JP6475966B2 - ネットワーク設計装置及びプログラム - Google Patents

Description

本開示は、ネットワークの設計技術に関する。

非特許文献１は、通信ネットワーク上での柔軟なサービス提供のため、ネットワーク機能の仮想化を開示している。また、特許文献１は、仮想ノードと通常ノードとのリンクの固定費と変動費の総和が最小になるように、データセンタの配置点を決定する構成を開示している。また、特許文献２は、仮想ノードを最適配備する際に、品質に関する条件をどのように考慮するかを開示している。

特開２０１２−４８４２３号公報 特開２０１２−４４４８７号公報

"Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ Ｖｉｒｔｕａｌｉｓａｔｉｏｎ"，ＥＴＳＩ，［平成２６年８月１８日検索］、インターネット ＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｐｏｒｔａｌ.ｅｔｓｉ.ｏｒｇ／ＮＦＶ／ＮＦＶ＿Ｗｈｉｔｅ＿Ｐａｐｅｒ.ｐｄｆ＞

現在、ネットワークのノードをユーザ自身が管理するサイト（以下、ユーザサイト）のみに設置するのではなく、データセンタ事業者のサイト（以下、データセンタ）に設置することが行われている。非特許文献１に記載の仮想化技術により、必要なサービスを提供するためのネットワークの各機能を、ユーザサイトとデータセンタに柔軟に分散配置することができる。しかしながら、必要なサービスを提供するためのネットワークの各機能の内、何れの機能をデータセンタに配置し、何れの機能をユーザサイトに配置すべきかが問題となる。

特許文献１は、リンクの費用と、データセンタ敷設費を考慮するが、機能のコスト、つまり、機能を設けて運用するために必要な費用を考慮してはいない。つまり、特許文献１は、リンクのコストと、機能のコストの両方を考慮して機能の配置を決定するものではない。特許文献２は、運用中のサービスを最適化する際に、品質に関する条件をどのように考慮するかという問題を解決するが、最適化のための具体的なアルゴリズムを開示してはいない。

本発明は、ネットワークを構成する各機能の配置を決定するネットワーク設計装置及びプログラムを提供するものである。

本発明の一側面によると、ネットワーク設計装置は、ネットワークの配置決定対象の各機能の予め決定された機能コストと、各機能について、他の機能と接続する実リンクの予め決定されたリンクコストを示す情報を保持する保持手段と、配置決定対象の各機能それぞれについて、第１サイトへの第１仮想リンクと、第２サイトへの第２仮想リンクを設定することで、第１サイトと、第２サイトと、各機能をノードとし、実リンク、第１仮想リンク及び第２仮想リンクをリンクとするグラフを決定するグラフ決定手段であって、第１仮想リンクのリンクコストは、当該第１仮想リンクと接続する機能の機能コストに第１係数を乗じた値であり、第２仮想リンクのリンクコストは、当該第２仮想リンクと接続する機能の機能コストに前記第１係数とは異なる第２係数を乗じた値である、グラフ決定手段と、前記グラフ内の前記第１サイトと前記第２サイトを接続するリンクを除くリンクの内、最もリンクコストの高いリンクを選択し、選択したリンクが実リンクであり、かつ、当該実リンクが前記第１サイトに接続するものであると、当該実リンクに接続する機能を前記第１サイトに配置すると決定して当該機能を前記第１サイトに縮約し、前記選択したリンクが実リンクであり、かつ、当該実リンクが前記第２サイトに接続するものであると、当該実リンクに接続する機能を前記第２サイトに配置すると決定して当該機能を前記第２サイトに縮約し、前記選択したリンクが実リンクであり、かつ、当該実リンクが２つの機能を接続するものであると、当該２つの機能を１つの機能に縮約し、前記選択したリンクが第１仮想リンクであると、当該第１仮想リンクに接続する機能を前記第１サイトに配置すると決定して当該機能を前記第１サイトに縮約し、前記選択したリンクが第２仮想リンクであると、当該第２仮想リンクに接続する機能を前記第２サイトに配置すると決定して当該機能を前記第２サイトに縮約することを、前記グラフのノードが前記第１サイト及び前記第２サイトの２つになるまで繰り返す、機能配置決定手段と、を備えていることを特徴とする。

ネットワークを構成する各機能の効果的な配置を決定できる。

一実施形態によるネットワーク構成図。 図１の構成における装置コストとリンクコストを示す図。 一実施形態による配置決定処理の説明図。 一実施形態による配置決定処理の説明図。 一実施形態による配置決定処理の説明図。 一実施形態による配置決定処理の説明図。 一実施形態による配置決定処理の説明図。 一実施形態による配置決定処理の説明図。 一実施形態による配置決定処理の説明図。 一実施形態による配置決定処理の説明図。 一実施形態による配置決定処理の説明図。 一実施形態による配置決定処理の説明図。 一実施形態による配置決定処理の説明図。 一実施形態によるネットワーク設計装置の構成図。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態は例示であり、本発明を実施形態の内容に限定するものではない。また、以下の各図においては、実施形態の説明に必要ではない構成要素については図から省略する。

図１は、本実施形態の説明に使用するネットワーク構成図である。図１において、ｆ１はゲートウェイルータであり、ｆ２はファイアウォールである。また、図１において、ｆ３及びｆ４はロードバランサであり、ｆ５〜ｆ８はウェブサーバである。さらに、図１において、ｆ９はロードバランサであり、ｆ１０及びｆ１１はアクセス分析機能であり、ｆ１２はアクセス分析結果を、ｆ１３のクライアント装置にリポートするリポートサーバである。なお、装置への実装として、１つの装置に１つの機能のみを実装することも、１つの装置上に複数の機能を実装することも可能である。なお、以下の説明においては、１つの装置には１つの機能のみを実装するものとし、機能と装置を同じ意味で使用する。

本発明のネットワーク設計装置（以下、単に設計装置と呼ぶ。）は、図１に示すネットワークの各装置（機能）ｆ１〜ｆ１３の配置位置を決定する。ユーザは、初期情報として設計装置に、図１に示す各装置と、２つの装置を接続するリンクを示す情報と、各装置の装置コスト（機能コスト）と、各リンクのリンクコストを入力する。図１においては、本実施形態の説明に使用する装置コストと、リンクコストを、それぞれ、対応する装置、リンクの横に示している。なお、装置コストは、装置における処理負荷及び運用負荷に基づきユーザが決定し、リンクコストは、リンクに必要な帯域（伝送速度）に基づきユーザが決定する。さらに、ユーザは、各装置の内、必ずデータセンタに配置しなければならないものと、必ずユーザサイトに配置しなければならないものを決定し、設計装置に入力する。図１に示す様に、本例では、ｆ１をデータセンタに配置し、ｆ１３をユーザサイトに配置するとしている。

本実施形態において、設計装置は、ネットワーク全体のコストＮｃが低くなる様に、配置決定対象の装置、本例では装置ｆ２〜ｆ１２の配置を決定する。本実施形態において、ネットワーク全体のコストは、以下の式により計算する。
Ｎｃ＝Σαｆｄ＋Σβｆｕ＋ΣγＬ （１）
ここで、ｆｄはデータセンタに設置される装置の装置コストであり、ｆｕはユーザサイトに設置される装置の装置コストであり、Ｌはデータセンタとユーザサイト間に必要となるリンクのリンクコストである。さらに、α、β、γは、コストの重み係数であり０以上のユーザが予め決定する値である。なお、一般的に、ユーザサイトに設置するノードについては、ユーザ側にてその運用負荷が増えるため、β＞αとする。以下の説明においては、α、β、γをそれぞれ、１、２、１とする。

本実施形態の設計装置は、データセンタ及びユーザサイトをそれぞれ１つのノードとし、各装置それぞれについて、データセンタと接続する仮想リンクと、ユーザサイトと接続する仮想リンクを設定する。そして、装置とデータセンタとを接続する仮想リンクのコストを、当該装置の装置コストにユーザサイトの重み係数を乗じた値とする。同様に、装置とユーザサイトとを接続する仮想リンクのコストを、当該装置の装置コストにデータセンタの重み係数を乗じた値とする。例えば、図１のｆ３の装置コストは２５０であるので、ｆ３とデータセンタを接続する仮想リンクのコストは、２５０にユーザサイトの重み係数β＝２を乗じた５００となる。また、ｆ３とユーザサイトを接続する仮想リンクのコストは、２５０にデータセンタの重み係数α＝１を乗じた２５０となる。なお、以下の説明において、装置間を接続する実際のリンクを実リンクと呼び、仮想リンクとは区別する。また、実リンク及び仮想リンクを区別する必要が無い場合には単にリンクと呼ぶものとする。

図２は、仮想リンクを点線で、実リンクを実線で示し、各リンクの横にリンクコストを示したグラフである。なお、ｆ１はデータセンタに必ず設置するものであるため、ｆ１はデータセンタを示すノードに縮約させている。同様に、ｆ１３はユーザサイトに必ず設置するものであるため、ｆ１３はユーザサイトを示すノードに縮約させている。以後、設計装置は、データセンタ及びユーザサイトを直接接続するリンクを除くリンクを探索対象とし、探索対象のリンクの内、最も高いリンクコストを有するリンクを選択し、選択したリンクで接続されている２つのノードを１つのノードに縮約する縮約処理を繰り返し実行する。つまり、探索対象のリンクとは、言い換えると、データセンタ又はユーザサイトと装置を接続するリンクか、２つの装置を接続するリンクである。また、選択したリンクの一方が、データセンタ又はユーザサイトであると、選択したリンクに接続する装置を当該リンクが接続するデータセンタ又はユーザサイトに配置すると決定する。一方、選択したリンクが装置間を接続するものであると、当該リンクにより接続される２つの装置を単に１つの装置に縮約する。設計装置は、この縮約処理を総ての装置がデータセンタ又はユーザサイトに縮約されるまで繰り返す。これにより、設計装置は、各装置の配置位置を決定する。

具体的には、図２において、探索対象のリンクの内、最もコストが高いリンクは、ｆ５とデータセンタを接続する仮想リンクと、ｆ６とデータセンタを接続する仮想リンクの８００である。設計装置は、最もコストの高いリンクが複数ある場合、任意の１つを選択する。ここでは、ｆ５とデータセンタを接続する仮想リンクを選択したものとする。この場合、設計装置は、ｆ５をデータセンタに縮約させる。また、ｆ５に接続する実リンクは、そのままとし、ｆ５に接続する仮想リンクは削除する。したがって、グラフは図３に示す様になる。図３に示す様に、ｆ５をデータセンタに縮約させたため、ｆ５とｆ３を接続する実リンクと、ｆ５とｆ９を接続する実リンクは共に、データセンタと接続される実リンクに変更される。また、ｆ５と接続する仮想リンクは削除される。

続いて、図３のグラフにおいて、探索対象のリンクの内、最もコストが高いリンクは、ｆ６とデータセンタを接続する仮想リンクの８００である。したがって、設計装置は、ｆ６をデータセンタに縮約させ、よって、グラフは図４に示す様になる。図４のグラフにおいて、探索対象のリンクの内、最もコストが高いリンクは、ｆ２とデータセンタを接続する仮想リンクの７００である。したがって、設計装置は、ｆ２をデータセンタに縮約させ、よって、グラフは図５に示す様になる。図５のグラフにおいて、探索対象のリンクの内、最もコストが高いリンクは、ｆ７とデータセンタを接続する仮想リンクと、ｆ７とデータセンタを接続する仮想リンクの６００である。本例では、設計装置がｆ７とデータセンタを接続する仮想リンクを選択したものとし、ｆ７をデータセンタに縮約させる。よって、グラフは図６に示す様になる。図６のグラフにおいて、探索対象のリンクの内、最もコストが高いリンクは、ｆ８とデータセンタを接続する仮想リンクの６００である。したがって、設計装置は、ｆ８をデータセンタに縮約させ、よって、グラフは図７に示す様になる。

図７のグラフにおいて、探索対象のリンクの内、最もコストが高いリンクは、ｆ３とデータセンタを接続する仮想リンクの５００である。したがって、設計装置は、ｆ３をデータセンタに縮約させ、よって、グラフは図８に示す様になる。図８のグラフにおいて、探索対象のリンクの内、最もコストが高いリンクは、ｆ９とデータセンタを接続する仮想リンクの４００である。したがって、設計装置は、ｆ９をデータセンタに縮約させ、よって、グラフは図９に示す様になる。図９のグラフにおいて、探索対象のリンクの内、最もコストが高いリンクは、ｆ４とデータセンタを接続する仮想リンクと、ｆ１０とデータセンタを接続する仮想リンクと、ｆ１１とデータセンタを接続する仮想リンクとの３００である。本例では、設計装置がｆ４とデータセンタを接続する仮想リンクを選択したものとし、ｆ４をデータセンタに縮約させる。よって、グラフは図１０に示す様になる。

図１０のグラフにおいて、探索対象のリンクの内、最もコストが高いリンクは、ｆ１０とデータセンタを接続する仮想リンクと、ｆ１１とデータセンタを接続する仮想リンクの３００である。本例では、設計装置がｆ１０とデータセンタを接続する仮想リンクを選択したものとし、ｆ１０をデータセンタに縮約させる。よって、グラフは図１１に示す様になる。図１１のグラフにおいて、探索対象のリンクの内、最もコストが高いリンクは、ｆ１１とデータセンタを接続する仮想リンクの３００である。したがって、設計装置は、ｆ１１をデータセンタに縮約させ、よって、グラフは図１２に示す様になる。図１２のグラフにおいて、探索対象のリンクの内、最もコストが高いリンクは、ｆ１２とユーザサイトを接続する実リンクの２２０である。したがって、設計装置は、ｆ１２をユーザサイトに縮約させ、よって、グラフは図１３に示す様になる。図１３のグラフは、データセンタ及びユーザサイトの２つのノードとなっているので、設計装置は、処理を終了し、結果を出力する。

図１４は、本実施形態による設計装置１の構成図である。ユーザ・インタフェース部１０は、装置（機能）、リンク、装置コスト（機能コスト）、リンクコストや、ユーザサイト及びデータセンタに配置すると予め決定した装置を示す情報をユーザが入力し、設計装置１の出力をユーザに表示するためのユーザ・インタフェースである。保持部１１は、ユーザが入力した各情報を保持する。決定部１２は、保持部１１が保持する情報に基づき上述した方法により各装置（機能）の配置を決定する。

以上、本実施形態では、装置コストを、仮想リンクとして、リンクコストに変換する。ネットワーク全体のコストＮｃを最小化するには、最も高いリンクから順に削除していけばよい。例えば、最もコストが高いリンクが仮想リンクであると、当該仮想リンクは削除される。また、最もコストが高いリンクが実リンクであると、この実リンクが接続する２つの装置は１つに縮約され、よって、この実リンクは１つのノード内のリンクであるから、上記グラフから削除される。したがって、少ない処理にてネットワーク全体のコストＮｃを最小化する装置の配置を決定することができる。

なお、上記実施形態では、データセンタの重み係数よりユーザサイトの重み係数を大きくしたが、ユーザサイトでの運用負荷やコストから、ユーザサイトの重み係数よりデータセンタの重み係数を大きくする構成であっても良い。また、本発明による設計装置は、コンピュータを上記設計装置として動作させるプログラムにより実現することができる。これらコンピュータプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶されて、又は、ネットワーク経由で配布が可能なものである。

Claims (4)

1. ネットワークの配置決定対象の各機能の予め決定された機能コストと、各機能について、他の機能と接続する実リンクの予め決定されたリンクコストを示す情報を保持する保持手段と、
   配置決定対象の各機能それぞれについて、第１サイトへの第１仮想リンクと、第２サイトへの第２仮想リンクを設定することで、第１サイトと、第２サイトと、各機能をノードとし、実リンク、第１仮想リンク及び第２仮想リンクをリンクとするグラフを決定するグラフ決定手段であって、第１仮想リンクのリンクコストは、当該第１仮想リンクと接続する機能の機能コストに第１係数を乗じた値であり、第２仮想リンクのリンクコストは、当該第２仮想リンクと接続する機能の機能コストに前記第１係数とは異なる第２係数を乗じた値である、グラフ決定手段と、
   前記グラフ内の前記第１サイトと前記第２サイトを接続するリンクを除くリンクの内、最もリンクコストの高いリンクを選択し、選択したリンクが実リンクであり、かつ、当該実リンクが前記第１サイトに接続するものであると、当該実リンクに接続する機能を前記第１サイトに配置すると決定して当該機能を前記第１サイトに縮約し、前記選択したリンクが実リンクであり、かつ、当該実リンクが前記第２サイトに接続するものであると、当該実リンクに接続する機能を前記第２サイトに配置すると決定して当該機能を前記第２サイトに縮約し、前記選択したリンクが実リンクであり、かつ、当該実リンクが２つの機能を接続するものであると、当該２つの機能を１つの機能に縮約し、前記選択したリンクが第１仮想リンクであると、当該第１仮想リンクに接続する機能を前記第１サイトに配置すると決定して当該機能を前記第１サイトに縮約し、前記選択したリンクが第２仮想リンクであると、当該第２仮想リンクに接続する機能を前記第２サイトに配置すると決定して当該機能を前記第２サイトに縮約することを、前記グラフのノードが前記第１サイト及び前記第２サイトの２つになるまで繰り返す、機能配置決定手段と、
   を備えていることを特徴とするネットワーク設計装置。
2. 前記機能配置決定手段は、前記第１サイトに縮約した機能に接続する第２仮想リンクを前記グラフから削除し、前記第２サイトに縮約した機能に接続する第１仮想リンクを前記グラフから削除することを特徴とする請求項１に記載のネットワーク設計装置。
3. 前記第１係数は、機能を第２サイトに配置したときのコストに基づき決定され、前記第２係数は、機能を第１サイトに配置したときのコストに基づき決定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のネットワーク設計装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のネットワーク設計装置としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。

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