JP2017228909A - ネットワーク負荷低減システムおよびネットワーク負荷低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ネットワーク負荷を下げる【解決手段】複数の通信端末からの通信を中継する中継装置と、通信端末と中継装置との間を接続する複数のネットワークスイッチと、複数のネットワークスイッチを制御する管理装置と、を備え、管理装置は、複数のネットワークスイッチを制御するコントローラと、ネットワークスイッチに送受信される通信の送信先および送信元を識別する識別情報と、識別情報に対応する通信の経路情報と、を有し、コントローラは、通信端末から中継装置に送信される通信の通信量と、中継装置から通信端末に送信される通信の通信量を複数のネットワークスイッチの１つに測定させ、測定させた通信量と経路情報に基づいて経路毎に与えられる負荷を算出し、算出された負荷に基づいて、中継装置の配置変更を実施するか否かを判断する。【選択図】図１０

Description

本発明は、ネットワークを介した通信システムにおける配信データのデータ保存場所に関し、通信ネットワークに掛かる負荷の制御技術に関する。

無線通信システムにおいて、多数の端末がデータ保存場所にデータ保存を行う、もしくは、データ保存場所から端末へデータ配信を行うときにデータの保存場所と端末との間で物理的距離が離れている場合には、ネットワーク中継スイッチ（以下、ネットワークスイッチとする）が多数存在することで通信遅延が大きくなり、データ送受信の転送速度が低下する課題が存在する。

そこで、本発明に関連する先行技術として、データの送受信を行う端末の近くの地域にある基地局にキャッシュサーバを配備し、端末とキャッシュサーバ間の通信にすることで通信遅延を小さくし、転送速度を向上させる技術が開示されている（特許文献１）。

また別の先行技術として、ＩｏＴサービスを行うためにネットワークの下流にある端末で発生したデータを上流にあるデータセンターで処理をせず、下流にある基地局近傍に設けられたＭＥＣ（Mobile Edge Computing）でデータを処理し、端末側へ処理結果を送信する技術が開示されている（非特許文献１）。

特表２００４−５０７１２８号公報

Milan Patel 他21名Mobile-Edge Computing − Introductory Technical White Paper、［online］、2014年9月,ETSI、［平成28年1月25日検索］、インターネット（ＵＲＬ：https://portal.etsi.org/Portals/0/TBpages/MEC/Docs/Mobile−edge_Computing_−_Introductory_Technical_White_Paper_V1%2018-09-14.pdf）

特許文献１に記載の先行技術を適用すると、アプリケーションの性能向上、転送速度の向上が得られる。しかし、特許文献１はＷＥＢデータのような変動が少なく、かつ、容量の少ないデータをキャッシュサーバに保存することを想定している。第４世代移動通信システム（４Ｇ：4th Generation）や４Ｇと比べて大幅に通信量が増大することが予見されている第５世代移動通信システム（５Ｇ：5th Generation）では扱うデータの容量が大きくなる。この場合、キャッシュサーバにデータを保存しようとすると、大容量のデータを保存可能なキャッシュサーバを各基地局に設ける必要があり、設備投資のコストが増大する。同様に、非特許文献１に記載のようにＩｏＴサービスを運用するために変動するデータ処理をするＭＥＣを各基地局に設ける場合も同様に設備投資のコストが増大する。

また、特許文献１では各地にあるネットワークの下流（基地局側）にそれぞれキャッシュサーバを設け、端末がどこからアクセスしても同じ処理が可能なように同じデータをアプリサーバに保存している。そのため、各キャッシュサーバは同じデータを保持する必要がある。しかし、特許文献１ではこのキャッシュサーバで保持するデータを更新する際にかかるネットワーク負荷については全く考慮されていない。特に４Ｇ、５Ｇのように扱う情報の量が大きくなる場合は、ネットワークの負荷はより高くなる。また、各データにアクセスする際のネットワークの負荷についても考慮はされていない。

そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の端末が所定の通信を行う場合に、通信中継装置と各端末までの間のネットワークスイッチの中継段数と各データ転送量を用いて計算した値をネットワークに掛かる負荷として定義し、ネットワーク負荷が小さくなる別の通信中継装置を算出し、保存場所の変更を行うことで、データがネットワークを移動する量を低減させる、つまりネットワーク負荷を下げることを目的とする。

本願は、前記課題を鑑みてなされたものであり、上記課題を解決するために、代表的な本発明のネットワーク負荷低減システムおよびネットワーク負荷低減方法の一つは、複数の通信端末からの通信を中継する中継装置と、通信端末と中継装置との間を接続する複数のネットワークスイッチと、複数のネットワークスイッチを制御する管理装置と、を備え、管理装置は、複数のネットワークスイッチを制御するコントローラと、ネットワークスイッチに送受信される通信の送信先および送信元を識別する識別情報と、識別情報に対応する通信の経路情報と、を有し、コントローラは、通信端末から中継装置に送信される通信の通信量と、中継装置から通信端末に送信される通信の通信量を複数のネットワークスイッチの１つに測定させ、測定させた通信量と経路情報に基づいて経路毎に与えられる負荷を算出し、算出された負荷に基づいて、中継装置の配置変更を実施するか否かを判断する。

本願によれば、データがネットワークを移動する通信の量を低減させることが可能となり、データ送受信要求をする端末の数、地理的位置やデータ送受信量が変化した場合にも、そのときの状況に合わせてネットワークに掛かる負荷を低減させるデータ保存箇所を選択することが可能となる。

本明細書において開示される主題の、少なくとも一つの実施の詳細は、添付されている図面と以下の記述の中で述べられる。開示される主題のその他の特徴、態様、効果は、以下の開示、図面、請求項により明らかにされる。

端末とアプリサーバとの論理的な接続を説明する概念図である。 ネットワーク負荷低減システムの物理的な接続を示す構成図である。 ネットワーク負荷低減システム全体を制御する構成要素の概略を示す図である。 ネットワーク負荷コントローラ２２の構成の例を示す構成図である。 経路ＤＢに格納される経路情報を示すデータベースの例である。 基地局ＤＢに格納される基地局の情報を示すデータベースの例である。 アプリＤＢに格納される各アプリの情報を示すデータベースの例である。 保存先ＤＢに格納される各保存先の情報を示すデータベースの例である。 ネットワーク負荷コントローラの保存装置変更処理フローチャートの例である。 流路ＤＢに格納されるアプリの通信量情報を示すデータベースの例である。 保存先変更のために各通信のネットワーク負荷を評価する情報の例を示す図である。 ＤＮＳＤＢに格納されるＤＮＳ情報を示すデータベースの例である。 アプリＤＢに格納される情報格納時および送信時に参照する情報の例を示すデータベースの例である 本実施例のアプリの通信例を示すシーケンス図の例である。 高度Ｃ−ＲＡＮでの端末とネットワークとの通信を説明する概念図である。 高度Ｃ−ＲＡＮにおける端末とネットワークとの物理的な接続を示す構成図である。 基地局集中制御部を経由する通信の通信量情報を示すデータベースである。 基地局集中制御部を変更するために各通信のネットワーク負荷を評価する情報の例を示す図である。

以下、実施例について図面を用いて説明する。

Ａ．概要
本発明について詳細な実施の形態を説明する前に、本発明の概要について説明をする。図１は本実施例で説明する端末１１とアプリサーバ２９との論理的な接続を説明する概念図である。図２は、本実施例の無線通信システムの物理的な全体構成の概略を示す図である。

本実施例は、ネットワーク網１６内に、端末１１と基地局１２とデータ保存装置１４と基地局１２とデータ保存装置１４とを接続するネットワークスイッチと、ネットワークスイッチと接続し、制御するコントローラと各種データベースをそれぞれ複数備えて構成される。

基地局１２はネットワーク網１６内の各地域１５に分散して設置されており、各地域内にいる端末１１と無線通信を行う。例えば、図２に示すように地域１５のａｒｅａ1内にある端末１１と通信を行う。

なお、端末１１は基地局と無線通信を行うものであればなんでよい。本概要では、一例として自動車に搭載されているカメラの画像を送受信するアプリを説明する。

本概要のアプリは、信号などで停止しているトラックの前方に備え付けられたカメラの画像をネットワーク経由でその後方に停止している車に送信するものであるとする。トラックの後ろに停止する自動車は本来見えないはずのトラック前方の情報を入手でき、信号の変化など周りの交通情報を入手でき安全に走行する事ができる。

端末１１（トラック）のアプリはａｒｅａ１にある基地局１２と通信し、ａｒｅａ1内にあるネットワークスイッチを介して、データ保存装置１４に画像（または映像）データを送信と保存をし、別の端末１１（自動車）のアプリがデータ保存装置１４に保存された画像（映像）データを受け取る、という動作を行う。なお、物理的には上記のとおりの動作をしているが、論理的には各端末はarea1.apriA.jpというデータ保存装置１４と通信をしているように見えている。

端末１１（トラック・自動車）は共に移動しているため、基地局１２の範囲であるａｒｅａを越え、別のａｒｅａ３に行くことも考えられる。しかし、このような場合であってもアプリの設定が変わっていなければ、ａｒｅａ１にあるデータ保存装置１４（area1.apriA.jp）と通信を行う。そのため、ａｒｅａ３からネットワークスイッチを複数経由してａｒｅａ１へと通信を行うため、ａｒｅａ１内で通信を行っていた場合よりもネットワークの負荷は増大する。

そこで本実施例は、上記のようなネットワークの負荷を低減させるシステムについて説明をする。具体的には所定のタイミングで所定の通信におけるネットワーク負荷を評価し、端末１１が送受信するデータの保存先を変え、ネットワークの負荷を低減させる方法およびシステムについて以下説明をする。
Ｂ．構成
図１は、本実施例で説明するネットワーク負荷低減システムの論理的な構成図の例である。各端末１１は、アプリを用いて情報の送受信を行う場合は、アプリサーバ２９と通信を行い、指定されたデータ保存装置と通信（Put/Get）を行う。なお、このデータ保存装置は、論理的なデータ保存装置であり、物理的なデータ保存装置１４とは図示しない対応表により対応付けられている。換言すると、アプリを使用する端末１１（各ユーザ）は、通信を行う際には、同じデータ保存装置にアクセスしているように見えるが、実際は異なる場合がある。

図２は、本実施例の無線通信システムにおけるネットワーク網１６の構成と構成要素を示した図である。なお、複数の構成要素を区別するときには後ろに（）を付けてアルファベットもしくは数字を入れて区別をする。

携帯電話や自動車（例えば、自動車に搭載された図示しない各種センサやカメラを含む）、監視カメラなどの端末１１は基地局１２と無線通信技術によってデータの送受信を行なう。無線通信技術としては、例えばＬＴＥ等の第４世代移動通信システムや、それ以降の第５世代移動通信システム等が利用可能である。

基地局１２はネットワークスイッチ１３と接続されており、ネットワークスイッチ１３はネットワークスイッチ１３同士で接続されている。図２では各基地局とネットワークスイッチ１３がツリー構成となっている例を示したが、これに限らずネットワークスイッチ１３がリング構成で接続されてもよい。なお、基地局１２は通信端末と総称するとしてもよい。

データ保存装置１４は、ネットワークスイッチ１３に接続されており、基地局１２を介して端末１１とのデータ送受信が可能である。なお、ネットワークスイッチ１２のデータ送受信は、レイヤー２（Ｌ２）の通信であっても、レイヤー３（Ｌ３）の通信であってもよい。本実施例ではレイヤー３（Ｌ３）の通信として説明をする。なお、データ保存装置１４は、通信を中継する中継装置と呼ぶこともできる。

基地局１２（Ａ）および基地局１２（Ｂ）の無線電波が届く地域１５をａｒｅａ１とする。基地局１２（Ｃ）および基地局１２（Ｄ）の無線電波が届く地域１５をａｒｅａ３とする。

端末１１は、地域１５：ａｒｅａ１内に存在するときは基地局１２（Ａ）もしくは基地局１２（Ｂ）を介して通信を行なう。基地局１２（Ａ）か基地局１２（Ｂ）のどちらを用いて通信を行うかは、無線通信技術の方式によって選択される。例えば、端末１１に対して電波強度が強い方、もしくは基地局１２に接続可能な端末１１の数の空きに余裕がある方が選択される。

同様に地域１５：ａｒｅａ３は、基地局１２（Ｃ）および基地局１２（Ｄ）の無線電波が届く地域であり、ａｒｅａ３内に存在する端末１１が基地局１２（Ｃ）もしくは基地局１２（Ｄ）と通信可能である。

ネットワークスイッチ１３（１）は、基地局１２（Ａ），基地局１２（Ｂ）およびデータ保存装置１４（１）が接続される。ネットワークスイッチ１３（３）は、基地局１２（Ｃ），基地局１２（Ｄ）およびデータ保存装置１４（３）が接続される。ネットワークスイッチ１３（２）は、ネットワークスイッチ１３（１）およびネットワークスイッチ１３（３）、およびデータ保存装置１４（２）が接続される。

端末１１、基地局１２、ネットワークスイッチ１３、データ保存装置１４は、ネットワーク網１６に配置されている。ネットワーク網１６は、例えば、携帯会社等の通信キャリアが有している通信網である。アプリサーバ２９は、ネットワーク網１６とは別のネットワークを介して接続している。また、ネットワーク負荷コントローラ２２、ネットワークスイッチコントローラ２１、ＤＮＳサーバ、各データベースはネットワーク網１６外にあり、アプリサーバ２９と同様に、別のネットワーク網を介してスイッチと接続している。詳細は、後述する。

図３は本実施例における無線通信システムにおいて、システム全体を制御する構成要素と各構成要素の接続を示したブロック図である。無線通信システムには、ネットワークスイッチ１３の状態を監視するネットワークスイッチコントローラ２１、ネットワーク網１６にかかる負荷を制御するネットワーク負荷コントローラ２２、各基地局の情報を管理する基地局ＤＢ制御部２３、ネットワーク網１６にあるアプリの情報を管理するアプリＤＢ制御部２４、ネットワーク網１６の各要素の接続関係を管理する経路ＤＢ制御部２５、移動するアプリの保存先の情報法を管理する保存先ＤＢ制御部２６、ネットワーク網１６に流れるパケットの量を管理する流量計測部２７、ＤＮＳサーバからアプリがし使用するＩＰアドレスの情報を入手するＤＮＳ制御部２８から構成されている。

なお、図３では、各部（２３〜２７）にはそれぞれ管理者（２３２、２４２、２５２、２６２、２７２）が記載されているが、一人の管理者が２以上のＤＢを管理するとしてもよい。また、ネットワークスイッチコントローラ２１とネットワーク負荷コントローラ２２を合わせて単にコントローラということもできる。さらに図３に示すネットワークスイッチ１３以外の構成を全てまとめて管理装置と総称することができる。

図４は、ネットワーク負荷コントローラ２２の内部構成を説明するブロック図である。

ネットワーク負荷コントローラ２２は、ネットワークスイッチ１３、ネットワークスイッチコントローラ２１、各種データベースと接続するインターフェース（Ｉ／Ｆ）２２５と、負荷演算プログラム２２３とプログラムを展開する一時記憶部２２４とを含む記憶部２２２と、一時記憶部２２４に展開された負荷演算プログラム２２３を実行するＣＰＵ２２１と、を信号線を介して接続されている。なお、上記した以外の構成要素を備えてもよいことはいうまでもない。また、ネットワーク負荷コントローラ２２の動作については後述する。

図５は、経路ＤＢ２５１に保存されるネットワーク網１６の各構成要素の接続関係を示した経路情報の例である。

経路ＤＢ２５１の要素としてノード４１は、ネットワークスイッチ１３もしくは基地局１２、データ保存装置１４が設定される。また隣接ノード４２〜４５は、ノード４１と通信可能である隣接するネットワークスイッチ１３もしくは基地局１２やデータ保存装置１４が設定される。例えば、図４の１行目は、ネットワークスイッチ１３（１）は、隣接するネットワークスイッチ１３（２）および基地局１２（Ａ）、基地局１２（Ｂ）、データ保存装置１４（１）との通信が可能であることを示している。

なお経路ＤＢ２５１は、ネットワークを中継させる各ネットワークスイッチ１３、基地局１２、データ保存装置１４の接続関係をネットワークの経路管理者２５２による経路ＤＢ制御部２５を介した入力により適宜設定される。

ネットワークスイッチコントローラ２１は、経路ＤＢ制御部２５に保存された経路ＤＢ２５１を参照して、経路ＤＢ２５１が示す中継が可能となるようネットワークスイッチ１３の設定を行なう装置である。また、ネットワークスイッチコントローラ２１は、ネットワークスイッチ１３の状態を監視し、ネットワークスイッチ１３に故障が発生した場合に、経路ＤＢ制御部２５を介してネットワークの経路管理者２５２やネットワーク負荷コントローラ２２に通知する。

次に図６の基地局ＤＢ２３１について説明をする。基地局ＤＢ２３１は、基地局管理者２３２により基地局ＤＢ制御部２３を介して入力された基地局１２（ノード５１）を設置した地域情報５２とＩＰアドレス５３が保存される。図６に示す基地局ＤＢ２３１はその一例を示している。なお、基地局ＤＢ２３１の内容は、基地局管理者２３２により適宜追加、削除、修正される。

次に、図７に示すアプリＤＢ２４１について説明をする。アプリＤＢ制御部２４は、本実施例におけるデータ保存装置１４にデータ保存を行なうアプリケーションの管理を行なう。図７は、アプリＤＢ制御部２４が有するアプリＤＢ２４１に保存される情報の一例を示している。なお、アプリＤＢ２４１はアプリ管理者２４２が参照するデータベースである。また、図７（ｂ）は、後述する保存先ＩＰを変更した後にアプリ先ＤＢ２６１に記憶される情報を太字で示している。

アプリＤＢ２４１のアプリ名６１には管理対象であるアプリケーション名が入る。図７の１行目では、「アプリＡ」が管理対象であることを示している。更に、アプリ識別子６２には、アプリケーションを区別する手段が入る。本実施例では「ＴＣＰ宛先ｐｏｒｔ５０００１」であることを示している。換言するとＴＣＰ宛先ｐｏｒｔ５０００１を指定する通信はアプリＡの通信である。

本実施例のアプリケーションは、基地局１２がカバーする地域１５毎に端末１１のデータを保存、参照する。そのため、対象地域ＩＤ６３は、アプリケーションが保存するデータの保存地域の種類を示している。図７の例では、「アプリＡ」は「ａｒｅａ１」と「ａｒｅａ３」に分けて保存することを示している。また、「アプリＢ」は「ａｒｅａ１」，「ａｒｅａ３」を合わせて保存することを示している。保存先６４は、対象地域ＩＤ６３に保存される各アプリのデータがどのエリアにあるデータ保存装置１４に保存されるかを表している。本実施例では後述するネットワーク負荷コントローラ２２が保存先を決定する。

図７では、「アプリＡ」の「ａｒｅａ１」は、データ保存装置１４（１）に保存され、「アプリＡ」の「ａｒｅａ３」は、データ保存装置１４（２）に保存されることを示している。

次に図８に示す保存先ＤＢ２６１について説明をする。図８は保存先ＤＢ制御部２６が有する保存先ＤＢ２６１に保存される情報の一例を示している。なお、保存先ＤＢ２６１は、データ保存装置１４を管理する管理者２６２が参照するデータベースである。なお、図８（ｂ）は、後述する保存先ＩＰを変更した後に保存先ＤＢ２６１に記憶される情報を太字で示している。

保存先ＤＢ２６１は、保存先の装置を示す情報が格納されるノード７１、ノードの物理的な所在地が格納されるノード所在地７２、ノードのＩＰアドレスが格納されるＩＰアドレス７３、データを格納する対象のアプリを示すアプリ名６１、データの保存地域を示す対象地域ＩＤ６３から構成される。アプリ名６１、対象地域ＩＤ６３は上記したアプリＤＢ２４１の情報を参照して格納される。また、ノード７１、ノード所在地７２、ＩＰアドレス７３は、データ保存装置１４が物理的にネットワーク網１６内に配置された後に保存先ＤＢの管理者２６２により入力される。

次に図１０に示す流量ＤＢ２７１について説明する。図１０は、流量ＤＢ制御部が有する流量ＤＢ２７１に保存される情報の一例を示している。なお、流量ＤＢ２７１は後述するネットワーク負荷コントーラ２２により作成される。また、流量計測部２７の管理者２７２より参照される。

流量ＤＢ２７１は、通信するアプリを識別する識別子であるアプリ識別子６２、データの保存地域を示す対象地域ＩＤ６３、アプリの通信元である通信元ＩＰ９１と通信先である通信先ＩＰ９２を示すｆｌｏｗ、所定時間の通信量を示すｃｏｕｎｔ９３とから構成される。流量ＤＢ２７１の活用の詳細は後述する。

次に図１１に示す各通信ネットワーク負荷の評価に用いる情報を説明する。図１１の各情報を用いた評価の詳細は、後述する。

ネットワーク負荷に用いる情報は、データの保存先を示すデータ保存先６４、データ保存先に流入するデータ量を示す流入１０１、データ保存先から配信さえるデータの量を示す配信１０２、各データ保存先の候補を評価する評価１０３とから構成される。

次に図１２に示すＤＮＳＤＢ２８１について説明をする。ＤＮＳＤＢ２８１は、ＤＮＳＤＢ制御部２８がＤＮＳサーバから各ｎａｍｅに対応したＩＰアドレスを獲得し、獲得した情報が格納される。なお、図１２（ｂ）は、後述する保存先ＩＰを変更した後にＤＮＳＤＢ２８１に記憶される情報を太字で示している。

次に図１３，１４にアプリサーバ２９およびＤＮＳサーバが保持する図示しないＵｐｌｏａｄ対応情報と、Ｄｏｗｎｌｏａｄ情報について説明する。アプリサーバ２９は、送信元のＩＰアドレス（基地局ＩＰ）、要求ＵＲＬ、ＵＲＬ＿ｒｅｄｉｒｅｃｔ情報をそれぞれ対応して記憶している。また、ＤＮＳサーバは、端末１１から送信されたｎａｍｅ（ドメインネーム）に対応したｎａｍｅ解決情報を備えている。

図１３（ａ）は端末１１からアプリの情報を保存先にアップロードする場合に必要な情報を示している。また、図１３（ｂ）は、端末１１から保存先から情報（データ）を受け取る場合に必要な情報を示している。動作の詳細については後述する。
Ｃ．処理
次に本実施例における端末１１にあるアプリによる通信をについて図１４に示すシーケンス図を用いて説明する。

始めに端末１１から情報をアップロードする場合について説明する。図１４の「Ｐｕｔ」が該当する。まずは端末１１から基地局１２（Ａ）を介してアプリサーバ２９へ情報のアップロード要求を送信する。

次に、アプリサーバ２９から端末１１へデータを格納すべきデータ保存装置１４（１）を示すドメインネーム（name：area1.apriA,jp）が送信される。ドメインネームを受信した端末１１は、データ保存装置１４（１）のＩＰアドレスを特定するためにＤＮＳサーバに対して、ドメインネームを送信する。ドメインネームを受信したＤＮＳサーバは、図１４に示すようにＩＰアドレスを端末１１へ送信する。

ＩＰアドレスを受信した端末は、指定されたＩＰアドレスを用いてデータ保存装置１４（１）へデータを送信する。このような処理を行うことで、端末１１はデータをデータ保存装置１４（１）に保存することができる。

端末１１へデータ保存装置１４（１）から端末１１へデータを送信（配信）する場合も同様の手順により保存先であるデータ保存装置１４（１）のＩＰアドレスを獲得する。その後、データ保存装置１４（１）にデータ送信の要求命令（ｇｅｔ命令）を通信し、端末１１はデータを受け取る。

なお、端末が保存先と同じ地域１５にある場合は、ｍｙ_ａｒｅａという指定で保存先のドメインネームを獲得することができる。一方、別地域（例えば、ａｒｅａ３）からアクセスする場合は、保存先の地域（例えば、ａｒｅａ１）を指定する必要がある。

次にネットワーク負荷コントローラ２２による、ネットワーク網１６に掛かる負荷を低減する制御シーケンスを図９を用いて説明をする。

なお本実施例においてネットワーク網１６に掛かる負荷とは、以下のような事を指す。例えば、データが基地局１２（Ａ）からネットワークスイッチ１３（１）とネットワークスイッチ１３（２）とネットワークスイッチ１３（３）を経由してデータ保存装置１４（３）に流れる経路よりも、基地局１２（Ａ）からネットワークスイッチ１３（１）を経由してデータ保存装置１４（１）に流れる経路のほうが中継するネットワークスイッチ１３の段数が少ない。このとき、後者の経路の方がネットワークスイッチの談数が少なく輻輳する可能性が前者の場合と比べて下がることから「ネットワークの負荷が低い」と定義する。

本実施例では、中継段数を例にして説明をするが、中継段数ではなくネットワークスイッチ１３同士を接続する回線の長さによって負荷が決まるものと定義してもよいし、別の方法による定義であってもよい。

始めに、ネットワーク負荷コントローラ２２は、収集カウンタ登録（Ｓ８１）を行なう。収集カウンタ登録（Ｓ８１）は、ネットワーク網１６内で行われている通信の中からネットワーク負荷を制御をする対象を選択する処理である。

具体的には、ネットワーク負荷コントローラ２２は、アプリＤＢ制御部２４を参照して、負荷を制御したいアプリ名６１を選択する。本実施例では対象が「アプリＡ」として説明をする。ネットワーク負荷コントローラ２２は、アプリＡのアプリ識別子６２が「ＴＣＰ宛先ｐｏｒｔ：５０００１」であること、対象地域ＩＤ６３が「ａｒｅａ１」と「ａｒｅａ３」であること、保存先６４が「データ保存装置１４（１）」と「データ保存装置１４（３）」であることを認識する。

以下の説明では、 「ａｒｅａ１」を対象とする場合について説明をする。また、アプリ識別子６２と対象地域ＩＤ６３を合わせてアプリを識別する識別情報としてもよい。

次に、ネットワーク負荷コントローラ２２は、経路ＤＢ制御部２５からデータ保存装置１４（１）が接続するネットワークスイッチ１３を検索する。そして、データ保存装置１４（１）が接続されるネットワークスイッチ１３（１）に対して、アプリ識別子９１である「ＴＣＰ宛先ｐｏｒｔ：５０００１」と対象地域ＩＤ「ａｒｅａ１」とを組み合わせて、データ保存装置１４（１）へ送信する送信元ＩＰと，データ保存装置１４（１）から流出する送信先ＩＰ毎に流れるデータ量のカウンタを収集するように設定させる。

ネットワーク負荷コントローラ２２から指示を受けたネットワークスイッチは、自身に流れる通信（例えばパケット）をスイッチングする際に、アプリ識別子９１解析し、対象の通信量を計測する。

図１０は前記カウンタ設定を行い、ネットワーク負荷コントローラから指示を受けたネットワークスイッチコントローラ２１がネットワークスイッチ１３からカウンタを収集し、流量計測部２７に保存（Ｓ８２）した例を示す図である。

図１０の１行目は送信元ＩＰ９１が「１０．１０．１０．１１」（基地局１２（Ａ））もしくは送信元ＩＰ９１が「１０．１０．１０．１２」（基地局１２（Ｂ））から送信先ＩＰ９２が「１０．１０．２０．１１」（データ保存装置１４（１））へ情報を送信したとき、カウンタ値が「１０ＧＢｙｔｅｓ」であることを示している。換言すると、 「ａｒｅａ１」にあるいずれかの基地局１２（Ａ）（Ｂ）からデータ保存装置１４（１）へ送信されたデータの通信量が１０ＧＢｙｔｅｓであったことを示している。

また、同様に図１０の２行目は、送信元ＩＰ９１がデータ保存装置１４（１）、であり、送信先ＩＰ９２が基地局１２（Ａ）もしくは基地局１２（Ｂ）に対して送信されたデータのカウンタ値が「１ＧＢｙｔｅｓ」であることを示している。つまり、送信元であるデータ保存装置１４（１）から送信先である「ａｅｒｅａ１」の基地局１２（Ａ）または基地局１２（Ｂ）に対して１ＧＢｙｔｅｓの通信量のデータが送信されたことを表している。

また、図１０の３行目は、送信元ＩＰ９１がデータ保存装置１４（１）であり、送信先ＩＰ９２が基地局１２（Ｃ）もしくは基地局１２（Ｄ）に対して送信されたデータのカウンタ値が「２０ＧＢｙｔｅｓ」であることを示している。つまり送信元であるデータ保存装置１４（１）から送信先である「ａｒｅａ３」の基地局１２（Ａ）または基地局１２（Ｂ）に対して２０Ｂｙｔｅｓの通信量のデータが送信されたことを表している。

なお、「ａｒｅａ１」、「ａｒｅａ３」に属するＩＰアドレスは、基地局ＤＢ２３１を参照することで判定可能である。また、流量計測部２７に値を保存する方法として、ネットワークスイッチ１３のカウンタを用いる方法を説明したが、ネットワークスイッチ１３に流れるパケットを所定の数ごとにサンプリングして収集するｓＦｌｏｗサンプリング技術を用いてネットワーク負荷コントローラ２２がパケットを収集し、パケットヘッダを解析して図１０の表を作成してもよい。また、図１０のカウンタは、送信元ＩＰから送信先ＩＰへの経路上にある、どのネットワークスイッチ１３から取得してもよい。

次にネットワーク負荷コントローラ２２は、ネットワークに掛かる負荷を算出する（Ｓ８３）。初めに、ネットワーク負荷コントローラ２２は「アプリＡ」の対象地域ＩＤ６３：「ａｒｅａ１」のデータ保存を行うデータ保存装置１４（１）の評価を行なう。

図１０より、「アプリＡ」の対象地域ＩＤ６３：「ａｒｅａ１」からデータ保存装置１４に流入するデータ量は、１０ＧＢｙｔｅｓである。また、データ保存装置１４から「ａｒｅａ１」に配信されるデータ量は、１ＧＢｙｔｅｓであり、データ保存装置１４から「ａｒｅａ３」に配信されるデータ量は、２０ＧＢｙｔｅｓである。

また、「アプリＡ」の対象地域ＩＤ６３：「ａｒｅａ１」のデータ保存候補として、保存先ＤＢ２６１からデータ保存装置１４が配備されている地域１５を参照する事ができる。従って、現在のデータ保存装置１４（１）のほかに、データ保存装置１４（２）やデータ保存装置１４（３）がデータ保存先の候補として選択することができる。

次に、データ保存装置１４（１）にデータを保存する場合のネットワークにかかる負荷の算出の具体的な方法について図１１を用いて説明をする。

［流入パス］
ａｒｅａ１からデータ保存装置１４（１）までの経路は、経路ＤＢ制御部２５を参照すると、基地局１２（Ａ）−＞ネットワークスイッチ１３（１）−＞データ保存装置１４（１）となる。従って、経路は２パスとすることができる。

［配信パス］
データ保存装置１４（１）からａｒｅａ１の基地局１２（Ａ）（Ｂ）までは、流入パスとは逆方向となる。従って、経路は流入と同様に２パスとなる。また、データ保存装置１４（１）からａｒｅａ３の基地局１２（Ｃ）（Ｄ）までは、経路ＤＢ制御部２５を参照すると、データ保存装置１４（１）−＞ネットワークスイッチ１３（１）−＞ネットワークスイッチ１３（２）−＞ネットワークスイッチ１３（３）−＞基地局１２（Ｃ）（Ｄ）となる。従って、経路は４パスとなる。

上記経路を用いて、データ保存装置１４（１）にデータを保存する場合のネットワークに掛かる負荷を、以下のように定義する事が出来る。

ａｒｅａ１−＞データ保存装置のカウンタ値（１０Ｇ×経路（２パス））＋データ保存装置−＞ａｒｅａ１のカウンタ値（１Ｇ×経路（２パス））＋データ保存装置−＞ａｒｅａ２のカウンタ値（２０Ｇ×経路（４パス））＝１０２。

同様にデータ保存装置１４（２）にデータを保存する場合は、以下のように定義できる。

ａｒｅａ１−＞データ保存装置のカウンタ値（１０Ｇ×経路（３パス））＋データ保存装置−＞ａｒｅａ１のカウンタ値（１Ｇ×経路（３パス））＋データ保存装置−＞ａｒｅａ２のカウンタ値（２０Ｇ×経路（３パス））＝９３。

データ保存装置１４（３）にデータを保存する場合は以下のように定義する事が出来る。

ａｒｅａ１−＞データ保存装置のカウンタ値（１０Ｇ×経路（４パス））＋データ保存装置−＞ａｒｅａ１のカウンタ値（１Ｇ×経路（４パス））＋データ保存装置−＞ａｒｅａ２のカウンタ値（２０Ｇ×経路（２パス））＝８４。

以上よりネットワーク負荷コントローラ２２は、算出したネットワーク網１６に掛かる負荷を比較し、「アプリＡ」の対象地域ＩＤ６３：「ａｒｅａ１」のデータを保存するデータ保存先は、データ保存装置１４（３）のとき、値が８４であり最も小さな負荷であると判断する事ができる。

従って、ネットワーク負荷コントローラは、現在のデータ保存装置１４（１）からデータ保存装置１４（３）へ変更する必要性がある（Ｓ８４：ＹＥＳ）と判断し、「アプリＡ」の対象地域ＩＤ６３：「ａｒｅａ１」のデータ保存先をデータ保存装置１４（３）に変更する（Ｓ８５）。なお、データ保存装置を変更する場合は、ネットワーク負荷コントローラ２２は、関係のある各制御部やＤＮＳサーバに変更した内容を送信し、情報の更新を要求することで変更処理は完了する。

以上で、「アプリＡ」の対象地域ＩＤ６３：「ａｒｅａ１」のデータ保存先を決定したが、「アプリＡ」の対象地域ＩＤ６３：「ａｒｅａ２」など全ての対象地域ＩＤ６３についても同様な処理を行なうことで、ネットワーク網１６に掛かる負荷の値が小さいデータ保存装置１４を選択可能である。「アプリＢ」などの他アプリに対しても同様に負荷を計算することで、ネットワーク網１６の負荷を下げることが可能であり、ネットワーク負荷コントローラ２２は、アプリＤＢ制御部２４にあるすべてのアプリに対して処理を行なう。

なお、基地局ＤＢ制御部２３やアプリＤＢ制御部２４、経路ＤＢ制御部２５、保存先ＤＢ制御部２６に保存された情報に変化がない場合（Ｓ８６：ＮＯ）、再度カウンタ収集を行なう（Ｓ８２）。変化がある場合（Ｓ８６：ＹＥＳ）、新たな情報を得るために収集カウンタの登録（Ｓ８１）から実施する。

カウンタ収集（Ｓ８２）は、例えば１時間毎など一定の期間ごとに定期的に行なってもよい。もしくは、例えば１時間毎の基地局１２のカウンタ値の変化が激しいとき、平均カウンタ値が５０％以上増加もしくは減少したことをトリガにしてカウンタ収集を行なってもよい。これによって、変化が激しくないときはネットワーク網１６に掛かる負荷の演算を行なわない為、頻繁なデータ保存先の変更を抑止することが出来る。

また、本実施例では、ネットワーク網１６に掛かる負荷の評価（Ｓ８３）については単純な値の比較に良い判断を行った。しかし、所定値：例えば３０％以上変化しない場合は、保存先の変更の必要性なし（Ｓ８４：ＮＯ）と判断するとしてもよい。これによって、頻繁なデータ保存先の変更を抑止することが出来る。

実施例１では、ネットワーク網１６の負荷を計算することでネットワーク網１６への負荷が小さくなるようにデータの保存先であるデータ保存装置１４を変更させる構成について説明した。実施例２では、ネットワーク網１６に格納してあるデータにアクセスするのではなく、基地局を経由する通信量に着目することで通信端末が通信をする場合にネットワークに負荷をかけないような基地局を選択する例について説明をする。なお本実施例は、周囲の基地局を使用して通信を分散させることで、高速化・安定化することができる分散の例について説明するとも言い替えることができる。

以下、図１５〜１８を用いて本発明におけるもう一つの実施例について説明をする。なお、図１５〜１８において実施例１と同じ符号が付されている構成については、実施例１と同様の構成や処理を行うため説明を省略する。

携帯端末の無線通信技術には高度Ｃ−ＲＡＮ（Centralized Radio Access Network）というキャリアアグリゲーション(Carrier Aggregation)技術を用いてマクロセルとスモールセルを協調させることで通信速度や安定性を向上させる技術がある。本実施例の高度Ｃ−ＲＡＮの概念図を図１５に示す。なお、本実施例は、高度Ｃ−ＲＡＮを対象として実施例１にて説明をした通信量を考慮した通信経由元の選択に適用した例であるとも言える。

これまで基地局で処理していた信号処理のうち、高度Ｃ−ＲＡＮでは、複数の各基地局の信号処理部分のなかで、1か所に集約可能な処理をまとめて基地局集中制御部１０２とすることで、効率化を行っている。そのため、１つの基地局集中制御部１０２に複数の基地局にある信号処理部１０１が接続される。また、１つの信号処理部１０１に複数のアンテナ部１００が接続される構成となる。また、無線通信技術の一つに、無線端末１０５が複数のアンテナ部１００と通信が可能な場所に存在する場合、複数のアンテナ部１００からの電波を重畳することで通信速度や安定性の向上を行う技術が存在する（例えばＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）という技術が存在する）。

図１５は、本実施例で説明する高度Ｃ−ＲＡＮの構成の概念図である。高度Ｃ−ＲＡＮでは、前記電波を重畳する技術を使用しており、図１５の例では、携帯端末１０５は、３つのアンテナ部１００（１）〜（３）と通信をしている。携帯端末１０５がインターネット１０４からデータを受信する場合、基地局集中制御部１０２が、インターネット１０４から来たデータの宛先（携帯端末１０５宛）を参照し、宛先の携帯端末１０５が接続される信号処理部１０１（１），１０１（２）に送信する。

信号処理部１０１は、基地局集中制御部から送信された情報をアンテナ部１００で処理できる情報に加工し、宛先の無線端末１０５が接続されているアンテナ部１００（１）〜（３）へ送信する。アンテナ部１００（１）〜（３）は、無線電波を発して無線端末１０５と無線通信を行うことで、通信端末１０５はインターネット１０４から送信されたデータを受信する。

なお、無線端末１０５からインターネット１０４の先にあるサーバ等と通信をする場合は、上記した経路とは逆の経路で通信を行う。つまり、無線端末１０５からインターネット１０４宛のデータは、無線端末１０５と無線通信を行うアンテナ部１００（１）〜（３）を介して、信号処理部１０１（１）、１０１（２）、基地局集中制御部１０２を経由してインターネット１０４の先にあるサーバ等へ送信される。

図１５は高度Ｃ−ＲＡＮの論理的な接続関係を示した図であるのに対して、図１６は物理的な接続関係を示した図である。図１６では、地域１５：ａｒｅａＡ，Ｂ，Ｃ毎に基地局集中制御部１０２（Ａ）〜（Ｃ）を配備している。ただし、基地局集中制御部１０２は地域１５：ａｒｅａＡ，Ｂ，Ｃを纏めて制御するものとする。つまり、基地局集中制御部１０２（Ａ）〜（Ｃ）のうち、実際に動作するものは１箇所のみであり、残りは休止状態となる。本実施例では、ａｒｅａＡに配備された基地局制御部１０２（Ａ）が稼働している状態を前提に説明をする。

図１７は、基地局制御部１０２（Ａ）を経由する通信量をカウントした通信量情報テーブルの一例である。＃１はａｒｅａＡにある信号処理部１０１（１）および信号処理部１０１（２）を経由した通信が基地局処理部１０２（Ａ）に流入する量が１０Ｇ Ｂｙｔｅｓであることを示している。また、＃２は基地局制御部１０２（Ａ）からａｒｅａＡにある信号処理部１０１（１）および信号処理部１０１（２）に対して配信される通信量（１Ｇ Ｂｙｔｅｓ）、＃３は基地局制御部１０２（Ａ）からａｒｅａＢにある信号処理部１０１（３）および信号処理部１０１（４）に対して配信される通信量（２０Ｇ Ｂｙｔｅｓ）をそれぞれ示している。

図１８は、図１７に示される通信量情報テーブルを用いて、基地局集中制御部１０２がａｒｅａＡ、Ｂ、Ｃのいずれかに配備される場合みと最も通信負荷が少なく評価されるかを示す評価情報テーブルである。なお、負荷の計算については、実施例１におけるデータ保存装置１４を基地局集中制御部１０２に置き換えた場合と同様であるため、説明を省略する。

このテーブルを作成することで、基地局集中制御部１０２（Ａ）〜（Ｃ）と携帯端末１０５間の通信量に対して実施例１のネットワーク負荷を評価することができる。即ち、最もネットワーク負荷を小さくできる基地局集中制御部１０２の配備箇所を算出することが可能となる。

本実施例を用いることで例えば、ａｒｅａＡは日中に人口が集中する地域１５であり、ａｒｅａＢは夜間にａｒｅａＡにいた人々が帰宅する地域１５であった場合、人口の移動や端末の使用状況（データ量）の変化に合わせて、最もネットワーク負荷が低い基地局集中制御部１０２の配備箇所を決定することができる。即ち、通信の状況に応じて基地局集中制御部１０２を移動させることで、ネットワークの全体にかかる負荷を低減する事が出来る。

なお、各実施例の説明では「ａａａテーブル」、「ａａａリスト」、「ａａａＤＢ」、「ａａａキュー」等の表現にて本発明の情報を説明したが、これら情報は必ずしもテーブル、リスト、ＤＢ、キュー、等のデータ構造以外で表現されていてもよい。そのため、データ構造に依存しないことを示すために「ａａａテーブル」、「ａａａリスト」、「ａａａＤＢ」、「ａａａキュー」等について「ａａａ情報」と呼ぶことがある。

さらに、各情報の内容を説明する際に、「識別情報」、「識別子」、「名」、「名前」、「ＩＤ」という表現を用いるが、これらについてはお互いに置換が可能である。

以上の説明では「プログラム」を主語として説明を行う場合があるが、プログラムはプロセッサによって実行されることで定められた処理をメモリ及び通信ポート（通信制御デバイス）を用いながら行うため、プロセッサを主語とした説明としてもよい。また、プログラムを主語として開示された処理は管理サーバ等の計算機、情報処理装置が行う処理としてもよい。また、プログラムの一部または全ては専用ハードウェアによって実現されてもよい。

また、各種プログラムはプログラム配布サーバや、計算機が読み取り可能な記憶メディアによって各計算機にインストールされてもよい。この場合、プログラム配布サーバはＣＰＵと記憶資源を含み、記憶資源はさらに配布プログラムと配布対象であるプログラムを記憶している。そして、配布プログラムをＣＰＵが実行することで、プログラム配布サーバのＣＰＵは配布対象のプログラムを他の計算機に配布する。

１１：端末、１２：基地局、１３：ネットワークスイッチ、１４：データ保存装置、１５：ネットワーク網、２１：ネットワークスイッチコントローラ、２２：ネットワーク負荷コントローラ、２３：基地局ＤＢ制御部、２４：アプリＤＢ制御部、２５：経路ＤＢ制御部、２６：保存先ＤＢ制御部、２７：流量計測部、２８：ＤＮＳ制御部

Claims (11)

1. 無線通信端末と通信する複数の通信端末と、
   前記複数の通信端末からの通信を中継する中継装置と、
   前記複数の通信端末間、または前記通信端末と前記中継装置との間を接続する複数のネットワークスイッチと、
   前記複数のネットワークスイッチを制御する管理装置と、を備え、
   前記管理装置は、
   前記複数のネットワークスイッチを制御するコントローラと、
   前記ネットワークスイッチに送受信される通信の送信先および送信元を識別する識別情報と、
   前記識別情報に対応する通信の経路情報と、を有し、
   前記コントローラは、
   前記通信端末から前記中継装置に送信される通信の通信量と、前記中継装置から前記通信端末に送信される通信の通信量を前記複数のネットワークスイッチの１つに測定させ、
   前記測定させた通信量と前記経路情報に基づいて経路毎に与えられる負荷を算出し、
   前記算出された負荷に基づいて、前記中継装置の配置変更を実施するか否かを判断することを特徴とするネットワーク負荷軽減システム
2. 請求項１に記載のネットワーク負荷軽減システムであって、
   前記中継装置は、前記通信端末から参照する通信データを保存する複数のデータ保存装置であり、
   前記管理装置は、前記複数のデータ保存装置のうち前記通信データを保存するデータ保存装置を特定する特定情報と、をさらに有し、
   前記経路毎に与えられる負荷は、前記識別情報に基づき、前記複数のデータ保存装置のうち前記特定情報より特定されたデータ保存装置以外の前記データを保存可能なデータ保存装置に対して、前記参照する情報を保存した場合の通信量および経路情報に基づいて算出された負荷を含むこと、を特徴とするネットワーク負荷軽減システム
3. 請求項２に記載のネットワーク負荷軽減システムであって、
   前記通信データを保存する前記データ保存装置の変更を実施する場合、前記通信データを保存する前記データ保存装置を特定する情報としてＩＰアドレスを変更する事を特徴とするネットワーク負荷軽減システム。
4. 請求項３に記載のネットワーク負荷軽減システムであって、
   前記データ保存装置を特定する情報としてさらにドメインネームを有し、前記ＩＰアドレスが変更された場合であっても、前記ドメインネームは変更されないことを特徴とするネットワーク負荷軽減システム。
5. 請求項２に記載のネットワーク負荷軽減システムであって、
   前記コントローラは、前記特定情報により特定される前記データ保存装置に接続する前記ネットワークスイッチ対して前記通信量を計測させ、
   前記ネットワークスイッチは、前記識別情報に基づき特定された前記データ保存装置に流入する流入情報と前記データ保存装置から流出する流出情報とから前記通信量を測定することを特徴とするネットワーク負荷軽減システム。
6. 請求項５に記載のネットワーク負荷軽減システムであって、
   前記ネットワークスイッチは、前記ネットワークスイッチを通過する通信を解析することで前記識別情報と前記流入情報である前記情報の送信元のＩＰアドレスと、前記流出情報である前記情報の送信先のＩＰアドレスを特定することを特徴とするネットワーク負荷軽減システム。
7. 請求項１に記載のネットワーク負荷軽減システムであって、
   前記経路毎に与えられる負荷は、前記経路情報を参照し、前記中継装置が配置可能な経路に前記中継装置が配置された場合に発生する負荷を含むことを特徴とするネットワーク負荷軽減システム。
8. 請求項１に記載のネットワーク負荷軽減システムであって、
   前記通信装置は、前記通信端末と通信をするアンテナと、前記アンテナとの信号の送受信をする信号処理部とを含み、
   複数の前記アンテナは前記通信端末と通信し、
   複数の前記信号処理部は、複数の前記アンテナのうち対応する前記アンテナと信号の送受信を行い、前記中継装置との間で前記信号の送受信をすることを特徴とするネットワーク負荷軽減システム。
9. 無線通信端末と通信する複数の通信端末と、前記複数の通信端末からの通信を中継する中継装置と、前記複数の通信端末間、または前記通信端末と前記中継装置との間を接続するネットワークスイッチと、前記ネットワークスイッチを制御する管理装置とから構成されるネットワーク負荷システムのネットワーク負荷軽減方法であって、
   前記管理装置は、
   複数の前記通信端末から前記中継装置に送信される通信の通信量と前記中継装置から複数の前記通信端末に送信される通信の通信量とを前記ネットワークスイッチの１つに測定させ、
   前記測定させた通信量と前記ネットワーク負荷軽減システムの経路情報に基づいて経路毎に与えられる負荷を算出し、
   前記算出された負荷に基づいて、前記基地局集中制御部の配置変更を実施するか否かを判断するネットワーク負荷軽減方法。
10. 請求項９に記載のネットワーク負荷軽減方法であって、
    前記中継装置は、前記通信端末から参照する通信データを保存するデータ保存装置であり、
    前記管理装置は、複数の前記データ保存装置のうち前記通信データを保存するデータ保存装置を特定する特定情報と、をさらに有し、
    前記算出される経路毎に与えられる負荷は、前記通信の送信元および送信先を識別する識別情報に基づき、複数の前記データ保存装置のうち前記通信データを保存するデータ保存装置を特定する特定情報により特定された前記データ保存装置以外の前記通信データを保存可能な前記データ保存装置に対して、前記通信データを保存したと場合の通信量および経路情報に基づいた負荷を算出することを含む、ネットワーク負荷軽減方法。
11. 請求項９に記載のネットワーク負荷軽減方法であって、
    前記管理装置により算出される前記経路毎に与える負荷は、前記経路情報を参照し、前記中継装置が配置可能な経路に前記中継装置が配置された場合に発生する負荷を含めて算出する、ネットワーク負荷軽減方法。

Images