JP6258776B2

JP6258776B2 - 耐被災ネットワーク制御システム及び装置及び方法及びプログラム

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Publication number: JP6258776B2
Application number: JP2014099561A
Authority: JP
Inventors: 斎藤　洋; 洋斎藤; 川原　亮一; 亮一川原
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2034-05-13
Also published as: JP2015215835A

Description

本発明は、耐被災ネットワーク制御システム及び装置及び方法及びプログラムに係り、特に、被災の影響を軽減するため、気象情報等に基づきネットワークの機能等を再配備する耐被災ネットワーク制御システム及び装置及び方法及びプログラムに関する。

ネットワークでは、災害に備えて、事前措置及び事後措置の２つの方法が用いられる。事前措置は、設備設計による方法であり、１つの装置が被災し、稼動できない状態となっても、もう一方の装置が稼動していれば、ネットワークとして機能するよう被災時故障を予め見込んで設計配備する方法である。事後措置は、回避制御による方法であり、予備装置に切り替える、経路変更する等により他経路にもトラヒックの一部を流すことで、ネットワークとして機能する、などの制御を行うことである。これらの技術は、故障のような予測不可能な事象に対応するための高信頼化方法を災害時にも適用しているだけであって、災害時に限定して用いられる方法ではない（例えば、非特許文献１，２参照）。

また、分散ハッシュやcloud computingや仮想化技術、software defined networkなどのネットワーク技術の進展により、ネットワーク機能等を多く自由に移動させることができるようになってきている（例えば、非特許文献３参照）。そうした技術により、たとえば、非特許文献４では、ノード負荷を自動的に負荷分散する方式などが考案されている。

AUN HAIDER AND RICHARD HARRIS, RECOVERY TECHNIQUES IN NEXT GENERATION NETWORKS, IEEE Communications Surveys, 9, 3, 2007. David R. Smith, Walter J . Cybrowski, Frank Zawislan, Donald Arnstein, Allen D. Dayton, and Theodore D. Studwell, Contingency/Disaster Recovery Planning for Transmission Systems of the Defense Information System Network, IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, 12, 1, 1994. 佃昌宣、佐藤陽一、キャリアネットワークにおけるSDN適用と運用管理技術、電子情報通信学会誌、96、12、2013. 鶴田泰、樫本義文、岡本光浩、分散サーバシステムにおけるノード負荷分散最適化方式、電子情報通信学会総合大会、B-7-84、2014．

気象学等の進展により、台風や津波などの災害を予報することが可能となっている。また、各自治体は、災害に対して、ハザードマップ等を整備し、災害時の被災想定を情報提供するようになっている。しかしながら、ネットワークがこうした防災情報を活用して災害耐力向上に利用しているとは言いがたい。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、予報または予測可能な災害に対して、ネットワークのサービスを継続するために、防災情報とネットワーク情報を活用して最適なネットワークの構成の制御を継続的に可能とする耐被災ネットワーク制御システム及び方法及び装置及びプログラムを提供することを目的とする。

一態様によれば、気象警報、災害予測情報、天気予報が配信されると、災害時でもサービス継続が可能になるようにネットワーク構成の制御を行う耐被災ネットワーク制御システムであって、
ネットワーク情報を保持するネットワーク情報記憶装置と、
配信された情報に基づいて、被災エリアを推定あるいは仮定し、あるいは事前に推定、仮定、または入手した被災エリアを抽出する、あるいは、推定被災エリア情報を外部より取得する被災エリア推定装置と、
前記ネットワーク情報記憶装置の前記ネットワーク情報に基づいて、移動元候補と移動先候補からなる制御可能案集合を作成する制御可能集合作成装置と、
前記制御可能案集合と前記被災エリア推定装置で得られた前記推定被災エリア情報を用いて、該制御可能案集合の各案の評価尺度に基づいて評価値を求め、予め定められた基準値と比較して回避対象を決定する評価尺度評価装置と、
前記評価尺度評価装置で得られた前記回避対象を使用しないよう制御実行する制御実行装置と、を有する耐被災ネットワーク制御システムが提供される。

一態様によれば、防災情報とネットワーク情報を連携させて、被災が予想される設備を推定し、データ移行や代行可能な設備を算出し、ネットワークやサービスの構成変更やデータセンタを退避させ、最適なネットワーク構成の制御を実現することにより災害時でもサービス継続が可能となる。

本発明の一実施の形態における動作概要のフローチャート。本発明の一実施の形態におけるシステム構成例。本発明の一実施の形態における制御例。本発明の他の実施の形態における耐被災ネットワーク制御装置の構成例。

以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施の形態における動作概要のフローチャートである。

本発明は、気象庁の警報発令を契機として、被災エリア推定・仮定（ステップ１）、サーバ位置の配備等、制御可能案集合作成（ステップ２）、各案の評価尺度評価、あるいは、最適解探索（ステップ３）、制御実行（ステップ４）を行う。

本発明では、気象警報、災害予測情報、天気予報等の配信を契機として上記の処理を行うものとし、上記のステップ３において、移動元候補集合と移動先候補集合を制御可能案とし、これらの候補集合の中から、災害で被災する、あるいは、ネットワークが被災することで接続性が大きく損なわれる等のデータセンタやネットワークセンタを回避対象として特定し、例えば、前述の非特許文献４にあるような負荷分散技術を適用する。

なお、本実施の形態では、一例として、気象庁の警報が発令された場合を例として説明するが、この例に限定されることなく、配信された災害予測情報や、天気予報を用いてもよい。

図２は、本発明の一実施の形態におけるシステム構成例を示す。

同図のシステムは、気象庁の装置１０、各自治体の装置２０、ネットワーク３０、オペレーションセンタ１００から構成される。

ネットワーク３０は、複数のデータセンタまたはネットワークセンタ３１、各データセンタまたはネットワークセンタ３１に接続される複数のサーバ３２及びデータセンタ情報記憶装置３３を有するものとする。データセンタ情報記憶装置３３は、各データセンタまたはネットワークセンタ３１に接続されるサーバ３２に関するローカルな情報を格納する。

オペレーションセンタ１００は、気象庁の装置１０、各自治体の装置２０、ネットワーク３０と接続されている。オペレーションセンタ１００は、ネットワーク情報記憶装置１１０、制御実行装置１２０、被災エリア推定装置１３０、制御可能案集合作成装置１４０、評価尺度評価装置１５０、通信装置１６０を有する。ここで、被災エリア推定装置１３０の代わりに被災エリアの情報を保持する被災エリア記憶装置１３１を具備してもよい。ネットワーク情報記憶装置１１０は、上記のデータセンタ情報記憶装置３３に格納されている情報も含むが、全国的なネットワークの構成情報を保持する。

上記の構成における処理について、図１の各処理について説明する。

気象庁の装置１０は、気象警報等を通信装置１６０を介してオペレーションセンタ１００に通知する。

ステップ１）気象庁の装置１０から警報を受信したオペレーションセンタ１００の制御実行装置１２０では、警報種別、警報レベル、警報対象地域を把握し、それに応じて、通信装置１６０を介して、関連する各自治体の装置２０にアクセスし、最新の関連ハザードマップ、あるいは、対象地域の推定被災エリアマップを入手する。あるいは、事前に通信装置１６０を介して、各自治体の装置２０にアクセスし、ハザードマップ、あるいは、推定被災エリアマップを入手しておき、それを被災エリア記憶装置１３１に保持していてもよい。この場合は、当該被災エリア記憶装置１３１に保持した情報から、関連ハザードマップあるいは、対象地域の推定被災エリアマップを取り出す。

ハザードマップのみ得られる場合は、被災エリア推定装置１３０は、ハザードマップに基づき、対象地域の被災エリアを推定する。被災エリア推定方法は、特に限定しないが、例えば、関連するハザードマップにある被災エリアを、そのまま推定被災エリアとする、あるいは、ハザードマップにあるレベル別被災エリアが予め定められた確率で生じるものとする、等の方法があり得る。また、事前に、各対象地域について、推定被災エリアを用意しておく方法もある。

得られた対象地域の推定被災エリアは、被災エリア推定装置１３０に保持してもよいが、以下では被災エリア記憶装置１３１に保持しておくものとする。

ステップ２）制御可能案集合作成装置１４０は、ネットワーク機能（実際には、ネットワーク機能を実現するソフトウェア）やデータ、コンテンツなど、推定被災エリア内、あるいは、地域基幹網などの部分網で、その一部が被災エリア内にある部分網内、にあるものを移動元の候補とする。移動元候補のうち、ステップ３で回避対象とされる位置にある移動し得るものを、同位置から別の位置に移すため、以下の処理を行う。

(1)被災エリア記憶装置１３１から推定被災エリア情報を得る。さらに、ネットワーク情報記憶装置１１０、および、通信装置１６０を介して各データセンタまたはネットワークセンタ３１等に接続されるデータセンタ情報記憶装置３３からネットワーク情報を得る。

(2)次に、推定被災エリアと移動元候補であるデータセンタと、これらの移動先候補として可能性のあるデータセンタ（あるいは、ネットワークセンタ）候補を表示する。

この移動先候補には、現在のデータセンタまたはネットワークセンタ３１が含まれる場合もある。これらが移動先として選択された場合は、実質的に移動しないことを意味する。そして、オペレータは、表示された候補から、実際に、移動元や移動先とするものを選ぶ（この選択行為は、省略してもよい）。移動元候補集合と移動先候補集合を、制御可能案集合として作成する。なお、オペレータによる選択が行われない場合は、移動先候補は網全体等の予め定められた範囲を対象として選定される。

ステップ３）評価尺度評価装置１５０は、制御可能案集合作成装置１４０の出力である制御可能案集合と被災エリア記憶装置１３１から読み出した推定被災エリアを入力として得る。これに加えて、ネットワーク情報記憶装置１１０およびデータセンタ情報記憶装置３３のネットワーク情報から、データセンタまたはネットワークセンタ３１の位置やネットワーク３０上の経路（物理的な経路）がどこを通っているか、の情報を得て、推定被災エリアと対照できるものとする。具体的には、評価尺度評価装置１５０は、データセンタまたはネットワークセンタ３１の位置や経路位置情報から、データセンタまたはネットワークセンタ３１や経路が推定被災エリアに含まれているかの判定機能、推定被災エリア内の経路長算出機能などを有するものとする。そして、これらの入力に対して、予め定められた評価尺度とその計算方法を実行して、各制御可能案に対する評価値を出力する。上記の評価尺度としては、
ａ．移動元・移動先の推定被災確率;
ｂ．移動元・移動先がアクセスノードから接続できなくなる確率（の総和や最悪値）;
ｃ．移動元・移動先が予め定められた重要ノードとの接続ができなくなる確率;
等が考えられる。

例えば、図３のようなケースを例示する。点線は被災エリア推定装置１３０の出力である推定被災エリアであり、被災確率も併せて与えられている。"データセンタ1"，"データセンタ２"，"データセンタ３"と"アクセスノード１"，"重要ノード"は、ネットワーク内の経路（実線）で結ばれている。ここでいう経路は、物理的な経路を意味し、地図上で実際に通る場所を表している。

以下、各データセンタが、移動元あるいは移動先の候補であるとした場合の評価値の算出方法を述べる。評価尺度がａの場合、"データセンタ１"は0、"データセンタ２"は0.7、"データセンタ３"は0.2、となる。これは、推定被災エリア、被災確率とデータセンタ位置が与えられれば、直ちに、算出される。評価尺度がｂの場合、ネットワーク情報記憶装置１１０は、被災エリアに含まれた場合の、データセンタの故障率（被災時故障率）データｐ、ノードの故障率（被災時故障率）ｑ、リンク被災時故障率データr[1/km]を有するものとする。被災エリアに含まれない場合は、故障率が0であり、"データセンタ１"に対する評価値は0である。

"データセンタ２"については、推定被災エリア内の経路長算出機能で、確率0.7の被災エリア内の"アクセスノード１"と"データセンタ２"間の経路長がL1、確率0.2の被災エリア内の"アクセスノード１"と"データセンタ２"間経路長がL2を得る。そして、"データセンタ２"に対する評価値を以下のように得る。各リンクの微小区間長をdxとし、N1＝L1／dx、N2＝L2／dxとして、確率0.7の被災エリア内のリンク故障確率＝１−(1−rdx)^N1、確率0.2の被災エリア内のリンク故障確率＝１−(1−rdx)^N2、を得る。確率0.7の被災エリア内で接続できなくなる確率は、"データセンタ２"だけが故障する確率、リンクだけが故障する確率、"データセンタ２"とリンクが両方故障する確率であることから、それぞれ、p(1−rdx)^N1＋(1−p)（１−(1−rdx)^N1）＋p（１−(1−rdx)^N1）、すなわち、p(1−rdx)^N1＋（１−(1−rdx)^N1）、を得る。同様に、確率0.2の被災エリア内で接続できなくなる確率は、p(1−rdx)^N2＋（１−(1−rdx)^N2）を得る。従って、データセンタ２に対する評価値は、0.7 {p(1−rdx)^N1＋（１−(1−rdx)^N1）}＋0.2{p(1−rdx)^N2＋（１−(1−rdx)^N2）}を得る。rdxが微小量である場合は、この評価値は、0.7(p＋r×L1−p×r×L1)＋0.2(p＋r×L2−p×r×L2)で近似できる。

"データセンタ３"についても、推定被災エリア内の経路長算出機能で、確率0.2の被災エリア内の"アクセスノード１"と"データセンタ２"間の経路長がL3を得る。そして、各リンクの微小区間長をdxとし、N3＝L3／dxとして、0.2{p(1−rdx)^N3＋（１−(1−rdx)^N3）}をデータセンタ３に対する評価値として得る。rdxが微小量である場合は、この評価値は、0.2(p＋r×L3−p×r×L3)で近似できる。

評価値を得て、あらかじめ定められた基準値より悪い、移動元候補あるいは移動先の候補であるデータセンタやネットワークセンタを回避対象として指定する。ここで、「基準値より悪い」とは、接続できなくなる確率など、値が大きくなると悪くなるような尺度では、評価値＞尺度値であることを意味し、逆に接続可能確率など、値が小さくなると悪くなるような尺度では、評価値＜尺度値となることを意味する。

ステップ４）制御実行装置１２０は、評価尺度評価装置１５０の出力である回避対象を、入力として得る。制御実行装置１２０は、移動元候補で回避対象となったデータセンタやネットワークセンタ（のサーバ）にある、ソフトウェアやデータ、コンテンツ等を、移動先の候補であるデータセンタやネットワークセンタ（のサーバ）へ移動する。

例えば、分散キャッシュによる負荷分散装置を用いる場合は、
(1)移動元候補で回避対象となったデータセンタまたはネットワークセンタ３１_１のサーバ３２_１のソフトウェアやデータ、コンテンツ等の移動対象を、移動先の候補であるデータセンタまたはネットワークセンタ３１_２のサーバ３２_３に移動させる。

(2)キャッシュの振り分け先に、上記回避対象を移動したサーバ３２_３を新たに組み込み、移動元候補で回避対象となったデータセンタまたはネットワークセンタ３１_１のサーバ３２_１を、キャッシュの振り分け先から外す。

なお、移動の実施は、処理中の処理が終了してからなどでよい。

上記の図２に示すオペレーションセンタ１００には、ネットワーク情報記憶装置１１０、制御実行装置１２０、被災エリア推定装置１３０、被災エリア記憶装置１３１、制御可能案集合作成装置１４０、評価尺度評価装置１５０、通信装置１６０を備える構成としたが、図４のように、オペレーションセンタ内に、上記の各装置と同様の機能を有するネットワーク情報記憶部２１０、制御実行部２２０、被災エリア推定部２３０、被災エリア記憶部２３１、制御可能案集合作成部２４０、評価尺度評価部２５０、通信部２６０を有する耐被災ネットワーク制御装置２００を設ける構成としてもよい。当該耐被災ネットワーク制御装置２００の通信部２６０は、図２の構成と同様に、気象庁の装置１０、各自治体の装置２０及びネットワーク３０と接続されているものとする。

本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。

１０気象庁の装置
２０各自治体の装置
３０ネットワーク
３１データセンタまたはネットワークセンタ
３２サーバ
３３データセンタ情報記憶装置
１００オペレーションセンタ
１１０ネットワーク情報記憶装置
１２０制御実行装置
１３０被災エリア推定装置
１３１被災エリア記憶装置
１４０制御可能案集合作成装置
１５０評価尺度評価装置
１６０通信装置
２００耐被災ネットワーク制御装置
２１０ネットワーク情報記憶部
２２０制御実行部
２３０被災エリア推定部
２３１被災エリア記憶部
２４０制御可能案集合作成部
２５０評価尺度評価部
２６０通信部

Claims

気象警報、災害予測情報、天気予報が配信されると、災害時でもサービス継続が可能になるようにネットワーク構成の制御を行う耐被災ネットワーク制御システムであって、
ネットワークの物理的な経路を示す物理経路情報が含まれるネットワーク情報を保持するネットワーク情報記憶装置と、
配信された情報に基づいて、被災エリアを推定あるいは仮定し、あるいは事前に推定、仮定、または入手した被災エリアを抽出する、あるいは、推定被災エリア情報を外部より取得する被災エリア推定装置と、
前記ネットワーク情報記憶装置の前記ネットワーク情報に基づいて、移動元候補と移動先候補からなる制御可能案集合を作成する制御可能集合作成装置と、
前記制御可能案集合と前記被災エリア推定装置で得られた前記推定被災エリア情報を用いて、該制御可能案集合の各案の評価尺度に基づいて評価値を求め、予め定められた基準値と比較して回避対象を決定する評価尺度評価装置と、
前記評価尺度評価装置で得られた前記回避対象を使用しないよう制御実行する制御実行装置と、
を有し、
前記制御可能案集合は、ネットワーク機能、データ、コンテンツを前記移動元候補および前記移動先候補として含む、
ことを特徴とする耐被災ネットワーク制御システム。
前記評価尺度評価装置は、
移動先の地理的または位置的情報を用いて、前記被災エリア推定装置で得られた被災エリアと照会する手段を含む
請求項１記載の耐被災ネットワーク制御システム。
気象警報、災害予測情報、天気予報が配信されると、災害時でもサービス継続が可能になるようにネットワーク構成の制御を行うシステムにおける耐被災ネットワーク制御方法であって、
ネットワークの物理的な経路を示す物理経路情報が含まれるネットワーク情報を保持するネットワーク情報記憶装置を有するシステムにおいて、
配信された情報に基づいて、被災エリアを推定あるいは仮定し、あるいは事前に推定、仮定、または入手した被災エリアを抽出する、あるいは、推定被災エリア情報を外部より取得する被災エリア推定ステップと、
前記ネットワーク情報記憶装置の前記ネットワーク情報に基づいて、移動元候補と移動先候補からなる制御可能案集合を作成する制御可能集合作成ステップと、
前記制御可能案集合と前記被災エリア推定ステップで得られた前記推定被災エリア情報を用いて、該制御可能案集合の各案の評価尺度に基づいて評価値を求め、予め定められた基準値と比較して回避対象を決定する評価尺度評価ステップと、
前記評価尺度評価ステップで得られた前記回避対象を使用しないよう制御実行する制御実行ステップと、
を行い、
前記制御可能案集合は、ネットワーク機能、データ、コンテンツを前記移動元候補および前記移動先候補として含む、
ことを特徴とする耐被災ネットワーク制御方法。
前記評価尺度評価ステップにおいて、
移動先の地理的または位置的情報を用いて、前記被災エリア推定ステップで得られた被災エリアと照会する
請求項３記載の耐被災ネットワーク制御方法。
気象警報、災害予測情報、天気予報が配信されると、災害時でもサービス継続が可能になるようにネットワーク構成の制御を行う耐被災ネットワーク制御装置であって、
ネットワークの物理的な経路を示す物理経路情報が含まれるネットワーク情報を保持するネットワーク情報記憶手段と、
配信された情報に基づいて、被災エリアを推定あるいは仮定し、あるいは事前に推定、仮定、または入手した被災エリアを抽出する、あるいは、推定被災エリア情報を外部より取得する被災エリア推定手段と、
前記ネットワーク情報記憶手段の前記ネットワーク情報に基づいて、移動元候補と移動先候補からなる制御可能案集合を作成する制御可能集合作成手段と、
前記制御可能案集合と前記被災エリア推定手段で得られた前記推定被災エリア情報を用いて、該制御可能案集合の各案の評価尺度に基づいて評価値を求め、予め定められた基準値と比較して回避対象を決定する評価尺度評価手段と、
前記評価尺度評価手段で得られた前記回避対象を使用しないよう制御実行する制御実行手段と、
を有し、
前記制御可能案集合は、ネットワーク機能、データ、コンテンツを前記移動元候補および前記移動先候補として含む、
ことを特徴とする耐被災ネットワーク制御装置。
前記評価尺度評価手段は、
移動先の地理的または位置的情報を用いて、前記被災エリア推定手段で得られた被災エリアと照会する手段を含む
請求項５記載の耐被災ネットワーク制御装置。
コンピュータを、
請求項５または６に記載の耐被災ネットワーク制御装置の各手段として機能させるための耐被災ネットワーク制御プログラム。