JP5384448B2 - データ配信ネットワーク設計装置、データ配信ネットワーク設計方法、及びプログラム - Google Patents
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Description
パラメータ
N:ノード数, i,j∈N
d[i]:ノードiの需要量(データセンタから受信するトラヒック量),
f[i,j]∈{0,1}:ノードi,j間にリンクを敷設可能かどうか(1→敷設可能)
t[i,j]:ノードi,j間のリンクの固定費
c[i,j]:ノードi,j間のリンクの変動費
K[i]:ノードiのデータセンタの容量
f[i]:ノードiにデータセンタを敷設する場合の固定費
変数
x[i,j]∈{0,1}:ノードi,j間にリンクを敷設するかどうか(1→敷設)
y[i,j]:ノードi,j間を流れるトラヒック量
z[i]∈{0,1}:ノードiにデータセンタを敷設するかどうか(1→敷設)
w[i]:ノードiのデータセンタが送信するトラヒック量
目的関数
本実施の形態では、データセンタを仮想ノードとしてネットワークに加えることで、データセンタ配置と、リンク接続構成、及びリンク帯域をネットワーク設計問題として一括で解く。このネットワーク設計問題を解くにあたって、通常ノードと仮想ノード間が接続されている状態を、その通常ノードにデータセンタが敷設されていることとする。すなわち、通常ノードと仮想ノード間のリンクの固定費は、当該通常ノードにおけるデータセンタの敷設費に相当することとし、当該通常ノードと仮想ノード間のリンクの変動費を0としている。
図1に、本発明の実施の形態におけるデータセンタ配置/ネットワーク容量設計装置10(これを「データ配信ネットワーク設計装置」と呼んでもよい)の機能構成図を示す。図1に示すように、本実施の形態に係るデータセンタ配置/ネットワーク容量設計装置10は、ネットワーク情報データベース11、計算部12、及びネットワーク情報表示部16を有する。計算部12は、仮想ノード追加部13、仮想ノード追加済みネットワーク情報格納部14、ネットワーク設計問題求解部15を有する。
・リンクリスト(リンク番号、接続ノード、固定費、変動費)
・データセンタ配置可能ノードリスト(ノード番号、敷設費)
・データセンタへの需要リスト(需要番号、ノード番号、 需要量)
例えば、ネットワーク情報データベース11には、図2に示すようなノード(通常ノード)とリンクとからなるネットワークに対応する情報が格納されている。例えば、図2において、ノード5が、データセンタ配置可能ノードであるとすれば、データセンタ配置可能ノードリストには、ノード番号5と、その敷設費が含まれることになる。
以下、データセンタ配置/ネットワーク容量設計装置10の処理動作を説明する。本実施の形態では、仮想ノード追加部13が、通常ノードからなるネットワークに仮想ノードを追加したネットワークを構成する。そして、ネットワーク設計問題求解部15が、仮想ノードが追加されたネットワークに基づいて、変動費と固定費の総和を最小にすることを目的とするネットワーク設計問題を解くことにより、データセンタの配置、敷設リンク、及びリンク容量を決定する。
まず、図3のフローチャートに基づいて、仮想ノード追加部13が実行する処理例を説明する。
次に、図5に示すフローチャートに基づいて、ネットワーク設計問題求解部15が実行する処理例を説明する。
パラメータ
N:ノード数+仮想ノード
s,t:仮想ノードを含めたノード集合
i:仮想ノードを含めないノード集合
d[i]:ノードiの需要量(データセンタから受信するトラヒック量),
f[s,t]∈{0,1}:ノードs,t間にリンクを敷設可能かどうか(1→敷設可能)
t[s,t]:ノードs,t間のリンクの固定費
c[s,t]:ノードs,t間のリンクの変動費
変数
x[s,t]∈{0,1}:ノードs,t間にリンクを敷設するかどうか(1→敷設する)
y[s,t]:ノードs,t間を流れるトラヒック量(リンク容量)
目的関数
本実施の形態におけるネットワーク設計問題は、前述した従来技術1と問題規模は変わらないが、Minoux法のような性能の良い近似解法を用いることができるため、計算を高速に精度良く行うことができる。
本発明に係る手法を用いて、データセンタ配置の評価を行った。以下、その評価条件及び評価結果を説明する。なお、この評価では、データセンタの機能をキャッシュとし、データセンタのことをキャッシュと呼んでいる。
1.1ネットワークモデル
初期ネットワークとして、図6に示すように、日本列島モデル(47ノード、 82リンク)に1つの仮想ノードを加え、仮想ノードと日本列島モデルの全ノードとリンクを接続したネットワーク(48ノード、 129リンク)を使用する。図6において、仮想ノード以外のノードは通常ノードである。
・仮想ノード・通常ノード間の需要
コンテンツの配信を想定しているため、仮想ノードから通常ノードへの品種は設けるが、通常ノードから仮想ノードへの品種は設けない。需要量としては、地域による偏りはないとして各通常ノード設置点の人口比に基づいて与える。
・通常ノード間の通信
通常ノード間の通信も考慮することは可能であり、時間にも大きくは影響しないと考えられるが、まずは仮想ノードの影響を大きく評価するために、本評価では設定しない。
・仮想ノード・通常ノード間のリンクの固定費
これはキャッシュを配置するコスト(敷設費)に相当し、該当通常ノード設置点の地価に基づいて与える。
・仮想ノード・通常ノード間のリンクの変動費
通常ノードと同じ場所に仮想ノードを配置した場合、リンクにかかるコストは非常に低いと考え、0とする。ただし、計算上トラヒックが逆流しないように通常ノードから仮想ノードへのコストは無限とする。これは、上り下り共に変動費を0とすると、仮想ノードを経由して任意ノード間でコスト0で通信できてしまうためである。
<2.評価結果>
計算時間は0.1[s]程度である。評価結果は、仮想ノード・通常ノード間のリンクの固定費、通常ノード同士のリンクの固定費と変動費 * 需要量のバランスで決まり、ある通常ノードがキャッシュを配置するかは、最も変動費が小さいキャッシュと接続しているノードAを考えて、当該通常ノードにおけるキャッシュ配置の固定費 < 当該通常ノードからAへの固定費 +当該通常ノードから Aへの変動費 * 需要 で決まる。
11 ネットワーク情報データベース
12 計算部
13 仮想ノード追加部
14 仮想ノード追加済みネットワーク情報格納部
15 ネットワーク設計問題求解部
16 ネットワーク情報表示部
Claims (5)
- ネットワークにおけるデータセンタの配置点を決定し、当該配置点にデータセンタを配置した際の通信に必要なリンク容量を合わせて決定するデータ配信ネットワーク設計装置であって、
ネットワーク情報データベースから、通常ノード間のリンクリスト、及びデータセンタ配置可能ノードリストを取得し、前記リンクリストに、データセンタ配置可能な通常ノードと仮想ノード間のリンク情報を追加した仮想ノード追加済みのリンクリストを生成する仮想ノード追加手段と、
各通常ノードの需要と、前記仮想ノード追加済みのリンクリストにおける各リンクの固定費、及び変動費とを用いて、リンクの固定費と変動費の総和が最小になるように、前記データセンタの配置点、リンク接続構成、及び前記リンク容量を決定するネットワーク設計問題求解手段と、を備え、
前記仮想ノード追加手段は、前記仮想ノード追加済みのリンクリストを生成する際に、前記データセンタ配置可能な通常ノードと前記仮想ノード間のリンクの固定費を、当該通常ノードにおけるデータセンタ敷設費とし、当該リンクの変動費を0とし、前記ネットワーク設計問題求解手段は、前記仮想ノードと接続されることが決定された通常ノードをデータセンタの配置点として決定する
ことを特徴とするデータ配信ネットワーク設計装置。 - 前記ネットワーク設計問題求解手段は、ネットワーク設計問題の近似解法又は厳密解法を用いることにより、前記データセンタの配置点、前記リンク接続構成、及び前記リンク容量を決定することを特徴とする請求項1に記載のデータ配信ネットワーク設計装置。
- ネットワークにおけるデータセンタの配置点を決定し、当該配置点にデータセンタを配置した際の通信に必要なリンク容量を合わせて決定するデータ配信ネットワーク設計装置が実行するデータ配信ネットワーク設計方法であって、
ネットワーク情報データベースから、通常ノード間のリンクリスト、及びデータセンタ配置可能ノードリストを取得し、前記リンクリストに、データセンタ配置可能な通常ノードと仮想ノード間のリンク情報を追加した仮想ノード追加済みのリンクリストを生成する仮想ノード追加ステップと、
各通常ノードの需要と、前記仮想ノード追加済みのリンクリストにおける各リンクの固定費、及び変動費とを用いて、リンクの固定費と変動費の総和が最小になるように、前記データセンタの配置点、リンク接続構成、及び前記リンク容量を決定するネットワーク設計問題求解ステップと、を備え、
前記仮想ノード追加ステップにおいて、前記仮想ノード追加済みのリンクリストを生成する際に、前記データセンタ配置可能な通常ノードと前記仮想ノード間のリンクの固定費を、当該通常ノードにおけるデータセンタ敷設費とし、当該リンクの変動費を0とし、前記ネットワーク設計問題求解ステップにおいて、前記仮想ノードと接続されることが決定された通常ノードをデータセンタの配置点として決定する
ことを特徴とするデータ配信ネットワーク設計方法。 - 前記ネットワーク設計問題求解ステップにおいて、ネットワーク設計問題の近似解法又は厳密解法を用いることにより、前記データセンタの配置点、前記リンク接続構成、及び前記リンク容量を決定することを特徴とする請求項3に記載のデータ配信ネットワーク設計方法。
- コンピュータを、請求項1又は2に記載のデータ配信ネットワーク設計装置の各手段として機能させるためのプログラム。
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JP2012048423A JP2012048423A (ja) | 2012-03-08 |
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ID=45903230
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JP2010188876A Expired - Fee Related JP5384448B2 (ja) | 2010-08-25 | 2010-08-25 | データ配信ネットワーク設計装置、データ配信ネットワーク設計方法、及びプログラム |
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