JP6950577B2

JP6950577B2 - 収容形態探索装置、収容形態探索方法及びプログラム

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Publication number: JP6950577B2
Application number: JP2018033147A
Authority: JP
Inventors: 泰理本多; 斎藤　洋; 洋斎藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2021-10-13
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Description

本発明は、収容形態探索装置、収容形態探索方法及びプログラムに関する。

ネットワーク上のサービスにおいては、自然災害に対して、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たり、サーバ機能や経路の配置を変更したりして他の経路にもトラヒックの一部を流すことで、ネットワークサービスの継続を試みるものである。

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方法を災害にも適用しただけに過ぎず、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）。

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.

気象学等の進展により、台風や津波等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、災害時の被災想定について情報提供するようになっている。しかしながら、こうした状況がネットワークの災害耐力向上
に利用されているとは言い難い。更に、ネットワークの仮想化技術の進展（例えば、非特許文献３）によりネットワークの制御の自由度が拡大する一方、物理網及び論理網に収容される仮想化ネットワーク（仮想網）の災害耐力や仮想網の制御系（例えば、制御装置）の災害耐力が課題となっている。

一方で、被収容網の再配置を行うためには最適計算が必要であるが、当該計算は一般には被収容網の数やネットワークの規模に依存して計算量が飛躍的に増大することが知られている。特に、広域網上で多数の被収容網の再配置を計算する場合には、計算リソースの制約から、ごく限られた数量の被収容網しか移動できない可能性が高いことが課題となる。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、被収容網の収容形態の計算を効率化することを目的とする。

そこで上記課題を解決するため、収容形態探索装置は、被災エリアを示す情報に基づき、物理網を構成する各物理リンクの故障率を算出する算出部と、前記物理網を利用して構成される論理網に収容される被収容網の経路について、各物理リンクの故障率に基づき算出される切断率が小さくなる収容形態を探索する探索部と、を有し、前記探索部は、物理経路が同一である複数の被収容網を単一の被収容網として、前記各被収容網の切断率の最大値の最小化を目的として前記収容形態を探索する。

被収容網の収容形態の計算を効率化することができる。

物理網と論理網との一例を示す図である。第１の実施の形態におけるシステム構成例を示す図である。第１の実施の形態における各サーバ１０のハードウェア構成例を示す図である。第１の実施の形態におけるオペレーションセンタ１１０の機能構成例を示す図である。第１の実施の形態のオペレーションセンタ１１０において実行される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。第１の実施の形態の最適収容形態算出部１１４の機能構成例を示す図である。第１の実施の形態の最適収容形態算出部１１４が実行する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。上位被収容網を説明するための図である。被収容網の切断率の算出方法の説明において想定する物理網及び論理網の一例を示す図である。物理網上の各物理リンクの故障発生パターンの列挙の一例を示す図である。具体例における雨量の時間推移と各物理リンクの故障率の時間推移とを示す図である。１０５００個の被収容網を収容する状況において本実施の形態を適用した場合と適用しない場合との被収容網の平均切断率の推移を比較した図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態において、物理網とは、管路や光ファイバーケーブルなどから構成される物理的なネットワークを意味し、論理網とは、物理網上の装置又は設備を利用して論理的に構成又は接続される論理的なネットワークを意味する。また、物理網及び論理網のいずれにおいても、ネットワークを構成するノードは、データの転送のみを担う中継ノードと、サーバやヴァーチャルマシンを搭載するコンピュータリソースであるサーバノードとに大別される。

図１は、物理網と論理網との一例を示す図である。図１において、（１）は、管路ネットワーク上に中継ノード及びサーバノードが配備されている物理網を示す。（２）は、（１）の物理網を利用した論理網を示す。当該論理網は、（１）の物理網とノードの対応関係は同一である。但し、当該論理網の各リンクは、物理網上でコネクティビティが有ることと、論理的な制約とに基づいて構成される。例えば、物理網における或る２つのノード間に導通関係が有れば、論理的なリンクが存在するものとして、当該ノード間は論理網においてリンクによって接続される。

また、本実施の形態において、仮想網とは、ユーザからの要求に応じて論理網上で仮想的に実現されるネットワークを意味し、当該ネットワーク内に閉じた形で何らかのサービスが提供されるものである。例えば、ユーザからの要求には、要求帯域やサーバ機能等が指定される。論理網上において当該要求を満たすことが可能な経路が、仮想網として論理網上に割り当てられる。したがって、仮想網は、論理網上でサーバノードに配置されるサーバ機能と、中継ノードと、サーバノードや中継ノードの間の論理網のリンク上に収容される経路とから構成される。仮想網の一例としてＶＰＮ（Virtual Private Network）が挙げられる。

なお、論理網上に収容されるネットワークとして、本実施の形態では、仮想網、制御系の仮想網、及び制御系の論理網等が有る。制御系の仮想網とは、仮想網を制御するための仮想網をいう。すなわち、仮想網は、ユーザからの要求に応じて論理網に収容される仮想的なネットワークであるが、制御系の仮想網は、例えば、ネットワーク事業者が仮想網を制御するために論理網に割り当てる仮想的なネットワークである。また、制御系の論理網の一例として、ＯｐｅｎＦｌｏｗのコントローラや、物理網のリソースの割当を制御及び管理するオーケストレータ等を構成する論理的なネットワークが挙げられる。制御系の仮想網と制御系の論理網とを区別しない場合、以下「制御網」という。また、仮想網と制御網とを区別しない場合、「被収容網」という。すなわち、被収容網とは、論理網への収容対象となりうるネットワークの総称である。

なお、以下では、被収容網の災害耐性の向上を達成するための例を説明するが、制御系の物理網について、本実施の形態が適用されてもよい。

図２は、第１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に示されるシステムは、気象庁の装置２０、各自治体の装置３０、及び物理網Ｎ１等を含む。

物理網Ｎ１は、管路網１２と、管路網１２によって接続される複数のデータセンタ（又はネットワークセンタ）１３とを含む。各データセンタ（又はネットワークセンタ）１３は、複数のスイッチ１１及びサーバ１０等を含む。スイッチ１１は、中継ノードとして機能する。サーバ１０は、サーバノードとして機能する。

図３は、第１の実施の形態における各サーバ１０のハードウェア構成例を示す図である。図３のサーバ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。

サーバ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サーバ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。

本実施の形態では、図３に示されるようなハードウェア構成を有する１以上のサーバ１０を用いて、オペレーションセンタ１１０が構成される。

図４は、第１の実施の形態におけるオペレーションセンタ１１０の機能構成例を示す図である。図４において、オペレーションセンタ１１０は、制御部１１１、被災エリア推定部１１２、評価部１１３、最適収容形態算出部１１４、及び通信部１１５等を含む。これら各部は、いずれか１以上のサーバ１０にインストールされた１以上のプログラムが、当該サーバ１０のＣＰＵ１０４に実行させる処理により実現される。オペレーションセンタ１１０は、また、被災エリア記憶部１１６及びネットワーク情報記憶部１１７を含む。これら各記憶部は、例えば、いずれか１以上のサーバ１０の補助記憶装置１０２等を用いて実現可能である。

ネットワーク情報記憶部１１７は、物理網のトポロジ、物理網を構成する各物理リンクの帯域、論理網のトポロジ、論理網の各リンクの可用帯域及び遅延、並びに論理網上に収容された各被収容網の収容形態（トポロジ）及び各被収容網の要求帯域等を記憶する。

制御部１１１は、論理網に対する被収容網の配置（収容）を制御する被収容網制御装置として機能する。本実施の形態では、被収容網制御装置が現用系と予備系の２つに分かれている例について説明するが、被収容網制御装置の構成はこれに限定されない。また、被収容網制御装置は、制御対象の仮想網と、制御網によって接続される。なお、現用系の被収容網制御装置（現用被収容網制御装置）には、現用系の被収容網（制御網及び仮想網）が接続される。予備系の被収容網制御装置（予備被収容網制御装置）には、予備系の被収容網（制御網及び仮想網）が接続される。また、被収容網制御装置自体も、制御網を構成する。換言すれば、被収容網制御装置は、制御網に収容されて構成される。

制御部１１１のその他の機能、及び他の各部の機能については、処理手順の説明において明らかにする。

以下、オペレーションセンタ１１０において実行される処理手順について説明する。図５は、第１の実施の形態のオペレーションセンタ１１０において実行される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Ｓ１において、通信部１１５は、気象庁の装置２０から送信された気象警報等の警報を受信する。なお、気象庁の装置２０は、例えば、災害の発生が予期される場合に警報を送信する。

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、天気予報が用いられてもよい。

続いて、制御部１１１は、受信された警報について、警報種別、警報レベル、警報対象地域を把握し、それらに基づいて、通信部１１５を介して当該警報に関連する各自治体の装置３０にアクセスし、最新の関連ハザードマップ、又は対象地域の推定被災エリアマップを取得する（Ｓ２）。警報に関連する各自治体の装置３０とは、警報の対象とされている地域の各自治体の装置３０をいう。なお、制御部１１１は、事前に通信部１１５を介して各自治体の装置３０にアクセスし、各地域のハザードマップ又は推定被災エリアマップを取得しておき、取得されたハザードマップ又は推定被災エリアマップを被災エリア記憶部１１６に記憶しておいてもよい。この場合、ステップＳ２では、被災エリア記憶部１１６から、関連ハザードマップ又は警報の対象の地域の推定被災エリアマップが取得されてもよい。

続いて、被災エリア推定部１１２は、関連ハザードマップ又は推定被災エリアマップに基づき被災エリア（被災範囲）を推定する（Ｓ３）。推定された被災エリア（推定被災エリア）を示す情報は、被災エリア記憶部１１６に記憶される。関連ハザードマップのみ取得された場合、被災エリア推定部１１２は、関連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。被災エリアの推定方法は特定のものに限定されないが、例えば、関連ハザードマップに含まれている被災エリアがそのまま推定被災エリアとされてもよい。又は、関連ハザードマップに有るレベル別被災エリアが、予め定められた確率で推定被災エリアとして選択されてもよい。

続いて、評価部１１３は、ネットワーク情報記憶部１１７に記憶されている情報と、被災エリア記憶部１１６に記憶された推定被災エリアとに基づき、物理網Ｎ１を構成する各物理リンクの故障率１５１０を評価（算出）する（Ｓ４）。物理リンクの故障率とは、当該物理リンクが故障することで、当該物理リンクを用いた通信が不通となる確率をいう。当該値の算出方法については、例えば、「H.Saito, Spatial Design of Physical Network Robust against Earthquakes, Journal of Lightwave Technology 33 (2015), 443-458.」、「Y. Ikeda, R. Kawahara and H.Saito, Generating a network reliability formula by using binary decision diagram, IEICE Communications Express 4 (2015), 299-303.」等が参考とされてもよい。

続いて、最適収容形態算出部１１４は、各物理リンクの故障率１５１０等に基づき、各被収容網について、警報の対象とされている災害の影響が出来るだけ小さくなるような収容形態（経路）を探索（算出）する（Ｓ５）。探索結果を、以下「最適収容形態１５４０」という。

続いて、制御部１１１は、最適収容形態算出部１１４によって算出された最適収容形態１５４０において、再配置対象となった各被収容網について、再配置のための制御を実行する（Ｓ６）。本実施の形態において、被収容網の再配置とは、当該被収容網に含まれるサーバ機能（サーバノード）、中継ノード及び経路等の配置を変更することをいう。なお、この際、被収容網制御装置について、現用系から予備系への切り換えが実行されてもよい。この場合、現用被収容網制御装置のデータ等が、予備被収容網制御装置に移動される。移動の実行方法は公知技術に従えばよい。例えば、ＳＤＮコントローラやＯｐｅｎＳｔａｃｋ等の技術又はその組み合わせ等を利用して、当該移動を容易に実現可能である。

続いて、ステップＳ５において最適収容形態算出部１１４によって実行される処理内容について詳細に説明する。まず、最適収容形態算出部１１４の機能構成について説明する。

図６は、第１の実施の形態の最適収容形態算出部１１４の機能構成例を示す図である。図６において、最適収容形態算出部１１４は、条件分岐判断部１４１、物理論理マッピング部１４２及び最適計算部１４３等を含む。

条件分岐判断部１４１は、論理網上に収容（配置）された被収容網の集合について再配置の要否判定を行う。条件分岐判断部１４１は、再配置が必要であると判定した場合、最適収容形態１５４０を最適計算部１４３に算出させる。

物理論理マッピング部１４２は、評価部１１３から出力された故障率１５１０に基づき、論理網上の各被収容網の切断率１５３０を算出する。被収容網の切断率とは、物理網の或る物理リンク（複数の場合も含む）の故障が発生したことにより、当該被収容網のいずれかの２ノード間の接続経路が失われる状態となる確率をいう。

最適計算部１４３は、０−１整数計画又は混合整数計画問題等を解き、得られた解に基づき被収容網の最適収容形態１５４０を計算する。

なお、最適収容形態算出部１１４への入力は、評価部１１３が出力した各物理リンクの故障率１５１０、ネットワーク情報記憶部１１７から得られる情報（対象とする物理網及び論理網のトポロジ、物理網の各リンクの可用帯域と遅延、各被収容網のトポロジ（収容形態））、並びにオペレータ１７０によって入力される、後述される制約条件と、以下のパラメータである。
θ_１：再配置要否判定及び部分最適化時の再配置対象の被収容網集合の決定に利用される閾値
ε_２：最適解候補と現状の収容形態との比較に利用される閾値
ｋ_ｉ（ｉ＝１，２）：目的関数の重み付けに利用される正定数
また、最適収容形態算出部１１４からの出力は、被収容網の再配置の実行の要否である。再配置が必要である場合には、再配置後の収容形態（最適収容形態１５４０）も出力される。

なお、本実施の形態では、予備被収容網制御装置については、収容される物理網の遅延に関して何らかの制約を持つことが許容される。以下、これを制約条件（ｉ）という。

図７は、第１の実施の形態の最適収容形態算出部１１４が実行する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Ｓ１０１において、物理論理マッピング部１４２は、各物理リンクの故障率１５１０に基づき、各被収容網の切断率を算出する。

続いて、ステップＳ１０２において、条件分岐判断部１４１は、現用又は予備系の被収容網制御装置が接続する被収容網の切断率に基づき、以下の指標（候補ノード集合Θ_θ１及び再配置対象被収容網集合Ｔ）をいずれかの当該被収容網の終端となるサーバ１０ごと算出する。

以下に、上記の数式の記号を説明する。
Ｖ（ｄ）：サーバノードの集合である。
τ１［ｓ］：被収容網ｓの終点となるサーバノードである。
ｖ：サーバノードである。
ｓ：被収容網である。
ｑ［ｓ］：当該被収容網の切断率である。
Ｓ_ｖ：サーバノードｖを終点とする被収容網の集合である。

また、候補ノード集合Θ_θ１とは、それに終端される被収容網について、その切断に至る可能性を表す指標Ｊ（ｓ）が所定の閾値を超過しているようなサーバノードの集合をいう。なお、上記の数式では、各被終了網の切断率の最大値と平均値とのｋ_１及びｋ_２による加重和がＪ（ｓ）の一例とされているが、Ｊ（ｓ）は、例えば、当該最大値であってもよいし、当該平均値（平均切断率）であってもよい。

また、再配置対象被収容網集合Ｔとは、当該被収容網を終端するサーバノードが候補ノード集合Θ_θ１に属している被収容網の集合である。

ここでｋ_１，ｋ_２は、所与の正の実定数であり、θ_１は、（０，１）上に値をとる閾値である。

続いて、条件分岐判断部１４１は、再配置対象被収容網集合Ｔが空集合であるか否かを判定する（Ｓ１０３）。再配置対象被収容網集合Ｔが空集合の場合（Ｓ１０３でＹｅｓ）、再配置対象の被収容網は存在しないものとして、処理が終了する。

一方、再配置対象被収容網集合Ｔが空集合でない場合（Ｓ１０３でＮｏ）、条件分岐判断部１４１は、全被収容網数＃Ｓが、所与の閾値Ｍを超過しているか否かを判定する（Ｓ１０４）。全被収容網数＃Ｓが閾値Ｍを超過していない場合（Ｓ１０４でＮｏ）、最適計算部１４３は、各被収容網単位で最適な（又はそれに準じた）再配置形態を考えるための後述される最適化問題（ＯＰ）を解く（Ｓ１０５）。

一方、全被収容網数＃Ｓが、所与の閾値Ｍを超過している場合（Ｓ１０４でＹｅｓ）、物理論理マッピング部１４２は、所定の関係を有する複数の被収容網を束ね、上位被収容網を生成する（Ｓ１０６）。

図８は、上位被収容網を説明するための図である。図８に示されるように、上位被収容網は、物理網上において始点、終点、及び経路が相互に同じである（すなわち、物理的な経路が同一である）複数の被収容網を単一の被収容網とみなしたもの（単一の被収容網に統合したもの）である。以降、上位被収容網に統合された被終了網については、１つの被収容網として処理（収容形態の探索等）される。

続いて、最適計算部１４３は、各被収容網単位で最適な（又はそれに準じた）再配置形態を考えるための後述される最適化問題（ＯＰ'）を解く（Ｓ１０７）。

ステップＳ１０５又はＳ１０７に続いて、条件分岐判断部１４１は、現時点において現用被収容網制御装置が接続する全ての被収容網の切断率の平均値ｐ_ｃｕｒを算出する（Ｓ１０８）。現時点においてとは、最適化前の状態を意味する。

続いて、条件分岐判断部１４１は、最適計算部１４３が出力した最適解により実現される、現用被収容網制御装置又は予備被収容網制御装置に接続する上位被収容網の切断率の平均値ｐ_ｏｐｔを算出する（Ｓ１０９）。

ｐ_ｃｕｒ−ε_２＞ｐ_ｏｐｔが成立する場合（Ｓ１１０でＹｅｓ）、条件分岐判断部１４１は、最適解を最適収容形態１５４０として採用して被制御網を再配置することを決定し、最適解を制御部１１１へ出力する（Ｓ１１１）。したがって、この場合、制御部１１１によって、最適解への移行が実行される。なお、ここで、被収容網制御装置の現用系から予備系への切り替えを行うことが決定されてもよい。

ｐ_ｃｕｒ−ε_２＞ｐ_ｏｐｔが成立しない場合（Ｓ１１０でＮｏ）、被収容網全体を対象として制御を実施してもこれ以上の効果は見込めない（すなわち、再配置不要）と判断し、処理を終了する。

続いて、ステップＳ１０１の詳細について説明する。

物理論理マッピング部１４２は、各被収容網の切断率の算出に際して、まず、各物理リンクの接続又は切断（故障の有無）の各状態の全ての組み合わせ（故障発生パターン）を列挙する。続いて、物理論理マッピング部１４２は、列挙した故障発生パターンの中から、対象の被収容網が切断状態となる故障発生パターンを抽出する。各物理リンクの故障は独立に発生するものと考えられるので、これらの故障発生パターンは互いに独立に発生する事象と考えることができる。従って、抽出された各故障発生パターンの発生する確率の総和を求めることで、当該被収容網の切断率を得ることができる。

例えば、簡単のため、図９の（２）に示される物理網と（１）に示される論理網とを想定する。ここで、論理網上の被収容網"０−４−Ｅ"の切断率を考える。

図１０は、物理網上の各物理リンクの故障発生パターンの列挙の一例を示す図である。図１０において、各行は、物理リンクの故障発生パターンに対応している。また、表の最右列は、各行の故障発生パターンにおいて、被収容網"０−４−Ｅ"が導通状態か、切断状態に陥るかを示している（○は導通状態、×は切断状態を示す）。したがって、当該被収容網が切断状態となる故障発生パターンの番号の集合は、
Ｙ＝｛４，６，７，８，１０，１２，１４，１６，１８，２０，２２，２４，２６，２８，３０，３２｝
の１６パターンである。

ここで、ノードｘ，ｙ間の物理リンクの故障率をｐ_ｘｙで表すとすると、例えば、番号４の発生確率Ｐ_４はＰ_４＝（１−ｐ_０１）（１−ｐ_１２）（１−ｐ_２３）ｐ_３４ｐ_４０と表される。物理論理マッピング部１４２は、同様にしてＹのうちの他の故障発生パターンについても、その発生確率を算出する。一方、ノード４とＥの間はサブリングであるから、その右回り、左回りの物理リンクともが切断された場合に限り両ノードは導通を失う。右回り、左回りの物理リンクともが切断される確率をｑ_４Ｅと表すと、確率ｑは以下のように算出される。

当該ｑの値が、当該被収容網の切断率であり、物理論理マッピング部１４２からの出力である。

続いて、ステップＳ１０５又はＳ１０７における最適計算部１４３による解の計算について説明する。

最適計算部１４３は、条件分岐判断部１４１が選出した再配置対象被収容網集合Ｔ、物理論理マッピング部１４２からの出力である、被収容網の切断率１５３０、並びにオペレータ１７０からの入力に含まれるパラメータ及び制約条件（ｉ）を入力として、最適計算を行う。

まず、最適計算部１４３は、再配置対象被収容網集合Ｔに属する被収容網又は上位被収容網ごとに、当該被収容網に対応する論理網上の経路を全て列挙する。ステップＳ１０５において、最適計算部１４３は、このもとで以下の０−１線型計画を解く。

以下に、上記の数式（ＯＰ）の記号を説明する。
Ｒ^（ｓ）：被収容網ｓを収容可能な物理網上の経路のうち、当該被収容網の要求遅延を満たす経路の集合である。Ｒ^（ｓ）により、物理網を構成する各物理リンクの遅延時間が制約条件とされる。

また、ステップＳ１０７において、最適計算部１４３は、以下の最適化問題（ＯＰ'）を解く。

（ＯＰ）'においては、各上位被収容網の許容遅延は、当該上位被収容網に収容された被収容網の中の最大値とする。これに基づき、Ｒ^（ｓ）を算出する。また、各上位被収容網の切断率は、当該上位被収容網が通る物理経路の切断率に等しい。また、帯域は当該上位被収容網に収容された被収容網の使用帯域の和とする。

以下に、上記の数式（ＯＰ）'の記号を説明する。

但し、ＯＰ又はＯＰ'について、同一目的関数値をとる解が複数存在する場合は、ランダムにそのうちのいずれか一つが採用されることとする。このようにして最適化問題の解が得られると、各々の変数ｘ_ｒ ^（ｓ）の値が１である成分は各被収容網の候補経路を示すものであるから、最適計算部１４３は、変数ｘ_ｒ ^（ｓ）の値が１である成分を最適経路の組み合わせとして出力して処理を終える。

なお、数３及び数５では、各被終了網の切断率の最大値と平均値とのｋ_１及びｋ_２による加重和の最小化が目的関数とされている（当該最小化が実現される被収容網の収容形態が探索されている）が、当該目的関数は、例えば、当該最大値の最小化であってもよいし、当該平均値（平均切断率）の最小化であってもよい。

次に、本実施の形態の具体例として、気象庁が公開する過去の実際の雨量データに基づき、当該データを所定のネットワーク設備上に当てはめて、上記した計算を行った例を示す。想定する物理網及び論理網は、図１に示した通りである。利用される雨量データは、２０１２年７月に観測された大分地域における豪雨の雨量データである。

まず、被災エリア推定部１１２は、５ｋｍメッシュで区切った各領域における累積雨量指数を計算し、ハザードエリア推定する（図５のＳ３）。また、評価部１１３は、ハザードエリアの推定結果等に基づき、各物理リンクの故障率を算出する（図５のＳ４）。

図１１は、具体例における雨量の時間推移と各物理リンクの故障率の時間推移とを示す図である。図１１において、上段には、全メッシュでの単位時間あたり雨量の平均値の時間推移が示されている。下段には、１０本の各物理リンクについて出力された故障率１５１０の値が、時系列に示されている。

図１１より、各物理リンクの故障率１５１０の推移は、上段の雨量の推移と類似した傾向をとることが確認できる。

図１２は、１０５００個の被収容網を収容する状況において本実施の形態を適用した場合と適用しない場合との被収容網の平均切断率の推移を比較した図である。すなわち、図１２では、図１１の下段に示される故障率１５１０を用いて、被収容網（ここでは単一経路）に対して本実施の形態を適用して算出された平均切断率（上段）と、その場合の最適化計算の所要時間（下段）が示されている。上段では、本実施の形態を適用しない（「制御せず」）で算出された平均切断率が細い実線で示されている。なお、本実施の形態を適用しない場合とは、被収容網の再配置を実行しない場合をいう。上段及び下段のいずれにおいても、被収容網単位で再配置を実施した場合と、上位被収容網を構成して再配置を実施した場合の結果を示している。移設時間の関係上、被収容網単位で再配置を実施する場合は、最適化計算の時間を最大２００秒としており、それを超過しても計算が終了しない場合には、再配置を実施しないこととした。

図１２によれば、雨量が増大し、物理リンクの故障率１５１０が増大する時間帯において、上位被収容網を構成して再配置を実施した場合には被収容網の平均切断率が１／１２程度に低減し、本実施の形態の適用による効果が顕著であることが確認できる。

図１２の下段では、再配置を実施した２形態について、最適化計算の所要時間推移を示している。被収容網単位での再配置実施時は、計算時間が上限の２００秒に到達している場合が多いのに対して、上位被収容網を構成した場合には、計算時間が最大でも１００秒以内に抑制されている。つまり上位被収容網を構成することにより最適化計算の所要時間が低減し、望ましい効果がより多く得られていることが確認できる。なお、ここでは、初期配置として、各被収容網のうち、同一の上位被収容網に収容されるものは、いずれもランダムに一様にそれぞれのヴァーチャルマシン配備可能なサーバノードに接続している。また、いずれの被収容網も各中継ノードにランダムに端点を持つものと仮定した。その他の諸元について、表１及び表示２に示す。

なお、表２について、要求帯域は、各被収容網について共通である。また、各物理リンクの可用帯域も、各物理リンクについて共通である。

上述したように、第１の実施の形態によれば、物理的な経路が同一である複数の被収容網を１つの被収容網に統合することにより、最適化計算の所要時間を低減させることができる。すなわち、被収容網の収容形態の計算を効率化することができる。

また、予報可能又は予測可能な災害の発生が推定されるエリアに係る被収容網の経路は、当該災害による影響が小さくなるように再配置される。ここで、再配置対象となる被収容網には、仮想網のみならず、仮想網を制御するための制御網も含まれる。すなわち、仮想網や仮想網の制御系の地理的構成を災害耐性の点で最適化することができる。したがって、本実施の形態によれば、被収容網について災害に対する可制御性を向上させることができる。例えば、通信事業者は、災害切迫時においても提供するサービスを制御可能な状態に置くことができる。

次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では第１の実施の形態と異なる点について説明する。第２の実施の形態において特に言及されない点については、第１の実施の形態と同様でもよい。

第２の実施の形態では、最適計算部１４３が解く最適化問題における目的関数が、第１の実施の形態と異なる。すなわち、第２の実施の形態では、切断率上位α％（上位の所定の割合）の被収容網（被収容網のうちの特定の部分集合）の切断率平均値の最小化を当該目的関数とする。ここで、αは、０＜α＜１００なる実数である。すなわち、Ｋ＝α＃Ｈとして、（ＯＰ）、（ＯＰ）'をそれぞれ以下の問題に置き換えたものを考える。

同一の目的関数値をとる解が複数存在する場合は、ランダムにいずれか一つが採用されることとする。このようにして最適化問題の解が得られると、各々の変数ｘ_ｒ ^（ｓ）の値が１である成分は、各被収容網又は上位被収容網の候補経路を示すものであるから、最適計算部１４３は、変数ｘ_ｒ ^（ｓ）の値が１である成分を最適経路の組み合わせとして出力して処理を終える。

次に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では第１又は第２の実施の形態と異なる点について説明する。第３の実施の形態において特に言及されない点については、第１又は第２の実施の形態と同様でもよい。

第３の実施の形態では、最適計算部１４３が解く最適化問題において、計算時間の上限（以下「制限時間」という。）が課される。この場合、当該制限時間までに解が得られない場合には、実行可能解が無いものと見做し、条件分岐判断部１４１において再配置を行うことなく処理を終了する。

なお、上記各実施の形態において、オペレーションセンタ１１０は、収容形態探索装置の一例である。物理論理マッピング部１４２は、算出部の一例である。最適計算部１４３は、探索部の一例である。

以上、本発明の実施の形態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。

１０サーバ
１１スイッチ
１２管路網
１３データセンタ（又はネットワークセンタ）
２０気象庁の装置
３０各自治体の装置
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
１１０オペレーションセンタ
１１１制御部
１１２被災エリア推定部
１１３評価部
１１４最適収容形態算出部
１１５通信部
１１６被災エリア記憶部
１１７ネットワーク情報記憶部
１４１条件分岐判断部
１４２物理論理マッピング部
１４３最適計算部
Ｂバス
Ｎ１物理網

Claims

被災エリアを示す情報に基づき、物理網を構成する各物理リンクの故障率を算出する算出部と、
前記物理網を利用して構成される論理網に収容される被収容網の経路について、各物理リンクの故障率に基づき算出される切断率が小さくなる収容形態を探索する探索部と、
を有し、
前記探索部は、物理経路が同一である複数の被収容網を単一の被収容網として、前記各被収容網の切断率の最大値の最小化を目的として前記収容形態を探索する、
ことを特徴とする収容形態探索装置。
前記探索部は、物理網を構成する各物理リンクの遅延時間を制約条件として前記収容形態を探索する、
ことを特徴とする請求項１記載の収容形態探索装置。
前記探索部は、前記被収容網の許容遅延を制約条件として前記収容形態を探索し、単一の被収容網に複数の被収容網が含まれる場合は、当該複数の被収容網のそれぞれの許容遅延の中の最大値を制約条件として前記収容形態を探索する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の収容形態探索装置。
被災エリアを示す情報に基づき、物理網を構成する各物理リンクの故障率を算出する算出手順と、
前記物理網を利用して構成される論理網に収容される被収容網の経路について、各物理リンクの故障率に基づき算出される切断率が小さくなる収容形態を探索する探索手順と、
をコンピュータが実行し、
前記探索手順は、物理経路が同一である複数の被収容網を単一の被収容網として、前記各被収容網の切断率の最大値の最小化を目的として前記収容形態を探索する、
ことを特徴とする収容形態探索方法。
前記探索手順は、物理網を構成する各物理リンクの遅延時間を制約条件として前記収容形態を探索する、
ことを特徴とする請求項４記載の収容形態探索方法。
前記探索手順は、前記被収容網の許容遅延を制約条件として前記収容形態を探索し、単一の被収容網に複数の被収容網が含まれる場合は、当該複数の被収容網のそれぞれの許容遅延の中の最大値を制約条件として前記収容形態を探索する、
ことを特徴とする請求項４又は５記載の収容形態探索方法。
請求項１乃至３いずれか一項記載の各部としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。