JP7063284B2 - 制御装置、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Description
まず、本発明の実施の形態におけるシステムの全体構成について、図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態におけるシステムの全体構成の一例を示す図である。
次に、本発明の実施の形態におけるネットワーク制御装置100のハードウェア構成について、図2を参照しながら説明する。図2は、本発明の実施の形態におけるネットワーク制御装置100のハードウェア構成の一例を示す図である。
次に、本発明の実施の形態における制御部200の機能構成について、図3を参照しながら説明する。図3は、本発明の実施の形態における制御部200の機能構成の一例を示す図である。
・i番目のVN:VNi
・時刻tにおけるVNi(i=1,・・・,NVN)のトラヒック需要(つまり、VNiが必要とするトラヒックの需要量):Tt i
・時刻tにおけるVNi(i=1,・・・,NVN)のサーバ需要(つまり、VNiが必要とするサーバ容量):St i
・時刻tにおけるリンクm(m=1,・・・,M)の残余リンク帯域:Bt m
・時刻tにおけるサーバ装置10k(k=1,・・・,K)の残余サーバ容量:Ct k
このとき、状態stを、
行動at 1:VN1のサーバ需要をサーバ装置101に割り当てる
行動at 2:VN1のサーバ需要をサーバ装置102に割り当てる
・・・
行動at K:VN1のサーバ需要をサーバ装置10Kに割り当てる
行動at K+1:VN2のサーバ需要をサーバ装置101に割り当てる
行動at K+2:VN2のサーバ需要をサーバ装置102に割り当てる
・・・
行動at 2K:VN2のサーバ需要をサーバ装置10Kに割り当てる
・・・
(2)N=2の場合
行動at 1:VN1のサーバ需要をサーバ装置101に割り当て、かつ、VN2のサーバ需要をサーバ装置101に割り当てる
行動at 2:VN1のサーバ需要をサーバ装置101に割り当て、かつ、VN2のサーバ需要をサーバ装置102に割り当てる
・・・
行動at K:VN1のサーバ需要をサーバ装置101に割り当て、かつ、VN2のサーバ需要をサーバ装置10Kに割り当てる
行動at K+1:VN1のサーバ需要をサーバ装置102に割り当て、かつ、VN2のサーバ需要をサーバ装置101に割り当てる
行動at K+2:VN1のサーバ需要をサーバ装置102に割り当て、かつ、VN2のサーバ需要をサーバ装置102に割り当てる
・・・
行動at 2K:VN1のサーバ需要をサーバ装置102に割り当て、かつ、VN2のサーバ需要をサーバ装置10Kに割り当てる
・・・
(3)N=nの場合
行動at 1:VN1のサーバ需要をサーバ装置101に割り当て、かつ、VN2のサーバ需要をサーバ装置101に割り当て、かつ、・・・、かつ、VNnのサーバ需要をサーバ装置101に割り当てる
・・・
このように、パラメータNがN=nである場合、VN1~VNnのn個のVNを、複数のサーバ装置10のうち、行動at毎に予め決められた1以上のサーバ装置10に割り当てる。なお、例えば、各時刻tでパラメータNを調整することで、各時刻tでVN割当の変更に要する時間を調整することが可能となる。
・目的関数:リンク帯域、サーバ容量及びVN再配置回数
このとき、全ての制約条件を満たしつつ、目的関数が最小となるように、以下のように報酬rt+1を定義する。なお、VN再配置とは、或るサーバ装置10に割り当てられているVNを、他のサーバ装置10に割り当てることをいう。
・制約条件を満たすが、VN再配置の結果、リンク帯域及びサーバ容量のいずれか又は両方の利用効率が低下した場合(つまり、VN再配置回数の最小化のみが実現されている場合)、報酬rt+1=-100
・制約条件を満たすが、リンク帯域の利用率が90%以上の場合(例えば、突発的なトラヒック変動が発生したような場合)、報酬rt+1=0
・上記以外で、制約条件を満たす場合(つまり、リンク帯域の利用率及びサーバ容量の利用率の最小化が実現されている場合)、報酬rt+1=1-(各リンク帯域の利用率の平均+各サーバ容量の利用率の平均)/2
このように、制約条件を満たし、かつ、できるだけVN再配置回数を少なくしつつ、リンク帯域及びサーバ容量の利用率を最小化(すなわち、物理リソースの利用効率を向上)するように報酬rt+1が定義される。
次に、動的VN制御を行う前に実行される事前学習処理について、図4を参照しながら説明する。図4は、本発明の実施の形態における事前学習処理の一例を示すフローチャートである。以降のステップS101~ステップS104は、所定の終了条件を満たすまで時刻t毎に繰り返し実行される。所定の終了条件としては、例えば、所定の繰り返し回数に達したこと、学習結果を表す任意の指標値(例えば、物理リソースの利用効率を表す指標値)が所定の値以上となったこと等が挙げられる。
次に、ネットワークサービス提供中に実行される動的VN割当処理について、図5を参照しながら説明する。図5は、本発明の実施の形態における動的VN割当処理の一例を示すフローチャートである。以降のステップS201~ステップS205は、時刻t毎に(つまり、制御間隔毎に)繰り返し実行される。
20 転送装置
30 ユーザ端末
100 ネットワーク制御装置
101 外部I/F
101a 記録媒体
102 RAM
103 ROM
104 プロセッサ
105 通信I/F
106 補助記憶装置
200 制御部
201 観測部
202 割当部
203 報酬計算部
204 学習部
205 設定命令部
300 物理ネットワーク
Claims (7)
- ネットワークサービスを提供するための仮想ネットワークを物理ネットワーク上に動的に割り当てる制御装置であって、
前記物理ネットワークのネットワーク構成情報と、前記物理ネットワークの物理リソース量を示すネットワーク観測情報と、前記ネットワークサービスのユーザ端末の通信行動によって発生した物理リソースの需要量を示すユーザ需要情報とを入力として、時刻tにおける状態stを観測する観測手段と、
前記状態stにおける方策πに従って、前記物理ネットワーク上への前記仮想ネットワークの割り当てを変更する行動atを選択する割当手段と、
前記行動atにより遷移した状態st+1から報酬rt+1を計算する報酬計算手段と、
前記報酬rt+1を用いて、前記方策πを学習する学習手段と、
を有し、
前記状態s t 、前記行動a t 及び前記報酬r t はそれぞれ深層強化学習における時刻tの状態、行動及び報酬であり、前記方策πは、状態s=s t 、行動a=a t として、深層ニューラルネットワークを用いて、a=π(s)又はa~π(a|s)と表される、ことを特徴とする制御装置。 - 前記状態stには、
前記仮想ネットワークが必要とするトラヒックの需要量と、前記仮想ネットワークが必要とするサーバ容量の需要量と、前記物理ネットワークに含まれる各リンクの残余帯域と、前記物理ネットワークに含まれる各サーバの残余サーバ容量とが含まれる、ことを特徴とする請求項1に記載の制御装置。 - 前記割当手段は、
前記行動atを、予め決められた行動集合の中から選択し、
前記行動集合に含まれる各要素は、時刻t毎に予め設定されたパラメータNに応じて、N個の仮想ネットワークを、複数のサーバのうち、前記要素毎に予め決められた1以上のサーバに割り当てることを示す行動である、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の制御装置。 - 前記報酬rt+1は、
VNE問題の制約条件を満たし、かつ、前記VNE問題の目的関数が最小となるように定義される、ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の制御装置。 - 前記制約条件は、
前記物理ネットワークに含まれる各リンクの帯域が100%以下、かつ、前記物理ネットワークに含まれる各サーバのサーバ容量が100%以下であり、
前記目的関数は、前記各リンクの帯域、前記各サーバのサーバ容量、及び前記仮想ネットワークの再配置回数であり、
前記報酬rt+1は、
(1)前記制約条件を満たさない場合は前記報酬rt+1を負値、
(2)前記制約条件を満たすものの、前記各リンクの帯域及び各サーバのサーバ容量の少なくとも一方の利用効率が低下した場合は前記報酬rt+1を負値、
(3)前記制約条件を満たすものの、前記各リンクの帯域が所定の閾値以上である場合は前記報酬rt+1を0、
(4)前記(1)~前記(3)以外の場合は前記報酬rt+1を、報酬rt+1=1-(各リンク帯域の利用率の平均+各サーバ容量の利用率の平均)/2、
により定義される、ことを特徴とする請求項4に記載の制御装置。 - ネットワークサービスを提供するための仮想ネットワークを物理ネットワーク上に動的に割り当てるコンピュータが、
前記物理ネットワークのネットワーク構成情報と、前記物理ネットワークの物理リソース量を示すネットワーク観測情報と、前記ネットワークサービスのユーザ端末の通信行動によって発生した物理リソースの需要量を示すユーザ需要情報とを入力として、時刻tにおける状態stを観測する観測手順と、
前記状態stにおける方策πに従って、前記物理ネットワーク上への前記仮想ネットワークの割り当てを変更する行動atを選択する割当手順と、
前記行動atにより遷移した状態st+1から報酬rt+1を計算する報酬計算手順と、
前記報酬rt+1を用いて、前記方策πを学習する学習手順と、
を実行し、
前記状態s t 、前記行動a t 及び前記報酬r t はそれぞれ深層強化学習における時刻tの状態、行動及び報酬であり、前記方策πは、状態s=s t 、行動a=a t として、深層ニューラルネットワークを用いて、a=π(s)又はa~π(a|s)と表される、ことを特徴とする制御方法。 - コンピュータを、請求項1乃至5の何れか一項に記載の制御装置における各手段として機能させるためのプログラム。
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