2013 Fiscal Year Annual Research Report
大規模コンテンツセントリックネットワークのモデル化・解析・制御
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25280030
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Kwansei Gakuin University |
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Principal Investigator |
大崎 博之 関西学院大学, 理工学部, 教授 (00294166)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 情報ネットワーク / ネットワークアーキテクチャ / コンテンツセントリックネットワーク / 大規模ネットワーク / ネットワークモデル化 |
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| Research Abstract |
本研究課題では、大規模コンテンツセントリックネットワークにおける情報拡散のダイナミクスを分析するための数学的解析手法を構築するとともに、解析結果を応用することにより、コントローラブルな大規模コンテンツセントリックネットワークを実現する。具体的には、以下の 3 つの研究課題に取り組む。
1. 流体近似手法を用いた大規模コンテンツセントリックネットワークのモデル化
2. 現代制御理論を用いた大規模コンテンツセントリックネットワークのダイナミクス分析
3. 利用者が情報拡散ダイナミクスを自由に指定できる大規模コンテンツセントリックネットワークの設計
平成 25 年度は、本研究代表者がこれまで構築してきた、流体近似法による大規模ネットワーク解析手法を発展させることにより、大規模コンテンツセントリックネットワークにおける情報拡散のダイナミクスをモデル化した。具体的には、コンテンツセントリックネットワークとして CCN (Content Centric Networking) を、アプリケーションとして多数の不均一なユーザに対するコンテンツ配信を想定した。多数のユーザによって、大規模コンテンツセントリックにおいて、データが非同期的に生成・蓄積・複製・転送・廃棄される過程のダイナミクスを数学的に記述した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
大規模コンテンツセントリックネットワークにおけるコンテンツ配送を数学的にモデル化し、効率性の性能指標として配送遅延および通信量を、可用性の性能指標としてコンテンツ配送率を導出した。また、CCN が有効となる適用領域を明らかにするため、IP ネットワークにおける効率性および可用性もあわせて導出した。また、ケーススタディとして、スマートグリッドにおけるスマートモニタから管理センタへのデータ収集を想定し、通信インフラを IP および CCN で実現した場合の効率性および可用性を解析した。その結果、IP と比較して、CCN によって通信のオーバヘッドは増加するが、ネットワーク全体の可用性が向上することを明らかにした。
また、コンテンツセントリックネットワークにおける閉域通信を可能とする仮想コンテンツセントリックネットワークにおける CCN ルータのキャッシュ性能を解析した。CCN ルータのコンテンツストア (バッファ) を仮想ネットワーク単位で分割した場合、すべての仮想ネットワークで共有した場合、およびそれらのハイブリッドとした場合におけるキャッシュのヒット率を導出した。その結果、仮想ネットワーク内におけるコンテンツ要求の偏りによって適切にコンテンツストアを割当てることが望ましいことを明らかにした。
さらに、ノード移動の局所性が、DTN におけるエピデミックブロードキャストの効率性に与える影響を数学的に解析した。ノードの位置分布を既知とした場合に、エピデミックブロードキャストによる情報拡散速度を解析的に導出した。その結果、ノード移動の位置分布の裾野がべき則に従う場合に、エピデミックブロードキャストの効率性が向上することを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成 26 年度は、まず、平成 25 年度に構築した、大規模コンテンツセントリックネットワークにおける情報拡散 (生成・蓄積・複製・転送・廃棄) のダイナミクスモデルのさらなる高度化に取り組む。CCN ルータ間の接続関係が明示的に与えられる決定的なネットワークトポロジの記述だけではなく、CCN ルータの次数分布によって暗示的に与えられる確率的なネットワークトポロジの記述を可能とする。さらに、ネットワーク中のリンクの故障・切断や、ノードのモビリティによって生じるネットワークトポロジの動的な変化をも記述できるモデル化手法を考案する。
さらに、大規模コンテンツセントリックネットワークにおける情報拡散ダイナミクスのモデルを用いて、CCN 上へのデータ配置機構、CCN のコンテンツルーティング機構、ユーザからのコンテンツ要求パターン、CCN ルータのキャッシュ配置機構、CCN ネットワークのトポロジなどが、大規模コンテンツセントリックネットワークにおける情報拡散の速度・効率性・安定性・ロバスト性・信頼性に与える影響を明らかにする。本研究課題では、現代制御理論を応用することにより、大規模コンテンツセントリックネットワークの定常的な性質だけでなく、過渡的な挙動やロバスト性 (ノイズに対する耐性) の分析をも可能とする。大規模コンテンツセントリックネットワークにおける情報拡散の定常特性や過渡特性の解析には、現代制御理論で広く用いられている線形近似による平衡点近傍での安定性解析や、平均場近似 (Mean Field Theory) を用いる。
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