JP2017146746A

JP2017146746A - ネットワーク評価システム、不稼働率算出方法、及びプログラム

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Publication number: JP2017146746A
Application number: JP2016027356A
Authority: JP
Inventors: 拓磨鍔木; Takuma Tsubaki; 達哉松川; Tatsuya Matsukawa; 正夫相原; Masao Aihara
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2017-08-24
Anticipated expiration: 2036-02-16
Also published as: JP6560630B2

Abstract

【課題】仮想化システムにおける不稼働率を適切に算出する。【解決手段】ネットワーク評価システム１００は、入力部１０１から、物理マシン上で制御ソフトウェアが動作し、当該制御ソフトウェア上に複数の仮想マシンが動作する構成を有する、仮想化システムにおける全仮想マシン数、制御ソフトウェアの故障により影響を受けた仮想マシン数に関する情報、制御ソフトウェアの故障時間に関する情報、及び測定時間を入力し、入力された情報は、データ記憶部１０４に格納される。不稼働率算出手部１０２は、入力された情報に基づいて、評価対象の仮想化システムの不稼働率を算出する。出力部１０３は、算出された不稼働率を出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、ネットワーク機能を仮想化する技術であるNFV（Network Function Virtualization）を適用した通信ネットワークにおける信頼性を評価する技術に関連するものである。

従来から、通信ネットワークの信頼性を評価する様々な技術がある。一般的には、通信ネットワークを構成する設備と設備の構成（設備の接続構成や冗長構成）によって、当該通信ネットワークに対する評価モデルを作成し、個々のネットワーク設備が有する故障確率（例えば、故障率や不稼動率）の積や和を用いて、通信ネットワークの信頼性を算出する。

De Melo, Rosangela Maria, et al. "Redundant VoD Streaming Service in a Private Cloud: Availability Modeling and Sensitivity Analysis." Mathematical Problems in Engineering 2014 (2014).

仮想化技術を適用したネットワークシステムでは、HV（ハイパーバイザ）やVM（仮想マシン）等からなるSW（ソフトウェア）階層と、物理サーバ等からなるHW（ハードウェア）階層が分離されるため、SW階層の故障の比重が高くなる。HW故障の場合は、事前に故障箇所毎の故障率を把握することは容易であった。また、故障の原因解析により故障箇所が明確となり、故障率を算出可能であった。しかし、SW故障の場合は、HW故障と同様な方法で、故障率を算出することは困難である。不稼働率は、故障率を用いて算出可能である。

SW故障の故障率を算出することは困難であるため、仮想化技術を適用したネットワークシステムでは、ユーザ全体の不稼働率を算出することが困難であった。

非特許文献１では、VMやHVの故障率が予め想定できることを前提として、不稼働率を算出する信頼性評価モデルが提案されている。ここでは、HV故障の場合は、HV上の全VMが影響を受けるとすることを前提としている。そのため、HV故障が常に全VMに影響がある場合は、過大にも過小にも見積もることなく（以下、適切に見積もること）不稼働率の算出が可能である。しかしながら、実際には、HVの故障要因によって、影響VM数が異なるため、影響VM数を過大に評価することになる。このように、従来技術では、仮想化技術を適用したネットワークシステム（これを仮想化システムと呼ぶ）における不稼働率を適切に算出することができなかった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、仮想化システムにおける不稼働率を適切に算出することを可能とする技術を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態によれば、仮想化技術を適用したネットワークシステムである仮想化システムの不稼働率を算出するネットワーク評価システムであって、
前記仮想化システムは、物理マシン上で制御ソフトウェアが動作し、当該制御ソフトウェア上に複数の仮想マシンが動作する構成を有しており、
前記仮想化システムにおける全仮想マシン数、前記制御ソフトウェアの故障により影響を受けた仮想マシン数に関する情報、前記制御ソフトウェアの故障時間に関する情報、及び測定時間を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された情報に基づいて、前記仮想化システムの不稼働率を算出する不稼働率算出手段と、
前記不稼働率算出手段により算出された前記不稼働率を出力する出力手段と
を備えることを特徴とするネットワーク評価システムが提供される。

また、本発明の実施の形態によれば、仮想化技術を適用したネットワークシステムである仮想化システムの不稼働率を算出するネットワーク評価システムにより実行される不稼働率算出方法であって、
前記仮想化システムは、物理マシン上で制御ソフトウェアが動作し、当該制御ソフトウェア上に複数の仮想マシンが動作する構成を有しており、
前記仮想化システムにおける全仮想マシン数、前記制御ソフトウェアの故障により影響を受けた仮想マシン数に関する情報、前記制御ソフトウェアの故障時間に関する情報、及び測定時間を入力する入力ステップと、
前記入力ステップにより入力された情報に基づいて、前記仮想化システムの不稼働率を算出する不稼働率算出ステップと、
前記不稼働率算出ステップにより算出された前記不稼働率を出力する出力ステップと
を備えることを特徴とする不稼働率算出方法が提供される。

本発明の実施の形態によれば、仮想化システムにおける不稼働率を適切に算出することが可能となる。

本発明の実施の形態におけるネットワーク評価システム１００の構成図である。想定される仮想化システムの構成を示す図である。ＨＶ故障によるＶＭへの影響パターンを示す図である。不稼働率算出のために利用可能な値を示す図である。方式Ａによる不稼働率算出手順を示すフローチャートである。方式Ｂによる不稼働率算出手順を示すフローチャートである。評価に用いる数値例を示す図である。評価に用いる故障データ群を示す図である。故障データ群の各方式による不稼働率の算出結果を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。

（システム構成）
図１に、本発明の実施の形態に係るネットワーク評価システム１００の構成図を示す。ネットワーク評価システム１００は、仮想化技術を用いたネットワークシステムである仮想化システムにおける不稼働率を算出することで、信頼性を評価することを可能とするシステムであり、図１に示すように、入力部１０１、不稼働率算出部１０２、出力部１０３、及びデータ記憶部１０４を有する。各機能部の概要は以下のとおりである。詳細な処理内容については後述する。

入力部１０１は、評価対象の仮想化システムにおける、VM数、故障毎の影響VM数、故障毎の故障時間、測定時間、測定時間内に発生する故障件数、測定時間内の故障による総影響VM数、測定時間内の平均故障時間等を入力する。入力された情報は、ネットワーク評価システム１００におけるデータ記憶部１０４に格納される。

不稼働率算出部１０２は、入力部１０１から入力された情報に基づいて、評価対象の仮想化システムにおける不稼働率を算出する。出力部１０３は、不稼働率算出部１０２による算出結果を出力する。

本実施の形態に係るネットワーク評価システム１００は、例えば、コンピュータに、本実施の形態で説明する処理内容を記述したプログラムを実行させることにより実現可能である。すなわち、ネットワーク評価システム１００が有する機能は、当該コンピュータに内蔵されるＣＰＵやメモリなどのハードウェア資源を用いて、ネットワーク評価システム１００で実施される処理に対応するプログラムを実行することによって実現することが可能である。上記プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（可搬メモリ等）に記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記プログラムをインターネットや電子メールなど、ネットワークを通して提供することも可能である。

以下では、まず、本実施の形態において不稼働率の算出対象として想定される仮想化システムの構成や故障影響パターン等について説明し、その後にネットワーク評価システム１００の動作を説明する。

（想定される仮想化システムの構成）
図２、想定される仮想化システムの構成の例を示す。図２に示す仮想化システムの構成は、PM（物理マシン：physical machine）上にHVが動作し、HV上に複数のVMが動作する構成である。図２の例では、PM-A上に、HV-A, B, ….. X, Yが動作し、各HV上で複数のVMが動作していることが示されている。HV上で動作可能なVM数の上限はあるが、全てのHV上で動作可能なVM数の上限まで動作している必要はない。なお、このような構成は、仮想化システムにおいて一般的に採用される構成である。ただし、本発明の適用は図２に示す仮想化システムに限定されるわけではない。HVは、物理マシン上で仮想マシンを動作させるための制御ソフトウェアの例である。

（HV故障によるVMへの影響パターン）
図２に示すような仮想化システムにおいて、あるHVに故障が発生した場合、当該HV上のVM全てが影響を受けるとは限らず、VMへの影響パターンは複数あり、故障要因によって、影響パターンが異なる。

図３に、HV故障によるVMへの影響パターンを示す。図３に示すとおり、（ａ）のパターンでは、HV故障により当該HV上の１つのVMが影響を受ける（VMが動作しなくなる等）。（ｂ）のパターンでは、HV故障により当該HV上の２つのVMが影響を受ける。（ｃ）のパターンでは、HV故障により当該HV上の全てのVMが影響を受ける。なお、HVの故障には、PMが正常であるがHVのみが故障する場合や、PMの故障に伴ってHV故障が発生する場合等がある。

（仮想化システムの不稼働率算出方法）
次に、ネットワーク評価システム１００により実行される仮想化システムの不稼働率算出方法を詳細に説明する。本実施の形態では、方式Ａ、方式Ｂがある。本実施の形態のネットワーク評価システム１００は両方の方式を実行可能であるが、いずれか一方のみを実行可能としてもよい。また、方式Ａ、方式Ｂは例であり、HV故障における影響VM数を考慮できる方式であれば、これら以外の方式を使用してもよい。

図４は、本実施の形態における不稼働率算出に利用可能な値を示す。図４に示すとおり、設計段階で把握できる値として、仮想化システムのVM数Nがある。仮想化システムの運用段階で把握できる値として、HVの故障毎の影響VM数K_i、HVの故障毎の故障時間t_i、測定時間T、測定時間内の故障による総影響VM数k_sum、測定時間内の平均故障時間t_E、測定時間内に発生する故障件数xがある。添字のiは、故障のインデックスである。本実施の形態では、これらの値は予め取得されているとする（故障毎の値は、各iの値が取得されている）。

以下、方式Ａと方式Ｂのそれぞれについて説明する。

＜仮想化システムの不稼働率算出方法（方式Ａ）＞
まず、図５のフローチャートを参照して、方式Ａについて説明する。方式Ａは、故障毎の影響VM数と故障毎の故障時間から不稼働率を算出する方式である。

まず、ステップＳ１０１において、入力部１０１から、評価対象とする仮想化システムのVM数、故障i回目の影響VM数（故障毎の影響VM数）、故障i回目の故障時間（故障毎の故障時間）、測定時間、測定時間内に発生した故障件数を入力する。入力された各値はデータ記憶部１０４に記憶される。

ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で入力された値に基づいて、不稼働率算出部１０２が、以下の式（１）に示す不稼働率算出式によって、仮想化システムの不稼働率μ_Aを算出する。

式（１）は、「（全体のVM数に対する影響VM数の割合）×（測定時間に対する故障時間の割合）」を各故障について足し合わせることを示す。

ステップＳ１０３では、出力部１０３が、ステップＳ１０２で得られた計算結果を出力する。

＜仮想化システムの不稼働率算出方法（方式Ｂ）＞
まず、図６のフローチャートを参照して、方式Ｂについて説明する。方式Ｂは、測定時間内の総影響VM数と平均故障時間とから不稼働率を算出する方式である。

まず、ステップＳ２０１において、入力部１０１から、評価対象とする仮想化システムのVM数、測定時間内に影響を受けた総VM数、平均故障時間、測定時間を入力する。入力された各値はデータ記憶部１０４に記憶される。

ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で入力された値に基づいて、不稼働率算出部１０２が、以下の式（２）に示す不稼働率算出式によって、仮想化システムの不稼働率μ_Bを算出する。

式（２）は、「単位時間当たりの総VM数に対する総影響VM数」×「平均故障時間」を示す。

ステップＳ２０３では、出力部１０３が、ステップＳ２０２で得られた計算結果を出力する。

＜方式Ａと方式Ｂの特徴について＞
方式Ａは、故障毎の影響VM数と故障毎の故障時間から不稼働率を算出しているため、厳密な不稼働率の算出方法である。例えば、コストに厳しく、不稼働率を過大にも過小にも評価してはいけない場合は、方式Ａによって不稼働率を算出することが好ましい。

一方、方式Ｂは、測定時間内の総影響VM数と平均故障時間から不稼働率を算出しているため、方式Aと比較して必要なデータ量が少なくてよい。簡易な方法で不稼働率を算出しなければならない場合は、方式Ｂによって不稼働率を算出する。

以下、具体的な数値を用いて実施例を説明する。本実施例の評価で使用する数値例を図７に示す。

また、実施例で使用する故障データ群を図８に示す。図８に示すように、故障データ群１と故障データ２の２種類の故障データ群が用意されている。以下、方式Ａと方式Ｂのそれぞれについて説明する。処理手順は、それぞれ図５、図６に示したとおりであるので、以下では、図５、図６に記載されたステップ番号を使用する。また、故障データ群１と故障データ群２のそれぞれについて、以下の処理を実行する。

＜方式Ａ＞
ステップＳ１０１において、入力部１０１から、仮想化システムのVM数 N=280、故障1回目〜10回目の影響VM数、故障1回目〜10回目の故障時間、測定時間 T=720、測定時間内に発生した故障件数x=10を入力する。

ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で入力された値に基づいて、不稼働率算出部１０２が、式（１）によって、仮想化システムの不稼働率μ_Aを算出する。ステップＳ１０３では、出力部１０３が、ステップＳ１０２で得られた計算結果を出力する。

＜方式Ｂ＞
ステップＳ２０１において、入力部１０１から、仮想化システムのVM数N=280、測定時間内に影響を受けた総VM数、平均故障時間、測定時間 T=720を入力する。

ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で入力された値に基づいて、不稼働率算出部１０２が、式（２）によって、仮想化システムの不稼働率μ_Bを算出する。ステップＳ２０３では、出力部１０３が、ステップＳ２０２で得られた計算結果を出力する。

＜計算結果例＞
図９に、方式毎、故障データ群毎の不稼働率算出の例を示す。

図９に示すとおり、故障データ群１を用いて方式Ａ、及び方式Ｂによって不稼働率を算出した場合、方式Ｂによる不稼働率が方式Ａによる不稼働率より小さくなっている。すなわち、故障データ群１の場合は、方式Ｂでは不稼働率が過小に算出されていることが分かる。

一方で、故障データ群２を用いて方式Ａ、及び方式Ｂで不稼働率を算出した場合、方式Ｂによる不稼働率が方式Ａによる不稼働率より大きくなっている。故障データ群２の場合は、方式Ｂでは不稼働率が過大に算出されていることが分かる。

（実施の形態のまとめ、効果）
以上、説明したように、本実施の形態によれば、仮想化技術を適用したネットワークシステムである仮想化システムの不稼働率を算出するネットワーク評価システムであって、前記仮想化システムは、物理マシン上で制御ソフトウェアが動作し、当該制御ソフトウェア上に複数の仮想マシンが動作する構成を有しており、前記仮想化システムにおける全仮想マシン数、前記制御ソフトウェアの故障により影響を受けた仮想マシン数に関する情報、前記制御ソフトウェアの故障時間に関する情報、及び測定時間を入力する入力手段と、前記入力手段により入力された情報に基づいて、前記仮想化システムの不稼働率を算出する不稼働率算出手段と、前記不稼働率算出手段により算出された前記不稼働率を出力する出力手段とを備えることを特徴とするネットワーク評価システムが提供される。

前記入力手段は、前記仮想化システムにおける全仮想マシン数、前記制御ソフトウェアの故障毎の影響を受けた仮想マシン数、前記制御ソフトウェアの故障毎の故障時間、及び測定時間を入力し、前記不稼働率算出手段は、全仮想マシン数に対する影響を受けた仮想マシン数の割合と測定時間に対する故障時間の割合とを掛けた値を、各故障について足し合わせることにより不稼働率を算出することとしてもよい。

前記入力手段は、前記仮想化システムにおける全仮想マシン数、前記制御ソフトウェアの故障により測定時間内に影響を受けた総仮想マシン数、前記制御ソフトウェアの平均故障時間、及び測定時間を入力し、前記不稼働率算出手段は、単位時間当たりに影響を受けた仮想マシン数の総仮想マシン数に対する割合と平均故障時間とを掛けることにより不稼働率を算出することとしてもよい。

非特許文献１に記載された技術では、HV故障の際にHV上の全VMが影響を受けるものとして不稼働率を算出しているので、不稼働率が過大になってしまう。一方、本実施の形態で説明した技術によれば、HV故障における影響VM数（影響パターン）を考慮して、仮想システムの不稼働率の算出を行うこととしているので、適切な不稼働率の算出が可能となる。

本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。

１００ネットワーク評価システム
１０１入力部
１０２不稼働率算出部
１０３出力部
１０４データ記憶部

Claims

仮想化技術を適用したネットワークシステムである仮想化システムの不稼働率を算出するネットワーク評価システムであって、
前記仮想化システムは、物理マシン上で制御ソフトウェアが動作し、当該制御ソフトウェア上に複数の仮想マシンが動作する構成を有しており、
前記仮想化システムにおける全仮想マシン数、前記制御ソフトウェアの故障により影響を受けた仮想マシン数に関する情報、前記制御ソフトウェアの故障時間に関する情報、及び測定時間を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された情報に基づいて、前記仮想化システムの不稼働率を算出する不稼働率算出手段と、
前記不稼働率算出手段により算出された前記不稼働率を出力する出力手段と
を備えることを特徴とするネットワーク評価システム。
前記入力手段は、前記仮想化システムにおける全仮想マシン数、前記制御ソフトウェアの故障毎の影響を受けた仮想マシン数、前記制御ソフトウェアの故障毎の故障時間、及び測定時間を入力し、
前記不稼働率算出手段は、全仮想マシン数に対する影響を受けた仮想マシン数の割合と測定時間に対する故障時間の割合とを掛けた値を、各故障について足し合わせることにより不稼働率を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載のネットワーク評価システム。
前記入力手段は、前記仮想化システムにおける全仮想マシン数、前記制御ソフトウェアの故障により測定時間内に影響を受けた総仮想マシン数、前記制御ソフトウェアの平均故障時間、及び測定時間を入力し、
前記不稼働率算出手段は、単位時間当たりに影響を受けた仮想マシン数の総仮想マシン数に対する割合と平均故障時間とを掛けることにより不稼働率を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載のネットワーク評価システム。
仮想化技術を適用したネットワークシステムである仮想化システムの不稼働率を算出するネットワーク評価システムにより実行される不稼働率算出方法であって、
前記仮想化システムは、物理マシン上で制御ソフトウェアが動作し、当該制御ソフトウェア上に複数の仮想マシンが動作する構成を有しており、
前記仮想化システムにおける全仮想マシン数、前記制御ソフトウェアの故障により影響を受けた仮想マシン数に関する情報、前記制御ソフトウェアの故障時間に関する情報、及び測定時間を入力する入力ステップと、
前記入力ステップにより入力された情報に基づいて、前記仮想化システムの不稼働率を算出する不稼働率算出ステップと、
前記不稼働率算出ステップにより算出された前記不稼働率を出力する出力ステップと
を備えることを特徴とする不稼働率算出方法。
前記入力ステップにおいて、前記ネットワーク評価システムは、前記仮想化システムにおける全仮想マシン数、前記制御ソフトウェアの故障毎の影響を受けた仮想マシン数、前記制御ソフトウェアの故障毎の故障時間、及び測定時間を入力し、
前記不稼働率算出ステップにおいて、前記ネットワーク評価システムは、全仮想マシン数に対する影響を受けた仮想マシン数の割合と測定時間に対する故障時間の割合とを掛けた値を、各故障について足し合わせることにより不稼働率を算出する
ことを特徴とする請求項４に記載の不稼働率算出方法。
前記入力手ステップにおいて、前記ネットワーク評価システムは、前記仮想化システムにおける全仮想マシン数、前記制御ソフトウェアの故障により測定時間内に影響を受けた総仮想マシン数、前記制御ソフトウェアの平均故障時間、及び測定時間を入力し、
前記不稼働率算出ステップにおいて、前記ネットワーク評価システムは、単位時間当たりに影響を受けた仮想マシン数の総仮想マシン数に対する割合と平均故障時間とを掛けることにより不稼働率を算出する
ことを特徴とする請求項４に記載の不稼働率算出方法。
コンピュータを、請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載のネットワーク評価システムにおける各手段として機能させるためのプログラム。