JP6301224B2 - 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。

"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。

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機能コストと、各機能について、他の機能と接続するリンクの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を第１サイトに仮配置し、第１サイトに仮配置された１つの機能又は２つ以上の機能を含む機能グループを第２サイトに移動させたときのネットワーク全体のコストの減少量を計算し、コストの減少量が最大となる機能又は機能グループを第２サイトに配置すると決定して、第１サイトに仮配置された機能を更新する第１処理を、第１サイトに仮配置されたいずれの機能を第２サイトに移動させてもコストが減少しなくなるまで繰り返す、或いは、第１サイトに仮配置されたいずれの機能及び機能グループを第２サイトに移動させてもコストが減少しなくなるまで繰り返す決定手段と、を備えており、前記機能グループは、第１サイトに仮配置された機能それぞれについて、機能及び当該機能に直接接続される第１サイトに仮配置された機能を含むグループであり、前記決定手段は、第１サイトに仮配置された機能又は機能グループを第２サイトに移動させたときのネットワーク全体のコストの減少量を、当該機能又は機能グループを第２サイトに移動させることによるネットワーク全体の機能コストの減少量と、当該機能又は機能グループを第２サイトに移動させることによる第１サイトと第２サイト間に必要なリンクコストの減少量との和に基づき計算す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での各装置に対するコスト減少量を示す図。 一実施形態による配置決定処理での各装置に対するコスト減少量を示す図。 一実施形態による配置決定処理での各装置に対するコスト減少量を示す図。 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〜ｆ５はロードバランサであり、ｆ６〜ｆ１４はウェブサーバである。さらに、図１において、ｆ１５はロードバランサであり、ｆ１６〜１８はアクセス分析機能であり、ｆ１９はアクセス分析結果を、ｆ２０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〜ｆ２０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２は、装置コストと、リンクコストを、それぞれ、対応する装置、リンクの横に示したものである。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２に示す様に、本例では、ｆ１をデータセンタに配置し、ｆ９〜ｆ１４及びｆ２０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〜ｆ８及びｆ１５〜ｆ１９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、まず、配置決定対象であるｆ２〜ｆ８及びｆ１５〜ｆ１９をユーザサイトに仮配置する。そして、各装置について、装置をデータセンタに移動させた場合のコストＮｃの減少量を計算する。図２の状態において、各装置をデータセンタに移動させた場合のコストＮｃの減少量を図１１（Ａ）に示す。例えば、ｆ２をデータセンタに移動させると、ｆ２の装置コストは３５０であり、αは１であるため、式（１）のΣαｆｄは３５０だけ増加するが、βは２であるため、式（１）のΣβｆｕは７００だけ減少する。つまり、ユーザサイトに仮配置された装置をデータセンタに移動させたときのネットワーク全体の装置コストの減少量は、データセンタとユーザサイトの重み係数の差に、当該装置の装置コストを乗じた値となる。さらに、図２の状態では、データセンタとユーザサイト間に必要となるリンクは、ｆ１とｆ２を接続するリンクであるが、ｆ２をデータセンタに移動させると、このリンクは、データセンタとユーザサイト間のリンクではなくなる。しかしながら、代わりに、ｆ２とｆ３、ｆ４及びｆ５を接続するリンクがデータセンタとユーザサイト間に必要となる。したがって、式（１）のΣγＬは−３００＋１５０＋７０＋５０＝−３０と、３０だけ減少する。したがって、ｆ２をデータセンタに移動させると、コストＮｃは、図１１（Ａ）に示す様に３８０だけ減少する。

同様に、ｆ３をデータセンタに移動させると、式（１）のΣαｆｄは２５０だけ増加するが、Σβｆｕは５００だけ減少する。さらに、ｆ３をデータセンタに移動させると、ｆ３とｆ２及びｆ６〜ｆ８を接続するリンクが、データセンタとユーザサイト間のリンクとなるため、式（１）のΣγＬは３００だけ増加する。したがって、ｆ３をデータセンタに移動させると、コストＮｃは、図１１（Ａ）に示す様に−５０だけ減少、つまり、５０だけ増加する。

本実施形態の設計装置は、図１１（Ａ）に示すコストＮｃの減少量から、その最大値の装置をデータセンタに配置すると決定し、ユーザサイトに仮配置した装置についての情報を更新する。図３はこの状態を示している。続いて、図３の状態において、各装置について、データセンタに移動させた場合のコストＮｃの減少量を同様に計算する。図１１（Ｂ）は、図３の状態から、残りの装置それぞれについて、データセンタ側に移動させた場合のコストＮｃの減少量を示している。図１１（Ｂ）においては、ｆ６〜ｆ８のいずれかを移動させた場合にコストＮｃの減少量が最大となる。この場合、設計装置は、ｆ６〜ｆ８のいずれかを１つを選択する。ここでは、ｆ６を選択したものとする。したがって、状態は図４の通りとなる。図１１（Ｃ）は、図４の状態において、装置をデータセンタに移動させた場合のコストＮｃの減少量を示している。図１１（Ｃ）より、ｆ３をデータセンタに移動させると、設計装置は決定する。図５は、ｆ３をデータセンタに移動させると、設計装置が決定した状態を示している。

同様に、図１２（Ａ）は、図５の状態において、装置をデータセンタに移動させた場合のコストＮｃの減少量を示している。図１２（Ａ）より、ｆ７をデータセンタに移動させると、設計装置は決定する。図６は、ｆ７をデータセンタに移動させると決定した状態を示している。同様に、図１２（Ｂ）は、図６の状態において、装置をデータセンタに移動させた場合のコストＮｃの減少量を示している。図１２（Ｂ）より、ｆ８をデータセンタに移動させると、設計装置は決定する。図７は、ｆ８をデータセンタに移動させると決定した状態を示している。同様に、図１２（Ｃ）は、図７の状態において、装置をデータセンタに移動させた場合のコストＮｃの減少量を示している。図１２（Ｃ）より、ｆ４をデータセンタに移動させると、設計装置は決定する。図８は、ｆ４をデータセンタに移動させると決定した状態を示している。

同様に、図１３（Ａ）は、図８の状態において、装置をデータセンタに移動させた場合のコストＮｃの減少量を示している。図１３（Ａ）より、ｆ５をデータセンタに移動させると、決定装置は決定する。図９は、ｆ５をデータセンタに移動させると決定した状態を示している。図１３（Ｂ）は、図９の状態において、装置をデータセンタに移動させた場合のコストＮｃの減少量を示している。図１３（Ｂ）において、何れの装置をデータセンタに移動させてもコストＮｃは減少しない。一実施形態においては、この状態、つまり、図９の状態を設計装置の最終出力とする。

しかしながら、互いに接続する複数の装置を１つの装置（又は装置グループ）と見做してコストＮｃの減少量を計算することができる。本実施形態では、各装置について、直接接続する１つ以上の装置を纏めてデータセンタに移動させた場合のコストＮｃの減少量を計算する。図１３（Ｃ）は、この様にして計算したコストＮｃの減少量を示している。例えば、ｆ１５の場合、直接接続する装置の内、配置決定対象装置はｆ１６〜ｆ１８である。ｆ１５からｆ１８を纏めてデータセンタに移動させると、ネットワーク全体のコストにおける装置コストの減少量は６５０である。一方、リンクに関するコスト減少量は−３３０であり、よってコストＮｃの減少量は、図１３（Ｃ）に示す様に３２０となる。また、ｆ１６の場合、直接接続する装置の内、配置決定対象装置はｆ１５及びｆ１９である。ｆ１５、ｆ１６及びｆ１９を纏めてデータセンタに移動させると、装置コストの減少量は４００である。一方、リンクコストの減少量は−８６０であり、よってコストＮｃの減少量は、図１３（Ｃ）に示す様に−４６０となる。したがって、設計装置は、コストＮｃの減少量が最大である、ｆ１５からｆ１８をデータセンタに移動さると決定する。図１０は、ｆ１５からｆ１８をデータセンタに移動させると、設計装置が決定した状態を示している。図１０の状態において、ｆ１９をデータセンタに移動させても、コストＮｃの減少量は−３２０、つまり、コストＮｃは減少しない。また、ｆ１９が残りの１つの装置であり、直接接続できる配置決定対象の他の装置はない。したがって、設計装置は、図１０の状態を出力する。この様に、互いに接続する複数の装置を１つの装置と見做してコストＮｃの減少量を計算し、各コストＮｃの減少量が負ではないと、その最大のものをデータセンタに移動させると決定する。そして、その後は、また、装置毎のコストＮｃの減少量を算出して、装置毎にデータセンタに移動させる装置を決定する。しかしながら、上記と同様に、装置毎のコストＮｃの減少量が総て負であると、互いに接続する複数の装置を纏めてデータセンタに移動させた場合のコストＮｃの減少量を求める。

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。

なお、上記実施形態では、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したが、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することもできる。この場合、重み係数の小さいデータセンタに配置決定対象装置を仮配置して上記処理を行う。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 (5)

1. ネットワークの配置決定対象の各機能の機能コストと、各機能について、他の機能と接続するリンクの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を第１サイトに仮配置し、第１サイトに仮配置された１つの機能又は２つ以上の機能を含む機能グループを第２サイトに移動させたときのネットワーク全体のコストの減少量を計算し、コストの減少量が最大となる機能又は機能グループを第２サイトに配置すると決定して、第１サイトに仮配置された機能を更新する第１処理を、第１サイトに仮配置されたいずれの機能を第２サイトに移動させてもコストが減少しなくなるまで繰り返す、或いは、第１サイトに仮配置されたいずれの機能及び機能グループを第２サイトに移動させてもコストが減少しなくなるまで繰り返す決定手段と、
   を備えており、
   前記機能グループは、第１サイトに仮配置された機能それぞれについて、機能及び当該機能に直接接続される第１サイトに仮配置された機能を含むグループであり、
   前記決定手段は、第１サイトに仮配置された機能又は機能グループを第２サイトに移動させたときのネットワーク全体のコストの減少量を、当該機能又は機能グループを第２サイトに移動させることによるネットワーク全体の機能コストの減少量と、当該機能又は機能グループを第２サイトに移動させることによる第１サイトと第２サイト間に必要なリンクコストの減少量との和に基づき計算することを特徴とするネットワーク設計装置。
2. 第１サイトに仮配置された機能を第２サイトに移動させたときのネットワーク全体の機能コストの減少量は、当該機能の機能コストに所定の係数を乗じた値として計算され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. 第１サイトに仮配置された機能グループを第２サイトに移動させたときのネットワーク全体の機能コストの減少量は、当該機能グループの各機能の機能コストに所定の係数を乗じた値の和として計算され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。
4. 前記決定手段は、第１サイトに仮配置されたいずれの機能及び機能グル―プを第２サイトに移動させてもコストが減少しなくなるまで前記第１処理を繰り返し、前記第１処理において、第１サイトに仮配置された１つの機能を第２サイトに移動させたときのネットワーク全体のコストの減少量を計算し、第１サイトに仮配置された１つの機能を第２サイトに移動させてもコストが減少しなくなると、第１サイトに仮配置された機能グループを第２サイトに移動させたときのネットワーク全体のコストの減少量を計算することを特徴とする請求項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。
5. 請求項１から４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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