JP2020137073A - アプリケーション配置装置及びアプリケーション配置プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
ネットワーク4は、端末2とクラウド3とを通信可能に接続しており、本実施形態では、複数のノードN(N1〜N7)がリンクL(L1〜L6)によってツリー型に接続されている。ノードNは、端末2によって送信されたデータをクラウドサーバ3側へ転送するとともに、当該ノードNに配置されたアプリケーションによって、当該データを処理し、処理されたデータをクラウドサーバ3側へ転送する。
図1に示すように、アプリケーション配置装置10は、クラウドサーバ3に転送すべきデータの前処理を行うアプリケーションを、ネットワーク4における複数のノードNのいずれかに配置する装置である。アプリケーション配置装置10は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read-Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出力回路等によって構成されている。アプリケーション配置装置10は、機能部として、記憶部11と、設備情報管理部12と、アプリ情報管理部13と、配置決定部14と、配置実行部15と、を備える。
記憶部11は、設備情報データベース11aと、アプリ情報データベース11bと、を備える。設備情報データベース11aには、ネットワーク4の設備(ノードN、リンクL)ごとに、当該設備に関する情報(設備情報、例えば、後記するαi,βj,Cn i,Bl k,Cl j等)が記憶されている。アプリ情報データベース11bには、アプリケーションと、当該アプリケーションに関する情報(アプリ情報、例えば、後記するBn k,Ck,Ba k等)と、が関連付けて記憶されている。アプリ情報は、例えば、検証用装置で性能測定を行うことによって得られたものであってもよい。
設備情報管理部12は、設備情報データベース11aに記憶された設備情報を管理(追加、更新、修正、削除等)する。設備情報管理部12は、ネットワーク4のノードNから当該ネットワーク4の設備情報を取得し、取得された設備情報を設備情報データベース11aに記憶させる。
アプリ情報管理部13は、アプリ情報データベース11bに記憶されたアプリ情報を管理(追加、更新、修正、削除等)する。アプリ情報管理部13は、アプリケーションの制作会社のサーバ5等からアプリケーション及び当該アプリケーションのアプリ情報を取得し、取得されたアプリケーション及びアプリ情報をアプリ情報データベース11bに記憶させる。
配置決定部14は、設備情報データベース11aに記憶された設備情報と、アプリ情報データベース11bに記憶されたアプリ情報と、端末2から取得された情報(端末2に関する情報、遅延許容時間等)と、に基づいて、アプリケーションをネットワーク4内の複数のノードNのいずれかに配置する。
ここで、配置決定部14は、下記式(第一の制約条件)に基づいて、ノードNの計算リソースの上限を超えないように、アプリケーション配置を制限する。
Bn k:k番目のアプリケーションがノードNにおいて使用するリソース量
Cn i:物理空間におけるi番目のノードNのリソース上限
Mn i:物理空間におけるi番目のノードNの使用有無(使用有で「1」、使用無で「0」)
本実施形態において、Bn kは、アプリケーションをノードNに記憶させる場合に、ノードN内のアプリケーション記憶領域において当該アプリケーションが占める量である。
また、Cn iは、ノードNに配置(収容)して実行可能なアプリケーションの数を決める指標であり、例えば、ノードNとしてのコンピュータのストレージ、メモリ等の記憶容量である。
また、配置決定部14は、下記式(第二の制約条件)に基づいて、リンクLの帯域の上限を超えないように、アプリケーション配置を制限する。
Bl k:k番目のアプリケーションがリンクLにおいて使用する帯域
Cl j:物理空間におけるj番目のリンクLの帯域上限
Ml j:物理空間におけるj番目のリンクLの使用有無(使用有で「1」、使用無で「0」)
本実施形態において、Bl kは、リンクLで通信可能な最大量であり、例えば、通信事業者が定める通信帯域幅、通信速度等の最大値である。
右辺は、ネットワーク4内のj番目のリンクLにトラヒックを流すアプリケーションの数(又は量)を表す。
また、配置決定部14は、下記式(第三の制約条件)に基づいて、処理時間の上限(TIMEk)を超えないように、アプリケーション配置を制限する。
Ba k:k番目のアプリケーションがデータ処理に要する時間
本実施形態において、Ba kは、ノードNがアプリケーションを用いてデータを処理する際に、データを取得してから(アプリケーションが処理を開始してから)処理されたデータが出力されるまでの時間である。
左辺第二項は、アプリケーションの実行に要する時間を表す。
右辺は、ユーザによって要求される処理時間の上限、すなわち、遅延許容時間を表す。遅延許容時間は、アプリケーションをリクエストしてから当該アプリケーションによる処理結果が出力されるまでの時間に関して、ユーザが許容する遅延時間である。
配置決定部14は、ノードNの計算コスト及びリンクLの通信コストを含むコストが最小となるノードNを、アプリケーションの配置先に決定する。本実施形態において、配置決定部14は、第一ないし第三の制約条件を満たした範囲において、下記式(目的関数)に基づいてコスト(COST)を算出し、コストが最小となるアプリケーションの配置を決定する。
βj:j番目のリンクLを使用する際のコスト
本実施形態において、αiは、i番目のノードNを使用する際に生じる費用であり、例えば、ノードNとしてのコンピュータを使用する際の料金である。
また、βjは、ノードNをつなぐ回線を最大限使用した場合に生じる費用であり、例えば、通信事業者が定める通信料金である。
右辺第二項は、k個のアプリケーションを仮に配置した組み合わせにおいて、リンクLの通信コストの総和を表す。換言すると、右辺第二項は、リンクL使用コストとリンクL使用有無及びリンクL使用帯域率の積の全てのリンクL分の和である。ここで、リンクL使用帯域率は、対象とするリンクLの帯域上限を分母とし、当該リンクLを使用する全てのアプリケーションが占める帯域を分子とする。
配置実行部15は、配置決定部14によって決定された、各種制約条件を満たしつつコストが最小となるアプリケーションの配置を取得し、取得された内容に基づいて、アプリ情報データベース11bに記憶されたアプリケーションを、対応するノードNへ配信する。
続いて、本発明の実施形態に係るアプリケーション配置システム1の動作例について、図3を参照して説明する(適宜図1参照)。
本発明の一例として、3つのノードNを有する完全二分木構造を呈するネットワーク4(図1のノードN1,N2,N5参照。ただし、N5をN3に読み替える)に対して、2つのアプリケーションの最適配置を算出する手法について説明する。
・ノードの容量Cn iは、全てのノードで10(すなわち、Cn 1=Cn 2=Cn 3=10)
・ノード使用コストαi:α1=1,α2=2,α3=3
・リンクの帯域上限Cl jは、全てのリンクで1000(すなわち、Cl 1=Cl 2=1000)
・アプリケーション情報:2つのアプリケーションともに、遅延許容時間=50,容量=15,処理時間=10,使用する帯域=15)
・リンク使用コストβjは、全てのリンクで1000(すなわち、β1=β2=1000)
なお、2つのアプリケーションによって処理されるデータをネットワーク4へ送信する端末2は、ノードN1に接続されているものとする。
また、第二の制約条件を示す式を用いると、1000>max(15×2,15×1)であるため、第二の制約条件によってアプリケーションの配置が制約されることはないことが分かる。
また、第三の制約条件を示す式を用いると、50>max(10,10+15/15×1,10+15/15×2)であるため。第三の制約条件によってアプリケーションの配置が制約されることはないことが分かる。
・ノードN1,N2のそれぞれに、2つのアプリケーションの1つを配置する場合
COST=(1+2)+(0+1000×15/1000+1000×15/1000)=33
・ノードN2,N3のそれぞれに、2つのアプリケーションの1つを配置する場合
COST=(2+3)+(1000×15/1000+1000×15/1000)=35
・ノードN1,N3のそれぞれに、2つのアプリケーションの1つを配置する場合
COST=(1+3)+(0+1000×15/1000)=19
したがって、この例では、リンクL1によって接続されたノードN1,N3のうち、ノードN1に対して2つのアプリケーションの一方が配置され、ノードN3に対して2つのアプリケーションの他方が配置される。ここで、2つのアプリケーションをそれぞれノードN1,N3のどちらに配置するかは、適宜設定可能である。
また、アプリケーション配置システム1は、第二の制約条件を用いてアプリケーションの配置先を決定するので、リンクLの性能を超えない範囲で、アプリケーションを好適に配置することができる。
また、アプリケーション配置システム1は、第三の制約条件を用いてアプリケーションの配置先を決定するので、ユーザによる遅延許容時間を超えない範囲で、アプリケーションを好適に配置することができる。
また、アプリケーション配置システム1は、制約条件→コストの目的関数の順に計算を行う場合には、制約条件によって限られた配置のパターンの範囲内においてコストの目的関数を計算するため、短時間で解を導出することができる。
2 端末
3 クラウドサーバ
4 ネットワーク
10 アプリケーション配置装置
14 配置決定部
15 配置実行部
L リンク
N ノード
Claims (7)
- リンクによって通信可能に接続された複数のノードによって構成されるネットワークに対して、アプリケーションを前記ノードに配置するアプリケーション配置装置であって、
前記ノードの計算コスト及び前記リンクの通信コストを含むコストが最小となる前記ノードを前記アプリケーションの配置先に決定する配置決定部と、
決定された前記ノードに前記アプリケーションを配信する配置実行部と、
を備えることを特徴とするアプリケーション配置装置。 - 前記配置決定部は、制約条件として、前記アプリケーションが使用するリソースが前記ノードのリソース以下となるように、前記アプリケーションの配置先を決定する
ことを特徴とする請求項1に記載のアプリケーション配置装置。 - 前記配置決定部は、制約条件として、前記アプリケーションが使用する帯域が前記リンクの帯域以下となるように、前記アプリケーションの配置先を決定する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のアプリケーション配置装置。 - 前記配置決定部は、制約条件として、前記アプリケーションを前記ノードに配置するのに要する時間と、前記ノードにおいて前記アプリケーションを実行する時間と、の和が、許容遅延時間以下となるように、前記アプリケーションの配置先を決定する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のアプリケーション配置装置。 - 前記配置決定部は、前記コストの算出結果の中から、前記制約条件を満たすように前記アプリケーションの配置先を決定する
ことを特徴とする請求項2から請求項4のいずれか一項に記載のアプリケーション配置装置。 - 前記配置決定部は、前記制約条件を満たす前記ノードの中から、前記コストが最小となる前記ノードを前記アプリケーションの配置先に決定する
ことを特徴とする請求項2から請求項4のいずれか一項に記載のアプリケーション配置装置。 - リンクによって通信可能に接続された複数のノードによって構成されるネットワークに対して、アプリケーションを前記ノードに配置するためにコンピュータを、
前記ノードの計算コスト及び前記リンクの通信コストを含むコストが最小となる前記ノードを前記アプリケーションの配置先に決定する配置決定手段、
決定された前記ノードに前記アプリケーションを配信する配置実行手段、
として機能させるアプリケーション配置プログラム。
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山田 倍司 MASUJI YAMADA: "アプリケーションルータネットワークにおける処理タスク割当によるコスト最小化 Cost Minimization by Tas", 電子情報通信学会技術研究報告, vol. 第114巻 第404号, JPN6022004315, JP, pages 119 - 124, ISSN: 0004701227 * |
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