JP6648790B2 - ネットワークシステム、ネットワーク制御方法および制御装置 - Google Patents
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Description
本発明によるネットワーク制御方法は、複数のノードおよびサーバを有するネットワークを制御する方法であって、前記ネットワークのリンクおよびノードに関する第1情報に基づき、要求を満たすリンクを選択し、VNF(Virtualized Network Function)を配置可能なサーバのコンピューティングリソースに関する第2情報に基づいて、前記要求を満たすサーバを選択し、選択されたリンクと、選択されたサーバに基づき、前記ネットワークのパスを決定し、前記パスに対応するサーバに前記VNFを配置することでサービスチェインを構築することを特徴とする。
本発明によるネットワークシステムは、複数のノードおよびサーバを有するネットワークと前記ネットワークを制御する制御装置とを有するネットワークシステムであって、前記制御装置が、前記ネットワークのリンクおよびノードに関する第1情報に基づき、要求を満たすリンクを選択する第1選択手段と、VNF(Virtualized Network Function)を配置可能なサーバのコンピューティングリソースに関する第2情報に基づいて、前記要求を満たすサーバを選択するする第2選択手段と、前記第1選択手段により選択されたリンクと、前記第2選択手段により選択されたサーバに基づき、前記ネットワークのパスを決定し、前記パスに対応するサーバに前記VNFを配置することでサービスチェインを構築するパス決定手段と、を有することを特徴とする。
本発明によるプログラムは、複数のノードおよびサーバを有するネットワークを制御するネットワーク制御装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、前記ネットワークのリンクおよびノードに関する第1情報に基づき、要求を満たすリンクを選択する第1選択機能と、VNF(Virtualized Network Function)を配置可能なサーバのコンピューティングリソースに関する第2情報に基づいて、前記要求を満たすサーバを選択するする第2選択機能と、前記第1選択手段により選択されたリンクと、前記第2選択手段により選択されたサーバに基づき、前記ネットワークのパスを決定し、前記パスに対応するサーバに前記VNFを配置することでサービスチェインを構築するパス決定機能と、を前記コンピュータに実現させることを特徴とする。
本発明の実施形態によれば、仮想ネットワーク機能(VNF)の配置とネットワークのパス設定とを一括で実行することにより、アンダーレイネットワークの通信特性および通信性能を考慮した最適なVNF配置を実現できる。以下、図1に示すネットワークシステムを参照しながら本発明の実施形態の概要を説明する。
以下、説明を簡略化するために、図2に示すネットワーク構成を参照しながら、本発明の実施形態におけるサービスチェインについて説明する。
1.1)システム構成
図3において、本発明の第1実施形態による制御装置10は、データベース111およびパス決定部112を有し、ネットワーク20のノードN1〜N4およびサーバSV1〜SV4を制御する。パス決定部112はVNFのサーバへの配置とサービスチェインに対応するネットワークのパス設定とを一括で実行する。データベース111は、後述するように(図5参照)、パス決定部112が上記動作を実行するための情報を有する。なお、図示されていないが、制御装置10は、ネットワーク20内のノード、サーバ等から後述する情報を収集してデータベース111を構築する機能を有する。
図6に示すように、制御装置10のパス決定部112は、ネットワークに関する第一の要求条件とコンピューティングリソースに関する第二の要求条件とを参照する(動作S211)。ここで、「第一の要求条件」は、サービスチェインを構成するネットワークに対する要求条件であり、例えば、要求される通信帯域等である。「第二の要求条件」は、仮想マシンVM(VNF)の実行基盤となるコンピューティングリソースに対する要求条件であり、例えばサーバに要求されるCPU/メモリリソース等である。
上述したように、本発明の第1実施形態によれば、ネットワークに関する第一のパラメータとコンピューティングに関する第二のパラメータとに基づいて、仮想ネットワーク機能(VNF)の配置とネットワークのパス設定との両方を、すなわちネットワーク上の仮想ネットワーク機能(VNF)の配置を、要求条件を満たすように一度で決定することができる。これにより、アンダーレイネットワークの通信特性および通信性能を考慮した最適なVNF配置が可能となる。
本発明の第2実施形態による制御装置10は、ネットワーク条件に関する比較結果とコンピューティング条件に関する比較結果とに基づいて、要求を満たすネットワーク上でのサービスチェインのパスを決定する。以下、図7〜図12を参照しながら第2実施形態について詳述する。
図7において、本発明の第2実施形態による制御装置10はデータベース111およびパス決定部122を有し、さらに、第1実施形態と同様に、ネットワークのノード等から情報を収集してデータベース111を構築する機能を有する。データベース111は、第1実施形態と同様であり、図5に示すように、パス決定部122がパス決定動作を実行するための情報を格納する。なお。サーバSVについては、第1実施形態と同様に、図4に示す構成を有する。
以下、ネットワーク条件比較部122aおよびコンピューティング条件比較部122bを含むパス決定部122のパス決定動作について説明する。
図9において、ネットワーク条件比較部122aは、上述した仮想リンクVLをサービスチェインのパス設定の対象として参照し(動作S221)、この仮想リンクVLを構成するための物理リンクの候補を選択する(動作S222)。続いて、ネットワーク条件比較部122aは、物理リンクの候補からネットワーク要求条件(要求される通信帯域等)を満たす物理リンクを選択する(動作S223)。
図11において、コンピューティング条件比較部122bは、VNFを実行する仮想マシンVMに対するパラメータおよびコンピューティング要求条件を参照する(動作S224)。続いて、コンピューティング条件比較部122bは、パラメータとコンピューティング要求条件とを比較し、当該仮想マシンを配置する全てのサーバSVであるサーバ候補からコンピューティング要求条件を満たすサーバSVを選択する(動作S225)。こうして選択されたコンピューティング要求条件を満たすサーバSVと上述したネットワーク条件比較により選択された物理リンク(図10の太線矢印)とに基づいて、ネットワーク上でのサービスチェインのパス(VMの配置を含む)を決定する(動作S226)。
上述したコンピューティング条件比較(1)では、上記ネットワーク条件比較動作とは独立してVNF_Aを配置可能な全てのサーバ候補の中から条件を満たすサーバを選択するという総当たり方式を採用したが、これに限定されるものではない。たとえば、上述したネットワーク条件比較により選択された物理リンク(図10の太線矢印)に接続したサーバSVをサーバ候補として限定しておき、限定されたサーバ候補からコンピューティング要求条件を満たすサーバSVを選択してもよい。この方式は、ネットワーク条件比較結果を利用することにより、総当たり方式の場合よりもコンピューティング要求条件を確認するサーバ数が減少するという利点がある。
上述したように、本発明の第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、アンダーレイネットワークの通信特性および通信性能を考慮した最適なVNF配置が可能となる。すなわち、ネットワークに関するパラメータとネットワーク要求条件との比較と、コンピューティングに関するパラメータとコンピューティング条件との比較とを実行することで、仮想ネットワーク機能(VNF)の配置とネットワークのパス設定との両方を、すなわちネットワーク上の仮想ネットワーク機能(VNF)の配置を、一度で決定することができる。さらに、第2実施形態によれば、ネットワーク条件比較の結果を利用することで、コンピューティング条件比較の計算負荷を軽減することも可能となる。
図13に示すように、本発明の第3実施形態によるネットワークシステムでは、運用管理装置30が制御装置10に対する各種設定および決定されたサービスチェインの通信経路の表示を行うことができる。その他の構成および機能は上述した第1実施形態あるいは第2実施形態と同様であるから、図1と同じ参照番号を使用して説明は省略する。なお、制御装置10は運用管理装置30内に設けられてもよい。
図14において、運用管理装置30は、仮想リンク設定部301、要求条件設定部302、インターフェース303、およびユーザインターフェース304を有し、その他、図示しない制御部や記憶部を有する。ユーザインターフェース304はキーボード等の情報入力部とモニタ等の情報表示部とを含み、運用管理者による仮想リンク設定および要求条件設定、制御装置10により決定されたネットワーク上のVNF配置および経路の可視化などを可能にする。
図15に例示するように、ユーザインターフェース304に表示された運用管理画面400は、入力ウィンドウ400aとネットワーク表示ウィンドウ400bとに分割されている。入力ウィンドウ400aにはサービスチェイン入力欄401と複数の要求条件入力欄402とが表示され、ネットワーク表示ウィンドウ400bには運用管理対象であるネットワークの物理的なトポロジが表示される。たとえば、運用管理装置30は、制御装置10のデータベース111からトポロジ情報を取得し、取得したトポロジ情報に基づいてネットワークの構成を表示する。
A ⇔ VNF_A ⇔ VNF_B ⇔ B。
VL1:始点=NWノード(A);終点=VNF_A
VL2:始点=VNF_A ;終点=VNF_B
VL3:始点=VNF_B ;終点=NWノード(C)
上述したように、本発明の第3実施形態によれば、運用管理装置30が制御装置10に対して各種設定を行うことができ、運用管理者が設定したサービスチェインおよび要求条件に基づいて、第1および第2実施形態と同様に、アンダーレイネットワークの通信特性および通信性能を考慮した最適なVNF配置が可能となる。
図17に示すように、本発明の第4実施形態による運用管理装置31は、第3実施形態による運用管理装置30の構成に加えてパス制御部311を設けた構成を有する。したがって、運用管理装置30と同様のブロックには同じ参照番号を付して説明は省略する。
本発明の第5実施形態による制御装置は、上述した各実施形態によりネットワークにおけるサービスチェインのパスを決定し、当該パスに沿って通信フローが転送されるようにネットワークノードおよびサーバを制御する。以下、図18〜図22を参照しながら第5実施形態について詳述する。
図18に示すように、本発明の第5実施形態による制御装置12は、データベース111、パス決定部112および制御部131を有し、さらに、第1実施形態と同様に、ネットワークのノード等から情報を収集してデータベース111を構築する機能を有する。データベース111は、第1実施形態と同様であり、図5に示すように、パス決定部112がパス決定動作を実行するための情報を格納する。なお、パス決定部112の代わりに、第2実施形態におけるパス決定部122を用いることもできる。制御部131には、ネットワーク20のノードを制御するネットワーク制御部132とサーバ内の仮想マシン(VM)間のデータ転送を制御するVM制御部133とが機能的に設けられている。制御部131は、パス決定部112により決定されたパスに沿って通信フローが転送されるようにネットワークノードNおよびサーバSVを制御する。
オープンフローは、通信をエンドツーエンドのフローとして認識し、フロー単位で経路制御、障害回復、負荷分散等を実行する。ここで、フローとは、例えば所定の属性を有する一連の通信パケット群のことであり、本実施形態においては設定されたサービスチェインに属するフローをいう。以下、図21に示すネットワークを一例としてオープンフローについて説明する。
本発明の第5実施形態によれば、第1〜第4実施形態と同様にサービスチェインのパスを決定し、当該パスに沿って通信フローが転送されるようにネットワークのノードあるいはサーバを制御するので、アンダーレイネットワークの通信特性および通信性能を考慮した最適なVNF配置が可能となる。
既に述べたように、サービスチェイニングでは、単に仮想マシンの配置を考慮するだけでは不十分であり、コンピューティングおよびネットワーキングの両方のリソースを考慮することが必要である。本発明の第6実施形態によれば、必要とされるVNFとそれを配置可能なサーバとを含むようにネットワークトポロジを拡張し、この拡張トポロジに基づいてネットワーク上での仮想マシン(VNF)の最適配置を決定する。このVNF配置の最適解は、たとえば整数計画法(Integer Programming)を用いて求めることができる。
VL1:始点=クラシファイアA;終点=VNF_A
VL2:始点=VNF_A ;終点=VNF_B
VL3:始点=VNF_B ;終点=クラシファイアB
以下、図26に示すようなネットワーク上での最適VNF配置を決定する整数計画法による計算過程を示す。変数の定義は次の通りである。
・VNFのコンピューティング要求条件:required_cpux (x:vnf_id)
・仮想リンク(VL)のネットワーク要求条件:required_bwx (x:vl_id)
・ネットワークパス(アンダーレイパス):
・upathx ij ∈ {0,1} (x:vl_id, i,j:underlay_node_id) ここで、仮想リンクxが物理ノードiとjとの間のリンクijを使用していれば、upathx ij=1である。
・サーバのコンピューティングパラメータ(利用可能CPU):
available_cpus (s:server_id)
・リンクのネットワークパラメータ(利用可能帯域幅):
available_bwij (i:from_id, j:to_id)
・目的関数Cの最小化/最大化によりVNF配置の最適解を計算する。目的関数Cの一例を次式に示す:
フロー保存則は仮想リンクをパスとして成立させるための条件であり、各仮想リンクがアンダーレイにマッピングされるとき満たす必要がある。以下、図27を参照しながら説明する。
帯域幅制約条件は要求帯域を収容するための条件であり、リンクijに仮想リンクVLがマッピングされている場合、当該リンクijを通る総トラフィック量が当該リンクijの使用可能な帯域幅に収容可能でなければならない。したがって、次式を満たす必要がある。
コンピューティング制約条件は、仮想マシン(VM)が要求するコンピューティングリソース(CPU、メモリ容量など)を収容するための条件であり、あるサーバを使用する仮想マシン(VM)の要求リソースの総和が当該サーバの使用可能なリソースに収容可能でなければならない。図29に示すような重複を考慮して、次式を満たす必要がある。
VNFリンク制約条件は、VNFを実行する仮想マシン(VM)の配置先を決めるための条件であり、次に述べるように、仮想マシン(VM)とサーバのリンクは一本しか使ってはならない。図30に示すように、VNF_Aを例として説明する。
upathsv x = upathsv y (∀s,∀ν,∀x|dstx=ν, ∀y|dstx=ν)
upathvs x = upathvs y (∀s,∀ν,∀x|srcx=ν, ∀y|srcx=ν)
upathsv x = upathvs y (∀s,∀ν,∀x|dstx=ν, ∀y|srcx=ν)
以上述べたように、本実施形態によれば、上記制約条件の下で線形計画法により、目的関数Cが最小となるupathx ij=1の物理リンクの集合をVNF配置の最適解として求めることができる。この最適解はネットワークパスおよびVNF配置の両方を含む拡張トポロジでの最適解となり、コンピューティングおよびネットワーキングリソースの両方を考慮したサービスチェイニング配置を達成することができる。また、整数計画法を用いることでネットワーク上でのVNF配置を迅速に得ることができる。
20 ネットワーク
30、31 運用管理装置
111 データベース
112 パス決定部
113 制御部
122 パス決定部
122a ネットワーク条件比較部
122b コンピューティング条件比較部
131 制御部
132 ネットワーク制御部
133 仮想マシン制御部
301 仮想リンク設定部
302 要求条件設定部
303 インターフェース
304 ユーザインターフェース
305 ネットワーク条件設定部
306 コンピューティング条件設定部
311 パス制御部
400 運用管理画面
400a 入力ウィンドウ
400b ネットワーク表示ウィンドウ
401 サービスチェイン入力欄
402 要求条件入力欄
501 データ転送部
502 経路情報データベース
503 インターフェース
600 仮想スイッチ
601 データ転送部
602 経路情報データベース
603 インターフェース
701、702、703 オープンフロースイッチ
704 オープンフローコントローラ
705 セキュリティチャネル
706 フローテーブル
Claims (20)
- 複数のノードおよびサーバを有するネットワークを制御する装置であって、
前記ネットワークのリンクおよびノードに関する第1情報に基づき、要求を満たすリンクを選択する第1選択手段と、
VNF(Virtualized Network Function)を配置可能なサーバのコンピューティングリソースに関する第2情報に基づいて、前記要求を満たすサーバを選択する第2選択手段と、
前記第1選択手段により選択されたリンクと、前記第2選択手段により選択されたサーバに基づき、前記ネットワークのパスを決定し、前記パスに対応するサーバに前記VNFを配置することでサービスチェインを構築するパス決定手段、
を有することを特徴とするネットワーク制御装置。 - 前記第1選択手段は、前記要求に含まれるVNFのネットワークに関する第1要求条件と前記第1情報とを比較する第1比較手段を有し、
前記第2選択手段は、前記要求に含まれるVNFのコンピューティングリソースに関する第2要求条件と前記第2情報とを比較する第2比較手段を有し、
前記パス決定手段は、前記第1比較手段の比較結果に基づいて選択されたリンクと、前記第2比較手段の比較結果に基づいて選択されたサーバを使用して、前記サービスチェインを構築することを特徴とする請求項1に記載のネットワーク制御装置。 - 前記第1選択手段は、前記第1比較手段の比較結果により前記第1要求条件を満たす物理リンク候補を選択し、
前記第2選択手段は、前記第2比較手段の比較結果により前記第2要求条件を満たすサーバ候補を選択し、
前記パス決定手段は、前記物理リンク候補および前記サーバ候補に基づき、前記サービスチェインに使用するパスを決定することを特徴とする請求項2に記載のネットワーク制御装置。 - 前記サーバには複数の異なるVNFが配置可能であることを特徴とする請求項1−3のいずれか1項に記載のネットワーク制御装置。
- 前記ネットワークのノードと、前記サーバにおける前記VNFを実行する仮想マシンと、を制御する制御手段を更に有し、
前記制御手段が前記決定されたパスを使用して通信が行われるように前記ネットワークのノードおよびサーバを制御する、ことを特徴とする請求項1−4のいずれか1項に記載のネットワーク制御装置。 - 前記サーバは前記ネットワークの少なくとも1つの隣接ノードと接続し、複数の異なるVNFの間および前記隣接ノードとの間の少なくとも一方でデータ転送を行う仮想スイッチを有し、前記制御手段が前記ノードと同様に前記仮想スイッチを制御することを特徴とする請求項5に記載のネットワーク制御装置。
- 複数のノードおよびサーバを有するネットワークを制御する方法であって、
前記ネットワークのリンクおよびノードに関する第1情報に基づき、要求を満たすリンクを選択し、
VNF(Virtualized Network Function)を配置可能なサーバのコンピューティングリソースに関する第2情報に基づいて、前記要求を満たすサーバを選択し、
選択されたリンクと、選択されたサーバに基づき、前記ネットワークのパスを決定し、前記パスに対応するサーバに前記VNFを配置することでサービスチェインを構築する
ことを特徴とするネットワーク制御方法。 - 前記要求に含まれる前記VNFのネットワークに関する第1要求条件と前記第1情報とを比較する第1の比較をし、
前記要求に含まれる前記VNFのコンピューティングリソースに関する第2要求条件と前記第2情報とを比較する第2の比較をし、
前記第1の比較による比較結果に基づいて選択されたリンクと、前記第2の比較による比較結果に基づいて選択されたサーバを使用して、前記サービスチェインを構築することを特徴とする請求項7に記載のネットワーク制御方法。 - 前記第1の比較による比較結果に基づき前記第1要求条件を満たす物理リンク候補を選択し、
前記第2の比較による比較結果に基づき前記第2要求条件を満たすサーバ候補を選択し、
前記物理リンク候補および前記サーバ候補に基づき、前記サービスチェインに使用するパスを決定することを特徴とする請求項8に記載のネットワーク制御方法。 - 前記サーバには複数の異なるVNFが配置可能であることを特徴とする請求項7−9のいずれか1項に記載のネットワーク制御方法。
- 前記決定されたパスを使用して通信がおこなわれるように前記ネットワークのノードと、前記サーバにおける前記VNFを実行する仮想マシンと、を制御することを特徴とする請求項7−10のいずれか1項に記載のネットワーク制御方法。
- 前記サーバは前記ネットワークの少なくとも1つの隣接ノードと接続し、複数の異なるVNFの間および前記隣接ノードとの間の少なくとも一方でデータ転送を行う仮想スイッチを有し、前記ノードと同様に前記仮想スイッチを制御することを特徴とする請求項11に記載のネットワーク制御方法。
- 複数のノードおよびサーバを有するネットワークと前記ネットワークを制御する制御装置とを有するネットワークシステムであって、
前記制御装置が、
前記ネットワークのリンクおよびノードに関する第1情報に基づき、要求を満たすリンクを選択する第1選択手段と、
VNF(Virtualized Network Function)を配置可能なサーバのコンピューティングリソースに関する第2情報に基づいて、前記要求を満たすサーバを選択するする第2選択手段と、
前記第1選択手段により選択されたリンクと、前記第2選択手段により選択されたサーバに基づき、前記ネットワークのパスを決定し、前記パスに対応するサーバに前記VNFを配置することでサービスチェインを構築するパス決定手段と、
を有することを特徴とするネットワークシステム。 - 前記第1選択手段は、前記要求に含まれるVNFのネットワークに関する第1要求条件と前記第1情報とを比較する第1比較手段を有し、
前記第2選択手段は、前記要求に含まれるVNFのコンピューティングリソースに関する第2要求条件と前記第2情報とを比較する第2比較手段を有し、
前記パス決定手段は、前記第1比較手段の比較結果に基づいて選択されたリンクと、前記第2比較手段の比較結果に基づいて選択されたサーバを使用して、前記サービスチェインを構築することを特徴とする請求項13に記載のネットワークシステム。 - 前記第1選択手段は、前記第1比較手段の比較結果により前記第1要求条件を満たす物理リンク候補を選択し、
前記第2選択手段は、前記第2比較手段の比較結果により前記第2要求条件を満たすサーバ候補を選択し、
前記パス決定手段は、前記物理リンク候補および前記サーバ候補に基づき、前記サービスチェインに使用するパスを決定することを特徴とする請求項14に記載のネットワークシステム。 - 前記サーバには複数の異なるVNFが配置可能であることを特徴とする請求項13−15のいずれか1項に記載のネットワークシステム。
- 前記制御装置の運用管理を行う運用管理装置を更に有し、
前記運用管理装置が、
前記制御装置に対して少なくとも一つのVNFの要求条件を設定する要求条件設定手段と、
前記ネットワークのトポロジを前記決定されたパスと共に表示する表示手段と、
を有する
ことを特徴とする請求項13−16のいずれか1項に記載のネットワークシステム。 - 前記ネットワークのノードと、前記サーバにおける前記VNFを実行する仮想マシンと、を制御する制御手段を更に有し、
前記制御手段が前記決定されたパスを使用して通信が行われるように前記ネットワークのノードおよびサーバを制御する、ことを特徴とする請求項13−17のいずれか1項に記載のネットワークシステム。 - 前記サーバは前記ネットワークの少なくとも1つの隣接ノードと接続し、複数の異なるVNFの間および前記隣接ノードとの間の少なくとも一方でデータ転送を行う仮想スイッチを有し、前記制御手段が前記ノードと同様に前記仮想スイッチを制御することを特徴とする請求項18に記載のネットワークシステム。
- 複数のノードおよびサーバを有するネットワークを制御するネットワーク制御装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
前記ネットワークのリンクおよびノードに関する第1情報に基づき、要求を満たすリンクを選択する第1選択機能と、
VNF(Virtualized Network Function)を配置可能なサーバのコンピューティングリソースに関する第2情報に基づいて、前記要求を満たすサーバを選択するする第2選択機能と、
前記第1選択手段により選択されたリンクと、前記第2選択手段により選択されたサーバに基づき、前記ネットワークのパスを決定し、前記パスに対応するサーバに前記VNFを配置することでサービスチェインを構築するパス決定機能と、
を前記コンピュータに実現させることを特徴とするプログラム。
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