JP6363976B2 - サービスチェイン管理装置およびサービスチェイン管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、サービスチェイン管理装置およびサービスチェイン管理方法に関する。

ネットワーク上を転送される１つの通信フローに対して、アドレス変換、パケットフィルタリング、ファイアウォール、ペアレンタルコントロール等の複数の処理を複数の処理装置間を転送して行うサービスチェイニング技術が検討されている（例えば非特許文献１を参照）。

サービスチェイニング技術によりフローの処理を行う場合、フローに決められた処理順で各処理装置を通過させるために、装置間にサービスチェイン（ＳＣ）という経路を設定する。１つのＳＣの帯域は装置のスループットで大きさを表わされる処理能力であるリソース量によって制限される。そのため、フローを集めたトラヒック量が装置のリソース量を超える場合は同じ処理であっても複数のＳＣを設定する。そして、ＳＣの入口となるフロー振分装置では、各フローにＳＣを割り当て、各フローのパケットを割り当てたＳＣへ振り分ける。

"draft-ietf-sfc-architecture-02"［online］、2014年9月20日、［2015年7月15日検索］、インターネット（https://datatracker.ietf.org/doc/draft-ietf-sfc-architecture/02/）

しかしながら、従来のサービスチェイニング技術においては、処理装置のリソース使用率を向上させるような帯域の設定方法については考慮されておらず、処理装置の必要数が大きくなるという問題があった。例えば、トラヒック量が一定であれば、各処理装置におけるリソース使用率が大きいほど必要な処理装置の数は小さくなる。

本発明のサービスチェイン管理装置は、同じ処理機能を有する複数の処理装置群のそれぞれから１つずつ抽出した処理装置の全てを経由する経路を設定し、前記経路の帯域に応じた量の前記処理装置のリソースを前記経路に割り当て、受信したフローを前記経路に振り分けて転送するネットワークシステムを管理するサービスチェイン管理装置であって、前記処理装置のリソース量を整数で割った値のうち、あらかじめ定められた最小値以上かつリソース量が最小である処理装置のリソース量以下である値を算出する帯域候補算出部と、前記帯域候補算出部によって算出された前記値のそれぞれについて、前記値を前記経路の帯域として設定し前記処理装置のリソースを割り当てた場合の前記処理装置全体のリソース使用率を算出する使用率算出部と、前記帯域候補算出部によって算出された前記値のうち、前記使用率算出部によって算出された前記リソース使用率が最大となる値を前記経路の帯域として選択する帯域選択部と、を有することを特徴とする。

また、本発明のサービスチェイン管理方法は、同じ処理機能を有する複数の処理装置群のそれぞれから１つずつ抽出した処理装置の全てを経由する経路を設定し、前記経路の帯域に応じた量の前記処理装置のリソースを前記経路に割り当て、受信したフローを前記経路に振り分けて転送するネットワークシステムを管理するサービスチェイン管理装置で実行されるサービスチェイン管理方法であって、前記処理装置のリソース量を整数で割った値のうち、あらかじめ定められた最小値以上かつリソース量が最小である処理装置のリソース量以下である値を算出する帯域候補算出工程と、前記帯域候補算出工程によって算出された前記値のそれぞれについて、前記値を前記経路の帯域として設定し前記処理装置のリソースを割り当てた場合の前記処理装置全体のリソース使用率を算出する使用率算出工程と、前記帯域候補算出工程によって算出された前記値のうち、前記使用率算出工程によって算出された前記リソース使用率が最大となる値を前記経路の帯域として選択する帯域選択工程と、を含んだことを特徴とする。

本発明によれば、サービスチェイニング技術における処理装置のリソース使用率を最大化させ、処理装置の必要数を最小限に抑えることができる。

図１は、第１の実施形態に係るサービスチェイン管理装置を含むシステム全体の構成の一例を示す図である。 図２は、サービスチェイニング技術によるリソースの割り当て方法について説明するための図である。 図３は、サービスチェイニング技術によるリソースの割り当て方法について説明するための図である。 図４は、第１の実施形態に係る帯域設定部の構成の一例を示す図である。 図５は、第１の実施形態に係るサービスチェイン管理装置のリソース割り当て方法における処理装置１台の割り当てるリソース量とサービスチェインの帯域の関係を示す図である。 図６は、第１の実施形態に係るサービスチェイン管理装置のリソース割り当て方法を説明するための図である。 図７は、第１の実施形態に係るサービスチェイン管理装置のリソース割り当て方法によるリソースの割り当ての一例を示す図である。 図８は、第１の実施形態に係るサービスチェイン管理装置の帯域設定部の処理を示すフローチャートである。 図９−１は、第２の実施形態に係る帯域設定部の構成の一例を示す図である。 図９−２は、第２の実施形態に係るサービスチェイン設定部の構成の一例を示す図である。 図１０は、第２の実施形態に係るサービスチェイン管理装置のリソース割り当て方法を説明するための図である。 図１１は、第２の実施形態に係るサービスチェイン管理装置のリソース割り当て方法を説明するための図である。 図１２は、第２の実施形態に係るサービスチェイン管理装置のリソース割り当て方法を説明するための図である。 図１３は、第２の実施形態に係るサービスチェイン管理装置のリソース割り当て方法を説明するための図である。 図１４は、第２の実施形態に係るサービスチェイン管理装置のリソース割り当て方法を説明するための図である。 図１５は、第２の実施形態に係る帯域設定部の処理を示すフローチャートである。 図１６は、第２の実施形態に係る帯域設定部およびサービスチェイン設定部の処理を示すフローチャートである。 図１７は、プログラムが実行されることによりサービスチェイン管理装置が実現されるコンピュータの一例を示す図である。

以下に、本願に係るサービスチェイン管理装置およびサービスチェイン管理方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本願に係るサービスチェイン管理装置およびサービスチェイン管理方法が限定されるものではない。

［第１の実施形態］
以下の実施形態では、第１の実施形態の構成および処理の流れについて説明し、さらに第１の実施形態による効果を説明する。

［第１の実施形態の構成］
まず、図１を用いて第１の実施形態に係るサービスチェイン管理装置およびサービスチェイン管理装置を含むシステムについて説明する。図１は、第１の実施形態に係るサービスチェイン管理装置を含むシステム全体の構成の一例を示す図である。図１のシステムは、同じ処理機能を有する複数の処理装置群のそれぞれから１つずつ抽出した処理装置の全てを経由する経路を設定し、経路の帯域に応じた量の処理装置のリソースを経路に割り当て、受信したフローを経路に振り分けて転送する。

フローとは、１台の端末が他の１台の端末と通信する際に送信するパケット群であり、パケットヘッダの宛先アドレス、送信元アドレス、宛先ポート番号、送信元ポート番号の組み合わせが同じパケット群と定義する。

図１の例では、１つのフローを処理機能ＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３により処理する。システムは処理機能ＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３を有する各処理装置、サービスチェイン管理装置１、フロー振分装置２を有する。図１に示すように、サービスチェイン管理装置１は、トラヒック管理部１０、装置管理部２０、帯域設定部３０およびサービスチェイン設定部４０を有する。

トラヒック管理部１０は処理するトラヒックの情報を管理する。装置管理部２０は各処理装置とフロー振分装置の情報を管理する。帯域設定部３０は、トラヒック管理部１０が持つトラヒック情報および装置管理部２０が持つ処理装置の情報から、ＳＣに設定する帯域を算出する。サービスチェイン設定部４０は、帯域設定部３０の決定に従い、ＳＣをフロー振分装置２と各処理装置に設定し、帯域に応じたリソースの割り当てを行う。

ここで、図２および３を用いて、サービスチェイニング技術によるリソースの割り当て方法について説明する。図２および３は、サービスチェイニング技術によるリソースの割り当て方法について説明するための図である。

まず、フロー振り分けおよびリソース割り当ての処理の概要について説明する。パケットを受信したフロー振分装置２は、パケットのヘッダ情報よりパケットが属するフローを識別し、フローに対してＳＣを割り当て、フローとＳＣの対応関係を記憶する。受信したパケットが既にＳＣを割り当てたフローに属する場合、フロー振分装置２は所持するフローとＳＣの対応関係の情報から転送先のＳＣを識別し、当該ＳＣへパケットを送信する。

そして、処理機能ＳＦ１を持つ処理装置は、フロー振分装置２から送られてきたパケットを処理し、サービスチェイン設定部４０が行った設定に従い、ＳＣで次の処理を行う処理機能ＳＦ２を持つ処理装置へ転送する。同様に処理機能ＳＦ２を持つ処理装置は、処理機能ＳＦ１を持つ処理装置から送られてきたパケットを処理し、サービスチェイン設定部４０が行った設定に従い、ＳＣで次の処理を行う処理機能ＳＦ３を持つ処理装置へ転送する。処理機能ＳＦ３を持つ処理装置は、処理を行った後、パケットのヘッダに記載されている宛先へパケットを転送する。

図２を用いて、各処理装置のリソース量の一例について説明する。図２に示すように、同じ処理機能を持つ処理装置のリソース量は同一であるものとする。例えば、処理機能ＳＦ１を持つ処理装置のリソース量は全てＲ_１である。また、処理機能ＳＦ２を持つ処理装置のリソース量は全てＲ_２である。また、処理機能ＳＦ３を持つ処理装置のリソース量は全てＲ_３である。さらに、Ｒ_１≦Ｒ_２≦Ｒ_３の関係が満たされているものとする。

図３を用いて、ＳＣの設定方法の一例について説明する。図３の例では、各処理装置のリソース量Ｒ_１、Ｒ_２およびＲ_３のうちＲ_１が最小である。そして、図３に示すように、帯域がＲ_１と等しい５つのＳＣを設定した場合、処理機能ＳＦ１を持つ処理装置のリソースは全て使用されている。これに対し、処理機能ＳＦ２を持つ処理装置および処理機能ＳＦ３を持つ処理装置のリソースの一部は使用されていない。このとき、使用されているリソース量の各処理装置の全てのリソース量に占める割合がリソース使用率である。

図４を用いて帯域設定部３０の詳細な構成について説明するとともに、第１の実施形態におけるリソースの割り当て方法について説明する。図４は、第１の実施形態に係る帯域設定部の構成の一例を示す図である。なお、第１の実施形態においては、ＳＣの帯域は全て等しいものとする。図４に示すように、帯域設定部３０は、帯域候補算出部３０１、使用率算出部３０２および帯域選択部３０３を有する。

帯域候補算出部３０１は、処理装置のリソース量を整数で割った値のうち、あらかじめ定められた最小値以上かつリソース量が最小である処理装置のリソース量以下である値を算出する。帯域候補算出部３０１は、まず、帯域をＰとしたときの各処理機能に設定可能なＳＣの数Ｋを式（１）によって表す。ここで、Ｒ_ｉは処理機能ＳＦｉのリソース量である。なお、添え字ｉは処理機能の識別子である。また、floorは小数点以下を切り捨てる関数である。

これより、処理機能ＳＦｉにおいてＳＣに割り当てられるリソース量Ｑ_ｉは式（２）によって表される。

図５に、処理機能ＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３について、ＳＣの帯域Ｐと各処理機能でＳＣに割り当てられるリソース量Ｑ_ｉの関係、すなわち式（２）の関係の例を示す。図５は、第１の実施形態に係るサービスチェイン管理装置のリソース割り当て方法における処理装置１台の割り当てるリソース量とサービスチェインの帯域の関係を示す図である。

図５の横軸はＳＣの帯域Ｐ、縦軸は各処理機能でＳＣに割り当てられるリソース量Ｑ_ｉである。リソース量は装置のスループットで表すものとする。最低保証帯域をＢ_ｍｉｎとする。また、全処理機能の中で最もリソース量が小さい処理機能のリソース量をＲ_ｍｉｎとする。図５の例では、Ｒ_ｍｉｎ＝Ｒ_１である。このときのＰの範囲は式（３）によって表される。

ＳＣは全ての処理機能を通るため、リソース量が最小である処理機能を持つ処理装置のリソース量Ｒ_ｍｉｎによってＳＣの帯域の上限が制限される。このため、Ｐの最大値がＲ_ｍｉｎになる。

また、図５に示すように、ＳＦ１のＳＣへ割り当てるリソース量Ｑ_１が極大値のＲ_１となる場合のＰをＰ_１−１とする。同様に、ＳＦ２のＳＣへ割り当てるリソース量Ｑ_２が極大値のＲ_２となる場合のＰをＰ_２−１、Ｐ_２−２およびＰ_２−３とする。同様に、ＳＦ３のＳＣへ割り当てるリソース量Ｑ_３が極大値のＲ_３となる場合のＰをＰ_３−１、Ｐ_３−２、Ｐ_３−３およびＰ_３−４とする。

図５に示すように、帯域Ｐの増加に伴って、ＳＣに割り当てられるリソース量Ｑ_ｉは増減を繰り返す。リソース量Ｑ_ｉが増減を繰り返す理由を、図６を用いて説明する。図６は、第１の実施形態に係るサービスチェイン管理装置のリソース割り当て方法を説明するための図である。図６の例では、処理機能ＳＦ２を持つ処理装置を例に挙げて説明する。図６に示すように、ＰがＢ_ｍｉｎであるとき、リソース量Ｒ_２はＰを５個含むことができる。そして、Ｐを大きくしていき、Ｐ＝Ｐ_２−１のときにＰの５個分のリソース量Ｑ_２がＲ_２と等しくなる。

このとき、処理装置のリソースは全てＳＣに割り当てられ、処理機能ＳＦ２においてはリソース使用率が１００％となる。さらにＰが増加するとＰの５個分のリソース量はＲ_２を超えるため、Ｒ_２が含むことができるＰの数は４個となる。このとき、ＳＣへ割り当てられるリソース量Ｑ_２は減少し、リソース使用率も低下する。

さらにＰが増加するとＳＣへ割り当てられるリソース量は増加し、リソース使用率も大きくなっていく。このようにＰの増加に伴ってＳＣに割り当てられるリソース量Ｑ_２は増減を繰り返す。

同様に、ＳＦ１およびＳＦ３をそれぞれ持つ処理装置においても、Ｐの増加に伴ってＳＣに割り当てられるリソース量Ｑ_１およびＱ_３は増減を繰り返す。ただし、処理機能ごとに処理装置のリソース量が異なるため、図５に示すように、ＳＣに割り当てられるリソース量Ｑ_ｉが極大値となるＰは各処理機能によって異なる。

次に、ＳＣの帯域Ｐの値に対する、全処理装置についてのリソース使用率を算出する方法について説明する。処理するトラヒック量をＴとすると、式（４）によってＳＦｉの装置数Ｎ_ｉを求めることができる。

本来、装置数Ｎ_ｉは装置数を表す整数であるが、ここでは実数として扱い、少数点以下の切り上げおよび切り捨ては行わない。これにより、処理装置１台のリソースに満たない端数のトラヒック量によるリソース使用率の計算への影響をなくすことができる。

例えば、トラヒック量が処理装置のリソース量Ｒの１．５倍の１．５Ｒであるとき、装置数Ｎ_ｉを２台とすると、処理すべきトラヒックがないために使用されないリソース量０．５Ｒにより、リソース使用率が低くなる。したがって、Ｎ_ｉを整数として算出したリソース使用率は、最低帯域を保証した上でリソース使用率を向上させるためにＰを調整した結果以外の要因を含むことになる。その影響を除くためにＮ_ｉを実数として計算する。

ここで、式（５）に示すように、ＳＦｉの全処理装置の使用するリソース量Ｚ_ｉはトラヒック量Ｔに等しい。

また、ＳＦｉの全処理装置の、ＳＣに割り当てないリソースを含めたリソース量Ｈ_ｉは、式（６）によって表される。

式（４）および（６）よりＨ_ｉは式（７）のように表される。

処理機能の種類の数をｍとすると、全処理機能の使用するリソース量ＺＴは、式（５）より、式（８）のように表される。

これより、全処理装置のリソース量ＨＴは、式（９）のように表される。

さらに、式（７）および（９）より、ＨＴは式（１０）のように表される。

そして、全体のリソース使用率Ｅは、式（１１）のように表される。

式（８）、（１０）および（１１）より、Ｅは式（１２）のように表される。

ここで、帯域候補算出部３０１は、Ｑ_ｉが極大値となるＰを帯域の候補とする。帯域候補算出部３０１が、Ｑ_ｉが極大値となるＰを帯域の候補とする理由を図５の例を用いて説明する。まず、図５の例で、Ｑ_ｉが極大値となるＰのうち、隣り合う２つのＰの間の範囲を式（１３）のように表される。

式（１３）の範囲では、Ｐが増加するとＱ_１、Ｑ_２、Ｑ_３は全て単調増加する。よってＰが式（１３）の範囲にある場合、ＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３の全てにおいて、Ｐ＝Ｐ_２−３のときにＱ_１、Ｑ_２およびＱ_３は最大値となる。したがって、式（１２）より、式（１３）の範囲においては、Ｐ＝Ｐ_２−３のときにリソースの使用率Ｅが最大となる。

一般に、いずれかの処理装置に割り当てるリソース量Ｑ_ｉが極大値Ｒ_ｉとなるＰの中で、隣り合うＰ_ｘ１とＰ_ｘ２の間の範囲Ｐ_ｘ１＜Ｐ≦Ｐ_ｘ２では、式（２）より、Ｐが増加するとＱ_ｉ全てが単調増加する。そのため、上記の範囲においてはＰ＝Ｐ_ｘ２のときにＱ_ｉの全てが最大となる。したがって、式（１２）より、Ｐ＝Ｐ_ｘ２のときにリソースの使用率Ｅが最大となる。

以上のことから、与えられた各処理装置のリソース量とＳＣの最低保証帯域から、リソース使用率が最大となるＳＣの帯域Ｐは、ＳＣへ割り当てるリソース量Ｑ_ｉが極大値Ｒ_ｉになるＰのうちのいずれかであるといえる。

ここで、各処理装置において、全てのリソースがＳＣに割り当てられ、Ｑ_ｉが極大値Ｒ_ｉとなるＰを探す。Ｑ_ｉは、Ｋを整数とすると、式（１）および（２）より、式（１４）のように表される。

このとき、Ｑ_ｉが極大値Ｒ_ｉと一致するため、Ｑ_ｉは式（１５）のように表される。

そして、Ｐは、式（１４）および（１５）より式（１６）のように表される。

さらに、Ｒ_ｉの範囲は、式（３）および（１６）より、式（１７）のように表される。

これより、Ｋの範囲は、式（１８）のように表される。

Ｑ_ｉが極大値Ｒ_ｉとなるＰは、式（１８）の条件を満たす整数Ｋと同数存在する。そして、式（１６）から各Ｋの値に対してＱ_ｉが極大値Ｒ_ｉとなるＰを求めることができる。

使用率算出部３０２は、帯域候補算出部３０１によって算出された値のそれぞれについて、値を経路の帯域として設定し処理装置のリソースを割り当てた場合の処理装置全体のリソース使用率を算出する。具体的には、使用率算出部３０２は、式（１８）を満たす各Ｋに対応するＰについて、式（１２）からリソース使用率Ｅを算出する。

図５の例では、使用率算出部３０２は、ＰがＰ_１−１、Ｐ_２−１、Ｐ_２−２、Ｐ_２−３、Ｐ_３−１、Ｐ_３−２、Ｐ_３−３およびＰ_３−４である場合のリソース使用率を算出する。そして、帯域選択部３０３は、帯域候補算出部３０１によって算出された値のうち、使用率算出部３０２によって算出されたリソース使用率が最大となる値をＳＣの帯域として選択する。

ここで、図７を用いて、リソースの割り当て方法の一例について説明する。図７は、第１の実施形態に係るサービスチェイン管理装置のリソース割り当て方法によるリソースの割り当ての一例を示す図である。図７の例における処理装置のリソース量およびトラヒック量は、図３の例における処理装置のリソース量およびトラヒック量と同じであるものとする。図３の例では、帯域を、全トラヒックを５分割した値としている。これに対し、図７の例では全トラヒックを１２分割した値としている。図３の例および図６の例のいずれにおいても、Ｑ_ｉは極大値である。

図３の例では、処理機能ＳＦ１を持つ処理装置、処理機能ＳＦ２を持つ処理装置および処理機能ＳＦ３を持つ処理装置がそれぞれ５つずつ必要になる。これに対して、図７の例では、処理機能ＳＦ１を持つ処理装置が５つ、処理機能ＳＦ２を持つ処理装置が４つ、処理機能ＳＦ３を持つ処理装置が３つ必要になる。このように、Ｑ_ｉが極大値を取る場合であっても、リソース使用率が異なるため、よりリソース使用率が大きい帯域を設定することで、必要になる処理装置の数を抑えることができる。

なお、図１に示すように、サービスチェイン設定部４０は、帯域設定部３０の決定に従い、ＳＣをフロー振分装置２と各処理装置に設定し、帯域に応じたリソースの割り当てを行う。

［第１の実施形態の処理］
図８を用いて、第１の実施形態に係るサービスチェイン管理装置の帯域設定部の処理について説明する。図８は、第１の実施形態に係るサービスチェイン管理装置の帯域設定部の処理を示すフローチャートである。図８に示すように、まず、帯域設定部３０は処理機能を１つ選択する（ステップＳ１０１）。次に、帯域設定部３０は選択した処理機能を持つ処理装置のリソース量Ｒ_ｉから式（１８）に示す条件を満たす整数Ｋを求める（ステップＳ１０２）。

そして、帯域設定部３０は整数Ｋのうちの１つを選択し（ステップＳ１０３）、選択したＫの値に対して式（１６）よりＳＣの帯域Ｐを求める（ステップＳ１０４）。

次に、帯域設定部３０は求めたＰの値に対して式（２）により全処理機能でＳＣへ割り当てるリソース量Ｑ_ｉを求め（ステップＳ１０５）、さらに式（１２）よりリソース使用率Ｅを求める（ステップＳ１０６）。

ここで、全てのＫについてＥを算出済みでない場合（ステップＳ１０７、Ｎｏ）、帯域設定部３０はステップＳ１０３に戻り処理を繰り返す。また、全てのＫについてＥを算出済みである場合（ステップＳ１０７、Ｙｅｓ）、帯域設定部３０は次の処理へ進む。

さらに、全ての処理機能についてＥを算出済みでない場合（ステップＳ１０８、Ｎｏ）、帯域設定部３０はステップＳ１０１に戻り処理を繰り返す。また、全ての処理機能についてＥを算出済みである場合（ステップＳ１０８、Ｙｅｓ）、算出した全てのＰに対するＥを比較し、Ｅが最大のＰをＳＣの帯域として選択する（ステップＳ１０９）。

［第１の実施形態の効果］
第１の実施形態において、サービスチェイン管理装置１は、同じ処理機能を有する複数の処理装置群のそれぞれから１つずつ抽出した処理装置の全てを経由する経路を設定し、経路の帯域に応じた量の処理装置のリソースを経路に割り当て、受信したフローを経路に振り分けて転送するネットワークシステムを管理する。帯域候補算出部３０１は、処理装置のリソース量を整数で割った値のうち、あらかじめ定められた最小値以上かつリソース量が最小である処理装置のリソース量以下である値を算出する。

また、使用率算出部３０２は、帯域候補算出部３０１によって算出された値のそれぞれについて、値を経路の帯域として設定し処理装置のリソースを割り当てた場合の処理装置全体のリソース使用率を算出する。帯域選択部３０３は、帯域候補算出部３０１によって算出された値のうち、使用率算出部３０２によって算出されたリソース使用率が最大となる値を経路の帯域として選択する。

前述の通り、各処理装置のリソース割当量は、隣り合ういずれかの処理装置のリソース量の極大値に挟まれた範囲において、帯域を増加させるに従って単調増加する。そのため、各極大値における全体のリソース使用率を評価することによって、処理装置のリソース使用率を最大化させる帯域を選択することができる。これにより、処理装置の必要数を最小限に抑えることができる。

［第２の実施形態］
第１の実施形態では、各ＳＣに割り当てられる帯域は全て等しくなるということを前提とした。これに対して、第２の実施形態では、ＳＣごとの帯域を可変とした場合にリソース使用率を向上させるリソース割り当て方法について説明する。

［第２の実施形態の構成］
第２の実施形態に係るサービスチェイン管理装置およびシステムの基本的な構成は、第１の実施形態と同様である。第２の実施形態に係るサービスチェイン管理装置においては、帯域設定部３０におけるリソース割り当て方法が第１の実施形態の場合と異なる。なお、第２の実施形態に係るサービスチェイン管理装置を含むシステムにおいて、受信したフローを処理装置のリソースが割り当てられた所定の経路に振り分けて転送する点は第１の実施形態と共通している。

図９−１および９−２を用いて帯域設定部３０およびサービスチェイン設定部４０の詳細な構成について説明するとともに、第２の実施形態におけるリソースの割り当て方法について説明する。

図９−１は、第２の実施形態に係る帯域設定部の構成の一例を示す図である。図９−１に示すように、帯域設定部３０は、リソース量調整部３５１および帯域算出部３５２を有する。リソース量調整部３５１は、処理装置のリソース量を、あらかじめ定められた最小値の整数倍となるように調整する。帯域算出部３５２は、処理装置のうち割り当てられていないリソース量が最小である処理装置のリソース量を経路の帯域として設定する。

図９−２は、第２の実施形態に係るサービスチェイン設定部の構成の一例を示す図である。図９−２に示すように、サービスチェイン設定部４０は、経路設定部４５１およびリソース割当部４５２を有する。経路設定部４５１は、同じ処理機能を有する複数の処理機能群のそれぞれから、割り当てられていないリソース量が各処理機能群の中で最小である処理装置を１つずつ抽出し、抽出した処理装置の全てを経由する経路を設定する。リソース割当部４５２は、経路の帯域に応じた量の処理装置のリソースを経路に割り当てる。

図１０〜１４を用いて、第２の実施形態に係るサービスチェイン管理装置のリソース割り当て方法を説明する。図１０〜１４は、第２の実施形態に係るサービスチェイン管理装置のリソース割り当て方法を説明するための図である。まず、図１０では、処理機能ＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３の３種類の処理機能を持つ処理装置それぞれのリソース量Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３が四角形の縦の長さで示されている。同様に、処理するトラヒックの帯域が矢印の幅で示されている。図１０に示すように、まず、帯域算出部３５２は、リソース量が最小の装置のリソース量をＳＣの帯域とする。この場合、帯域算出部３５２は処理機能ＳＦ１を持つ処理装置のリソース量をＳＣ１の帯域とする。そして、経路設定部４５１は、ＳＣ１を処理機能ＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３を持つ各処理装置に設定する。

次に、図１１を用いて２番目のＳＣを設定する場合について説明する。ＳＣ１設定後、処理機能ＳＦ１を持つ処理装置のリソースの全てがＳＣ１に割り当てられたため、経路設定部４５１は処理機能ＳＦ１を持つ新たな装置へＳＣ２を設定する。処理機能ＳＦ２とＳＦ３を持つ処理装置については１台目のリソースが残っているため、経路設定部４５１はＳＣ２を１台目の装置へ設定する。

そして、帯域算出部３５２は、３種類の処理機能を持つ処理装置のうち、残りのリソース量が最小である処理装置のリソース量をＳＣ２の帯域とする。この場合、処理機能ＳＦ２を持つ処理装置のリソース量が最小であるため、帯域算出部３５２は、処理機能ＳＦ２を持つ処理装置の残りのリソース量とＳＣ２の帯域を同じ値とする。そして、経路設定部４５１はＳＣ２を処理機能ＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３を持つ各処理装置に設定する。

次に、図１２を用いて３番目のＳＣを設定する場合について説明する。ＳＣ２設定後、処理機能ＳＦ２を持つ処理装置はリソースの全てがＳＣ２に割り当てられたため、経路設定部４５１は処理機能ＳＦ２を持つ新たな装置へＳＣ３を設定する。処理機能ＳＦ１を持つ処理装置については２台目のリソースが残っているため、経路設定部４５１はＳＣ３を２台目の装置へ設定する。また、処理機能ＳＦ３を持つ処理装置についても１台目のリソースが残っているため、経路設定部４５１はＳＣ３を１台目の装置へ設定する。

そして、帯域算出部３５２は、３種類の処理機能を持つ処理装置のうち、残りのリソース量が最小である処理装置のリソース量をＳＣ３の帯域とする。この場合、処理機能ＳＦ３のリソース量が最小であるため、帯域算出部３５２は、処理機能ＳＦ３を持つ処理装置の残りのリソース量とＳＣ３の帯域を同じ値とする。そして、経路設定部４５１はＳＣ３を処理機能ＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３を持つ各処理装置に設定する。

以降、帯域設定部３０およびサービスチェイン設定部４０はＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３を設定する処理と同様の処理を繰り返す。図１３に、トラヒックの処理に必要なＳＣを全て設定した結果を示す。図１３の例では、７つのＳＣが設定されている。なお、リソース割当部４５２は、帯域算出部３５２によって設定された帯域に応じたリソースの割り当てを行う。

このとき、処理機能ＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３を持つ処理装置のリソース量はそれぞれＲ_１、Ｒ_２、Ｒ_３であり、Ｒ_１＜Ｒ_２＜Ｒ_３という関係がある。そのため、図１４に示すように、ＳＣ１の帯域はＲ_１、ＳＣ２の帯域はＲ_２−Ｒ_１、ＳＣ３の帯域はＲ_３−Ｒ_２、ＳＣ４の帯域は２Ｒ_１−Ｒ_３、ＳＣ５の帯域は２Ｒ_２−２Ｒ_１、ＳＣ６の帯域は３Ｒ_１−２Ｒ_２、ＳＣ７の帯域は２Ｒ_３−３Ｒ_１と表される。

これより、各ＳＣの帯域は各処理装置のリソース量の整数倍の差となっていることが分かる。したがって、仮にＳＦ１、ＳＦ２、ＳＦ３のリソース量が、あるリソース量Ｐの整数倍であるとすると、各ＳＣの帯域は以下のように表される。

すなわち、ｍ_１、ｍ_２、ｍ_３、ｎ_１、ｎ_２、ｎ_３を任意の整数、Ｒ_１＝Ｐｍ_１、Ｒ_２＝Ｐｍ_２、Ｒ_３＝Ｐｍ_３とすると、ＳＣ１の帯域Ｒ_１＝Ｐｍ_１、ＳＣ２の帯域Ｒ_２−Ｒ_１＝Ｐ（ｍ_２−ｍ_１）、ＳＣ３の帯域Ｒ_３−Ｒ_２＝Ｐ（ｍ_３−ｍ_２）、ＳＣ４の帯域２Ｒ_１−Ｒ_３＝Ｐ（２ｍ_１−ｍ_３）、ＳＣ５の帯域２Ｒ_２−２Ｒ_１＝２Ｐ（ｍ_２−ｍ_１）、ＳＣ６の帯域３Ｒ_１−２Ｒ_２＝Ｐ（３ｍ_１−２ｍ_２）、ＳＣ７の帯域２Ｒ_３−３Ｒ_１＝Ｐ（２ｍ_３−３ｍ_１）と表される。このように各ＳＣの帯域はＰの整数倍となる。

一般に、第２の実施形態の処理によれば、複数ある処理装置の中の任意の２つの処理機能ＳＦＡおよびＳＦＢを持つ処理装置のリソース量によって１つのＳＣの帯域が決まる場合、Ｒ_Ａ、Ｒ_ＢをＳＦＡおよびＳＦＢを持つ処理装置のリソース量、ｍ_Ａ、ｍ_Ｂ、ｎ_Ａ、ｎ_Ｂを任意の整数とすると、式（１９）および式（２０）のように表される。

このとき、ＳＣの帯域Ｂ_ＳＣは、式（２１）のように表される。

さらに、Ｂ_ＳＣは、式（１９）および式（２０）を用いて式（２２）のように表される。

このとき、ｍ_Ａｎ_Ａ−ｍ_Ｂｎ_Ｂは正の整数であるから、ＳＣの帯域Ｂ_ＳＣはＰの整数倍である。したがって、ｍ_Ａｎ_Ａ−ｍ_Ｂｎ_Ｂ＝１のときにＳＣの帯域Ｂ_ＳＣは最小値Ｐとなる。このことから、ＳＣの最低帯域を保証するには、Ｐの値を保証帯域以上になるようにすればよい。

Ｐの値は全処理装置のリソース量によって決まるため、Ｐの値を保証帯域以上にするためには各処理装置のリソース量を調整する必要がある。処理装置のリソース量は増やすことはできない。そのため、リソース量調整部３５１は各処理装置の実際に使用するリソース量を減らすことで各処理装置のリソース量を調整する。例えば、リソース量調整部３５１は、処理装置のリソースのうちの所定量のリソースをＳＣに割り当てないように設定する。

なお、最低帯域を保証した上でリソース使用率を最大にするＰの値は、第１の実施形態と同様の方法で算出することができる。そして、第１の実施形態と同様の方法で算出したリソース使用率が最大となるＱ_ｉに基づいて各処理装置のリソース量の調整を行うようにしてもよい。

［第２の実施形態の処理］
図１５を用いて第２の実施形態に係る帯域設定部の処理を説明する。図１５は、第２の実施形態に係る帯域設定部の処理を示すフローチャートである。まず、図１５に示すように、帯域設定部３０は、リソースが残っていない処理機能については、新たな処理装置を追加し算出対象とする（ステップＳ２０１）。次に、帯域設定部３０は処理装置のうち残りのリソース量が最小の処理装置を選択する（ステップＳ２０２）。

ここで、トラヒックの残り帯域が選択した処理装置の残りリソース量より大きい場合（ステップＳ２０３、Ｙｅｓ）、帯域設定部３０は選択した処理装置の残りリソース量をＳＣの帯域とする（ステップＳ２０４）。また、トラヒックの残り帯域が選択した処理装置のリソース量より大きくない場合（ステップＳ２０３、Ｎｏ）、帯域設定部３０はトラヒックの残り帯域をＳＣの帯域とする（ステップＳ２０５）。

帯域設定部３０は、決定した帯域のＳＣを各処理装置のリソースが残っている処理装置に設定する（ステップＳ２０６）。そして、帯域設定部３０は設定したＳＣの帯域を、各処理機能を持つ処理装置のうちリソースが残っている処理装置の残りリソースから差し引く（ステップＳ２０７）。次に、帯域設定部３０はＳＣの帯域をトラヒックの残り帯域から差し引く（ステップＳ２０８）。ここで、トラヒックの残り帯域がある場合（ステップＳ２０９、Ｎｏ）はステップＳ２０１に戻り処理を繰り返す。また、トラヒックの残り帯域が無い場合（ステップＳ２０９、Ｙｅｓ）は処理を終了する。

また、図１６に示すように、第１の実施形態と同様の方法で使用率が最大になる帯域を算出しておく方法も考えられる。図１６は、第２の実施形態に係る帯域設定部およびサービスチェイン設定部の処理を示すフローチャートである。この場合、図１６に示すように、まず、帯域設定部３０は最低保証帯域を守った上でリソース使用率が最大となるＰを算出する（ステップＳ２５１）。そして、式（２）により算出したＰに対して全処理機能でＳＣへ割り当てるリソース量Ｑ_ｉを算出する（ステップＳ２５２）。処理機能ＳＦｉのリソース量をＱ_ｉとし、ＳＣへリソースを割り当てる（ステップＳ２５３）。

［第２の実施形態の効果］
第２の実施形態において、サービスチェイン管理装置は、受信したフローを処理装置のリソースが割り当てられた所定の経路に振り分けて転送するネットワークシステムを管理する。リソース量調整部３５１は、処理装置のリソース量を、あらかじめ定められた最小値の整数倍となるように調整する。帯域算出部３５２は、処理装置のうち割り当てられていないリソース量が最小である処理装置のリソース量を経路の帯域として設定する。

また、経路設定部４５１は、同じ処理機能を有する複数の処理機能群のそれぞれから、割り当てられていないリソース量が各処理機能群の中で最小である処理装置を１つずつ抽出し、抽出した処理装置の全てを経由する経路を設定する。リソース割当部４５２は、経路の帯域に応じた量の処理装置のリソースを経路に割り当てる。

これにより、各処理装置の残りリソース量は常にあらかじめ定められた最小値の整数倍となり、割り当てられないリソースの発生を最小限に抑えることができる。そのため、第２の実施形態によれば、各処理装置の残りリソース量に応じて各ＳＣの帯域を設定する方法においても処理装置のリソース使用率を最大化させる帯域を選択することができ、処理装置の必要数を最小限に抑えることができる。

リソース量調整部は、例えば処理装置のリソースのうちの所定量のリソースを経路に割り当てないように設定することで、処理装置のリソース量をあらかじめ定められた最小値の整数倍となるように調整する。これにより、処理装置の物理構成を変更できない場合であっても、第２の実施形態を適用することが可能となる。

［その他の実施形態］
第１の実施形態および第２の実施形態では、設定する帯域の最小値をネットワークにおける最低保証帯域としたが、最低保証帯域より大きい値とすることもできる。さらに、サービスへの影響を無視できる場合は、設定する帯域の最小値を最低保証帯域より小さい値としてもよい。

［システム構成等］
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。

また、本実施形態において説明した各処理のうち、自動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的におこなうこともでき、あるいは、手動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的におこなうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。

［プログラム］
図１７は、プログラムが実行されることにより、サービスチェイン管理装置１が実現されるコンピュータの一例を示す図である。コンピュータ１０００は、例えば、メモリ１０１０、ＣＰＵ１０２０を有する。また、コンピュータ１０００は、ハードディスクドライブインタフェース１０３０、ディスクドライブインタフェース１０４０、シリアルポートインタフェース１０５０、ビデオアダプタ１０６０、ネットワークインタフェース１０７０を有する。これらの各部は、バス１０８０によって接続される。

メモリ１０１０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０１１およびＲＡＭ（Random Access Memory）１０１２を含む。ＲＯＭ１０１１は、例えば、ＢＩＯＳ（Basic Input Output System）等のブートプログラムを記憶する。ハードディスクドライブインタフェース１０３０は、ハードディスクドライブ１０９０に接続される。ディスクドライブインタフェース１０４０は、ディスクドライブ１１００に接続される。例えば磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能な記憶媒体が、ディスクドライブ１１００に挿入される。シリアルポートインタフェース１０５０は、例えばマウス１１１０、キーボード１１２０に接続される。ビデオアダプタ１０６０は、例えばディスプレイ１１３０に接続される。

ハードディスクドライブ１０９０は、例えば、ＯＳ１０９１、アプリケーションプログラム１０９２、プログラムモジュール１０９３、プログラムデータ１０９４を記憶する。すなわち、サービスチェイン管理装置１の各処理を規定するプログラムは、コンピュータにより実行可能なコードが記述されたプログラムモジュール１０９３として実装される。プログラムモジュール１０９３は、例えばハードディスクドライブ１０９０に記憶される。例えば、サービスチェイン管理装置１における機能構成と同様の処理を実行するためのプログラムモジュール１０９３が、ハードディスクドライブ１０９０に記憶される。なお、ハードディスクドライブ１０９０は、ＳＳＤ（Solid State Drive）により代替されてもよい。

また、上述した実施形態の処理で用いられる設定データは、プログラムデータ１０９４として、例えばメモリ１０１０やハードディスクドライブ１０９０に記憶される。そして、ＣＰＵ１０２０が、メモリ１０１０やハードディスクドライブ１０９０に記憶されたプログラムモジュール１０９３やプログラムデータ１０９４を必要に応じてＲＡＭ１０１２に読み出して実行する。

なお、プログラムモジュール１０９３やプログラムデータ１０９４は、ハードディスクドライブ１０９０に記憶される場合に限らず、例えば着脱可能な記憶媒体に記憶され、ディスクドライブ１１００等を介してＣＰＵ１０２０によって読み出されてもよい。あるいは、プログラムモジュール１０９３およびプログラムデータ１０９４は、ネットワーク（ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）等）を介して接続された他のコンピュータに記憶されてもよい。そして、プログラムモジュール１０９３およびプログラムデータ１０９４は、他のコンピュータから、ネットワークインタフェース１０７０を介してＣＰＵ１０２０によって読み出されてもよい。

１ サービスチェイン管理装置
２ フロー振分装置
１０ トラヒック管理部
２０ 装置管理部
３０ 帯域設定部
４０ サービスチェイン設定部
３０１ 帯域候補算出部
３０２ 使用率算出部
３０３ 帯域選択部

Claims (7)

1. 同じ処理機能を有する複数の処理装置群のそれぞれから１つずつ抽出した処理装置の全てを経由する経路を設定し、前記経路の帯域に応じた量の前記処理装置のリソースを前記経路に割り当て、受信したフローを前記経路に振り分けて転送するネットワークシステムを管理するサービスチェイン管理装置であって、
   前記処理装置のリソース量を整数で割った値のうち、あらかじめ定められた最小値以上かつリソース量が最小である処理装置のリソース量以下である値を算出する帯域候補算出部と、
   前記帯域候補算出部によって算出された前記値のそれぞれについて、前記値を前記経路の帯域として設定し前記処理装置のリソースを割り当てた場合の前記処理装置全体のリソース使用率を算出する使用率算出部と、
   前記帯域候補算出部によって算出された前記値のうち、前記使用率算出部によって算出された前記リソース使用率が最大となる値を前記経路の帯域として選択する帯域選択部と、
   を有することを特徴とするサービスチェイン管理装置。
2. 前記使用率算出部は、
   式（１）によって第ｉ番目の処理装置群の処理装置に割り当てられるリソース量Ｑ_ｉを算出し、
   （ただし、ｍは前記処理装置群の数、ｉは１以上ｍ以下の整数、Ｒ_ｉは第ｉ番目の処理装置群の各処理装置の割り当て可能なリソース量、Ｐは前記値、floorは小数点以下を切り捨てる関数とする。）
   

   

   式（２）によって前記処理装置全体のリソース使用率Ｅを算出する
   

   

   ことを特徴とする請求項１に記載のサービスチェイン管理装置。
3. 受信したフローを処理装置のリソースが割り当てられた所定の経路に振り分けて転送するネットワークシステムを管理するサービスチェイン管理装置であって、
   同じ処理機能を有する複数の処理機能群のそれぞれから、割り当てられていないリソース量が各処理機能群の中で最小である処理装置を１つずつ抽出し、抽出した処理装置の全てを経由する経路を設定する経路設定部と、
   前記処理装置のリソース量を、あらかじめ定められた最小値の整数倍となるように調整するリソース量調整部と、
   前記処理装置のうち割り当てられていないリソース量が最小である処理装置のリソース量を前記経路の帯域として設定する帯域設定部と、
   前記経路の帯域に応じた量の前記処理装置のリソースを前記経路に割り当てるリソース割当部と、
   を有することを特徴とするサービスチェイン管理装置。
4. 前記リソース量調整部は、前記処理装置のリソースのうちの所定量のリソースを前記経路に割り当てないように設定することで、前記処理装置のリソース量をあらかじめ定められた最小値の整数倍となるように調整することを特徴とする請求項３に記載のサービスチェイン管理装置。
5. 前記あらかじめ定められた最小値は、前記ネットワークシステムにおける最低保証帯域であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のサービスチェイン管理装置。
6. 同じ処理機能を有する複数の処理装置群のそれぞれから１つずつ抽出した処理装置の全てを経由する経路を設定し、前記経路の帯域に応じた量の前記処理装置のリソースを前記経路に割り当て、受信したフローを前記経路に振り分けて転送するネットワークシステムを管理するサービスチェイン管理装置で実行されるサービスチェイン管理方法であって、
   前記処理装置のリソース量を整数で割った値のうち、あらかじめ定められた最小値以上かつリソース量が最小である処理装置のリソース量以下である値を算出する帯域候補算出工程と、
   前記帯域候補算出工程によって算出された前記値のそれぞれについて、前記値を前記経路の帯域として設定し前記処理装置のリソースを割り当てた場合の前記処理装置全体のリソース使用率を算出する使用率算出工程と、
   前記帯域候補算出工程によって算出された前記値のうち、前記使用率算出工程によって算出された前記リソース使用率が最大となる値を前記経路の帯域として選択する帯域選択工程と、
   を含んだことを特徴とするサービスチェイン管理方法。
7. 受信したフローを処理装置のリソースが割り当てられた所定の経路に振り分けて転送するネットワークシステムを管理するサービスチェイン管理装置で実行されるサービスチェイン管理方法であって、
   同じ処理機能を有する複数の処理機能群のそれぞれから、割り当てられていないリソース量が各処理機能群の中で最小である処理装置を１つずつ抽出し、抽出した処理装置の全てを経由する経路を設定する経路設定工程と、
   前記処理装置のリソース量を、あらかじめ定められた最小値の整数倍となるように調整するリソース量調整工程と、
   前記処理装置のうち割り当てられていないリソース量が最小である処理装置のリソース量を前記経路の帯域として設定する帯域設定工程と、
   前記経路の帯域に応じた量の前記処理装置のリソースを前記経路に割り当てるリソース割当工程と、
   を含んだことを特徴とするサービスチェイン管理方法。

Images