JP2017225025A - ネットワーク管理システム、ネットワーク管理方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】フラッシュクラウドに対応可能なネットワーク管理システム、ネットワーク管理方法、及びそのプログラムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係るネットワーク管理システムは、トラフィック以外の各種センサ情報に基づいてトラフィック変化を事前に予想することで、トラフィックが実際に変化し始める前にネットワークを制御する。本ネットワーク管理システムは、トラフィックが実際に変化し始める前に変化を予測し、ネットワークを制御することで、通信品質に何らかの影響が出てしまうリスクを避けられる。また、計画的ではなく突発的に発生する変化にも対応できる。
【選択図】図１

Description

本開示は、ネットワークの負荷に応じてトラフィックの経路や流量を制御するネットワーク管理システム、ネットワーク管理方法、及びそのプログラムに関する。

ユーザやサービスの状況によって、ネットワークを流れるトラフィックは変化する。たとえば、ユーザやサービスの接続点が移動すれば、それに伴ってトラフィックが流れる経路が変化する。また、ユーザ数やサービスの人気によって、流量も変化する。これらの変化によって、トラフィックが特定のリンクやスイッチに集中し、輻輳を引き起こすことがある。また、特定サーバにアクセスが集中し、容量を超えることもある。これらの過負荷状態を避けるために、ネットワーク運用者はトラフィックの経路や流量を制御する。

福元健、飯尾政美、上田清志、"将来のネットワーク制御ノード実現に向けた取り組み"、ＮＴＴ技術ジャーナル、ｐｐ．２３−２７、Ｍａｒ． ２０１２． 残間洋輔、菅原正則、"環境センサを用いた在室人数の自動推定システムに関する研究"、ｈｔｔｐ：／／ｓｔａｆｆ．ｍｉｙａｋｙｏ−ｕ．ａｃ．ｊｐ／〜ｍｓｕｇａｗａ／ｓｈａｓｅ＿ｔｏｈｏｋｕ２０１５０３＿ｚａｍｍａ．ｐｄｆ（２０１６年５月２４日検索） "局所的な気象現象も高精度に把握可能な「次世代型高性能気象レーダ（マルチパラメータレーダ：ＭＰレーダ）」を開発・実用化"、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ８．ｃａｏ．ｇｏ．ｊｐ／ｃｓｔｐ／ｔｙｏｕｓａｋａｉ／ｓｕｉｓｉｎ／ｈａｉｈｕ１３／ｓａｎｋｏ１−２．ｐｄｆ（２０１６年５月２４日検索）

従来のネットワーク管理システムは、トラフィックの状態を監視し、その変化に合わせて制御を行っていた。しかし、このアプローチでは、トラフィックが変化してから事後的に制御するしかない。このため、制御を実行する前に、通信品質に何らかの影響が出てしまうリスクがある。たとえば、非特許文献１には、「システムの負荷状態を監視し、高負荷のシステムには、リソースプールのサーバにアプリケーションソフトウェアをインストールして増設します」とあり、事後的な制御を想定している。

例えば、ライブ配信など大きな影響が明白に予想されるときには、予めトラフィックの変化を予想し、事前に制御を行うこともあった。しかし、このアプローチを取れるのはトラフィック変化を明白に予想できるような計画的イベントに限られる。突発的なニュースなどに伴う、いわゆるフラッシュクラウド（ｆｌａｓｈ ｃｒｏｗｄ）には対応できないという課題がある。

そこで、本発明は、上記課題であるフラッシュクラウドに対応可能なネットワーク管理システム、ネットワーク管理方法、及びそのプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るネットワーク管理システムは、トラフィックの状態に限定することなく、幅広い情報に基づいてネットワーク管理を行うこととした。

具体的には、本発明に係るネットワーク管理システムは、ネットワークのトラフィックの経路及び流量を制御するネットワーク管理システムであって、
前記ネットワークに接続され、トラフィックに影響を及ぼす情報を収集する１以上のセンサと、
前記センサの情報に基づき、トラフィックの変動を予測する予測部と、
前記予測部の予測に基づき、ユーザがアクセスするアクセスポイントのチャネル数又は位置を変化させる調整実行部と、
を備えることを特徴とする。

また、本発明に係るネットワーク管理方法は、ネットワークのトラフィックの経路及び流量を制御するネットワーク管理方法であって、
前記ネットワークに接続される１以上のセンサからトラフィックに影響を及ぼす情報を収集し、前記センサの情報に基づき、トラフィックの変動を予測して、ユーザがアクセスするアクセスポイントのチャネル数又は位置を変化させることを特徴とする。

本ネットワーク管理システムは、１つ以上の「センサ」と、１つ以上の管理サーバが接続されたネットワークで構成される。「センサ」とは、ネットワーク外の情報を取得し、ネットワークを介して管理サーバへと送信できる任意の装置である。センサは、定期的に、あるいは管理サーバからの指示に従って、取得した情報を管理サーバへ送信する。

管理サーバは、センサから収集した情報に基づき将来のトラフィックの変化を予測する。そして、管理サーバは、予測するトラフィック変化に対し、最適な時刻に最適な経路を指示し、流量を制御する。つまり、管理サーバは、センサからの情報に基づいてフラッシュクラウドを予測し、それに応じたネットワーク管理を行う。

従って、本発明は、フラッシュクラウドに対応可能なネットワーク管理システム、ネットワーク管理方法、及びそのプログラムを提供することができる。

例えば、前記センサは、人の数を推定するための情報を取得し、前記予測部は、前記センサの情報から前記アクセスポイントの周囲に存在する人の数を推定し、トラフィックの変動を予測することを特徴とする。

例えば、前記センサは、気象に関する情報を取得し、前記予測部は、前記センサの情報から前記アクセスポイントの周囲に存在する人の数を推定し、トラフィックの変動を予測することを特徴とする。

例えば、本ネットワーク管理システムは、データを一時的に保管するキャッシュサーバをさらに備え、
前記センサは、災害に関する情報を取得し、前記予測部は、前記センサの情報から前記ネットワーク内のトラフィックの増加又は前記ネットワークと外部との通信の遮断を予測し、前記調整実行部は、前記予測部の予測に基づき、前記ネットワークの外部にある外部サーバから前記キャッシュサーバへデータを移動させることを特徴とする。

本発明は、前記ネットワーク管理システムとしてコンピュータを機能させるためのプログラムである。本発明の装置は、コンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

本発明は、フラッシュクラウドに対応可能なネットワーク管理システム、ネットワーク管理方法、及びそのプログラムを提供することができる。

本発明に係るネットワーク管理システムの構成を説明する図である。 本発明に係るネットワーク管理システムの動作を説明するシーケンス図である。 本発明に係るネットワーク管理システムの管理システムを説明する機能ブロック図である。 本発明に係るネットワーク管理システムの管理システムの動作を説明するフローチャートである。 本発明に係るネットワーク管理システムの構成を説明する図である。 本発明に係るネットワーク管理システムの動作を説明するシーケンス図である。 本発明に係るネットワーク管理システムの管理システムを説明する機能ブロック図である。 本発明に係るネットワーク管理システムの管理システムの動作を説明するフローチャートである。 本発明に係るネットワーク管理システムの構成を説明する図である。 本発明に係るネットワーク管理システムの動作を説明するシーケンス図である。 本発明に係るネットワーク管理システムの管理システムを説明する機能ブロック図である。 本発明に係るネットワーク管理システムの管理システムの動作を説明するフローチャートである。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
図１は、本実施形態のネットワーク管理システム３０１を説明する図である。ネットワーク管理システム３０１は、ネットワーク１０のトラフィックの経路及び流量を制御するネットワーク管理システムであって、
ネットワーク１０に接続され、トラフィックに影響を及ぼす情報を収集する１以上のセンサ２０と、
センサ２０の情報に基づき、トラフィックの変動を予測する予測部１２と、
予測部１２の予測に基づき、ユーザがアクセスするアクセスポイント３０のチャネル数又は位置を変化させる調整実行部１３と、
を備えることを特徴とする。
なお、管理サーバ１１が予測部１２と調整実行部１３を有するものとしている。

特に、ネットワーク管理システム３０１のセンサ２０は、人の数を推定するための情報を取得し、予測部１２は、センサ２０の情報からアクセスポイント３０の周囲に存在する人の数を推定し、トラフィックの変動を予測することを特徴とする。

ネットワーク管理システム３０１は、図１のように、人数に関する情報を観測できるセンサ２０が接続されているとする。センサ２０−１は、例えばカメラである。カメラで撮影した画像は、顔認識などの画像解析技術によって人数推定に利用できる。センサ２０−２やセンサ２０−３は、例えば、ＣＯ２ガスセンサや湿度計である。ＣＯ_２ガスセンサと湿度計から、人数を推定する技術が開発されている（例えば、非特許文献２を参照。）。これらのセンサ２０からアクセスポイント３０にアクセスするユーザの数を知ることができれば、それに合わせてトラフィックも変化すると予測できる。

図２は、ネットワーク管理システム３０１のシーケンス図である。例えば、管理サーバ１１は、センサ２０からの情報で、アクセスポイント３０の周囲（アクセスポイントにアクセス可能な範囲）の人数が所定数を超えた場合、所定時間後にはアクセスポイントにアクセスするユーザが増加すると判断する。所定時間は、あらかじめ決めた時間でもよいし、人数の増加率に基づいて長短してもよい。管理サーバ１１は、ユーザの増加に伴うトラフィック増を予想すると、ユーザ１人あたりに割り当てる無線チャネルを削減する、あるいはアクセスポイント３０に割り当てる通信容量を増加するなどの制御を行い、収容ユーザ数を向上する。一方、ユーザの減少を検知した場合、トラフィック減が予想されるので、上記と逆の動作を行う。

また、管理サーバ１１は、センサ２０から人の分布や移動を取得できれば、アクチュエータを用いてアクセスポイント３０の位置を人の分布や移動に応じて動かしてもよい。アクチュエータは、精度を向上するためにセンサに対して用いてもよい。

図３は、管理サーバ１１を説明する機能ブロック図である。図４は、管理サーバ１１が人の移動に基づいて行うトラフィック制御についてのフローチャートである。画像解析部１４やガス・湿度解析部１５でセンサ情報を受信し、解析する（ステップＳ１１）。人数推定・トラフィック予測部１２は、センサ情報からユーザ数の増減を予測する（ステップＳ１２）。チャネル最適化部１６は、予測されたユーザ数の増減に基づいてユーザ１人当たりの割り当てチャネルを増減する（ステップＳ１３、Ｓ１４）。最後にチャネル割り当て実行部１３が無線アクセスポイント３０にメッセージを送り、割り当てを変更する（ステップＳ１５）。

（実施形態２）
図５は、本実施形態のネットワーク管理システム３０２を説明する図である。ネットワーク管理システム３０２は、図１のネットワーク管理システム３０１とセンサの種類が異なる。

特に、ネットワーク管理システム３０２のセンサ２０は、気象に関する情報を取得し、予測部１２は、センサ２０の情報からアクセスポイント３０の周囲に存在する人の数を推定し、トラフィックの変動を予測することを特徴とする。

ネットワーク管理システム３０２は、図５のように、気象レーダー（センサ２０−４、２０−５）が接続されており、局所的な気象変動を予測できるとする（例えば、非特許文献３を参照。）。これらのセンサ２０により降雨が予想されるときには室内人口が増加するため、トラフィック発生場所の移動及びトラフィックの変化を予測できる。

図６は、ネットワーク管理システム３０２のシーケンス図である。例えば、管理サーバ１１は、センサ２０からの情報で、アクセスポイント３０−２の周囲（アクセスポイントにアクセス可能な範囲）に一定時間後に降雨の予報を得た場合、降雨開始後には室内のアクセスポイント３０−１にアクセスするユーザが増加すると判断する。一定時間は、気象レーダの降雨予想時間でよい。管理サーバ１１は、降雨に伴うトラフィック変化を予想すると、それぞれのアクセスポイントに割り当てる帯域を変化させる、具体的には、管理サーバ１１は、ルータ３５に対してアクセスポイント３０−２に割り当てた帯域を減少し、アクセスポイント３０−１に割り当てた帯域を増加する制御を行い、アクセスポイント３０−１の収容ユーザ数を向上する。一方、降雨終了を検知した場合、上記と逆の動作を行う。
ネットワーク管理システム３０２は、天候に応じたトラフィック発生源の移動に合わせて、ネットワーク帯域を予約制御することで、ユーザの体感品質を向上できる。

図７は、管理サーバ１１を説明する機能ブロック図である。図８は、管理サーバ１１が天候に基づいて行うトラフィック制御についてのフローチャートである。
天候予測部１７でセンサ情報を受信し、天候を予測する（ステップＳ２１）。人数推定・トラフィック予測部１２は、予測した天候からアクセスポイント３０に対するアクセス数の増減を予測する（ステップＳ２２）。チャネル最適化部１６は、アクセス数の増減に基づいて各アクセスポイント３０の帯域を増減する（ステップＳ２３、Ｓ２４）。最後にチャネル割り当て実行部１３から各アクセスポイント３０にメッセージを送り、帯域割り当てを変更する（ステップＳ２５）。

（実施形態３）
図９は、本実施形態のネットワーク管理システム３０３を説明する図である。ネットワーク管理システム３０３は、図１のネットワーク管理システム３０１とセンサの種類が異なる。

特に、ネットワーク管理システム３０３は、データを一時的に保管するキャッシュサーバ３６をさらに備え、
センサ２０は、災害に関する情報を取得し、予測部１２は、センサ２０の情報からネットワーク１０内のトラフィックの増加又はネットワーク１０と外部との通信の遮断を予測し、調整実行部１３は、予測部１２の予測に基づき、ネットワーク１０の外部にある外部サーバ３９からキャッシュサーバ３６へデータを移動させることを特徴とする。

ネットワーク管理システム３０３は、図９のように、地震計や雨量計など災害に関するセンサ２０が接続されている。センサ２０−６は、例えば地震計である。センサ２０−７は、例えば雨量計である。地震や集中豪雨等大きな災害が発生すると、ユーザの通信要求が急増し、トラフィックが増加する。また、ネットワーク１０と外部との経路が失われることもある。これらのセンサ２０により、災害発生と判断でき、ネットワーク１０内のトラフィック増加や外部との通信が途絶することを予測できる。

図１０は、ネットワーク管理システム３０３のシーケンス図である。例えば、管理サーバ１１は、センサ２０からの情報でアクセスポイント３０の周囲で災害発生を検知した場合、ネットワーク１０内のトラフィック増加や外部との通信が途絶することを予測する。そして、管理サーバ１１は、災害発生検知直後（トラフィックが増加したり経路が失われる前）に、必要とされるサーバ機能を外部サーバ３９へ要求し、ネットワーク１０内のキャッシュサーバ３６へ移動させる。サーバ機能の移動により外部との通信が不要となる。具体的には、管理サーバ１１は、災害発生検知に基づいてキャッシュサーバ３６に機能移動を指示する。キャッシュサーバ３６は外部サーバ３９に必要データを要求し、ダウンロードする。

また、管理サーバ１１は、災害発生検知後、ユーザ１人あたりに割り当てる無線チャネルを削減する。これにより災害時にネットワーク１０のトラフィック増加を抑えることができる。一方、災害発生時から一定期間経過後、あるいはネットワーク管理者の指示により、外部サーバ３９へサーバ機能を戻し、無線チャネルのユーザ１人あたりに割り当て量を元に戻す。

図１１は、管理サーバ１１を説明する機能ブロック図である。図１２は、管理サーバ１１が災害発生に基づいて行うトラフィック制御についてのフローチャートである。
震度解析部１８や雨量解析部１９でセンサ情報を受信し、災害発生を判断する（ステップＳ３１）。人数推定・トラフィック予測部１２は、災害発生の判断に基づき、ネットワーク外部との通信途絶やトラフィック量の増加を予測する（ステップＳ３２）。例えば、人数推定・トラフィック予測部１２は、所定値以上の震度や雨量を観測した場合に通信途絶やトラフィック量の増加が発生すると予測する。あるいは、人数推定・トラフィック予測部１２は、震度や雨量に比例したトラフィック量の増加を予測してもよい。チャネル最適化部１６は、震度や雨量が所定値未満であればユーザ１人あたりに割り当てる無線チャネルを現在の量に維持する（ステップＳ３３）。一方、チャネル最適化部１６は、震度や雨量が所定値以上であれば、キャッシュサーバ３６にサーバ機能移動指示をし（ステップＳ３４）、ユーザ１人あたりに割り当てる無線チャネルを現在の量から減少する（ステップＳ３５）。最後にチャネル割り当て実行部１３からアクセスポイント３０にメッセージを送り、割り当てを変更する（ステップＳ３６）。

（他の実施形態）
以上にいくつかの具体例を挙げたが、本発明はセンサや予測方法はこれらの例に限定されるわけではない。

（発明のポイント）
トラフィック以外の各種センサ情報に基づいてトラフィック変化を事前に予想することで、トラフィックが実際に変化し始める前にネットワークを制御する。

（効果）
トラフィックが実際に変化し始める前に変化を予測し、ネットワークを制御することで、通信品質に何らかの影響が出てしまうリスクを避けられる。また、計画的ではなく突発的に発生する変化にも対応できる。

１０：ネットワーク
１１：管理サーバ
１２：予測部（人数推定・トラフィック予測部）
１３：調整実行部（チャネル割当実行部）
１４：画像解析部
１５：ガス・湿度解析部
１６：チャネル最適化部
１７：天候予測部
１８：震度解析部
１９：雨量解析部
２０、２０−１〜７：センサ
３０、３０−１、３０−２：アクセスポイント
３５：ルータ
３６：キャッシュサーバ
３９：外部サーバ
３０１〜３０３：ネットワーク管理システム

Claims (6)

1. ネットワークのトラフィックの経路及び流量を制御するネットワーク管理システムであって、
   前記ネットワークに接続され、トラフィックに影響を及ぼす情報を収集する１以上のセンサと、
   前記センサの情報に基づき、トラフィックの変動を予測する予測部と、
   前記予測部の予測に基づき、ユーザがアクセスするアクセスポイントのチャネル数又は位置を変化させる調整実行部と、
   を備えることを特徴とするネットワーク管理システム。
2. 前記センサは、人の数を推定するための情報を取得し、
   前記予測部は、前記センサの情報から前記アクセスポイントの周囲に存在する人の数を推定し、トラフィックの変動を予測する
   ことを特徴とする請求項１に記載のネットワーク管理システム。
3. 前記センサは、気象に関する情報を取得し、
   前記予測部は、前記センサの情報から前記アクセスポイントの周囲に存在する人の数を推定し、トラフィックの変動を予測する
   ことを特徴とする請求項１に記載のネットワーク管理システム。
4. データを一時的に保管するキャッシュサーバをさらに備え、
   前記センサは、災害に関する情報を取得し、
   前記予測部は、前記センサの情報から前記ネットワーク内のトラフィックの増加又は前記ネットワークと外部との通信の遮断を予測し、
   前記調整実行部は、前記予測部の予測に基づき、前記ネットワークの外部にある外部サーバから前記キャッシュサーバへデータを移動させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のネットワーク管理システム。
5. ネットワークのトラフィックの経路及び流量を制御するネットワーク管理方法であって、
   前記ネットワークに接続される１以上のセンサからトラフィックに影響を及ぼす情報を収集し、
   前記センサの情報に基づき、トラフィックの変動を予測して、ユーザがアクセスするアクセスポイントのチャネル数又は位置を変化させることを特徴とするネットワーク管理方法。
6. 請求項１から４のいずれかのネットワーク管理システムとしてコンピュータを機能させるためのプログラム。

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