JP2017138788A - 配置決定システム、配置決定方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】サービス提供基盤の装置構成のコスト構造を体系的に整理して共通化することにより、コストの優位性が高い配置形態を容易に決定することのできる配置決定システム、配置決定方法及びプログラムを提供する。
【解決手段】サービス提供基盤の装置構成ごとの収益と、装置構成ごとの設備費用及び運営費用の合計と、コアネットワークの設備費用及び運営費用の合計とを算出するとともに、前記収益から装置構成の設備費用及び運営費用の合計とコアネットワークの設備費用及び運営費用の合計をそれぞれ減じることにより、装置構成ごとの利益をそれぞれ算出するようにしたので、装置構成のコスト構造を体系的に整理して共通化することができ、各サービス提供基盤の装置構成の設備費用及び運営費用を網羅的に算出することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、事業者がサービス提供時に必要となるソフトウェア機能について、コストの優位性が高い配置形態を決定するための配置決定システム、配置決定方法及びプログラムに関するものである。

近年、サービスの提供基盤として、インターネット上に配備されたデータセンタ内に、サービス提供を行う事業者の各種ソフトウェア機能を集中的に配置し、ユーザに各種サービスを提供するクラウドコンピューティング技術が普及してきている。しかし、ユーザとクラウドとの間には物理的な距離があることから、ユーザ端末を収容する通信キャリアのコアネットワーク内にデータセンタを配備するキャリアクラウド技術が提案されている。

このキャリアクラウド技術では、コアネットワークに複数のデータセンタを分散配置し、サービス事業者の各種ソフトウェア機能をデータセンタ内に配置している。ここで、コアネットワーク内のデータセンタは、ユーザ近傍に置くエッジデータセンタと、集約効果を狙って全国に１、２箇所程度設置する中央データセンタの二種類がある。サービス提供基盤として前記エッジデータセンタを利用する場合、低遅延・広帯域という恩恵を受けることができる。一方、前記中央データセンタを利用する場合は、集約効果によりコスト削減等の恩恵を受けることができる。このようなキャリアクラウド技術は、フォグコンピューティング技術とも呼ばれる。尚、以下の説明では、コアネットワークの外に配置されたデータセンタによりサービスを提供する環境を単に「クラウド基盤」と呼ぶものとし、コアネットワークにおけるサービス提供基盤であるエッジデータセンタ及び中央データセンタと区別する。

近年、ネットワーク機能仮想化技術として、NFV(Network Functions Virtualization)技術が注目されている（例えば、非特許文献１及び２参照）。このNFV技術により、設備コストの削減、リソースの最適化、運用の自動化、効率化を実現することで、CAPEX（Capital Expenditure）/OPEX（Operating Expenditure）が削減できることが期待されている。また、NFVを用いる場合、ソフトウェア配置形態について、中央データセンタ、エッジデータセンタ、クラウド基盤のどこに配置すべきか、或いは仮想化を導入すべきか否かを検討する必要がある。しかしながら、各配置形態において、各サービス提供基盤で共通となるCAPEX/OPEXのコストモデルが確立されておらず、各サービス提供基盤のコストを統一的に比較することが困難であった。例えば、非特許文献３では、データセンタ内部の装置構成については論じられているが、データセンタ自体のロケーション（中央データセンタ／エッジデータセンタ）やクラウド基盤については検討されていない。

また、装置単体のOPEXを比較した場合、エッジデータセンタよりも集約構成の中央データセンタの方が安価であるが、中央データセンタは中央集約のためコアネットワークの帯域が必要となる（図５参照）。即ち、装置単体のOPEXとコアネットワークの帯域増加に伴うCAPEX/OPEXはトレードオフの関係となっている。一方、中央データセンタはコアネットワークの帯域がサービス利用帯域となるが、エッジデータセンタは一部折り返し通信のため、圏間跨ぎ通信比をγとすると、コアネットワークの帯域はサービス利用帯域のγ倍となる。この場合、コアネットワークの帯域が少なくて済む点でエッジデータセンタに優位性がある。

このように、各配置形態のコスト構造が体系化されておらず、どの配置形態が最適かを選択する手法が未確立である。このため、従来では、配置形態の選択に以下の手法が一般的に採用されていた。

（１）装置構成を予め絞り（例えば、中央データセンタのみ）、仮想化の有無でコスト比較を実施する（従来手法１）。

（２）データセンタ／クラウド基盤において、必要となる処理装置のCAPEX/OPEXのみを算出し、それに基づき最も安価な配置形態を判断する（従来手法２）。

ネットワーク機能仮想化(NFV)概要，URL 1454474683798_0.pdf,%202016年1月6日検索 "Network Functions Virtualisation (NFV); Management and Orchestration", ETSI GS NFV-MAN 001 V1.1.1 (2014-12) " "VL2:A Scalable and Flexible Data Center Network"

しかしながら、前記従来手法１では、対象構成を予め絞り込んでいるため、構成が網羅的に抽出されているわけではなく、最適な構成が漏れている可能性があった。また、従来手法２では、コスト試算領域を絞り込んでいるが、コア網帯域に関するCAPEX/OPEXが考慮されないため、厳密なコストシミュレーションができず、エッジデータセンタがコアデータセンタと比べて相対的に不利に算出されていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、サービス提供基盤の装置構成のコスト構造を体系的に整理して共通化することにより、コストの優位性が高い配置形態を容易に決定することのできる配置決定システム、配置決定方法及びプログラムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本願発明は、コアネットワーク内またはコアネットワーク外に構築された互いに異なる複数のサービス提供基盤の何れかにソフトウェア機能を配置してサービスを提供するネットワーク環境において、複数のサービス提供基盤の中からコストの優位性の高いサービス提供基盤及びその装置構成を決定する配置決定システムであって、前記サービス提供に必要なサービス要求情報を入力する入力手段と、所定の情報を記憶した記憶手段と、入力手段から入力されたサービス要求情報及び記憶手段に記憶された情報に基づき、サービス提供基盤の装置構成ごとの収益と、サービス提供基盤の装置構成ごとの設備費用と運営費用の合計と、コアネットワークの設備費用と運営費用の合計をそれぞれ算出し、サービス提供基盤の装置構成ごとに前記収益から装置構成の設備費用と運営費用の合計とコアネットワークの設備費用と運営費用の合計をそれぞれ減じることにより、各サービス提供基盤の装置構成の利益をそれぞれ算出する算出手段とを備えたことを特徴とする。

これにより、サービス提供基盤の装置構成ごとの収益と、サービス提供基盤の装置構成ごとの設備費用と運営費用の合計と、コアネットワークの設備費用と運営費用の合計がそれぞれ算出され、サービス提供基盤の装置構成ごとに前記収益から装置構成の設備費用と運営費用の合計とコアネットワークの設備費用と運営費用の合計をそれぞれ減じることにより各サービス提供基盤の装置構成の利益がそれぞれ算出されることから、各サービス提供基盤の装置構成のコスト構造を体系的に整理して共通化することが可能となる。

本発明によれば、サービス提供基盤の装置構成のコスト構造を体系的に整理して共通化することができるので、サービス提供基盤の装置構成ごとに設備費用及び運営費用を網羅的に算出することができる。即ち、サービス提供基盤の装置構成を統一的な基準で比較することにより、網羅的にコストシミュレーションを実現することができるので、すべての装置構成の中からコストの優位性が高い最適な構成を用いた配置形態を容易に選択することができる。

本発明が適用されるネットワークの構成図 本発明の一実施形態を示す配置決定システムの構成図 演算部の動作を示すフローチャート 記憶部のデータテーブルを示す図 装置の単体性能とOPEXとの関係を示す図

以下、本発明について図面を参照して説明する。

本実施形態は、ネットワークで事業者がサービスを提供する場合に必要となるソフトウェア機能について、コストの優位性が高い配置形態を決定するための配置決定システムに関するものである。

本発明の適用環境は、図１に示すように、インターネット１に接続されたコアネットワーク２と、コアネットワーク２内に設置された中央データセンタ３と、コアネットワーク２内に分散配置されたエッジデータセンタ４と、インターネット１に接続され、コアネットワーク２の外部に配置されたクラウド基盤５とを含むネットワークである。このネットワークでは、エンドユーザの端末はエッジデータセンタ４に接続され、エッジデータセンタ４は中央データセンタ３に接続されている。尚、中央データセンタ３はコアネットワーク２の帯域がサービス利用帯域となるが、エッジデータセンタ４は一部折り返し通信のため、圏間跨ぎ通信比をγとすると、コアネットワーク２の帯域はサービス利用帯域のγ倍となる。

本実施形態の配置決定システムでは、アプリケーションの基礎情報や需要予測等の要求情報に基づき、事業者が提供するサービスの収支を算出し、最も利益が大きくなるサービス提供基盤及びその装置構成のパターンを選択して出力するようになっている。即ち、本システムでは、サービス提供基盤の装置構成として、仮想化された装置を有する中央データセンタを第１の構成［ア］、仮想化された装置を有しない中央データセンタを第２の構成［イ］、仮想化された装置を有するエッジデータセンタを第３の構成［ウ］、仮想化された装置を有しないエッジデータセンタを第４の構成［エ］、クラウド基盤を第５の構成［オ］とし、これら構成［ア］〜［オ］及びコアネットワークについて、サービス収益と設備費用及び運営費用（CAPEX/OPEX）を算出し、サービス収益から設備費用及び運営費用を減じて求められる利益を各構成［ア］〜［オ］ごとに算出する。

本実施形態の配置決定システムは、図２に示すように、サービスの要求情報を入力する入力部１０と、所定の情報が予め記憶されている記憶部２０と、入力部１０から入力された情報及び記憶部２０に記憶されている情報に基づいて演算を行う演算部３０と、演算部３０の算出結果を出力する出力部４０とを備えている。

入力部１０から入力される要求情報は、１端末の通信頻度Ｆ［回／sec］、１通信当たりの必要装置リソースＲ［リソース単位］、１通信当たりの必要ネットワークリソースＷ［ネットワークリソース単位］、利用料金（ARPU；Average Revenue Per User）Ｉ［円／端末・月］、圏間跨ぎ通信比γ、基本需要予測ｆ(ｍ)である。ここで、ｍは月、圏間跨ぎ通信比γはコアネットワークの帯域におけるエッジデータセンタのサービス利用帯域に応じた所定の掛け率であり（γ＜１）、ｆ(ｍ)［端末］は以下の式（１）により求められる。

ｆ(ｍ)＝ａｍ²＋ｂｍ＋ｃ …式（１）

記憶部２０には、予め記憶される情報として、図３のデータテーブルに示すように、基本情報としての性能Ｐ［リソース単位／sec・台］、装置費用Ｃ₁（ハード／ソフト）、開発稼働費用Ｃ₂（検証、手順書作成等）、導入稼働費用Ｃ₃（習熟、本体工事、付帯工事）、保守契約費用Ｃ₄、運用稼働費用Ｃ₅（監視、故障切り分け）、最低所要期間Ｄ（決裁、事務処理等）が構成［ア］〜［オ］及びコアネットワークごとに記憶されている。尚、費用Ｃ₁〜Ｃ₅［円］は新設時の装置１台当たりの費用で、費用Ｃ₁〜Ｃ₃は計画構築業務における設備費用（CAPEX）、費用Ｃ₄〜Ｃ₅は運用保全業務における運営費用（OPEX）である。また、期間Ｄ［月］は需要変動への即応性である。

演算部３０は、サービス提供基盤の装置構成ごとの収益を算出する収益算出部３１と、第１〜第５の構成［ア］〜［オ］ごとの設備費用と運営費用の合計を算出する第１の費用算出部３２と、コアネットワークの設備費用と運営費用の合計を算出する第２の費用算出部３３と、収益算出部３１によって算出された収益から第１の費用算出部３２によって算出された費用と第２の費用算出部３３によって算出された費用をそれぞれ減じることにより第１乃至第４の構成［ア］〜［オ］ごとの利益をそれぞれ算出する利益算出部３４とを備えている。

演算部３０では、期間ｍ［月］を１サイクルとし、サービスのライフサイクルにおける各プラットフォーム（構成［ア］〜［オ］）のトータルコストを算出し、第１〜第５の構成［ア］〜［オ］の中からコスト面で優位性が最も高い（利益が最大の）ものを選択するようになっている。

出力装置４０は、演算部３０の演算結果により選択された最適な装置構成のパターンを、例えばサービス事業者に提示可能な表示等により出力するようになっている。

次に、演算部３０の演算処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。

まず、ｍ［月］を需要予測の１サイクルとしてその初期値を「０」とし（ステップＳ１）、ｍに「１」を加算した後（ステップＳ２）、後述の算出方法により、ｍヶ月後のサービス収益（ｍヵ月間）を算出するとともに（ステップＳ３）、コアネットワークのCAPEXとOPEXの合算（ｍヵ月間）を算出する（ステップＳ４）。この後、ｍが所定のサービス継続期間に達していなければ（ステップＳ５）、ステップＳ２に戻りｍに「１」を加算し（ステップＳ２）、ステップＳ３〜Ｓ４の計算を繰り返す。そして、ｍがサービス継続期間に達したならば（ステップＳ５）、ｍの初期値を「０」とし（ステップＳ６）、ｍに「１」を加算した後（ステップＳ７）、各構成［ア］〜［オ］のそれぞれの構成パターンについて、後述の算出方法により、装置の設備費用と運営費用の合算（ｍヵ月間）を算出するとともに（ステップＳ８）、各構成［ア］〜［オ］の利益額を算出する（ステップＳ９）。即ち、ステップＳ９では、ステップＳ３で算出したサービス収益から、ステップＳ８で算出した装置の設備費用と運営費用の合算と、ステップＳ４で算出したコアネットワークの設備費用と運営費用の合算とをそれぞれ減じた値を各構成［ア］〜［オ］の利益としてそれぞれ算出する。この後、ｍが所定のサービス継続期間に達していなければ（ステップＳ１０）、ステップＳ７に戻りｍに「１」を加算し（ステップＳ７）、ステップＳ８〜Ｓ９の計算を繰り返す。そして、ｍがサービス継続期間に達したならば（ステップＳ１０）、他の構成について装置の設備費用と運営費用の合算（ｍヵ月間）と利益を算出し（ステップＳ８〜Ｓ９）、すべての構成［ア］〜［オ］について算出が終了したならば（ステップＳ１１）、各構成［ア］〜［オ］のうちで最も利益が大きい装置構成のパターンを出力装置４０によって出力する（ステップＳ１２）。

出力装置４０による出力方法は、最も利益が大きい構成パターンを表示するようにしてもよいし、または利益の大小に応じて順位付けをして表示するようにしてもよい。その際、利益の値も併せて表示するようにすれば、より詳細な比較検討が可能となる。

ここで、前記サービス収益、装置の設備費用と運営費用の合算、コアネットワークの設備費用と運営費用の合算のそれぞれの算出方法について以下に説明する。

［サービス収益の算出方法］
サービス収益［円］（ｍヶ月間）は以下の式（２）により算出する。

サービス収益［円］（ｍヶ月間）＝Σｆ(ｍ)×Ｉ …式（２）

［装置の設備費用と運営費用の合算の算出方法（例えば、構成［ウ］の場合）]
まず、ｍヶ月後の必要リソース［リソース単位／sec］を以下の式（３）により算出する。

ｍヶ月後の必要リソース＝ｆ(ｍ)×Ｆ×Ｒ …式（３）

事業者は、増設に必要となる最低所要期間Ｄxをバッファとし、ｍ＋Ｄxヶ月後の需要予測に基づき装置を新設する。即ち、装置の設置台数Ｅ(ｍ＋Ｄx)［台］を以下の式（４）により算出する。

設置台数Ｅ(ｍ＋Ｄx)＝ｆ(ｍ＋Ｄx)×Ｆ×Ｒ／Ｐx …式（４）

上記式（４）より、ｍヶ月後の時点での装置の設備費用と運営費用の合計額は、以下の式（５）で算出する。

合計額＝Ｅ(ｍ＋Ｄx)×（ｇ₁(ｎ)×Ｃ₁x＋ｇ₂(ｎ)×Ｃ₂x＋ｇ₃(ｎ)×Ｃ₃x）
＋（ｇ₄(ｎ)×Ｃ₄x＋ｇ₅(ｎ)×Ｃ₅x）×ｍ …式（５）

［コアネットワークの設備費用と運営費用の合算の算出方法］
まず、ｍヶ月後の必要ネットワークリソース［ネットワークリソース単位／sec］を以下の式（６）により算出する。

ｍヶ月後の必要ネットワークリソース＝ｆ(ｍ)×Ｆ×Ｗ …式（６）

事業者は、増設に必要となる最低所要期間Ｄnをバッファとし、ｍ＋Ｄnヶ月後の需要予測に基づきコアネットワークを拡張する。即ち、エッジデータセンタ及びエッジデータセンタ以外の必要帯域Ｅ′(ｍ＋Ｄn)［台］を以下の式（７）（８）により算出する。

エッジデータセンタの必要帯域：
Ｅ′(ｍ＋Ｄn)＝ｆ(ｍ＋Ｄn)×Ｆ×Ｗ／Ｐx×γ …式（７）

エッジデータセンタ以外の必要帯域：
Ｅ′(ｍ＋Ｄn)＝ｆ(ｍ＋Ｄn)×Ｆ×Ｗ／Ｐx …式（８）

上記式（７）（８）より、ｍヶ月後の時点でのコアネットワークの設備費用と運営費用の合計額は、以下の式（９）で算出する。

合計額＝Ｅ′(ｍ＋Ｄn)×（ｇ₁(ｎ)×Ｃ₁n＋ｇ₂(ｎ)×Ｃ₂n＋ｇ₃(ｎ)×Ｃ₃n）
＋（ｇ₄(ｎ)×Ｃ₄n＋ｇ₅(ｎ)×Ｃ₅n）×ｍ …式（９）

このように、本実施形態によれば、サービス提供基盤の装置構成ごとの収益と、第１〜第５の構成［ア］〜［オ］ごとの設備費用及び運営費用の合計と、コアネットワークの設備費用及び運営費用の合計とを算出するとともに、前記収益から装置構成の設備費用及び運営費用の合計とコアネットワークの設備費用及び運営費用の合計をそれぞれ減じることにより、第１〜第５の構成［ア］〜［オ］ごとの利益をそれぞれ算出するようにしたので、各構成［ア］〜［オ］のコスト構造を体系的に整理して共通化することができ、各構成［ア］〜［オ］の設備費用及び運営費用を網羅的に算出することができる。即ち、各構成［ア］〜［オ］を統一的な基準で比較することにより、網羅的にコストシミュレーションを実現することができるので、すべての構成［ア］〜［オ］の中からコストの優位性が高い最適な構成を用いた配置形態を容易に選択することができる。

この場合、サービスの要求情報及び記憶部２０に記憶された情報に基づいて装置の設置台数を算出し、装置設置の台数に応じた設備費用及び運営費用の合計を算出するようにしたので、装置の設置台数の増加による設備費用及び運営費用への影響をモデル化することができる。これにより、装置の設置台数の変動によるコストへの影響を評価に加えることにより、例えば性能の低い構成は装置の台数が増大して運営費用が大幅に増大するといったケースをモデルに組み込むことができ、より実態に即した厳密なシミュレーションを行うことかできる。

また、サービス提供基盤がエッジデータセンタである第３及び第４の構成［ウ］［エ］の設備費用及び運営費用の合計を、コアネットワークの帯域におけるエッジデータセンタのサービス利用帯域に応じた圏間跨ぎ通信比γを乗じて算出するようにしたので、コアネットワークの帯域についてエッジデータセンタと中央データセンタの特性に基づいて設備費用及び運営費用の算出モデルを確立することができる。これにより、コアネットワークの帯域に基づき厳密なコスト試算ができるため、仮想化有無の違いによる正確なコスト比較が可能となる。

２…コアネットワーク、３…中央データセンタ、４…エッジデータセンタ、５…クラウド基盤５、１０…入力部、２０…記憶部、３０…演算部、３１…収益算出部、３２…第１の費用算出部、３３…第２の費用算出部、３４…利益算出部、４０…出力部。

Claims (7)

1. コアネットワーク内またはコアネットワーク外に構築された互いに異なる複数のサービス提供基盤の何れかにソフトウェア機能を配置してサービスを提供するネットワーク環境において、複数のサービス提供基盤の中からコストの優位性の高いサービス提供基盤及びその装置構成を決定する配置決定システムであって、
   前記サービス提供に必要なサービス要求情報を入力する入力手段と、
   所定の情報を記憶した記憶手段と、
   入力手段から入力されたサービス要求情報及び記憶手段に記憶された情報に基づき、サービス提供基盤の装置構成ごとの収益と、サービス提供基盤の装置構成ごとの設備費用と運営費用の合計と、コアネットワークの設備費用と運営費用の合計をそれぞれ算出し、サービス提供基盤の装置構成ごとに前記収益から装置構成の設備費用と運営費用の合計とコアネットワークの設備費用と運営費用の合計をそれぞれ減じることにより、各サービス提供基盤の装置構成の利益をそれぞれ算出する算出手段とを備えた
   ことを特徴とする配置決定システム。
2. 前記各サービス提供基盤の装置構成のうち前記利益が最も大きくなるものを出力する出力手段を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の配置決定システム。
3. 前記算出手段は、前記サービス要求情報及び記憶手段に記憶された情報に基づいて装置の設置台数をサービス提供基盤の装置構成ごとに算出し、装置の設置台数に応じた設備費用と運営費用の合計を算出する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の配置決定システム。
4. 前記サービス提供基盤は、コアネットワーク内に設置された中央データセンタと、コアネットワーク内に分散配置されたエッジデータセンタと、コアネットワークの外部に配置されたクラウド基盤である
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の配置決定システム。
5. 前記算出手段は、サービス提供基盤がエッジデータセンタの場合はその設備費用と運営費用の合計を、コアネットワークの帯域におけるエッジデータセンタのサービス利用帯域に応じた所定の掛け率を乗じて算出する
   ことを特徴とする請求項４記載の配置決定システム。
6. コアネットワーク内またはコアネットワーク外に構築された互いに異なる複数のサービス提供基盤の何れかにソフトウェア機能を配置してサービスを提供するネットワーク環境において、複数のサービス提供基盤の中からコストの優位性の高いサービス提供基盤及びその装置構成を決定する配置決定方法であって、
   所定の入力手段から入力されたサービス要求情報及び所定の記憶手段に記憶された情報に基づき、サービス提供基盤の装置構成ごとの収益と、サービス提供基盤の装置構成ごとの設備費用と運営費用の合計と、コアネットワークの設備費用と運営費用の合計をそれぞれ算出し、
   サービス提供基盤の装置構成ごとに前記収益から装置構成の設備費用と運営費用の合計とコアネットワークの設備費用と運営費用の合計をそれぞれ減じることにより、各サービス提供基盤の装置構成の利益をそれぞれ算出する
   ことを特徴とする配置決定方法。
7. コンピュータを請求項１乃至５の何れか一項記載の各手段として機能させる
   ことを特徴とするプログラム。

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