故障時においてもサーノバへの可到達性を保障し距離増大を抑制する高信頼リンク決定法

摘要

Recently, large-volume contents distributed by a content delivery network (CDN) on the Internet increase load of content delivery servers and networks, which may degrade the quality of service. To overcome this problem, some mirror servers providing the same content are located on a network, and a request is navigated to one of the mirror servers. The network should have a communication to one of the servers and the hop length of a path from a user to a server should be short even during link failure. Therefore, the introduction of mirror servers causes new problems such as location problem of mirror servers and a high reliable network design problem. In this paper, we address a reliable network design problem by protection of critical links whose failures significantly degrade the performance. The objective is to find the smallest number of the links to be protected so that a user can access servers without extension of hop counts even if non-protected links fails. First, we formulate this problem theoretically and prove that it is NP-hard. Second, we present a polynomial-time algorithm to solve this problem when the number of simultaneously failed links is restricted to one. In addition, we evaluate the performance of actual ISP network topologies by the algorithm from the viewpoint of the number of protected links.%インターネッ卜が普及して重要な社会基盤となるにともない，故障の影響を最小限に抑えた信頼性の高いネットワークの構築·運用がサービス提供者にとって重要な課題となっている.特にコンテンツ配信サービスにおいては，サービスを受けるノードと通信していたサーバとの通信経路の切断によってサービスが途絶することを回避しなければならない.コンテンツ配信には，同一コンテンツを持つ複数のミラーサーバが用いられることが多いが，故障時においても少なくとも一つのサーバへ通信経路が存在するような信頼性がネットワークには必要である.さらに，故障時に通常時の経路から代替経路に変化した際に経路長が大きく延びてしまうことも，通信品質劣化と輻輳可能性の抑制の観点から避けなければならない.しかし，このような高い信頼性を持つネットワークの構築には膨大なコストがかかるため，信頼性が十分に高いリンク（保護リンク）の数を最小限に抑えることにより，保護リンク以外のリンクがたとえ故障したとしても延長が急激に増大することを抑制した上でサーバの数を維持して通信の継続を図るネットワーク設計が有効であると考えられる.本稿では，このネットワーク設計問題を定式化し，NP困難性を証明した.さらに，単一リンク故障を想定した場合に対して，多項式時間アルゴリズムを設計し，現実ネットワークにおける性能評価を行った.