JP6470426B2

JP6470426B2 - リソース割当装置及びリソース割当方法

Info

Publication number: JP6470426B2
Application number: JP2017550299A
Authority: JP
Inventors: 小林　正裕; 正裕小林; 土屋　利明; 利明土屋; 龍太郎松村; 木村　卓巳; 卓巳木村; 則武　克誌; 克誌則武
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2016-11-07
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2036-11-07
Also published as: WO2017082185A1; US10660069B2; US20180279261A1; JPWO2017082185A1

Description

本発明は、リソース割当装置及びリソース割当方法に関する。

仮想化技術の進展に伴い、仮想化技術の適用範囲はクラウドコンピューティングの分野のみならず、通信ネットワークの分野にも及んでいる。例えば、第５世代移動体通信網では、仮想化技術の適用による柔軟なネットワーク制御がコンセプトとして盛り込まれている。通信ネットワークにおける仮想化では、ＮＦＶ（Network Functions Virtualization）技術により、従来はルータやゲートウェイなど専用ハードウェアで実現されていた通信事業者のサービス機能が、汎用サーバ上のソフトウェアとして提供される。そのため、サービス機能は、ネットワーク上に存在するいずれのサーバにおいても実行が可能となる。また、ＳＦＣ（Service Function Chaining）技術により、ユーザのパケットフローを指定されたサービス機能に指定された順序で転送することで、サービス機能を自由に組み合わせることが可能である。これらの仮想化技術を活用することにより、サービス提供事業者は、通信ネットワーク上で予め用意されたネットワークリソースとサービス機能とを自由に活用することで、柔軟なサービス提供を行うことができる。

これに対して、通信ネットワークを運用管理するネットワーク事業者は、サービス提供事業者からの要求に基づき、自社のネットワークリソースをサービスへ割り当てる。ネットワーク事業者にとっては、設備の投資効率を上げるため、投資済みの物理ネットワークリソースに対して、可能な限り多くのサービスを収容することが重要となる。

要求されたサービスへの物理ネットワークリソースの割り当ては、ＶＮＥ（Virtual Network Embedding）問題と呼ばれ、近年多くの研究が報告されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２、及び特許文献１等）。ＶＮＥ問題は、与えられた物理ネットワークを重み付き無向グラフとしてモデル化し、各サービスの要求を満たすように物理ネットワークリソースを割り当てる問題である。物理ネットワークは、ルータに代表される転送ノードと、サービス機能を実行するサービスノードと、それら各ノードを接続するリンクとから構成される。サービスノードは、クラウドのように集約拠点に存在するのではなく、ネットワーク中に散在しているものとする。リソースの割り当てポリシは、様々なものが提案されているが、最も多く用いられるのが、リソース使用量の最小化である。割り当てる物理リソースについては、転送ノード間のリンク帯域、サービスノードのＣＰＵ、メモリ、ストレージ等が考慮される場合が多い。各サービスの要求条件としては、転送帯域、転送遅延の上限、経由するサービス機能の種類と順番等がある。要求条件が満たされるように前述の物理リソースの割り当てが行われる。

非特許文献１及び非特許文献２においては、考慮されるパラメータは異なるものの、割り当てる物理リソースを最小化することが目的とされている。特許文献１においては、残余リソースが多い（負荷が軽い）ネットワークリンク／サーバに対して、サービスが優先的に割り当てられるようにされており、全体のリソース割り当ての均等化が図られている。

特開２０１４−１７１０５６号公報

M. Yu et al., "Rethinking Virtual Network Embedding: Substrate Support for path Splitting and Migration", ACM SIGCOMM Computer Communication Review, Vol. 38, No. 2, pp. 17-29, 2008. M. Chowdhury et al., "Vineyard: Virtual network embedding algorithms with coordinated node and link mapping," IEEE/ACM Trans. Networking, vol. 20, no. 1, pp. 206-219, 2012.

非特許文献１及び非特許文献２、並びに特許文献１に示される従来技術においては、割り当てるリソースの最小化又は均等化を目指しているが、必ずしも提供可能なサービス数の最大化につながらない。何故ならば、従来技術は、残リソースがフラグメント化する可能性があるためである。残リソースのフラグメント化とは、コンピュータメモリのフラグメント化のように、使用可能なリソースが散在し、新規のサービス要求に対して連続したリソースを確保できない状況をいう。このような状況では、残リソース量の総量には余裕が有るにもかかわらず、新規サービスに対してリソース割り当てができず、リソース使用率が低下してしまう。特に、割り当てるリソース量を最小化した場合、特定の経路上のリソース消費量が多くなる傾向にあり、フラグメントが起こりやすい。割り当てるリソースを均等化することによって、フラグメントをある程度防げるが、必ずしも最適な割り当てになるとは限らない。

コンピュータメモリでは、フラグメントが起こった場合に使用中のリソースを再配置することで、利用可能な空き領域を増やすことが可能であり、仮想ネットワークにおいても同様の検討が行われている。但し、仮想ネットワークにおけるリソースの再配置は、ネットワークサービスの一時的な中断につながる可能性があるため、なるべく再配置を行わないでリソースが配置されることが望まれている。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、物理ネットワークのリソースのフラグメントを回避して多くのサービスを物理ネットワークに収容できるようなリソースの割り当てを可能とすることを目的とする。

そこで上記課題を解決するため、リソース割当装置は、物理ネットワークを構成する複数のノードのうちのいずれかのノード対が端点として指定された、前記物理ネットワークのリソースの使用要求に応じ、既に他の使用要求に割り当て済みのリソースを前記物理ネットワークから除いた状態において、前記端点間で前記使用要求に係るリソース量を割り当て可能な候補経路を探索する探索部と、探索された各候補経路について、当該候補経路にリソースが割り当てられた状態において、既にリソースが割り当てられた既存の各使用要求について、当該使用要求に係る端点間に割り当て可能な経路数の最大値を計算する計算部と、前記最大値の総和が最大である候補経路を選択する選択部と、を有する。

物理ネットワークのリソースのフラグメントを回避して多くのサービスを物理ネットワークに収容できるようなリソースの割り当てを可能とすることができる。

本発明の実施の形態の概要を説明するための図である。本発明の実施の形態におけるシステム構成例を示す図である。本発明の実施の形態におけるリソース割当装置のハードウェア構成例を示す図である。本発明の実施の形態におけるリソース割当装置の機能構成例を示す図である。リソース割当装置が実行する処理手順の一例を説明するためのシーケンス図である。リソースの割り当て計算の処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。本発明の実施の形態の具体例を説明するための図である。残余ネットワークにおいて仮想パス４へのリソースの割り当て例を示す図である。リソース使用量最小化アルゴリズムによるリソース割り当て結果を示す図である。リソース使用率均等化アルゴリズムによるリソース割り当て結果を示す図である。本実施の形態のアルゴリズムによるリソース割り当て結果を示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態の概要を説明するための図である。本実施の形態では、単一の物理ネットワーク上で複数のサービスを提供する状況が想定される。図１の下方に示されるように、物理ネットワークは、転送ノードと、サービス機能を実行するサービスノードと、各ノードを接続するリンクとから構成される。転送ノードは、例えば、ルータである。サービスノードは、例えば、１以上のサーバコンピュータである。

サービスに対して割り当てられる物理ネットワークのリソースは、転送系リソースとサーバ系リソースとの２つに分けられる。転送系リソースは、主に、転送ノード間のリンクのリソースを指し、具体的にはリンク毎に設定されている転送帯域等が考慮される。各リンクには、転送帯域の他に転送遅延が設定されている。サーバ系リソースは、サービスノードのリソースを指し、具体的にはＣＰＵ、メモリ容量、及びストレージ容量等が考慮される。

一方で、図１の上方に示されるように、各サービスには、要求条件として、サービスの提供に必要な転送帯域、転送遅延の上限、サービス機能等が設定されている。同じサービスでも、ユーザ毎にサービスの始点と終点とが異なる可能性がある。例えば、東京のユーザと沖縄のユーザとでは、割り当てられる経路が異なるはずである。そこで、サービスの要求条件に加え、サービスのユーザ毎に、物理ネットワークを構成する複数のノードのうちのいずれかのノード対が端点（始点及び終点）として指定されたものを、「仮想パス」と呼ぶ。始点及び終点には、転送ノード又はサービスノードのいずれかが選択される。リソースの割り当ては、仮想パス単位で行われる。仮想パスへのリソースの割り当て要求は、順次到着し、その都度、物理リソースが割り当てられる。本実施の形態においては、時系列で到着する仮想パスへのリソース割り当て要求に対して、リソースのフラグメントを防いで、利用効率が向上するようにリソース割り当てが行われる。

図２は、本発明の実施の形態におけるシステム構成例を示す図である。図２に示されるように、本実施の形態におけるシステムは、リソース割当装置１０と、複数の転送ノードＲ（Ｒ_１〜Ｒ_７）と、複数のサービスノードＳ（Ｓ_１〜Ｓ_３）とを含む。

各転送ノードＲは、ＳＤＮ（Software Defined Network）等、ソフトウェア的にトラヒックの転送経路を制御できる機能を具備しており、リソース割当装置１０によって転送経路が制御される。

各サービスノードＳは、ソフトウェア化されたサービス機能を共通で実行可能であり、各サービス機能は、いずれのサービスノードＳでも実行可能である。各サービス機能をいずれのサービスノードＳが実行するかについての管理は、リソース割当装置１０によって行われる。このような管理は、一般的なＮＦＶ（Network Functions Virtualization）やＳＦＣ（Service Function Chaining）等を利用して実現可能である。

図３は、本発明の実施の形態におけるリソース割当装置のハードウェア構成例を示す図である。図３のリソース割当装置１０は、それぞれバスＢで相互に接続されているドライブ装置１００、補助記憶装置１０２、メモリ装置１０３、ＣＰＵ１０４、及びインタフェース装置１０５等を有する。

リソース割当装置１０での処理を実現するプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体１０１によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体１０１がドライブ装置１００にセットされると、プログラムが記録媒体１０１からドライブ装置１００を介して補助記憶装置１０２にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体１０１より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。補助記憶装置１０２は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。

メモリ装置１０３は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置１０２からプログラムを読み出して格納する。ＣＰＵ１０４は、メモリ装置１０３に格納されたプログラムに従ってリソース割当装置１０に係る機能を実行する。インタフェース装置１０５は、ネットワークに接続するためのインタフェースとして用いられる。

図４は、本発明の実施の形態におけるリソース割当装置の機能構成例を示す図である。図４において、リソース割当装置１０は、サービス入力部１１、リソース割当部１２、ネットワーク経路制御部１３、及びサービス機能制御部１４等を有する。これら各部は、リソース割当装置１０にインストールされた１以上のプログラムが、ＣＰＵ１０４に実行させる処理により実現される。リソース割当装置１０は、また、サービス機能ＤＢ１５、設備情報ＤＢ１６、及びリソース割当ＤＢ１７等のデータベースを利用する。これら各データベースは、例えば、補助記憶装置１０２、又はリソース割当装置１０にネットワークを介して接続可能な記憶装置等を用いて実現可能である。

サービス入力部１１は、サービス提供事業者のオペレータから、新規にリソースを割り当てる仮想パスの要求条件の入力を受け付ける。

リソース割当部１２は、新規の仮想パスの要求条件と、サービス機能ＤＢ１５、設備情報ＤＢ１６、及びリソース割当ＤＢ１７のそれぞれに格納されている情報とに基づいて、仮想パスへのリソースの割り当てを行う。リソースの割り当て結果は、リソース割り当て経路として示される。図２の仮想パス１の例であれば、リソース割り当て経路は、「ユーザ⇒Ｒ１⇒Ｒ２⇒Ｓ１（機能Ａ）⇒Ｒ２⇒Ｒ５⇒Ｒ７⇒Ｓ２（機能Ｃ）⇒Ｒ７⇒インターネット」である。リソース割当部１２は、リソース割り当て経路に基づくリソース割り当てを、ネットワーク経路制御部１３及びサービス機能制御部１４へ指示する。なお、リソース割当部１２は、残余ネットワーク生成部１２１、候補経路探索部１２２、収容度計算部１２３、及び経路選択部１２４等を含む。

ネットワーク経路制御部１３は、リソース割り当て経路に基づいて、転送ノードＲの経路を制御する。サービス機能制御部１４は、リソース割り当て経路に基づいて、サービスノードを制御する。ネットワーク経路制御部１３とサービス機能制御部１４とは連携して処理を実行し、各仮想パスに割り当てられた経路に従い、転送経路とサービス機能の実行ノードを制御することで、物理リソースの割り当てを行う。

サービス機能ＤＢ１５には、サービス機能ごとに、当該サービス機能の実行により消費されるリソース量（例えば、機能Ａ：ＣＰＵ２コア、メモリ１ＧＢ、ストレージ１０ＧＢな等）が格納されている。設備情報ＤＢ１６には、物理ネットワークの情報（転送ノードＲ及びサービスノードＳ間の接続情報（トポロジ情報）、各リンクの転送帯域及び転送遅延、並びにサーバ容量（ＣＰＵコア数、メモリ容量、ストレージ容量等）等）が格納されている。リソース割当ＤＢ１７には、転送系リソース（リンク）とサーバ系リソース（サービスノードＳ）とのそれぞれについて、既存の仮想パスに対して割り当て済みのリソース情報が格納されている。例えば、転送系リソースについては、割り当て済みの帯域を示す情報が格納される。サーバ系リソースのリソースについては、割り当て済みのサーバ容量を示す情報が格納される。

以下、リソース割当装置１０が実行する処理手順について説明する。図５は、リソース割当装置が実行する処理手順の一例を説明するためのシーケンス図である。

サービス入力部１１は、例えば、サービス提供事業者のオペレータから新規の仮想パスに関する要求条件の入力を受け付けると（ステップＳ１０１）、当該要求条件に基づくリソースの割り当てを、リソース割当部１２に要求する（ステップＳ１０２）。なお、要求条件には、サービスの提供に必要な転送帯域、転送遅延、サービス機能等が指定されている。また、仮想パスには、サービスのユーザ毎のサービスの始点と終点とが指定されている。

リソース割当部１２は、当該要求に応じ、各ＤＢから必要な情報を読み出す。サービス機能ＤＢ１５からは、要求条件に指定されているサービス機能の実行により消費されるリソース量（ＣＰＵコア数、メモリ容量、ストレージ容量等）が取得される（ステップＳ１０３、Ｓ１０４）。設備情報ＤＢ１６からは、物理ネットワークの情報（転送ノードＲ及びサービスノードＳ間の接続情報（トポロジ情報）、各リンクの転送帯域及び転送遅延、並びにサーバ容量等）が取得される（ステップＳ１０５、Ｓ１０６）。リソース割当ＤＢ１７からは、既存の仮想パスに対して割り当て済みのリソース情報が取得される（ステップＳ１０７、Ｓ１０８）。

続いて、リソース割当部１２は、仮想パスの要求条件と、各ＤＢから取得された情報とに基づいて、リソース割り当て経路を計算する（ステップＳ１０９）。続いて、リソース割当部１２は、計算された割り当て経路に基づくリソースの割り当てを、ネットワーク経路制御部１３及びサービス機能制御部１４のそれぞれに対して指示する（ステップＳ１１０、Ｓ１１１）。

ネットワーク経路制御部１３は、リソース割り当て経路に係る転送ノードＲに対して設定を行う（ステップＳ１１２）。具体的には、当該転送ノードＲに対して、当該リソース割り当て経路が形成されるための経路設定（ルーティング設定）が行われる。また、サービス機能制御部１４は、リソース割り当て経路に係るサービスノードＳに対して設定を行う（ステップＳ１１３）。例えば、当該サービスノードＳに対して、サービス機能を提供可能とするための設定（例えば、サービス機能の起動等）が行われる。リソース割当部１２は、また、リソース割り当て経路に基づいて、リソース割当ＤＢ１７の内容を更新する（ステップＳ１１４）。例えば、リソース割り当て経路に係るリンクの転送帯域が減少し、リソース割り当て経路に係るサービスノードＳのサーバ容量が減少する。

続いて、ステップＳ１０９の詳細について説明する。

リソース割当部１２が新規の仮想パスに割り当てる経路は、リソースのフラグメントを極力防ぎ、利用可能な残リソース量を最大化するように選定される。具体的には、新規仮想パスにリソースを割り当てた後の物理ネットワークにおいて、既存の各サービスにおけるリソース割り当て可能な仮想パス数の合計（以下、「サービス収容度」という。）が最大になるように割り当て経路が選定される。すなわち、新規の仮想パスに対する割り当て経路として、他サービスが極力利用しない経路が選択される。その結果、サービス全体として利用可能な連続したリソースを、なるべく多く確保できるようになり、将来における収容サービス数の期待値を、従来技術よりも大きくできる。

図６は、リソースの割り当て計算の処理手順の一例を説明するためのフローチャートである。

ステップＳ２０１において、サービス入力部１１から新規仮想パスへのリソース割り当が要求されると、残余ネットワーク生成部１２１は、各ＤＢから必要な情報を読み出す（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０２の内容は、図５のステップＳ１０３〜Ｓ１０８において説明した通りである。

続いて、残余ネットワーク生成部１２１は、設備情報ＤＢ１６から取得された物理ネットワークのトポロジ情報に基づいて、重み付き無向グラフＧ（以下、「ネットワークＧ」という。）を生成する（ステップＳ２０３）。ネットワークＧにおける各エッジには、設備情報ＤＢ１６から各リンクについて取得された転送遅延が重みとして付与される。また、設備情報ＤＢ１６から各リンクについて取得された容量制約（転送帯域）も各エッジに設定される。

続いて、残余ネットワーク生成部１２１は、既存の仮想パス（新規仮想パスの到着前に到着し、リソースを使用中の仮想パス）に割り当て済みのリソース容量を、ネットワークＧから差し引いた仮想的なネットワーク（以下、「残余ネットワークＧ⁻」という。）を生成する（ステップＳ２０４）。すなわち、残余ネットワークＧ⁻は、既存の仮想パスに割り当て済みのリソースをネットワークＧから除いた状態を示すネットワークである。なお、割り当て済みのリソース量は、リソース割当ＤＢ１７から取得された情報に基づいて特定可能である。

続いて、候補経路探索部１２２は、仮想パスの要求条件を満たす全ての候補経路Ａを残余ネットワークＧ⁻において探索する（ステップＳ２０５）。すなわち、仮想パスの始点及び終点間（端点間）において、当該要求条件に係るリソース量を割り当て可能な全ての経路が候補経路Ａとして探索される。なお、候補経路Ａの探索は、公知のアルゴリズムを用いることによって行うことが可能である。

続いて、候補経路探索部１２２は、候補経路Ａの数｜Ａ｜が０であるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。｜Ａ｜が０である場合（ステップＳ２０６でＹｅｓ）、割り当て可能な経路が無いため、割り当ては失敗となる。

｜Ａ｜が１以上である場合（ステップＳ２０６でＮｏ）、リソース割当部１２は、｜Ａ｜が１であるか否かを判定する（ステップＳ２０７）。｜Ａ｜が１である場合（ステップＳ２０７でＹｅｓ）、リソース割当部１２は、探索された１つの候補経路を、リソース割り当て経路として選択する（ステップＳ２０８）。

一方、｜Ａ｜が２以上である場合（ステップＳ２０７でＮｏ）、リソース割当部１２は、ステップＳ２０９及びＳ２１０において、候補経路Ａの中から最適な経路の選択を行う。

ここで、ネットワークＧにおけるサービス収容度ｖ（Ｇ）を定義する。サービスの収容度とは、或るネットワークＧに対して、どれだけ既存サービスを収容できるのかを示す尺度である。ネットワーク全体のサービス収容度は、各サービスｓに対する収容度ｖ_ｓ（Ｇ，ｓ）の総和で定義する。
ｖ_ｇ（Ｇ）＝Σ_ｓ∈Ｓｖ_ｓ（Ｇ，ｓ）
ここで、Ｓは、ネットワークＧ上で提供されている既存サービスの集合である。サービス個別の収容度ｖ_ｓ（Ｇ，ｓ）は、ネットワークＧにおいて、或るサービスｓについて収容可能な最大仮想パス数にサービスｓの重みを乗じた値として定義される。
ｖ_ｓ（Ｇ，ｓ）＝Σ_{（ｘ，ｙ）∈Ｎｓ}ｗ_{ｘ，ｙ，ｓ}×ｍａｘｐａｓｓ（Ｇ，ｘ，ｙ，ｓ）
ここで、Ｎｓは、サービスｓにおける仮想パスの（始点、終点）の集合である。ｍａｘｐａｓｓ（Ｇ，ｘ，ｙ，ｓ）は、サービスｓにおける、或る仮想パスの始点ｘと終点ｙとの間に収容可能な最大仮想パス数である。最大仮想パス数は、最大流問題と呼ばれる、よく知られた問題を解くことにより求めることができる。例えば、或るサービスｓの仮想パスが１つであれば、当該仮想パスの始点と終点との間に収容可能な経路数の最大値が最大仮想パス数である。当該始点と終点との間には、経路の割り当て方法によって、収容可能な経路数が異なるが、全ての割り当て方法のうち、収容可能な経路が最大となる割り当て方法における経路数が、最大仮想パス数である。ｗ_{ｘ，ｙ，ｓ}は、サービスや経路の重要度に応じた重みである。

ステップＳ２０９において、収容度計算部１２３は、候補経路ａ∈Ａごとに、残余ネットワークＧ⁻に対して、候補経路ａにしたがってリソースを割り当てた場合の残余ネットワークＧ^ａ−を生成し、残余ネットワークＧ^ａ−に関する収容度ｖ_ｇ（Ｇ^ａ−）を計算する。すなわち、全ての候補経路ａに対して、残余ネットワークＧ⁻において当該候補経路ａにリソースが割り当てられた状態において、収容度ｖ_ｇ（Ｇ^ａ−）が計算される。なお、残余ネットワークＧ^ａ−に関する収容度ｖ_ｇ（Ｇ^ａ−）は、残余ネットワークＧ^ａ−における既存の各仮想パスについての収容度ｖ_ｓ（Ｇ^ａ−，ｓ）の総和である。したがって、ステップＳ２０９では、候補経路ａごとに、各既存の仮想パスについて収容度ｖ_ｓ（Ｇ^ａ−，ｓ）が計算され、更に、各収容度ｖ_ｓ（Ｇ^ａ−，ｓ）が合計されて、収容度ｖ_ｇ（Ｇ^ａ−）が計算される。

続いて、経路選択部１２４は、収容度ｖ_ｇ（Ｇ^ａ−）が最大となる候補経路ａを、リソース割り当て経路として選択する（ステップＳ２１０）。ｖ_ｇ（Ｇ^ａ−）の値が等しい候補経路ａが複数存在する場合、ＱｏＳ（Quality of Service）を重視するのであれば、仮想パスの転送遅延が最小となる候補経路ａが選択され、リソース消費量を重視するのであれば、経路長が最小となる候補経路ａが選択されてもよい。

続いて、本実施の形態の具体例について説明する。図７は、本発明の実施の形態の具体例を説明するための図である。

図７の左側に示されるようにシンプルな物理ネットワークＧが与えられているものとする。サービス（サービス番号）は３種類あり、各サービスの要求条件は、サービス１について、要求転送帯域：１Ｇｂｐｓ、要求転送遅延：３０ｍｓ、経由サービス機能：Ａ、サービス２について、要求転送帯域：３Ｇｂｐｓ、要求転送遅延：１５ｍｓ、経由サービス機能：Ｂ、サービス３について、要求転送帯域：２Ｇｂｐｓ、要求転送遅延：１０ｍｓ、経由サービス機能：Ｃであるとする。各サービス機能の実行によって消費されるリソース量は、機能Ａは、ＣＰＵ１コア・メモリ１ＧＢ・ストレージ１００ＧＢ、機能Ｂは、ＣＰＵ２コア・メモリ２ＧＢ・ストレージ２００ＧＢ、機能Ｃは、ＣＰＵ３コア・メモリ３ＧＢ・ストレージ３００ＧＢであるとする。仮想パスの要求条件の内容は表Ｔ１の通りであり、サービス１、２、３の仮想パスに関するリソースの割り当て要求が繰り返し順番に到着するものする。

なお、表Ｔ１において、Ｎｏが１〜３である仮想パスについては、既にリソースが割当済みであるとする。

アルゴリズムの実行例として、仮想パス４（表Ｔ１においてＮｏが４である仮想パス）にリソースを割り当てる場合について説明する。既存の仮想パスに割り当てられたリソースを物理ネットワークＧから差し引いた残余ネットワークＧ'は、図８のようになる。残余ネットワークＧ'において、仮想パス４の割り当て候補経路は、表Ｔ２の６経路である。それぞれについてサービス収容度ｖ_ｇ（Ｇ^ａ−）（重みｗ_{ｘ，ｙ，ｓ}は、全て１とする）を計算すると、サービス収容度ｖ_ｇ（Ｇ^ａ−）が最大となる候補経路は、ａ＝４の候補経路４である。したがって、この場合、候補経路４が、仮想パス４に対するリソース割り当て経路として選択される。

次に、図７に示したネットワーク条件において、リソース使用量最小化アルゴリズム及びリソース使用率均等化アルゴリズムと、本実施の形態のアルゴリズムとによる、割り当て可能な仮想パス数を比較する。

リソース使用量最小化アルゴリズムにおいては、候補経路のうち、リソース使用量が最小となる候補経路が選択される。候補経路が複数存在する場合は、転送遅延の短い方が選択される。

リソース使用率均等化アルゴリズムにおいては、全てのリソースの使用率が均等になる（使用率の分散が最小となる）ように候補経路が選択される。候補経路が複数存在する場合は、リソース使用量最小化アルゴリズムと同様に、転送遅延の短い方が選択される。

上記の３つのアルゴリズムにおいて、表Ｔ１の仮想パス１から順にリソース割り当てを行った場合の、割り当可能な仮想パス数を比較する。途中でリソース割り当てが失敗した場合、その仮想パスへの割り当ては諦め、次の仮想パスへのリソース割り当てを行うものとする。そのため、本条件下では、割り当てられる仮想パスの最大数は９本である。

図９は、リソース使用量最小化アルゴリズムによるリソース割り当て結果を示す図である。図１０は、リソース使用率均等化アルゴリズムによるリソース割り当て結果を示す図である。図１１は、本実施の形態のアルゴリズムによるリソース割り当て結果を示す図である。

各アルゴリズムによってリソースの割り当てに成功した仮想パス数を比較すると、リソース使用量最小化アルゴリズム：７本、リソース使用率均等化アルゴリズム：７本、本実施の形態のアルゴリズム：９本となり、本実施の形態が一番優れていることが分かる。ネットワークリソース消費率に関しても、リソース使用量最小化アルゴリズム：７４．７％、リソース使用率均等化アルゴリズム：７７．３％、本実施の形態：１００％となり、本実施の形態は、有効にリソースを活用できている。一方で、パス１本あたりの平均転送遅延は、リソース使用量最小化アルゴリズム：１０．３ｍｓ、リソース使用率均等化アルゴリズム：１３．１ｍｓ、本実施の形態：１３．３ｍｓとなっており、本実施の形態は従来技術よりも遠回りの経路を割り当てていることが分かる。

上記の結果より、本実施の形態は、要求転送遅延が長い仮想パスに対して他サービスが利用しない遠回りの経路を意図的に割り当て、要求転送遅延が短い仮想パスを通し易くすることで、多くの仮想パスを収容できていることが分かる。一方で、リソース使用量最小化アルゴリズム又はリソース使用率均等化アルゴリズムを利用した場合は、上記の考慮はせず、それぞれの目的に応じてリソースが割り当てられるため、リソースのフラグメントが発生してしまい、収容できない仮想パスが存在している。具体的には、要求転送遅延の大きい仮想パス（サービス２、サービス３）に対して、Ｒ_１−Ｒ_４間の最短経路上にあるリソースが割り当てられてしまったため、要求転送遅延の短い仮想パス（サービス１）にリソースが割り当てられなくなってしまっている。

仮想パスの要求順序が変化したとしても、本実施の形態を利用すると、リソースの割り当てに成功する仮想パス数は、常に最大の９本であり、条件によらず安定した結果を導き出すことが可能である。なお、他のアルゴリズムを利用した場合は、順序によって割り当てられる仮想パス数が変動する。

上述したように、本実施の形態によれば、仮想ネットワークのサービスへの物理リソースの割り当ての際に、リソースのフラグメントを極力防ぎ、利用可能な残リソース量を最大化するようなリソース割り当てが可能となる。すなわち、物理ネットワークのリソースのフラグメントが回避されるようなリソースの割り当てを可能とすることができる。例えば、将来における収容サービス数の期待値を最大化することができ、収容サービス数を従来技術より大きくすることができる。その結果、ネットワーク事業者は、設備の投資効率を向上させることが可能となる。

なお、本実施の形態において、サービス要求又は仮想パスは、物理ネットワークのリソースの使用要求の一例である。候補経路探索部１２２は、探索部の一例である。収容度計算部１２３は、計算部の一例である。経路選択部１２４は、選択部の一例である。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は斯かる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本出願は、２０１５年１１月１３日に出願された日本国特許出願第２０１５−２２２６４０号に基づきその優先権を主張するものであり、同日本国特許出願の全内容を参照することにより本願に援用する。

１０リソース割当装置
１１サービス入力部
１２リソース割当部
１３ネットワーク経路制御部
１４サービス機能制御部
１５サービス機能ＤＢ
１６設備情報ＤＢ
１７リソース割当ＤＢ
１００ドライブ装置
１０１記録媒体
１０２補助記憶装置
１０３メモリ装置
１０４ＣＰＵ
１０５インタフェース装置
１２１残余ネットワーク生成部
１２２候補経路探索部
１２３収容度計算部
１２４経路選択部
Ｂバス

Claims

物理ネットワークを構成する複数のノードのうちのいずれかのノード対が端点として指定された、前記物理ネットワークのリソースの使用要求に応じ、既に他の使用要求に割り当て済みのリソースを前記物理ネットワークから除いた状態において、前記端点間で前記使用要求に係るリソース量を割り当て可能な候補経路を探索する探索部と、
探索された各候補経路について、当該候補経路にリソースが割り当てられた状態において、既にリソースが割り当てられた既存の各使用要求について、当該使用要求に係る端点間に割り当て可能な経路数の最大値を計算する計算部と、
前記最大値の総和が最大である候補経路を選択する選択部と、
を有することを特徴とするリソース割当装置。
前記計算部は、既にリソースが割り当てられた既存の各使用要求について、当該使用要求に係る端点間に割り当て可能な経路数の最大値に、当該使用要求に対する重みを乗じた値を計算し、
前記選択部は、前記値の総和が最大である候補経路を選択する、
ことを特徴とする請求項１記載のリソース割当装置。
物理ネットワークを構成する複数のノードのうちのいずれかのノード対が端点として指定された、前記物理ネットワークのリソースの使用要求に応じ、既に他の使用要求に割り当て済みのリソースを前記物理ネットワークから除いた状態において、前記端点間で前記使用要求に係るリソース量を割り当て可能な候補経路を探索する探索手順と、
探索された各候補経路について、当該候補経路にリソースが割り当てられた状態において、既にリソースが割り当てられた既存の各使用要求について、当該使用要求に係る端点間に割り当て可能な経路数の最大値を計算する計算手順と、
前記最大値の総和が最大である候補経路を選択する選択手順と、
をコンピュータが実行することを特徴とするリソース割当方法。
前記計算手順は、既にリソースが割り当てられた既存の各使用要求について、当該使用要求に係る端点間に割り当て可能な経路数の最大値に、当該使用要求に対する重みを乗じた値を計算し、
前記選択手順は、前記値の総和が最大である候補経路を選択する、
ことを特徴とする請求項３記載のリソース割当方法。