共に遅延時間が非常に短い時間に抑制されることが確認された。 From the results shown in FIG. 15, it was confirmed that the transmission delay time was stabilized within 10 minutes and the delay time was suppressed to a very short time in any application.
図16に示すから、伝送遅延ゆらぎに関し、いずれのアプリケーションにおいても、重み付け総和方式を用いた場合と同程度の値で推移することが確認された。 As shown in FIG. 16, regarding the transmission delay fluctuation, it was confirmed that in any application, the transition was the same value as in the case of using the weighted summation method.
以上の、個体の適応度の算出において順位方式,重み付け総和方式,オフセット併用方式を用いた場合のそれぞれのシミュレーション結果から、いずれの方式を用いても、データ伝送が著しく滞る場合などは観察されず、本発明によれば適切なデータ伝送が行われることが確認された。 From the above simulation results when using the ranking method, the weighted sum method, and the offset combination method in the calculation of the fitness of individuals, it is not observed that data transmission is significantly delayed with either method. According to the present invention, it was confirmed that appropriate data transmission is performed.
1 送信装置
2 受信装置
10 通信装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmission apparatus 2 Reception apparatus 10 Communication apparatus
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