JP6678833B1 - ネットワークコントローラ - Google Patents

Abstract

ネットワークコントローラは、新規スライス要求に対して、リソース情報管理部２１２が管理する未割当リソース情報のリソースの中からリソース割当を行い、既存スライス要求に対して、リソース情報管理部２１２が管理する未割当リソース情報３０８に基づいて未割当リソースが増えるようにリソースを割り当て直す。

Description

本発明は、ネットワーク上の装置が保有するリソースの割当を行うネットワークコントローラに関する。

近年、通信に対する要求条件が異なる、いくつかの通信サービスが存在する。そのような通信サービスとしては、例えば、高データレートが要求されるモバイルブロードバンドサービス、高信頼性および低遅延が要求されるミッションクリティカルサービス、高密度デバイスの収容が要求されるMassive Internet of Thingsサービス等が存在する。

現在、これらの通信サービスを、共通の通信ネットワークインフラ上に生成されるスライスに割り当てることの検討が進められている。

スライスとは、論理的に分割された仮想ネットワークのことである。スライスは、コントローラによって管理される。コントローラは、通信ネットワーク上に存在する各装置の利用可能なリソースから、要求された通信サービスに必要なリソースを、装置ごとに確保して、スライスに割り当てる。

また、共通の通信ネットワークインフラ上で、できるだけ多くのスライスを生成するために、各装置が保有するリソースを効率よくスライスに割り当てる技術が検討されている（例えば、特許文献１参照）。

さらに、通信サービスの要求、あるいは、通信サービスの要求変更に対して、迅速に対応するため、スライスに対してリソースを迅速に割り当てる、あるいは、スライスに割り当てるリソースを迅速に変更することも求められている。

以下では、スライスに対してリソースを迅速に割り当てる「新規割当」と、スライスに割り当てるリソースを迅速に変更する「割当変更」とを、合わせて、単に、「割当」と呼ぶこととする。

特許文献１では、コントローラは、物理ネットワークのトポロジー情報、既存仮想ネットワークの情報、および、物理ネットワークへ新規に割り当てる割当要求仮想ネットワークの情報を取得する。また、コントローラは、これらの情報に基づいて、割当要求仮想ネットワークの各仮想ノードを割り当てることが可能な物理ノード候補を選択する。さらに、コントローラは、物理ネットワークのトポロジーに、割当要求仮想ネットワークの各仮想ノードに対応する疑似ノードを仮想的に追加する。そして、コントローラは、物理ノード候補と疑似ノードとの間に疑似リンクを設定して、物理ネットワークを拡張する。コントローラは、拡張された物理ネットワーク上で、スライス実行におけるコストの総和を最小化する仮想ネットワーク割当を、整数計画法モデルの解として計算する。

特許第６２７９４３６号公報

しかしながら、特許文献１では、整数計画法を用いるため、ネットワーク規模が増大する、あるいは、考慮するリソース種類が増加するにつれて、コントローラの処理負荷が大きくなる。その結果、迅速なリソース割当が困難になるという課題があった。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、スライス要求に対して迅速にリソースを割り当てることが可能な、ネットワークコントローラを提供することを目的とする。

本発明は、ネットワーク上の装置が保有するリソースを示すリソース情報と、前記ネットワーク上の装置間の接続を示す接続情報とを取得するネットワーク情報取得部と、リソースの割当を要求するスライス要求を受信して、受信した前記スライス要求を新規スライス要求として管理するとともに、既存のスライス要求を既存スライス要求として管理する、スライス管理部と、前記ネットワーク情報取得部が取得した前記リソース情報を管理するとともに、前記リソース情報の前記リソースから割当済リソースを除いた未割当リソースを示す未割当リソース情報を管理するリソース情報管理部と、前記リソース情報管理部が管理する前記リソース情報および前記未割当リソース情報に基づいて、前記スライス管理部が管理する前記新規スライス要求および前記既存スライス要求に割り当てるリソースを決定するリソース割当部と、前記リソース割当部が決定したリソース割当に基づいて、前記ネットワーク上の各装置の設定を行うネットワーク制御部とを備え、前記リソース割当部は、前記新規スライス要求に対して、前記リソース情報管理部が管理する前記未割当リソース情報のリソースの中から、要求に対して十分な量のリソース割当を行う、新規要求割当部と、前記既存スライス要求に対して、前記リソース情報管理部が管理する前記未割当リソース情報に基づいて、未割当リソースが増えるように、要求に対して少なくとも必要な量のリソースを割り当て直す、既存要求再割当部とを有し、前記新規要求割当部は、初期のリソース割当を行う際に、要求に対して必要十分な量以上の値として設定された前記要求に対して十分な量によるリソース割当を行い、前記既存要求再割当部は、前記既存スライス要求に対してリソースを割り当て直す際に、前記要求に対して十分な量よりも小さな値として設定された前記要求に対して少なくとも必要な量によるリソース割当を行う、ネットワークコントローラである。

本発明に係るネットワークコントローラによれば、スライス要求に対して迅速にリソースを割り当てることができる。

本発明の実施の形態１に係る通信システムの一例である。 本発明の実施の形態１に係る通信システムに設けられたネットワークコントローラの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る通信システムに設けられたネットワークコントローラの動作を示すシーケンス図である。 本発明の実施の形態１に係る通信システムに設けられたネットワークコントローラの各部のリソース情報の一例を示した図である。 本発明の実施の形態１に係る通信システムに設けられたネットワークコントローラの各部間の接続情報の一例を示した図である。 本発明の実施の形態１に係る通信システムに設けられたオーケストレータからネットワークコントローラが受信するスライス要求の一例を示した図である。 本発明の実施の形態１に係る通信システムに設けられたネットワークコントローラにおける、スライス要求に割り当てる帯域リソースと未割当帯域リソースの一例を示した図である。 本発明の実施の形態１に係る通信システムに設けられたネットワークコントローラにおける、スライス要求に割り当てる帯域リソースと未割当帯域リソースの一例を示した図である。 本発明の実施の形態１に係る通信システムに設けられたネットワークコントローラにおける、スライス要求に割り当てる帯域リソースと未割当帯域リソースの一例を示した図である。 本発明の実施の形態１に係る通信システムに設けられたネットワークコントローラにおける、スライス要求に割り当てる帯域リソースと未割当帯域リソースの一例を示した図である。 本発明の実施の形態１に係る通信システムに設けられたネットワークコントローラにおける、スライス要求に割り当てる帯域リソースと未割当帯域リソースの一例を示した図である。 本発明の実施の形態１に係る通信システムに設けられたネットワークコントローラにおける、スライス要求に割り当てる割当帯域と未割当帯域の一例を示した図である。 本発明の実施の形態１に係る通信システムに設けられたネットワークコントローラにおける、割り当て直した割当帯域と未割当帯域の一例を示した図である。 本発明の実施の形態１に係る通信システムに設けられたネットワークコントローラにおける、割り当て直した割当帯域と未割当帯域の一例を示した図である。 本発明の実施の形態２に係る通信システムに設けられたネットワークコントローラの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１および実施の形態２に係る通信システムに設けられたネットワークコントローラのハードウェア構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１および実施の形態２に係る通信システムに設けられたネットワークコントローラのハードウェア構成を示すブロック図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の各実施の形態を詳細に説明する。ただし、以下に示す各実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る通信システムの一例を示した図である。図１に示すように、通信システムは、リソースレイヤ１と、コントロールレイヤ２と、アプリケーションレイヤ３とから構成されている。

リソースレイヤ１は、物理的もしくは仮想的な各種装置から構成される。リソースレイヤ１は、無線ネットワーク１０と、無線アクセスネットワーク１１と、トランスポートネットワーク１２と、コアネットワーク１３とから構成されている。

図１の例では、無線ネットワーク１０に適用される装置として、複数の端末１００が設けられている。各端末１００は、記号「＃」を用いて、「端末＃１」、「端末＃２」、・・・、「端末＃５」と表示して区別している。なお、以下では、端末のみならず、他の構成についても、記号「＃」を付して表示することで、個々を区別するものとする。

また、無線アクセスネットワーク１１に適用される装置として、複数のスイッチ１１０が設けられている。各スイッチ１１０は、記号「＃」を用いて、「ＳＷ＃１」または「スイッチ＃１」、「ＳＷ＃２」または「スイッチ＃２」、・・・、「ＳＷ＃５」または「スイッチ＃５」と表示して区別している。

また、トランスポートネットワーク１２に適用される装置として、複数のサーバ１２０と、複数のルータ１２１とが設けられている。サーバ１２０およびルータ１２１についても、記号「＃」を用いて個々を区別している。

また、コアネットワーク１３に適用される装置として、ルータ１３０と、コアサーバ１３１とが設けられている。

コントロールレイヤ２は、ドメイン毎の各種装置をそれぞれ管理および制御する複数のコントローラと、これらの複数のコントローラを管理および制御するオーケストレータ２２とから構成されている。図１の例では、複数のコントローラとして、端末コントローラ２０とネットワークコントローラ２１とが設けられている。

ネットワークコントローラ２１は、親局１４と、複数の子局１５と、複数のスイッチ１１０と、複数のサーバ１２０と、複数のルータ１２１と、ルータ１３０と、コアサーバ１３１とを、管理および制御する。

端末コントローラ２０は、複数の端末１００を管理および制御する。

アプリケーションレイヤ３は、１以上のアプリケーション３０から構成されている。図１の例では、ｎ個のアプリケーションが設けられている。ここで、ｎは１以上の整数である。

図１では、リソースレイヤ１とコントロールレイヤ２との論理的な接続を示している。リソースレイヤ１とコントロールレイヤ２とを接続する物理的なネットワークは、専用のネットワークでも良く、ユーザデータを共有するネットワークでも良い。

図２は、本発明の実施の形態１に係るネットワークコントローラ２１の構成を示すブロック図である。図２に示すように、ネットワークコントローラ２１は、ネットワーク情報取得部２１１と、リソース情報管理部２１２と、スライス管理部２１３と、リソース割当部２１４と、ネットワーク制御部２１５とを備えている。リソース割当部２１４は、新規要求割当部２１４１と、既存要求再割当部２１４２とを有する。なお、図２において、ネットワーク２００は、図１に示した、無線ネットワーク１０と、無線アクセスネットワーク１１と、トランスポートネットワーク１２と、コアネットワーク１３とを含む。

図３は、本実施の形態１に係るネットワークコントローラ２１の動作を示すシーケンス図である。以下、図３を用いて、ネットワークコントローラ２１の各部の動作について説明する。

＜ネットワーク情報取得＞
ステップＳ１において、ネットワーク情報取得部２１１は、ネットワークコントローラ２１およびリソースレイヤ１の各装置が起動すると、ネットワーク２００上の各装置のリソース情報をまとめた装置リソース情報３００および各装置間の接続リソース情報３０１を取得する。ステップＳ２において、ネットワーク情報取得部２１１は、取得した各装置の装置リソース情報３００および各装置間の接続リソース情報３０１を、リソース情報管理部２１２に送信する。

図４および図５は、ネットワーク情報取得部２１１によって取得される、ネットワーク２００の装置リソース情報３００および接続リソース情報３０１の例を示す。

図４は、ネットワーク２００上の各装置の装置リソース情報３００の例を示している。図４において、装置リソース情報３００は、各装置について、装置が所有するポート、それらのポートの帯域、装置遅延、故障率の情報を含んでいる。例えば、サーバ＃１は２つのポート１，２を有しており、ポート１，２の帯域はともに１０Ｇｂｐｓである。また、サーバ＃１の装置遅延は１０００マイクロ秒であり、故障率は０．００２である。装置遅延とは、ポート間の転送遅延を示す。装置遅延は、装置ごとに管理してもよく、あるいは、装置のポート間ごとに別々に管理してもよい。

また、図５は、各装置間の接続リソース情報３０１の例を示す。接続リソース情報３０１は、各リンクについて、リンクの始点ノード、リンクの終点ノード、リンクの帯域、伝送遅延の情報を含んでいる。なお、リンクの始点ノードおよびリンクの終点ノードの情報は、装置のポート間の接続関係を示す情報である。図５において、「サーバ＃１−２」とは、「サーバ＃１」の「ポート２」を示す。他の記載も同様に、記号「−」の次の数字はポートの番号を示している。以下の各図においても、同様とする。例えば、リンクＬ１は、サーバ＃１のポート２とルータ＃１のポート１との接続を表しており、帯域は１０Ｇｂｐｓ、伝送遅延は０．１マイクロ秒である。なお、各装置間の接続情報は、通信の方向に応じて別々に管理してもよい。

ネットワーク情報取得部２１１が、図４の装置リソース情報３００および図５の接続リソース情報３０１を取得する具体的な方法としては、例えば、各装置への問い合わせ、経路探索プロトコルの利用、ネットワーク管理者の保有する情報の読み込み等があり、これらの方法のうち、任意の方法で行うことができる。

また、ネットワーク情報取得部２１１の装置リソース情報３００および接続リソース情報３０１の取得タイミングは、起動時に限定されず、一定の周期で行ってもよく、あるいは、オーケストレータ２２またはネットワーク管理者からの指示で実施してもよく、あるいは、リソースレイヤ１からのリソース変更通知で実施してもよい。

ステップＳ３において、リソース情報管理部２１２は、各装置の装置リソース情報３００および各装置間の接続リソース情報３０１をメモリ内に保持する。また、ステップＳ４において、リソース情報管理部２１２は、各装置の装置リソース情報３００および各装置間の接続リソース情報３０１を、未割当リソース情報３０４として、リソース割当部２１４に送信する。

＜スライス管理＞
ステップＳ５において、スライス管理部２１３は、オーケストレータ２２からスライス要求３０２を受信すると、ステップＳ６において、新規スライス要求３０３をリソース割当部２１４に送信する。リソース割当部２１４は、ステップＳ７において、新規スライス要求３０３を満たすリソース割当が可能か否かを判定する。リソース割当部２１４は、新規スライス要求３０３を満たすリソース割当が可能であると判定した場合に、ステップＳ８において、スライス管理部２１３に、割当可通知３０５を送信する。ステップＳ９において、スライス管理部２１３は、割当可通知３０５を受信すると、ステップＳ９において、新規スライス要求３０３を既存スライス要求として保持する。

図６は、オーケストレータ２２から受信するスライス要求３０２の例を示す。図６において、上位ホストおよび下位ホストは、それぞれ、仮想ネットワークであるスライスを構築するネットワークの上位側の端点となる装置および下位側の端点となる装置である。スライス要求Ｒ１の例では、上位側の端点がサーバ＃１であり、下位側の端点が子局＃１である。

＜リソース情報管理およびリソース割当＞
リソース情報管理部２１２は、上述したように、ネットワーク情報取得部２１１から受信した各装置の装置リソース情報３００および各装置間の接続リソース情報３０１を管理する。さらに、リソース情報管理部２１２は、当該リソースのうち、リソース割当部２１４がスライス要求３０２に割り当てた割当済リソースを元のリソースから除いた未割当リソースを示す未割当リソース情報３０４を管理する。

ステップＳ１０において、リソース割当部２１４は、リソース情報管理部２１２が管理する装置リソース情報３００および未割当リソース情報３０４と、スライス管理部２１３が管理する新規スライス要求３０３とに基づいて、スライスに割り当てるリソースを決定する。

詳細には、まず、リソース情報管理部２１２は、上述したように、起動後に、ステップＳ２において、ネットワーク情報取得部２１１によって取得された装置リソース情報３００を受信すると、ステップＳ３において、リソース情報を保持する。このときのリソース情報は、例えば、図４に示す装置リソース情報３００である。また、この時点では、未割当リソース情報３０４は、装置リソース情報３００と同一のものとして保持される。

次に、リソース割当部２１４の新規要求割当部２１４１は、ステップＳ５において、新規スライス要求３０３を受信すると、ステップＳ７において、リソース情報管理部２１２が保持する未割当リソース情報３０４に基づいて、新規スライス要求３０３に仮に割当可能なリソースをすべて割り当てた場合に、新規スライス要求３０３を満たすことが可能か否かを判定する。リソース割当部２１４は、新規スライス要求３０３を満たすことが可能であると判定した場合に、ステップＳ８において、割当可通知３０５をスライス管理部２１３に送信する。また、リソース割当部２１４は、ステップＳ１０において、新規スライス要求３０３に対して、十分に要求を満たす量のリソースを割り当てる。ここまでの処理は、上述した通りである。

次に、ステップＳ１１において、リソース割当部２１４は、新規スライス要求３０３に対して割り当てたリソースを示す割当リソース情報３０６を、リソース情報管理部２１２とネットワーク制御部２１５とに送信する。ステップＳ１２において、リソース情報管理部２１２は、割当リソース情報３０６に基づいて、リソース割当部２１４の新規要求割当部２１４１が新規スライス要求３０３に割り当てたリソースを、元の装置リソース情報３００から除いたリソースを、未割当リソース情報３０８として更新する。また、リソース情報管理部２１２は、ステップＳ１３において、未割当リソース情報３０８を、リソース割当部２１４に送信する。このことについて、以下、詳細に説明する。

例えば、新規スライス要求３０３が、図６に示すスライス要求Ｒ１の場合を例に挙げて説明する。リソース割当部２１４の新規要求割当部２１４１は、スライス要求Ｒ１を受信した場合、スライス要求Ｒ１の上位ホストがサーバ＃１で、下位ホストが子局＃１であるので、図４の装置リソース情報３００に基づいて、サーバ＃１と子局＃１を接続する装置として、サーバ＃２および子局＃２以外のすべての装置、すなわち、サーバ＃１、ルータ＃１〜３、親局＃１、スイッチ＃１〜２、子局＃１を選択する。また、新規要求割当部２１４１は、図５の接続リソース情報３０１に基づいて、これらの装置を接続するリンクとして、リンクＬ１，Ｌ３〜８，Ｌ１０を選択する。次に、新規要求割当部２１４１は、選択したすべての装置と選択したすべてのリンクの持つすべての帯域をスライス要求Ｒ１に割り当てると、スライス要求Ｒ１の要求帯域１Ｇｂｐｓ以上の帯域を持つ経路が存在する。そのため、新規要求割当部２１４１は、スライス要求Ｒ１を満たすことが可能であると判定する。

実際に、スライス要求Ｒ１に割り当てる帯域リソースと、未割当リソース情報である未割当帯域リソースの例を、図７〜図１２に示す。ここで、図７〜図１２の例では、装置遅延と故障率に関する情報は省略している。図７および図８は、サーバ＃１と子局＃１とを接続するすべての経路上のすべての装置とリンクの帯域について、すべての帯域を割り当てる場合のリソース情報および接続情報をそれぞれ示している。また、図９および図１０は、サーバ＃１と子局＃１を接続する一つの経路「サーバ＃１、ルータ＃１、ルータ＃３、親局＃１、スイッチ＃１、スイッチ＃２、子局＃１」上のすべての装置とリンクについて、すべての帯域を割り当てる場合のリソース情報および接続情報を示している。図１１および図１２は、サーバ＃１と子局＃１を接続する一つの経路「サーバ＃１、ルータ＃１、ルータ＃３、親局＃１、スイッチ＃１、スイッチ＃２、子局＃１」上のすべての装置とリンクについて、要求帯域相当分の帯域を割り当てる場合のリソース情報および接続情報を示している。図９および図１０の例、および、図１１および図１２の例のように、実際に割り当てるリソースは割当可能なすべてのリソースでなくてもよいが、必要十分なリソース割当を探索する必要はなく、要求に対して十分なリソースを、迅速に割り当てる。

続いて、リソース割当部２１４は、次の新規スライス要求３０３を受信していれば、新規要求割当部２１４１によって、前述のステップＳ６からステップＳ１３までと同様に、リソース情報管理部２１２が保持する未割当リソース情報３０４または未割当リソース情報３０８に基づいて、新規スライス要求３０３を満たすリソース割当手続きを実施する。

一方、リソース割当部２１４は、次の新規スライス要求３０３を受信していなければ、ステップＳ１４において、既存要求再割当部２１４２によって、スライス管理部２１３が保持する既存スライス要求３０７を取得する。次に、ステップＳ１５において、既存要求再割当部２１４２は、既存スライス要求３０７とリソース情報管理部２１２が保持する未割当リソース情報３０８とに基づいて、リソースの再割当を実施する。このとき、既存要求再割当部２１４２は、リソース割当が、新規要求割当部２１４１によるリソース割当よりも、効率的なリソース割当となるように、リソースの再割当を実施する。

リソース割当部２１４は、ステップＳ１６において、再割当したリソースを示す再割当リソース情報３０９を、リソース情報管理部２１２とネットワーク制御部２１５とに送信する。その後、リソース割当部２１４は、次の新規スライス要求３０３の受信を待つ。ステップＳ１７において、リソース情報管理部２１２は、リソースの再割当が実施された場合も前述のステップＳ１２と同様に、未割当リソース情報３１０を更新する。すなわち、リソース情報管理部２１２は、再割当リソース情報３０９に基づいて、リソース割当部２１４の既存要求再割当部２１４２が既存スライス要求３０７に割り当てたリソースを、元の装置リソース情報３００から除いたリソースを、未割当リソース情報３１０として更新する。リソース情報管理部２１２は、ステップＳ１８において、未割当リソース情報３１０を、リソース割当部２１４に送信する。

図１３および図１４は、割り当て直した割当帯域と未割当帯域の例を示す。図１３はリソース情報を示し、図１４は接続情報を示す。図１３および図１４の例では、経路の未割当帯域の最大値がより大きくなるように割り当て直している。

図７および図８の例では、ルータ＃１から親局＃１への２つの経路、すなわち、「ルータ＃１、ルータ＃２、親局＃１」の経路および「ルータ＃１、ルータ＃３、親局＃１」の経路のうち、両方の経路を選択する。そして、当該２つの経路条のポートとリンク（ルータ＃１のポート３、リンク３、ルータ＃２のポート１およびポート２、リンク５、親局＃１のポート１、と、ルータ＃１のポート４、リンク４、ルータ＃３のポート１およびポート２、リンク６、親局＃１のポート２）のすべての帯域をスライス要求Ｒ１に割り当てている。そのため、ルータ＃１から親局＃１への２つの経路とも、未割当帯域が０Ｇｂｐｓである。ここで、本実施の形態において、経路の未割当帯域とは、経路上のポートとリンクの未割当帯域のなかで最小のものである。

図９および図１０の例では、ルータ＃１から親局＃１への２つの経路、すなわち、「ルータ＃１、ルータ＃２、親局＃１」の経路、および「ルータ＃１、ルータ＃３、親局＃１」の経路のうち、「ルータ＃１、ルータ＃３、親局＃１」の経路を選択する。そして、当該経路上のポートとリンク（ルータ＃１のポート４、リンク４、ルータ＃３のポート１およびポート２、リンク６、親局＃１のポート２）のすべての帯域をスライス要求Ｒ１に割り当てている。そのため、「ルータ＃１、ルータ＃３、親局＃１」の経路の未割当帯域は０Ｇｂｐｓである。一方、「ルータ＃１、ルータ＃２、親局＃１」の経路は選択されていないため、当該経路の未割当帯域は１Ｇｂｐｓである。

図１１および図１２の例では、ルータ＃１から親局＃１への２つの経路、すなわち、「ルータ＃１、ルータ＃２、親局＃１」の経路、および「ルータ＃１、ルータ＃３、親局＃１」の経路のうち、「ルータ＃１、ルータ＃３、親局＃１」の経路を選択する。そして、当該経路上のポートとリンク（ルータ＃１のポート４、リンク４、ルータ＃３のポート１およびポート２、リンク６、親局＃１のポート２）の帯域のうち、スライス要求Ｒ１が要求する１Ｇｂｐｓをスライス要求Ｒ１に割り当てている。そのため、「ルータ＃１、ルータ＃３、親局＃１」の経路の未割当帯域は１Ｇｂｐｓである。一方、「ルータ＃１、ルータ＃２、親局＃１」の経路は選択されていないため、当該経路の未割当帯域は１Ｇｂｐｓである。

以上から、図７〜図１２の例では、ルータ＃１から親局＃１への２つの経路について、いずれの経路も未割当帯域が１Ｇｂｐｓ以下である。これに対し、図１３および図１４の例では、スライス要求Ｒ１に対して「ルータ＃１、ルータ＃２、親局＃１」の経路の帯域に割り当て直している。すなわち、スライス要求Ｒ１に割当済みのポートとリンクの帯域を解放し、同時に、「ルータ＃１、ルータ＃２、親局＃１」の経路上のポートとリンク（ルータ＃１のポート３、リンク３、ルータ＃２のポート１およびポート２、リンク５、親局＃１のポート１）の帯域のうち、スライス要求Ｒ１が要求する１Ｇｂｐｓをスライス要求Ｒ１に割り当てている。そのため、「ルータ＃１、ルータ＃２、親局＃１」の経路の未割当帯域が０Ｇｂｐｓとなる一方、「ルータ＃１、ルータ＃３、親局＃１」の経路の未割当帯域が２Ｇｂｐｓとなっている。

実際、次の新規スライス要求が図６に例示するスライス要求Ｒ２の場合、図１３および図１４に例示する再割当後であれば、「ルータ＃１、ルータ＃３、親局＃１」の経路の帯域によって、スライス要求Ｒ２の帯域要求１．５Ｇｂｐｓを満たす。しかしながら、図７〜図１２のいずれに例示する再割当前であっても、その帯域要求１．５Ｇｂｐｓを満たすことができない。このように、既存要求再割当部２１４２は、リソース割当が、新規要求割当部２１４１によるリソース割当よりも、未割当帯域が増えて効率的なリソース割当となるように、リソースの再割当を実施する。

＜ネットワーク制御＞
上述したように、リソース割当部２１４は、前述のステップＳ１１において、新規スライス要求３０３に対する割当リソース情報３０６を、リソース情報管理部２１２とネットワーク制御部２１５とに送信する。これを受けて、ネットワーク制御部２１５は、ステップＳ１９において、割当リソース情報３０６に基づいて、ネットワーク上の各装置を設定することで、スライスを生成する。

また、リソース割当部２１４は、前述のステップＳ１６において、既存スライス要求３０７に対する再割当リソース情報３０９を、リソース情報管理部２１２とネットワーク制御部２１５とに送信する。これを受けて、ネットワーク制御部２１５は、ステップＳ２０において、再割当リソース情報３０９に基づいて、ネットワーク上の各装置を設定することで、スライスを生成する。

ネットワーク制御部２１５が、ネットワーク上の各装置を設定してスライスを生成する具体的な方法としては、リモートログインによるコマンド入力、ＯｐｅｎＦｌｏｗ、あるいは、ＮＥＴＣＯＮＦ／ＹＡＮＧ等のプロトコルの利用等、任意の方法で行うことができる。

以上説明したように、本実施の形態１に係るネットワークコントローラ２１は、スライス要求に対してリソースを割り当てるリソース割当において、新規スライス要求３０３に対しては、未割当リソースのうち十分なリソースを割り当てて、一方、既存スライス要求３０７に対しては、必要なだけのリソースを効率よく割り当てるように割り当て直す。これにより、オーケストレータ２２からのスライス要求へのリソース割当を迅速化しつつ、スライス収容効率を向上させることができる。

なお、前述のスライス要求の例では、帯域に対する要求の例を記載したが、遅延に対する要求ついては、各装置の装置遅延と各リンクの伝送遅延の総和と比較すればよく、稼働率に対する要求については、各装置と各リンクの故障率から算出される稼働率と比較すればよい。その他のリソース種別についても、当業者が容易に考えうる算出方法があれば適用してよい。例えば、通信用のメモリ容量、フレームロスレート、伝送遅延の揺らぎ量、処理遅延の揺らぎ量等である。

また、前述の動作例では、新規リソース要求に対する割当の後に、既存スライス要求に対する再割当を行い、再割当後に次の新規リソース要求を待つように記載したが、既存スライス要求に対する再割当の途中であっても、新規リソース要求を受け付けるように動作してもよい。

また、新規スライス要求は、既存スライス要求に対する変更要求であってもよい。その場合、当該要求に割当済のリソースを解放したものを未割当リソースとすればよい。

また、ネットワークコントローラ２１は、未割当リソースの量を外部に通知する図示しない通知部をさらに備えるようにしてもよい。また、ネットワークコントローラ２１の通知部が、元のリソースに対して未割当リソースがどの程度減ったかを示す情報を外部に通知するようにしてもよい。なお、ここで、外部とは、オーケストレータ２２あるいはネットワーク管理者等を指す。

また、リソース情報管理部２１２は、上位ホストおよび下位ホストになり得る装置間を接続する経路ごとに、リソースを管理してもよい。上位ホストおよび下位ホストになり得る装置の特定は、装置の種別、ネットワーク管理者による設定等、任意の方法で行うことができる。この場合、リソース情報管理部２１２は、各経路上の装置およびリンクのリソース情報を経路リソース情報として集約する。経路ごとのリソース情報は、例えば、経路の帯域、遅延、稼働率を含む。経路ごとのリソースの例としては、リソース情報が帯域であれば、当該経路上の各装置および各リンクの帯域なかで最小の帯域とすればよい。また、リソース情報が遅延であれば、当該経路上の各装置および各リンクの遅延の総和とすればよい。また、リソース情報が稼働率であれば、当該経路上の各装置および各リンクの故障率の積を１から差し引いた値とすればよい。その他のリソース種別についても、当業者が容易に考えうる算出方法があれば適用してよい。

さらに、或る上位ホストと下位ホストを接続する経路が複数あり、ネットワーク上の各装置の特性によりそれら複数の経路をアグリゲーションすることが可能である場合は、それぞれの経路の他に、それらの一部または全部を同時に使用する経路群もまた上位ホストと下位ホストを接続する経路の一つと考えることができる。

その場合、集約リソースの例として、帯域であれば、当該経路のうち並行する部分については、各並行部分の帯域の和とした上で経路全体のボトルネックとなる帯域、遅延であれば、当該経路を構成する経路の遅延のうち最大の遅延、稼働率であれば、当該経路のうち並行する部分については並行部分のいずれかが利用可能ならば、当該経路を利用可能と考える、等とすることができる。

未割当リソース情報については、前述の例とのように、リソース割当部２１４がスライス要求に割り当てた割当済経路リソースを、元の経路リソースから除いた経路リソースを、未割当経路リソース情報とすればよい。

リソース情報管理部２１２のリソースの管理が経路ごとの場合、リソース割当部２１４は、リソース情報管理部２１２が管理する経路リソース情報および未割当経路リソース情報と、スライス管理部２１３が管理するスライス情報とに基づいて、スライスに割り当てる経路リソースを決定する。リソース情報が、スライス要求と同様に経路ごとになっているため、要求を満たすリソース割当が可能かの判定および実際に割り当てる経路の選択に必要な処理負荷が低減される。

特に、リソース情報管理部２１２において、経路リソースを、未割当経路リソースの多いものから順に並べるように管理し、リソース割当部２１４において、要求を満たすリソース割当が可能か否かの判定を、未割当経路リソースの多いものから比較するようにすれば、割当可否が即座に判定可能となる。

実施の形態２．
図１５は、本発明の実施の形態２に係るネットワークコントローラ２１Ａの構成を示すブロック図である。本実施の形態２に係るネットワークコントローラ２１Ａでは、実施の形態１に係るネットワークコントローラ２１の構成に対して、処理能力調整部２１６が追加されている。

処理能力調整部２１６以外の各部の動作は、上記の実施の形態１の図２と同様であるため、同一符号を付して示し、ここでは、その説明を省略する。

また、本実施の形態２に係る通信システム全体の構成は、上記の実施の形態１の図１と同様であるため、ここでは、その説明を省略する。

＜処理能力調整＞
処理能力調整部２１６は、リソース割当部２１４の新規要求割当部２１４１と既存要求再割当部２１４２とのそれぞれに対する処理能力の割当を決定する。詳細には、処理能力調整部２１６は、新規要求割当部２１４１の処理負荷状況と既存要求再割当部２１４２の処理負荷状況とを監視する。処理能力調整部２１６は、処理負荷状況に基づいて、新規要求割当部２１４１と既存要求再割当部２１４２とのそれぞれに対する処理能力の割当を決定する。また、処理能力調整部２１６は、新規要求割当部２１４１と既存要求再割当部２１４２との一度の割当動作にかかる時間の実績値を監視する。さらに、処理能力調整部２１６は、それらの割当動作にかかる時間に対する時間要件があれば、当該時間要件を満たす時間の要求値を求める。処理能力調整部２１６は、実績値と要求値とを比較して、処理能力の割当を決定する。このように、処理能力調整部２１６は、新規要求割当処理と既存要求再割当処理の処理負荷状況と、新規要求割当処理と既存要求再割当処理に対する時間要件とに基づいて、新規要求割当部２１４１による新規要求割当の処理能力と既存要求再割当部２１４２による既存要求再割当の処理能力との割当を変更する。

処理負荷の監視、および、処理能力の割当変更を実現する具体的な方法としては、例えば、新規要求割当部２１４１と既存要求再割当部２１４２とをそれぞれ異なる仮想マシン上で動作させる等の方法がある。割当動作にかかる時間に対する要求値は、例えば、スライス要求に含まれる、ネットワーク管理者が設定する。

以上説明したように、本実施の形態２に係るネットワークコントローラ２１Ａにおいては、処理能力調整部２１６が、リソース割当部２１４の新規要求割当部２１４１の処理能力と既存要求再割当部２１４２の処理能力とを、それらの動作状況と時間要件とに基づいて調整する。これにより、新規スライス要求へのリソース割当の迅速性と、既存スライス要求へのリソース割当の効率化をバランスよく実行できる。

なお、上述した実施の形態１に係るネットワークコントローラ２１および実施の形態２に係るネットワークコントローラ２１Ａにおける各機能は、単一の装置内に含まれていなくてもよい。

上述した実施の形態１および実施の形態２に係るネットワークコントローラの特徴をまとめると以下のようになる。
（１）新規スライス要求を受信した際は、未割当の余剰リソースを割り当てることにする。この結果、迅速なスライス生成を実現できる。
（２）余剰リソースの割当を繰り返していると、ネットワークリソースがすぐに底をついてしまう。そこで、（１）の割当とは別に、蓄積されているスライス要求も含めて効率的なリソース割当を求めるということを別途行う。この結果、適宜リソースを割り当て直すことで、高効率なスライス収容が可能となる。

換言すると、実施の形態１および実施の形態２に係るネットワークコントローラは、迅速なスライス生成と、効率的なスライス収容とを両立させることができる。なお、スライス要求受信間隔は、ある程度の間隔が空いており、この間に、（２）による効率的なリソース割付を実行することができる。

また、上述した実施の形態１に係るネットワークコントローラ２１および実施の形態２に係るネットワークコントローラ２１Ａにおける各機能は、処理回路によって実現される。各機能を実現する処理回路は、専用のハードウェアであってもよく、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであってもよい。図１６は、上述した実施の形態１に係るネットワークコントローラ２１および実施の形態２に係るネットワークコントローラ２１Ａの各機能を専用のハードウェアである処理回路１０００で実現する場合を示した構成図である。また、図１７は、上述した実施の形態１に係るネットワークコントローラ２１および実施の形態２に係るネットワークコントローラ２１Ａの各機能をプロセッサ２００１およびメモリ２００２を備えた処理回路２０００により実現する場合を示した構成図である。

処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路１０００は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。各部の機能それぞれを個別の処理回路１０００で実現してもよいし、各部の機能をまとめて処理回路１０００で実現してもよい。

一方、処理回路がプロセッサ２００１の場合、各部の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ２００２に格納される。プロセッサ２００１は、メモリ２００２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。

これらのプログラムは、上述した各部の手順あるいは方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。その場合、メモリ２００２とは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ａｎｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリが該当する。また、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等も、メモリ２００２に該当する。

なお、上述した各部の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。

このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述した各部の機能を実現することができる。

１ リソースレイヤ、２ コントロールレイヤ、３ アプリケーションレイヤ、１０ 無線ネットワーク、１１ 無線アクセスネットワーク、１２ トランスポートネットワーク、１３ コアネットワーク、１４ 親局、１５ 子局、２０ 端末コントローラ、２１ ネットワークコントローラ、２２ オーケストレータ、３０ アプリケーション、１００ 端末、１１０ スイッチ、１２０ サーバ、１２１ ルータ、１３０ ルータ、１３１ コアサーバ、２００ ネットワーク、２１１ ネットワーク情報取得部、２１２ リソース情報管理部、２１３ スライス管理部、２１４ リソース割当部、２１５ ネットワーク制御部、２１４１ 新規要求割当部、２１４２ 既存要求再割当部。

Claims (5)

1. ネットワーク上の装置が保有するリソースを示すリソース情報と、前記ネットワーク上の装置間の接続を示す接続情報とを取得するネットワーク情報取得部と、
   リソースの割当を要求するスライス要求を受信して、受信した前記スライス要求を新規スライス要求として管理するとともに、既存のスライス要求を既存スライス要求として管理する、スライス管理部と、
   前記ネットワーク情報取得部が取得した前記リソース情報を管理するとともに、前記リソース情報の前記リソースから割当済リソースを除いた未割当リソースを示す未割当リソース情報を管理するリソース情報管理部と、
   前記リソース情報管理部が管理する前記リソース情報および前記未割当リソース情報に基づいて、前記スライス管理部が管理する前記新規スライス要求および前記既存スライス要求に割り当てるリソースを決定するリソース割当部と、
   前記リソース割当部が決定したリソース割当に基づいて、前記ネットワーク上の各装置の設定を行うネットワーク制御部と
   を備え、
   前記リソース割当部は、
   前記新規スライス要求に対して、前記リソース情報管理部が管理する前記未割当リソース情報のリソースの中から、要求に対して十分な量のリソース割当を行う、新規要求割当部と、
   前記既存スライス要求に対して、前記リソース情報管理部が管理する前記未割当リソース情報に基づいて、未割当リソースが増えるように、要求に対して少なくとも必要な量のリソースを割り当て直す、既存要求再割当部と
   を有し、
   前記新規要求割当部は、初期のリソース割当を行う際に、要求に対して必要十分な量以上の値として設定された前記要求に対して十分な量によるリソース割当を行い、
   前記既存要求再割当部は、前記既存スライス要求に対してリソースを割り当て直す際に、前記要求に対して十分な量よりも小さな値として設定された前記要求に対して少なくとも必要な量によるリソース割当を行う、
   ネットワークコントローラ。
2. 前記リソース情報は、前記装置の遅延、前記装置の故障率、および、前記装置が保有するポートの帯域の情報を含み、
   前記接続情報は、前記装置の前記ポート間の接続関係、前記ポート間の伝送遅延、および、前記ポート間の帯域の情報を含む、
   請求項１に記載のネットワークコントローラ。
3. 前記リソース情報管理部は、前記リソース情報を、スライスの端点となる装置間を接続する経路ごとに管理し、
   前記経路ごとのリソース情報は、経路の遅延、帯域、および、稼働率を含む、
   請求項１または２に記載のネットワークコントローラ。
4. 前記未割当リソースの量を外部に通知する通知部をさらに備えた、
   請求項１から３までのいずれか１項に記載のネットワークコントローラ。
5. 新規要求割当処理と既存要求再割当処理の処理負荷状況と、前記新規要求割当処理と前記既存要求再割当処理に対する時間要件とに基づいて、前記新規要求割当部による新規要求割当の処理能力と前記既存要求再割当部による既存要求再割当の処理能力との割当を変更する処理能力調整部をさらに備えた、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載のネットワークコントローラ。

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