JP5941444B2

JP5941444B2 - 物理資源割当装置

Info

Publication number: JP5941444B2
Application number: JP2013179115A
Authority: JP
Inventors: 森　弘樹; 弘樹森; 星平鎌村; 大作島崎; 植松　芳彦; 芳彦植松
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2033-08-30
Also published as: JP2015050511A

Description

本発明は、物理網上に構築される仮想網に対して物理資源を最適に割り当てる技術に関する。

ネットワーク事業者は、ネットワーク全体の資源を有効に活用し、情報転送の品質を維持するとともに、無駄な資源を低減することを図っている。その実現に向けて、将来のサービスの多様化に伴うネットワークの突発的かつ不規則な変化に柔軟に対応できるネットワーク仮想化技術についての検討が進められている。

ネットワーク仮想化技術は、ネットワークを構成する光ファイバ、クロスコネクト、ルータ等の様々な物理資源の一部分を、論理的なシステム（ルータ、スイッチ、光伝送装置等）や論理的なリンクで表現される仮想資源で構成される仮想網として実現したり、複数のネットワーク事業者の提供するネットワークの物理資源を組み合せて１つの仮想網として実現したりする技術である。このネットワーク仮想化技術を用いることによって、ネットワークの利用状態や障害等の環境変化に応じて、仮想網間で物理資源の共用が可能になる。また、各仮想網への物理資源の割り当てを最適に決定することができれば、資源量の低減効果やネットワークの可用性の向上が可能となる。

物理資源の割り当てを最適に決定する方法として、非特許文献１には、厳密な最適解を導出可能な数理計画法を用いる技術が開示されている。具体的には、非特許文献１では、必要資源量の最小化等の目的関数を、予め設定した制約条件の下で最適化することによって、ルータ、スイッチ、光伝送装置等のシステムの配置やリンクの配置が決定される。また、非特許文献２には、システムの配置やリンクの配置を発見的手法で探索することで、準最適解を短い計算時間で算出する技術が開示されている。

G. Alkmim，et al.，"Optimal Mapping of Virtual Networks"，in Proceedings of IEEE Globecom, 2011. M. Yu，et al.，"Rethinking Virtual Network Embedding: Substrate Support for Path Splitting and Migration"，SIGCOMM Comput. Commun. Rev.，vol. 38，no. 2，pp. 17-29，2008.

しかしながら、非特許文献１に記載の数理計画法は、仮想網に対して物理資源を割り当てる場合、その仮想網を構成する論理的なシステム（以降、論理システムと称す。）および論理的なリンク（以降、論理リンクと称す。）それぞれの配置を同時に最適化することになる。そのため、数理計画法は、厳密な最適解を導出可能ではあるものの、最適化の複雑性が増加し、計算時間が増加する。つまり、数理計画法は、解の最適性は保障されるが、最適化する問題の規模（物理網規模、仮想網数等）の大きさに比例して、計算時間が爆発的に増加するため、キャリアスケールの大規模ネットワークに適用することが困難である。一般的に、数理計画法の計算時間を低減する方法として、最適化を行う際に与えられた制約条件を緩和する手法がある。しかし、その制約条件を緩和する手法は、キャリアスケールの大規模ネットワークに対しては計算時間が十分に短くなるとは言えず、解の精度が低下するという問題がある。

また、非特許文献２に記載の発見的手法は、準最適解を短い計算時間で算出することができるが、キャリアスケールの大規模ネットワークに対しては計算時間が十分に短いとは言えないという問題がある。

そこで、本発明は、仮想網に対して物理資源の最適な割り当てを決定する場合に、割り当て精度の低下を抑制しつつ計算時間を低減する技術を提供することを課題とする。

本発明の物理資源割当装置（後記する仮想網制御装置）は、通信ネットワークを構成する各ノードの接続に関する情報である物理網のトポロジ情報および前記通信ネットワークの物理網上に構築される仮想網のトポロジ情報が記憶される記憶部と、前記物理網のトポロジ情報を参照し、前記ノードから他の前記ノードまでの最短経路を算出し、前記算出した最短経路を前記仮想網上の論理的なリンクの配置として決定する最短経路演算部と、前記最短経路および前記仮想網のトポロジ情報を用いて、論理的な前記ノードの配置の組合せを変化させ、前記仮想網に対する前記論理的な前記ノードの配置および資源量を示すコストを決定するコスト割当演算部と、を備えることを特徴とする。

このような構成によれば、物理資源割当装置は、最短経路を示す論理的なリンクの配置の演算と論理的なノードの配置の演算とを段階的に分けて実行することによって、論理リンクの配置および論理システムの配置の演算を同時に行う場合に比べて、演算量を縮小し計算時間を大幅に低減することができる。また、論理リンクの配置は最短経路に基づいて決定することで解の精度低下を抑制することができる。つまり、物理資源割当装置は、仮想網に対して物理資源の最適な割り当てを決定する場合に、割り当て精度の低下を抑制しつつ計算時間を低減することができる。

また、本発明の前記物理資源割当装置の前記コスト割当演算部は、少なくとも前記論理的な前記ノードの配置および前記コストを変数とする目的関数を適用する数理計画法を用いて、最適な前記論理的な前記ノードの配置および前記コストを決定することを特徴とする。

このような構成によれば、物理資源割当装置のコスト割当演算部は、論理的なリンクを変数として用いることなく、論理的なノードだけを変数とする数理計画法を用いて、最適なノードの配置およびコストを決定することができる。したがって、物理資源割当装置は、従来の論理的なリンクおよびノードの両方を変数とする数理計画法に比べて、計算時間を大幅に低減することができる。

また、本発明の前記物理資源割当装置の前記コスト割当演算部は、前記論理的な前記ノードの配置の全組合せの中で、最適な前記論理的な前記ノードの配置および前記コストを決定することを特徴とする。

このような構成によれば、物理資源割当装置のコスト割当演算部は、論理的なリンクを変数として用いることなく、論理的なノードだけを変数として、発見的手法を用いて、最適なノードの配置およびコストを決定することができる。物理網に容量制約がない場合では、論理的なリンクの配置を予め決定することで、論理的なノードの配置の組合せに対応して必要なコストが一意に算出できる。つまり、発見的手法は、論理的なノードの配置の組合せを全探索することで数理計画法と同様の精度の解を算出することができる。したがって、物理資源割当装置は、数理計画法と同程度の割り当て精度を維持しつつ計算時間を低減することができる。

本発明によれば、仮想網に対して物理資源の最適な割り当てを決定する場合に、割り当て精度の低下を抑制しつつ計算時間を低減することができる。

本実施形態の仮想網制御装置を含む仮想網制御システムを示す図であり、（ａ）は構成例を表し、（ｂ）は仮想網を表し、（ｃ）は物理網を表す。仮想網制御装置の機能例を示す図である。数理計画法を用いた場合の資源割り当ての最適化処理フロー例を示す図である。発見的手法を用いた場合の資源割り当ての最適化処理フロー例を示す図である。コストの算出方法の具体例を示す図であり、（ａ）は物理網の状態を表し、（ｂ）は最短経路長を表し、（ｃ）は仮想網の条件を表し、（ｄ）はコストの算出結果を表す。予備資源を仮想網間で共用する場合の最適化処理フロー例を示す図である。

本発明を実施するための形態（以降、「本実施形態」と称す。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。以降の説明では、仮想網上の論理的なシステム（ルータ、スイッチ、光伝送装置等）を論理システム、論理的なリンクを論理リンクと称する。

（概要）
従来、数理計画法を用いて論理システムの配置と論理リンクの配置とを決定する場合、論理システムの配置および論理リンクの配置が同時に最適化されていた。そのため、物理網や仮想網の規模拡大や仮想網のトポロジの複雑さの度合いに比例して、計算時間が急激に増加するという問題があった。そこで、本発明は、論理システムの配置および論理リンクの配置それぞれの最適化を段階的に分けて実行することで、演算規模を縮小し計算時間を大幅に低減する。具体的には、まず、第１段階では、論理リンクの配置を物理網上の最短経路として算出し、決定する。次に、第２段階では、算出した最短経路を論理リンクとして用いて、論理システムの配置の組合せだけを探索し、最適な論理システムの配置を決定する。これにより、従来は「論理リンクの配置の組合せ」と「論理システムの配置の組合せ」との積のオーダの演算量を要していたのに対して、本発明では、「最短経路演算」と「論理システムの配置の組合せ」との和のオーダの演算量で済むようになる。つまり、本発明は、計算時間を大幅に低減できる。また、論理リンクの配置が物理網上の最短経路に基づいて決定されているので、本発明は、最適となる解の精度の低下を抑制することができる。

また、最適化を段階的に分けて実行することで、論理システムの配置については、数理計画法および発見的手法の双方を適用することができるようになる。数理計画法は、全仮想網への割り当てを同時に最適化する場合や、厳密な割り当てが必要な場合に有効である。また、発見的手法は、グランドデザイン等のように物理網に容量制約がない場合、各仮想網への割り当てが独立に決定できる場合、現用資源のみ割り当てを決定する場合には、数理計画法と同程度の精度の解の導出が可能である。また、発見的手法は、予備資源の共用の場合には、最短距離を用いることで、高精度な解の導出が期待できる。
本実施形態では、後記する仮想網制御装置（物理資源割当装置）が、論理リンクの配置と論理システムの配置とを段階的に分けて最適化する機能を有している。

（仮想網制御システム）
はじめに、本実施形態の仮想網制御装置（物理資源割当装置）１を含む仮想網制御システム１００の構成例について、図１（ａ）を用いて説明する。
仮想網制御システム１００は、図１（ａ）に示すように、複数のＯＸＣ（Optical cross-Connect）等の光伝送装置（ノード）５およびＩＰ（Internet Protocol）ルータ（ノード）６ならびに各光伝送装置５間の通信経路を示すリンクにより構成される通信ネットワーク５０と、各ＩＰルータ６および各光伝送装置５と通信可能に接続される仮想網制御装置１とを備える。仮想網制御装置１は、図１（ａ）では１台が記載されているが、後記する機能毎に複数台で構築したり、制御対象のノード種別や数毎に同一機能の装置を複数台備えたりしても構わない。

図１（ｂ）は、図１（ｃ）に示す物理網上に収容される仮想網を示している。仮想網は、１つの物理網に対して、ＩＰルータ［仮想］７（論理システム）や論理リンク９を適宜分割して、複数形成することができる。図１（ｂ）には、実線で表す仮想網と、点線で表す仮想網とが示されている。

図１（ｃ）に示す物理網は、光伝送装置５およびＩＰルータ６を示すシステム、ならびに任意の光伝送装置５間および光伝送装置５とＩＰルータ６との間を接続するリンクで構成される。なお、システムには、不図示のスイッチが含まれていてもよい。また、図１（ｃ）では、１つのＩＰルータ６は、論理システムを示すＩＰルータ［仮想］７の配置によって表現され、図１（ｂ）に示す仮想網の構成に依存して、実線および点線の２つのＩＰルータ［仮想］７で表されることもある。また、各論理システムを始終点とし、その終始点を接続する伝送路８を経由して、論理パス４が物理網上に設定される。その論理パス４が、図１（ｂ）に示す仮想網では、論理リンク９を構成する。

（仮想網制御装置）
次に、仮想網制御装置１の機能例について、図２を用いて説明する（適宜、図１参照）。ただし、本実施形態では、仮想網制御装置１の機能すべてについて説明するのではなく、本発明に直接関係する機能に絞って説明する。
仮想網制御装置１は、物理網（図１（ｃ））上に構築される仮想網（図１（ｂ））を制御する機能を有する。

仮想網制御装置１は、処理部１１、記憶部１２および通信部１３を備える。処理部１１は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメインメモリによって構成され、記憶部１２に記憶されているアプリケーションプログラムをメインメモリに展開して、最短経路演算部１１１、コスト割当演算部１１２、資源設定部１１３および故障トポロジ生成部１１４を具現化している。

最短経路演算部１１１は、後記する記憶部１２の物理網ＤＢ（Database）１２１（図２参照）に記憶されている物理網のトポロジ情報を参照し、ダイクストラ法等を用いて、起点ノードから複数の他のノードまでの最短経路を算出する機能を有する。物理網のトポロジ情報とは、通信ネットワーク５０を構成する各ノード（ＩＰルータ６および光伝送装置５）の接続に関する情報である。

コスト割当演算部１１２は、後記する記憶部１２の仮想網ＤＢ１２２（図２参照）に記憶されている仮想網のトポロジ情報および要求性能機能情報を参照し、論理システムの配置、論理リンクの配置およびコストの最適解を算出する機能を有する。ここで、要求性能機能情報とは、システムのＩＦ（Interface）数、ＣＰＵ性能、メモリ容量およびフィルタ機能ならびにリンクの容量等に対して要求される情報である。また、コストとは、論理システムの資源量（例えば、ＩＦ数、ＣＰＵ性能、メモリ容量等）や論理リンクに割り当てる資源量（例えば、帯域、光の波長等）である。

資源設定部１１３は、最短経路演算部１１１およびコスト割当演算部１１２の算出結果に基づいて、通信ネットワーク５０（物理網）に論理パスや論理システムを設定する機能を有する。
故障トポロジ生成部１１４は、故障が発生した場合のトポロジ（故障トポロジ）を生成する機能を有する。

記憶部１２は、ハードディスク等の記憶装置であり、物理網ＤＢ１２１および仮想網ＤＢ１２２が記憶される。
物理網ＤＢ１２１には、通信ネットワーク５０の物理網のトポロジ情報が記憶される。
仮想網ＤＢ１２２には、仮想網のトポロジ情報および要求性能機能情報が記憶される。

通信部１３は、通信インタフェースであり、通信ネットワーク５０の各ノード（光伝送装置５およびＩＰルータ６）と情報を送受信する機能を有する。

（数理計画法を用いた場合の資源割り当ての最適化処理フロー）
数理計画法を用いた場合の資源割り当ての最適化処理フロー例について、図３を用いて説明する（適宜、図２参照）。なお、物理網を構成するシステムおよびリンクに資源量の制限を設定せず、仮想網を構成する論理システムおよび論理リンクは任意の資源量を要求できるものとする。

ステップＳ３０１では、最短経路演算部１１１は、物理網ＤＢ１２１の物理網のトポロジ情報を参照し、物理網の各システム間の最短経路を、最短経路計算手法（ダイクストラ法等）で算出する。なお、算出された最短経路は、仮想網上の論理リンクの配置として決定される。

ステップＳ３０２では、コスト割当演算部１１２は、ステップＳ３０１で算出された最短経路ならびに仮想網ＤＢ１２２の全仮想網のトポロジ情報および要求性能機能情報（例えば、リンクの容量）や端点の情報等に関する条件や設計方法を制約条件とし、総コストの最小化または資源利用率の平準化等を目的関数として、数理計画法を用いて解を算出する。例えば、目的関数を総コストの最小化にした場合、目的関数では、少なくとも論理システムの配置が変数として用いられ、総コストは目的関数値となる。数理計画法では、例えば、総コストの最小化を目標とする場合、算出された総コストが小さくなるほど、最適化されている（改善されている）ことになる。算出する解は、例えば、論理システムの配置やコストである。また、設計方法とは、各仮想網が専用の予備資源を確保する、または仮想網間で予備資源を共用する、といった予備設計に係る条件である。また、総コストとは、各仮想網に割り当てられる物理的な資源量の合計値である。

ステップＳ３０３では、コスト割当演算部１１２は、ステップＳ３０２によって得られた解を、全仮想網の論理システムの配置、論理リンクの配置およびコストの最適解として出力する。出力先は、記憶部１２、不図示の表示装置、通信部１３を経由して通信ネットワーク５０に接続されている不図示の外部装置等である。

（発見的手法を用いた場合の資源割り当ての最適化処理フロー）
次に、発見的手法を用いた場合の資源割り当ての最適化処理フロー例について、図４を用いて説明する（適宜、図２参照）。なお、物理網を構成するシステムおよびリンクに資源量の制限を設定せず、仮想網を構成する論理システムおよび論理リンクは任意の資源量を要求できるものとする。

ステップＳ４０１では、最短経路演算部１１１は、物理網ＤＢ１２１の物理網のトポロジ情報を参照し、物理網の各システム間の最短経路を、最短経路計算手法（ダイクストラ法等）で算出する。なお、算出された最短経路は、仮想網上の論理リンクの配置として決定される。

ステップＳ４０２では、コスト割当演算部１１２は、仮想網を識別する変数ｊに対して初期値として１を設定し、解Ｒ（ｊ）に対して初期値αを設定する。ただし、変数ｊは、１から仮想網の総数Ｊの範囲の整数である。

ステップＳ４０３では、コスト割当演算部１１２は、仮想網の論理システムが取りうる配置の組合せを全て算出する。

ステップＳ４０４では、コスト割当演算部１１２は、仮想網の論理システムが取りうる配置の組合せを識別する変数ｋに対して初期値として１を設定する。

ステップＳ４０５では、コスト割当演算部１１２は、変数ｋの組合せに対するコストを算出する。具体的には、コスト割当演算部１１２は、仮想網ＤＢ１２２の仮想網のトポロジ情報および要求性能機能情報を参照し、変数ｋの組合せに対応する論理システムの配置において必要となるコストを算出する。このとき、論理リンクの配置は物理網の最短経路とするので、必要となるコストは一意に決定される。

ステップＳ４０６では、コスト割当演算部１１２は、改善されているか否かを判定する。ここで、「改善されている」とは、例えば、総コストの最小化を目標としている場合、算出された総コストが小さくなるほど、改善されていることになる。また、資源利用率の平準化を目標としている場合、平準化されるほど、改善されていることになる。
改善されていると判定した場合（ステップＳ４０６でＹｅｓ）、処理はステップＳ４０７へ進み、改善されていないと判定した場合（ステップＳ４０６でＮｏ）、処理はステップＳ４０７をスキップしてステップＳ４０８へ進む。なお、ステップＳ４０５において算出されたコストが解Ｒ（ｊ）のコストに等しい場合には、改善していないと判定する。

ステップＳ４０７では、コスト割当演算部１１２は、解Ｒ（ｊ）をステップＳ４０５において算出された解で更新する。なお、解Ｒ（ｊ）には、論理システムの配置およびコストが格納されるようになっており、算出されたコストが改善したと判定した時に、その時の論理システムの配置およびコストが設定更新される。

ステップＳ４０８では、コスト割当演算部１１２は、変数ｋを１増加する。
ステップＳ４０９では、コスト割当演算部１１２は、変数ｋがＫより大きいか否かを判定する。ここで、Ｋは、組合せの総数を示す。
変数ｋがＫより大きいと判定した場合（ステップＳ４０９でＹｅｓ）、処理はステップＳ４１０へ進み、変数ｋがＫ以下であると判定した場合（ステップＳ４０９でＮｏ）、処理はステップＳ４０５へ戻る。

ステップＳ４１０では、コスト割当演算部１１２は、得られた解Ｒ（ｊ）を、変数ｊの仮想網の論理システムの配置、論理リンクの配置およびコストの最適解として出力する。出力先は、記憶部１２、不図示の表示装置、通信部１３を経由して通信ネットワーク５０に接続されている不図示の外部装置等である。

ステップＳ４１１では、コスト割当演算部１１２は、変数ｊを１増加する。
ステップＳ４１２では、コスト割当演算部１１２は、変数ｊがＪより大きいか否かを判定する。ここで、Ｊは、仮想網の総数を示す。
変数ｊがＪより大きいと判定した場合（ステップＳ４１２でＹｅｓ）、処理は終了し、変数ｊがＪ以下であると判定した場合（ステップＳ４１２でＮｏ）、処理はステップＳ４０３へ戻る。

ここで、図４に示す処理フロー例における解の算出方法の具体例について、図５を用いて説明する（適宜、図４参照）。図５（ａ）は物理網の状態を表し、図５（ｂ）は最短経路長を表し、図５（ｃ）は仮想網の条件を表し、図５（ｄ）はコストの算出結果を表す。
例えば、物理網の各システム、トポロジおよびリンクコストが、図５（ａ）に示す物理網の状態であるものとする。物理網のシステムは符号Ａ〜Ｇで示される。また、リンクコストはすべて１であるものとする。この場合、各システムＡ〜Ｇ間の最短経路長は、図５（ｂ）に示すようになる。この図５（ｂ）に示す最短経路長は、図４のステップＳ４０１の算出結果に相当する。

そして、仮想網の条件として、図５（ｃ）に示すように、経路の端点としてシステムＡおよびシステムＤを設定し、システムＡとシステムＤとの間の位置Ｙを、どのシステムに配置するかを決定する組合せを設定する。また、この仮想網の条件において、最短経路長１当りの要求性能を、一例として、システムＡと位置Ｙとの間を３０、位置ＹとシステムＤとの間を２０に設定する。

図５（ｄ）は、図５（ｃ）に示す仮想網の条件の下で、位置Ｙに各システムＡ〜Ｇを配置した場合の組合せ（７通り）に対するコストを算出した結果を示している。このコストの算出は、図４のステップＳ４０５を変数ｋ＝１〜７について実行したことに相当する。図５（ｄ）では、コストは、備考欄に示すように、最短経路長×要求性能の合計で算出される。そして、図５（ｄ）では、位置ＹにシステムＡを配置した場合にコストが最小になる。つまり、コストの小さい方が適しているという指標で判定する場合には、最適解として、システムＡを最適な論理システムの配置として選択することになる。なお、１つの仮想網に対する最適解を得る処理は、図４のステップＳ４０６〜Ｓ４１０の処理に相当する。なお、図５（ｄ）では、位置Ｙの地点に端点のシステムＡ，Ｄを当てはめているが、設計のバリエーションとして考え得るものであり、場合によっては制約条件として禁止しても構わない。

以上、仮想網制御装置１は、論理リンクの配置（最短経路）の演算と論理システムの配置の演算とを段階的に分けて実行することによって、演算量を縮小し計算時間を低減することができる。また、論理リンクの配置を物理網上の最短経路に決定することによって、解の精度低下を抑制することができる。つまり、本実施形態における仮想網制御装置１は、仮想網に対して物理資源の最適な割り当てを決定する場合に、割り当て精度の低下を抑制しつつ計算時間を低減することができる。

（予備資源を仮想網間で共用する場合の最適化処理フロー）
次に、予備システムの資源（以降、予備資源とも称す。）を仮想網間で共用する場合の最適化処理フロー例について、図６を用いて説明する（適宜、図２参照）。ここでは、単一故障を想定した場合において、全仮想網を救済するのに十分な予備資源を仮想網間で共用するケースについて説明する。
予備資源の割り当てを行う際には、まず、図３または図４に示す処理フローを用いて、現用資源の割り当てを決定し、次に、図６に示す処理フローを用いて、共用の予備資源の配置を発見的手法によって決定する場合で説明する。図６に示す処理フロー例は、共用の予備資源の配置を発見的手法によって決定する場合を表している。

ステップＳ６０１では、コスト割当演算部１１２は、変数の初期設定を実行する。具体的には、コスト割当演算部１１２は、単一故障パターンを識別する変数ｊに初期値として１を設定し、解Ｒに初期値としてαを設定し、予備システムの配置の組合せを識別する変数ｋに初期値として１を設定する。ただし、変数ｊは、１から単一故障パターンの総数Ｊの範囲の整数である。

ステップＳ６０２では、故障トポロジ生成部１１４は、変数ｊの単一故障パターンに対して故障トポロジを生成する。

ステップＳ６０３では、最短経路演算部１１１は、ステップＳ６０２で生成された故障トポロジ上で、物理網の各システム間の最短経路を、最短経路計算手法（ダイクストラ法等）で算出する。なお、算出された最短経路は、仮想網上の論理リンクの配置として決定される。

ステップＳ６０４では、コスト割当演算部１１２は、予備システムの配置の組合せを算出する。

ステップＳ６０５では、コスト割当演算部１１２は、変数ｋの組合せに対して全仮想網の必要コストを算出する。具体的には、コスト割当演算部１１２は、現用資源の割り当てにおいて決定されたコストとステップＳ６０３において算出された最短経路とに基づいて、共用の予備資源の配置を選択し、全仮想網を救済するために必要となる必要コスト（予備資源量）を算出する。

ステップＳ６０６では、コスト割当演算部１１２は、改善されているか否かを判定する。ここで、「改善されている」とは、１つの予備システムに対して、全ての配置の組合せおよび全ての単一故障パターンの中で最も必要コストの大きいものを選択することを意味している。
改善されていると判定した場合（ステップＳ６０６でＹｅｓ）、処理はステップＳ６０７へ進み、改善していないと判定した場合（ステップＳ６０６でＮｏ）、処理はステップＳ６０７をスキップしてステップＳ６０８へ進む。なお、ステップＳ６０５において算出された必要コストが解Ｒの必要コストに等しい場合には、改善していないと判定する。

ステップＳ６０７では、コスト割当演算部１１２は、解Ｒを更新する。具体的には、解Ｒには予備システムと必要コストとがセットとして格納されており、コスト割当演算部１１２は、算出された必要コストが格納されている必要コストより大きいと判定した場合、当該判定対象の予備システムに対応する必要コストを更新する。
ステップＳ６０８では、コスト割当演算部１１２は、変数ｋを１増加する。

ステップＳ６０９では、コスト割当演算部１１２は、変数ｋがＫより大きいか否かを判定する。ここで、Ｋは予備システムの組合せの総数である。
変数ｋがＫより大きいと判定した場合（ステップＳ６０９でＹｅｓ）、処理はステップＳ６１０へ進み、変数ｋがＫ以下であると判定した場合（ステップＳ６０９でＮｏ）、処理はステップＳ６０５へ進む。

ステップＳ６１０では、コスト割当演算部１１２は、変数ｊを１増加し、変数ｋに初期値として１を設定する。

ステップＳ６１１では、コスト割当演算部１１２は、変数ｊがＪより大きいか否かを判定する。ここで、Ｊは単一故障パターンの総数である。
変数ｊがＪより大きいと判定した場合（ステップＳ６１１でＹｅｓ）、処理はステップＳ６１２へ進み、変数ｊがＪ以下であると判定した場合（ステップＳ６１１でＮｏ）、処理はステップＳ６０２へ戻る。

ステップＳ６１２では、コスト割当演算部１１２は、最終的に得られた解Ｒを予備システムの配置、予備リンクの配置および必要コストの最適解として出力する。

以上、本実施形態の仮想網制御装置１は、論理リンクの配置（最短経路）の演算を実行する最短経路演算部１１１と論理システムの配置の演算を実行するコスト割当演算部１１２とを備える。そして、仮想網制御装置１は、論理リンクの配置（最短経路）の演算と論理システムの配置の演算とを段階的に分けて実行することによって、演算量を縮小し計算時間を低減することができる。また、論理リンクの配置を物理網上の最短経路に決定することによって、解の精度低下を抑制することができる。つまり、本実施形態における仮想網制御装置１は、仮想網に対して物理資源の最適な割り当てを決定する場合に、割り当て精度の低下を抑制しつつ計算時間を低減することができる。

また、本実施形態における論理リンクの配置（最短経路）の演算と論理システムの配置の演算とを段階的に分けて実行することの効果について、計算機シミュレーションを行った。その結果、ネットワーク規模が５０ノード、仮想網数が１０の場合には、従来の数理計画法では数分程度を要していた計算時間が、本実施形態の発見的手法を用いたときには１秒以下の計算時間しか要しなかった。さらに、ネットワーク規模が５００ノード、仮想網数が１００の場合には、数理計画法では計算時間がネットワーク規模に対して指数的に増加する傾向にあるため現実的な時間での計算は困難であるが、本実施形態の発見的手法を用いたときには数秒の計算時間しか要しなかった。したがって、本実施形態に示した論理リンクの配置（最短経路）の演算と論理システムの配置の演算とを段階的に分けて実行することは、計算時間を大幅に低減できることが確認できた。

また、本実施形態では、図１（ｂ）に示したように、１つの物理網を複数の仮想網に分割した場合を例示したが、複数のネットワーク事業者の提供するネットワーク上に、１つの仮想網を形成した場合にも、仮想網制御装置１を適用できる。

また、本実施形態では、ステップＳ４０５において算出されたコストが解Ｒ（ｊ）のコストに等しい場合、およびステップＳ６０５において算出された必要コストが解Ｒ（ｊ）の必要コストに等しい場合には、改善していないと判定するように説明した。しかし、ステップＳ４０５において算出されたコストが解Ｒ（ｊ）のコストに等しい場合、およびステップＳ６０５において算出された必要コストが解Ｒ（ｊ）の必要コストに等しい場合には、改善していると判定するようにしても構わない。さらに、コスト（必要コスト）が等しい複数の解を記憶するようにしても構わない。

１仮想網制御装置（物理資源割当装置）
４論理パス
５光伝送装置（ノード）
６ＩＰルータ（ノード）
７ＩＰルータ［仮想］
８伝送路
９論理リンク
１１処理部
１２記憶部
１３通信部
１００仮想網制御システム
１１１最短経路演算部
１１２コスト割当演算部
１１３資源設定部
１１４故障トポロジ生成部
１２１物理網ＤＢ
１２２仮想網ＤＢ

Claims

通信ネットワークを構成する各ノードの接続に関する情報である物理網のトポロジ情報および前記通信ネットワークの物理網上に構築される仮想網のトポロジ情報が記憶される記憶部と、
前記物理網のトポロジ情報を参照し、前記ノードから他の前記ノードまでの最短経路を算出し、前記算出した最短経路を前記仮想網上の論理的なリンクの配置として決定する最短経路演算部と、
前記最短経路および前記仮想網のトポロジ情報を用いて、論理的な前記ノードの配置の組合せを変化させ、前記仮想網に対する前記論理的な前記ノードの配置および資源量を示すコストを決定するコスト割当演算部と、
を備えることを特徴とする物理資源割当装置。
前記コスト割当演算部は、少なくとも前記論理的な前記ノードの配置および前記コストを変数とする目的関数を適用する数理計画法を用いて、最適な前記論理的な前記ノードの配置および前記コストを決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の物理資源割当装置。
前記コスト割当演算部は、前記論理的な前記ノードの配置の全組合せの中で、最適な前記論理的な前記ノードの配置および前記コストを決定する
ことを特徴とする請求項１に記載の物理資源割当装置。