JPWO2017212603A1

JPWO2017212603A1 - 仮想ネットワーク管理装置、仮想ネットワークの管理方法及びプログラム

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Publication number: JPWO2017212603A1
Application number: JP2018522250A
Authority: JP
Inventors: 雅俊千住; 有香菅野; 実友部; 忍佐々木; 政志下間
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2016-06-09
Filing date: 2016-06-09
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2036-06-09
Also published as: JP6665931B2; EP3471350A1; WO2017212603A1; EP3471350A4; US20190182711A1

Abstract

本発明は、複数の仮想ネットワークに構築した場合における、リソースの割り当ての正確性を向上させる。仮想ネットワーク管理装置は、計算機リソースの共有基盤上の共有ノードを、複数の仮想ネットワーク上の仮想ノードとして動作させる第１の手段と、前記共有ノードの負荷状況を収集する第２の手段と、前記共有ノードの負荷状況に基づいて、前記共有ノードの少なくとも１つに対するリソース量の変更を指示する第３の手段と、を備える。

Description

本発明は、仮想ネットワーク管理装置、仮想ネットワークの管理方法及びプログラムに関し、特に、複数の仮想ネットワークに配置された通信ネットワークノードを管理する仮想ネットワーク管理装置、仮想ネットワークの管理方法及びプログラムに関する。

近年、スマートフォンやスマートデバイス等の普及により、通信トラヒックが急激に増加している。また、今後、ＩｏＴ（ＩｎｔｅｒｎｅｔｏｆＴｈｉｎｇｓ）やＭ２Ｍ（ＭａｃｈｉｎｅｔｏＭａｃｈｉｎｅ）と呼ばれる通信が増加すると想定され、通信トラヒックは更に増加することは必至である。通信トラヒックの増加に伴い、該通信トラヒックを処理するネットワークノードの設備増強が重要となる。

特許文献１には、仮想呼処理ノードを実現する物理サーバを含む移動体通信システムにおいて、該物理サーバ毎の通信処理の処理量に基づいて、該仮想呼処理ノードを生成する技術が開示されている。より具体的には、特許文献１には、物理サーバ毎の通信処理の処理量に基づいて仮想呼処理ノードを生成することによって、通信処理に必要となるリソースを確保すると共に、設備利用効率を高めることが記載されている。

非特許文献１は、本発明の一実施形態に関連するＮｅｔｗｏｒｋＦｕｎｃｔｉｏｎｓＶｉｒｔｕａｌｉｓａｔｉｏｎ（ＮＦＶ；「ネットワーク機能仮想化」）のホワイトペーパーである。非特許文献２は、ＮＦＶのアーキテクチャフレームワークの解説資料である。

特許第５５３７６００号

European Telecommunications Standards Institute (ETSI)、"Network Functions Virtualisation - Update White Paper"、［online］、［平成28年5月27日検索］、インターネット〈URL：https://portal.etsi.org/NFV/NFV_White_Paper2.pdf〉 European Telecommunications Standards Institute (ETSI)、"Network Functions Virtualisation; Architectural Framework (ETSI GS NFV 002)"、［online］、［平成28年5月27日検索］、インターネット〈URL：http://www.etsi.org/deliver/etsi_gs/nfv/001_099/002/01.01.01_60/gs_nfv002v010101p.pdf〉

以下の分析は、本発明によって与えられたものである。特許文献１において利用されているオープンフローやＳＤＮ（Ｓｏｆｔｗａｒｅ−ＤｅｆｉｎｅｄＮｅｔｗｏｒｋｉｎｇ）を用いることで、物理的ネットワークをスライスして、複数の仮想ネットワークを構築することができる。この仮想ネットワークにおいても、特許文献１の技術を適用することで、通信トラヒックの増加に対応することが可能となる。

しかしながら、複数の仮想ネットワークの双方にＭ２ＭデバイスやＩｏＴデバイスが接続されていると、ある一定時刻にセンサデータが一斉に送信されるなどのバースト的なトラヒックが発生することがある。この場合に、リソースの割り当てが適切になされていないと、仮想ネットワークにおいて処理遅延等が生じることになる。また、複数の仮想ネットワークにおける通信トラヒックや処理量の変化は必ずしも同一傾向ではない場合もあり、例えば、２つのうちの一方の仮想ネットワークにおいて通信トラヒックが増大したとしても、他方の仮想ネットワークでは通信トラヒックや処理量が減少し、全体としては通信トラヒックや処理量は変わらないということが起こり得る。

本発明は、複数の仮想ネットワークに構築した場合における、共有ノードへのリソースの割り当て（プロビジョニングともいう）の正確性の向上に貢献できる仮想ネットワーク管理装置、仮想ネットワークの管理方法及びプログラムを提供することを目的とする。

第１の視点によれば、計算機リソースの共有基盤上の共有ノードを、複数の仮想ネットワーク上の仮想ノードとして動作させる第１の手段と、前記共有ノードの負荷状況を収集する第２の手段と、前記共有ノードの負荷状況に基づいて、前記共有ノードの少なくとも１つに対するリソース量の変更を指示する第３の手段と、を備える仮想ネットワーク管理装置が提供される。

第２の視点によれば、計算機リソースの共有基盤上の共有ノードを、複数の仮想ネットワーク上の仮想ノードとして動作させる仮想ネットワーク管理装置が、前記共有ノードの負荷状況を収集するステップと、前記共有ノードの負荷状況に基づいて、前記共有ノードの少なくとも１つに対するリソース量の変更を指示するステップと、を含む仮想ネットワークの管理方法が提供される。本方法は、仮想マシンにより通信ネットワークノードを運用する仮想ネットワーク管理装置という、特定の機械に結びつけられている。

第３の視点によれば、計算機リソースの共有基盤上の共有ノードを、複数の仮想ネットワーク上の仮想ノードとして動作させる仮想ネットワーク管理装置を構成するコンピュータに、前記共有ノードの負荷状況を収集する処理と、前記共有ノードの負荷状況に基づいて、前記共有ノードの少なくとも１つに対するリソース量の変更を指示する処理と、を実行させるプログラムが提供される。なお、このプログラムは、コンピュータが読み取り可能な（非トランジエントな）記憶媒体に記録することができる。即ち、本発明は、コンピュータプログラム製品として具現することも可能である。

本発明によれば、複数の仮想ネットワークに構築した場合における、リソースの割り当ての正確性を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態の構成を示す図である。本発明の一実施形態の動作を説明するための図である。本発明の一実施形態の動作を説明するための図である。本発明の第１の実施形態の全体構成を示す図である。本発明の第１の実施形態のクラウド上に配置されるサーバの構成例を示す図である。本発明の第１の実施形態のクラウド上に配置されるＶＮＦの構成例を示す図である。図５のサーバ内部の制御部の構成例を示す図である。本発明の第１の実施形態のコントローラの構成例を示す図である。本発明の第１の実施形態のコントローラの負荷状況格納部にて管理される共有ノードの負荷状況情報の一例を示す図である。本発明の第１の実施形態のコントローラと図５のサーバの連携動作を説明するための図である。本発明の第１の実施形態の動作を示すシーケンス図である。本発明の第２の実施形態の対象となる無線ネットワークの構成を示す図である。図１２の無線ネットワークをＶＮＦで構成した例を示す図である。本発明の第２の実施形態のＮＦＶＭＡＮＯによって構成される２つの無線ネットワークを表した図である。本発明の第２の実施形態のＮＦＶＭＡＮＯの動作を表した流れ図である。

はじめに本発明の一実施形態の概要について図面を参照して説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、本発明を図示の態様に限定することを意図するものではない。

本発明は、その一実施形態において、図１に示すように、第１の手段１１〜第３の手段１３を備える仮想ネットワーク管理装置にて実現できる。より具体的には、第１の手段１１は、計算機リソースの共有基盤上の共有ノードを、複数の仮想ネットワーク上の仮想ノードとして動作させる。例えば、図１の例では、計算機資源共有基盤上の共有ノード＃１〜＃３を、仮想ネットワークＶＮ１、ＶＮ２の仮想ノードとして動作させる。

第２の手段１２は、計算機資源共有基盤上の共有ノード＃１〜＃３の負荷状況を収集する。例えば、図２に示すように、第２の手段１２は、計算機資源共有基盤上の共有ノード＃１〜＃３について、それぞれの負荷状況を収集する。なお、負荷状況を収集する方法としては、第２の手段１２が直接共有ノード＃１〜＃３から収集してもよいし、共有ノード＃１〜＃３の負荷を監視する負荷監視装置等から入手してもよい。

第３の手段１３は、前記第２の手段１２による収集された共有ノードの負荷状況に基づいて、前記共有ノードの少なくとも１つに対するリソース量の変更を指示する。例えば、図３に示すように、第３の手段１３は、負荷状況を示す値が高い（大きい方が高負荷であることを表す場合）共有ノード＃１のリソースを追加するよう指示する。同様に、第３の手段１３は、負荷状況を示す値が低い、即ち、過剰にリソースが割り当てられている共有ノード＃２のリソースを減らすように指示してもよい。

以上のように構成される仮想ネットワーク管理装置によれば、複数の仮想ネットワークに構築した場合における、通信トラヒックや処理量に応じた通信ネットワークノードへのリソースの割り当てを効率化することができる。その理由は、複数の仮想ネットワークの仮想ノードに割り当てられた共有ノードの負荷状況に基づいて、共有ノードに対するリソース量の変更を指示する構成を採用したことにある。

［第１の実施形態］
続いて、本発明の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図４は、第１の実施形態の全体構成を示す図である。なお、本実施形態では、ＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ）の通信システムに本発明を適用した例で説明するが、本発明を適用可能なネットワークは図４の例に限定されない。

図４を参照すると、クラウド上に配置された仮想ＳＧＷ（ＳｅｒｖｉｎｇＧａｔｅｗａｙ）、仮想ＰＧＷ（ＰａｃｋｅｔＤａｔａＮｅｔｏｗｏｒｋＧａｔｅｗａｙ）、仮想ＭＭＥ（ＭｏｂｉｌｉｔｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＥｎｔｉｔｙ）等の共有ノードを統合管理するコントローラ６と、このコントローラ６により仮想的に構成された共有ノードを用いてサービスを提供する２つの無線ネットワークＡ、Ｂが示されている。

図４の例において、端末１（ＵＥ：ＵｓｅｒＥｑｕｉｐｍｅｎｔ）は、仮想基地局（仮想ｅＮＢ）を介して、コアネットワーク上の仮想ＳＧＷ、仮想ＰＧＷ、仮想ＭＭＥを介してインターネット等の外部ネットワークと通信する。

端末１は、携帯電話、ＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）、モバイルルータ、スマートデバイス（例えば、家庭の消費電力をモニタするスマートメータ、スマートテレビ、ウェアラブル端末）、Ｍ２Ｍ（ＭａｃｈｉｎｅｔｏＭａｃｈｉｎｅ）デバイス等の機器を含む。上記スマートデバイス及びＭ２Ｍデバイスは、ＩｏＴデバイスとも呼ばれ、例えば、上記のデバイスに加え、産業機器、車、ヘルスケア機器、家電等を含む。

無線ネットワークＡ側には仮想基地局（ｅＮＢ）２Ａ、仮想ＳＧＷ３Ａ、仮想ＰＧＷ４Ａ、仮想ＭＭＥ５Ａが配置されている。図４の両矢線は、無線ネットワーク上の仮想ノードと、クラウド側の共有ノードとの対応関係を示している。図４の例では、このうちの仮想ＳＧＷ３Ａ、仮想ＰＧＷ４Ａ及び仮想ＭＭＥ５Ａがクラウド側で動作する共有ノードによって実現されている。

同様に、無線ネットワークＢ側にも仮想基地局（ｅＮＢ）２Ｂ、仮想ＳＧＷ３Ｂ、仮想ＰＧＷ４Ｂ、仮想ＭＭＥ５Ｂが配置されている。このうちの仮想ＳＧＷ３Ｂ、仮想ＰＧＷ４Ｂ及び仮想ＭＭＥ５Ｂがクラウド側で動作する共有ノードによって実現されている。

仮想基地局２Ａ、２Ｂは、無線リソース管理のため、制御シグナリングを処理する機能（Ｃ−Ｐｌａｎｅ機能）のほか、例えば、ＰＤＣＰ（ＰａｃｋｅｔＤａｔａＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｒｏｔｏｃｏｌ）に基づいて、端末１との間でデータ通信を実行する機能（Ｕ−Ｐｌａｎｅ機能）を有する。なお、以下、Ｃ−Ｐｌａｎｅ、Ｕ−ＰｌａｎｅはＣｏｎｔｒｏｌＰｌａｎｅ、ＵｓｅｒＰｌａｎｅの略である。

仮想ＳＧＷ３Ａ、３Ｂは、端末のモビリティのためのアンカーポイントとして機能するほか、例えば、パケットを処理する機能（Ｕｓｅｒ−Ｐｌａｎｅ機能）や、制御シグナリングを処理する機能（Ｃ−Ｐｌａｎｅ機能）を含む。

仮想ＰＧＷ４Ａ、４Ｂは、外部ネットワークとの接点として機能するほか、例えば、パケットを処理する機能（Ｕｓｅｒ−Ｐｌａｎｅ機能）や、通信に応じた課金状態を管理する機能（ＰＣＥＦ：ＰｏｌｉｃｙａｎｄＣｈａｒｇｉｎｇＥｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔＦｕｎｃｔｉｏｎ）、ＱｏＳ等のポリシーを制御する機能（ＰＣＲＦ：ＰｏｌｉｃｙａｎｄＣｈａｒｇｉｎｇＲｕｌｅＦｕｎｃｔｉｏｎ）、通信を傍受するための合法的傍受（ＬＩ：ＬａｗｆｕｌＩｎｔｅｒｃｅｐｔｉｏｎ）機能等を含む。

仮想ＭＭＥ５Ａ、５Ｂは、端末とコアネットワーク間のシグナリング制御、ベアラ管理を行う。具体的には、仮想ＭＭＥ５Ａ、５Ｂは、通信用のセッションの設定・解放、ハンドオーバーの制御等である制御シグナリングを処理する機能（Ｃ−Ｐｌａｎｅ機能）や、ＨＳＳ（ＨｏｍｅＳｕｂｓｃｒｉｂｅｒＳｅｒｖｅｒ）と連携して、通信システムの加入者情報を管理する機能を含む。

第１の実施形態において、仮想ＳＧＷ３Ａ、３Ｂ、仮想ＰＧＷ４Ａ、４Ｂ、仮想ＭＭＥ５Ａ、５Ｂがクラウド側に配置されている理由は、端末１の近くに配置する必要性が少なく、むしろ、クラウド側で、コントローラ６の制御の下、動的なスケールアウト・インを行う方が効率的な管理ができるからである。もちろん、仮想ＳＧＷ３Ａ、３Ｂ、仮想ＰＧＷ４Ａ、４Ｂ、仮想ＭＭＥ５Ａ、５Ｂの全部をクラウド側に配置しなくてもよいし、これら以外の機能をクラウド側に配置してもよい。

図５は、本発明の第１の実施形態のクラウド上に配置されるサーバの構成例を示す図である。図５に示すように、サーバ２０は、例えば、制御部２１０と、仮想ネットワーク機能（ＶＮＦ：ＶｉｒｔｕａｌＮｅｔｗｏｒｋＦｕｎｃｔｉｏｎ）２００とを含む。なお、クラウド上の共有ノードを仮想化する装置は、サーバ２０に限られず、例えば、ルータなどであってもよい。

制御部２１０は、共有ノードで実行されるネットワーク機能を、ＶＮＦ２００として、仮想マシン上で運用することができる。本実施形態においては、例えば、ＶＮＦ２００は、仮想ＳＧＷ、仮想ＰＧＷ、仮想ＭＭＥ等として動作可能である。ただし、制御部２１０が仮想マシン上で運用可能な機能は、これらの例に限られない。

制御部２１０は、例えば、ハイパーバイザ（Ｈｙｐｅｒｖｉｓｏｒ）等、コンピュータの仮想化を実行可能な制御ソフトウェアにより構成されてもよい。

制御部２１０は、ＶＮＦ２００に、無線ネットワークＡ、Ｂから受信した信号を転送し、ＶＮＦ２００の機能に応じた信号処理をＶＮＦ２００に実行させることができる。また、制御部２１０は、ＶＮＦ２００から出力された信号を、無線ネットワークＡ、Ｂに返す処理を行う。ＶＮＦに入出力される信号としては、例えば、ベアラを介して送受信される通信データ（パケット等）やネットワークノードが送受信するメッセージ等が挙げられる。このようなサーバ２０を用いることで、クラウド上の共有ノードを、無線ネットワークＡ、Ｂ上の仮想ＳＧＷ３Ａ、３Ｂ、仮想ＰＧＷ４Ａ、４Ｂ、仮想ＭＭＥ５Ａ、５Ｂとして動作させることができる。

図６は、上記サーバ２０によって構成されるＶＮＦ２００の構成例である。図６の例では、ＶＮＦ２００は、制御機能２０１と、信号処理機能２０２とを含む。

制御機能２０１は、いわゆるＣ−Ｐｌａｎｅに相当する機能を含む。Ｃ−Ｐｌａｎｅは、通信システムで伝送される制御信号を処理する機能を有する。信号処理機能２０２は、いわゆるＵ−Ｐｌａｎｅに相当する機能を含む。Ｕ−Ｐｌａｎｅは、通信システムで伝送されるデータを処理する機能を有する。従って、制御機能２０１と信号処理機能２０２は、それぞれ、一般的なＳＧＷ、ＰＧＷ、ＭＭＥが持つ制御部及び信号処理部と同等の機能を有することになる。

図７は、上記したサーバ２０内部の制御部の構成例を示す図である。図７を参照すると、制御部２１０は、例えば、ＶＭ（ＶｉｒｔｕａｌＭａｃｈｉｎｅ）制御部２１００と、セッション制御部２１０１とを含む。

ＶＭ制御部２１００は、クラウド上で動作する共有ノードが実行する信号処理に対応するＶＮＦ２００を運用するための仮想マシンを制御する。例えば、ＶＭ制御部２１００は、仮想マシンの起動、削除、停止の少なくとも１つを実行できる。また、例えば、ＶＭ制御部２１００は、稼働中の仮想マシンを他の仮想マシンに移行（マイグレーション）することも可能である。

ＶＭ制御部２１００は、例えば、コントローラ６からの要求に応じて、仮想マシンの起動や停止、移行等を制御する。例えば、ＶＭ制御部２１００は、コントローラ６からの要求に応じて、動的に仮想マシンの起動や停止、移行等を実行する。また、ＶＭ制御部２１００は、例えば、通信システムの状況に応じて、仮想マシンの起動や停止、移行等を制御することもできる。例えば、ＶＭ制御部２１００は、通信システムの通信量や輻輳状況、サーバ２０の負荷等に応じて、動的に仮想マシンの起動や停止、移行等を実行する。

セッション制御部２１０１は、受信した信号を、当該信号に対応するＶＮＦ２００に転送することができる。また、セッション制御部２１０１は、ＶＮＦ２００が発行した信号を、当該信号に対応する宛先に転送することができる。即ち、本実施形態においては、コントローラ６及びその指示を受けて動作するサーバ２０が、上述した第１の手段１１として機能することになる。

続いて、本実施形態において、上述した第２の手段１２、第３の手段として機能するコントローラ６について説明する。図８は、第１の実施形態のコントローラ６の構成例を示す図である。図８を参照すると、制御部６１Ａと、インターフェース６２と、負荷状況格納部６０とを備えた構成が示されている。

インターフェース６２は、クラウド上の共有ノードと通信するためのインターフェースである。コントローラ６は、インターフェース６２を介して、所定のプロトコルで、クラウド上の仮想ＳＧＷ、仮想ＰＧＷ及び仮想ＭＭＥ等の共有ノードと通信できる。コントローラ６は、例えば、インターフェース６２を介して、クラウド上の共有ノードから負荷状況を収集する。

負荷状況格納部６０は、例えば、共有ノードから収集した負荷状況を格納する。図９は、負荷状況格納部６０にて管理される負荷状況情報の一例を示す図である。図９の例では負荷状況情報として、ＣＰＵ使用率と、メモリ使用率とが共有ノード毎に格納されている。ＣＰＵ使用率と、メモリ使用率は、共有ノードに対応する仮想マシンの仮想的なＣＰＵ使用率と、仮想的なメモリ使用率とを用いることができる。もちろん、ＣＰＵ使用率と、メモリ使用率に代えて、トラヒック量等のその他負荷状況を表す情報を取得してもよい。

制御部６１Ａは、共有ノードから収集した負荷状況に基づいて、各無線ネットワークＡ、Ｂのパフォーマンスを表すサービス指標が所定の条件を満たすために必要なリソース量を算出する。例えば、制御部６１Ａは、無線ネットワークＡ、Ｂにおける処理の遅延が、所定の閾値以下となる（許容レベルを満たす）ようなリソース量を算出する。なお、例えば、前記所定の閾値は、無線ネットワークＡ、Ｂ毎に異なる値が設定されていてもよい（例えば、無線ネットワークＡは一定の遅延を許容し、無線ネットワークＢは遅延を許容しない等）。また、各無線ネットワークＡ、Ｂのパフォーマンスを表すサービス指標が所定の上限値を超えている場合、即ち、リソースが過剰に割り当てられている場合には、制御部６１Ａは、共有ノードから削減すべきリソース量を算出する。なお、上記の例では、無線ネットワークＡ、Ｂにおける処理の遅延量を仮想ネットワーク毎のサービス指標として用いているが、仮想ネットワーク毎のサービス指標は「遅延」に限られない。例えば、実効転送レート（帯域幅）や、各種の信頼性を表す指標を用いることも可能である。また、サービス指標に代えて、共有ノードや仮想ネットワーク（無線ネットワークＡ、Ｂ）上の仮想ノードの負荷と負荷目標値とを比較して必要なリソースを割り出してもよい。

コントローラ６の制御部６１Ａは、前記算出したリソース量に基づいて、クラウドに配置された共有ノードへのリソースのプロビジョニングを実行する機能を含む。具体的には、制御部６１Ａは、例えば、算出したリソース量に基づいて、仮想マシンを運用するサーバ２０に対し、共有ノードに対するリソース（サーバ資源、ＣＰＵ資源、ネットワーク資源等）の割り当て量の変更を要求する。例えば、制御部６１Ａは、算出された仮想ＭＭＥのリソース量に基づいて、仮想ＭＭＥに対して追加のリソースを割り当てることを要求する。

図１０は、本発明の第１の実施形態のコントローラ６と図５のサーバの連携動作を説明するための図である。図１０に示すように、コントローラ６は、クラウド上の共有ノードを仮想化しているサーバ２０の制御部２１０に対して、ＶＮＦに実現されている共有ノードのリソース（サーバ資源、ＣＰＵ資源、ネットワーク資源等）のプロビジョニングを要求する。なお、クラウド上の共有ノードを仮想化しているサーバ２０が複数ある場合には、コントローラ６は、これら複数のサーバに対して、それぞれ仮想化している共有ノードのリソースのプロビジョニングを要求する。例えば、制御部６１Ａは、仮想ＳＧＷと仮想ＭＭＥのリソース量に基づいて、これら共有ノードに対応する仮想マシンを運用するサーバ２０に対して、リソースの割り当て量の変更を要求する。

サーバ２０の制御部２１０は、コントローラ６の制御部６１Ａからの要求に応じて、ＶＮＦにて実現されている共有ノードに対して、リソースの割り当て変更を実施する。例えば、制御部２１０は、ＶＮＦで構成された仮想ＭＭＥに対して、制御部６１Ａから要求されたリソース量を割り当てる。

図１１は、本発明の第１の実施形態の動作を示すシーケンス図である。図１１を参照すると、まず、端末１の通信部１１は、共有ノードと通信を実行する（Ｓ２−１のトラヒック）。具体的には、端末１の通信部１１は、制御信号及び／又はユーザデータのトラヒックを、共有ノードに対して送信する。また、共有ノードは、他の共有ノードに対して、当該制御信号及び／又はユーザデータのトラヒックを送信してもよい。例えば、仮想ＳＧＷは、仮想ＭＭＥに対して、制御信号のトラヒックを送信する。

ＶＮＦで構成された共有ノードの制御機能２０１は、コントローラ６に対して、自装置の負荷状況を通知する（ステップＳ２−２）。制御機能２０１は、例えば、所定のタイミングで、コントローラ６に自装置の負荷状況を通知する。この所定のタイミングとしては、スマートデバイス、Ｍ２Ｍデバイス等である端末１から送信される周期的なトラヒックを捕捉可能な頻度であることが望ましい。例えば、スマートデバイスやＭ２Ｍデバイスが毎日１時間ごとに、センサデータを送信する場合には、１時間ごとに発生する周期的なトラヒックを把握でできるような間隔で負荷状況の送信が行われる。

コントローラ６の制御部６１Ａは、通知された各共有ノードの負荷状況を負荷状況格納部６０に蓄積する（ステップＳ２−３）。以上、ステップＳ２−１〜Ｓ２−３が負荷状況収集フェーズとなる。

コントローラ６の制御部６１Ａは、負荷状況格納部６０に蓄積された各共有ノードの負荷状況を分析し（ステップＳ２−４）、共有ノードに必要なリソース量を算出する（ステップＳ２−５）。

コントローラ６の制御部６１Ａは、制御部６１Ａが算出したリソース量に基づいて、当該共有ノードをＶＮＦで構成しているサーバ２０に、共有ノードに対するリソースの割り当てを要求する（ステップＳ２−６のプロビジョニング要求）。例えば、制御部６１Ａは、制御部６１Ａが算出した仮想ＭＭＥのリソース量に基づいて、サーバ２０に対して、当該仮想ＭＭＥに対するリソースの割り当てを要求する。

サーバ２０の制御部２１０は、コントローラ６からの要求に応じて、共有ノードに対して、当該要求に基づいたリソース量を割り当てる（Ｓ２−７のプロビジョニング）。例えば、制御部２１０は、コントローラ６からの要求に応じて、仮想ＭＭＥに対して、当該要求に基づいたリソース量を割り当てる。

上記のとおり、第１の実施形態では、コントローラ６が、クラウド上に配置された共有ノードを、複数の無線ＮＷの仮想ノードとして動作するよう、統合管理する。そして、コントローラ６は、これら共有ノードの負荷状況に基づいて共有ノードに必要なリソース量を算出する。さらに、コントローラ６は、ＶＮＦにより共有ノードを構成するサーバ２０に対して、ＶＮＦにより構成された共有ノードに対するリソース量の割り当て変更を要求する。サーバ２０は、前記要求に基づいて、共有ノードのリソース量の割り当て変更を実施する。

したがって、第１の実施形態では、複数の無線ＮＷで動作する仮想ノードをまとめて管理し、プロビジョニングすることが可能となる。上述したＭ２ＭデバイスやＩｏＴデバイスに由来する、例えば、バースト性のあるトラヒックに対して、事前にプロビジョニングでリソースを増強しておくことにより、仮想ノードの処理遅延等を未然に防止することができる。また、上記に説明したように、プロビジョニングにより共有ノードへの過剰なリソースの割り当ても随時見直されるため、バースト性のあるトラヒックの終了後、リソースが過剰に割り当てられることもない。

［第２の実施形態］
続いて、第１の実施形態のコントローラ６に代えて、ＶＮＦの管理機能を有するＮＦＶ−ＭＡＮＯ（ＮＦＶＭａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄＯｒｃｈｅｓｔｒａｔｉｏｎ）装置を配置した第２の実施形態について説明する。

図１２は、非特許文献２の６．２のＶｉｒｔｕａｌｉｓａｔｉｏｎｏｆＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＢｌｏｃｋｓｆｏｒＮｅｔｗｏｒｋＳｅｒｖｉｃｅｓの項に例示されているＥｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄネットワークサービスの構成を示す図である。図中点線で描かれた円は、ＮｅｔｗｏｒｋＦｕｎｃｔｉｏｎＶｉｒｔｕａｌｉｓａｔｉｏｎＩｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅＰｏｉｎｔｏｆＰｒｅｓｅｎｃｅ（ＮＦＶＩ−ＰｏＰ）、即ち、物理的なハードウェアリソースを表している。

非特許文献２には、ＮＦＶ−ＭＡＮＯを用いることで、このようなＥｎｄ−ｔｏ−ＥｎｄネットワークサービスをＶＮＦを用いて仮想化できることが示されている（図１３参照）。

図１４は、本発明の第２の実施形態では、ＮＦＶ−ＭＡＮＯを用いることで、クラウド上に共有ノード（ＶＮＦ）を配置し、第２の実施形態の構成を示す図である。図４に示した第１の実施形態と相違するのは、コントローラ６がＮＦＶ−ＭＡＮＯ６００に置き換えられている点と、ＶＮＦ（共有ノード）がサーバ２０に対応する仮想化レイヤ７０を介して、直接ＮＦＶ−ＭＡＮＯ６００によって構成されている点である。

なお、図１４の例では、端末１とエンドポイント９の近くに位置するＶＮＦについては、第１の実施形態の仮想基地局のように、物理的な位置の制約があるため、クラウド上には配置していない。ＮＦＶ−ＭＡＮＯ６００は、これらのＶＮＦを除くＶＮＦをクラウド上に展開し、統合管理する。

ここで、図１４のようなＶＮＦの配置方法について説明する。図１５は、第２の実施形態のＮＦＶＭＡＮＯ６００の初期動作を表した流れ図である。図１５を参照すると、まず、ＮＦＶＭＡＮＯ６００は、管理対象となる無線ネットワーク（図１２のＥｎｄ−ｔｏ−Ｅｎｄネットワークサービスの構成相当）のを一つ選択する（ステップＳ００１）。

次に、ＮＦＶＭＡＮＯ６００は、選択した無線ネットワークに含まれるノードを仮想化する（ステップＳ００２）。例えば、ＮＦＶＭＡＮＯ６００は、無線ネットワークに含まれるＭＭＥ、ＳＧＷ、ＰＧＷ等をそれぞれ仮想化する。

次に、ＮＦＶＭＡＮＯ６００は、前記仮想化したノードの中からクラウドに配置できるノードを選択し、クラウドに配置する（ステップＳ００３）。またその際に、すでにクラウドに配置済みの同一の機能を提供するＶＮＦが存在する場合、当該ＶＮＦを利用することができる。

以上の処理をすべての無線ネットワークについて繰り返すことで、図１４に示すＶＮＦの配置が完了する（ステップＳ００４）。

以降の動作は、第１の実施形態と同様であり、ＮＦＶＭＡＮＯ６００は、クラウド上のＶＮＦ（共有ノード）の負荷状況を収集し、その負荷状況に基づいて、リソースのプロビジョニングを実施する。

以上説明したとおり、第２の実施形態においても、複数の無線ＮＷで共通する機能（ＶＮＦ）をクラウド上に配置してまとめて管理し、プロビジョニングすることが可能となる。

以上、本発明の各実施形態を説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術的思想を逸脱しない範囲で、更なる変形・置換・調整を加えることができる。例えば、各図面に示したネットワーク構成、各要素の構成、メッセージの表現形態は、本発明の理解を助けるための一例であり、これらの図面に示した構成に限定されるものではない。

なお、各図に示した仮想ネットワーク管理装置やコントローラの各部（処理手段）は、これらの装置を構成するコンピュータに、そのハードウェアを用いて、上記した各処理を実行させるコンピュータプログラムにより実現することもできる。

最後に、本発明の好ましい形態を要約する。
［第１の形態］
（上記第１の視点による仮想ネットワーク管理装置参照）
［第２の形態］
第１の形態の仮想ネットワーク管理装置において、
前記第３の手段は、前記共有ノードの負荷状況に基づいて、前記仮想ネットワーク毎に予め定められたサービス指標が所定の基準を満たすために必要なリソース量を算出し、前記リソース量が不足する共有ノードに対する前記リソース量の変更を指示する仮想ネットワーク管理装置。
［第３の形態］
第１又は第２の形態の仮想ネットワーク管理装置において、
前記複数の仮想ネットワークは、サービスを提供するエリアが異なる複数の仮想無線ネットワークであり、
前記第１の手段は、前記複数の仮想無線ネットワークに共通する機能を提供する共有ノードを生成し、前記複数の仮想ネットワーク上の仮想ノードとして動作させる仮想ネットワーク管理装置。
［第４の形態］
第３の形態の仮想ネットワーク管理装置において、
前記第２の手段は、前記複数の仮想無線ネットワークで発生する周期的なトラヒックを検出可能な頻度で、前記共有ノードの負荷状況を確認し、
前記第３の手段は、前記仮想無線ネットワークで発生する周期的なトラヒックの発生前に、前記共有ノードの少なくとも１つに対するリソース量の変更を指示する仮想ネットワーク管理装置。
［第５の形態］
第１から第４いずれか一の形態の仮想ネットワーク管理装置において、
前記第１の手段は、前記共有ノードを、仮想ネットワークファンクションとして構成する仮想ネットワークファンクションの管理装置によって構成される仮想ネットワーク管理装置。
［第６の形態］
（上記第２の視点による仮想ネットワークの管理方法参照）
［第７の形態］
（上記第３の視点によるプログラム参照）
なお、上記第６、図７の形態は、第１の形態と同様に、第２〜第５の形態に展開することが可能である。

なお、上記の特許文献および非特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の開示の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。

１端末
２Ａ、２Ｂ仮想基地局（ｅＮＢ）
３Ａ、３Ｂ仮想ＳＧＷ
４Ａ、４Ｂ仮想ＰＧＷ
５Ａ、５Ｂ仮想ＭＭＥ
６コントローラ
９エンドポイント
１０仮想ネットワーク管理装置（仮想ＮＷ管理装置）
１１第１の手段
１２第２の手段
１３第３の手段
２０サーバ
６０負荷状況格納部
６１Ａ制御部
６２インターフェース
２００仮想ネットワーク機能（ＶＮＦ）
２０１制御機能
２０２信号処理機能
２１０制御部
６００ＮＦＶＭＡＮＯ
２１００ＶＭ制御部
２１０１セッション制御部
ＶＮ１、ＶＮ２仮想ネットワーク

Claims

計算機リソースの共有基盤上の共有ノードを、複数の仮想ネットワーク上の仮想ノードとして動作させる第１の手段と、
前記共有ノードの負荷状況を収集する第２の手段と、
前記共有ノードの負荷状況に基づいて、前記共有ノードの少なくとも１つに対するリソース量の変更を指示する第３の手段と、
を備える仮想ネットワーク管理装置。
前記第３の手段は、前記共有ノードの負荷状況に基づいて、前記仮想ネットワーク毎に予め定められたサービス指標が所定の基準を満たすために必要なリソース量を算出し、前記リソース量が不足する共有ノードに対する前記リソース量の変更を指示する請求項１の仮想ネットワーク管理装置。
前記複数の仮想ネットワークは、サービスを提供するエリアが異なる複数の仮想無線ネットワークであり、
前記第１の手段は、前記複数の仮想無線ネットワークに共通する機能を提供する共有ノードを生成し、前記複数の仮想ネットワーク上の仮想ノードとして動作させる請求項１又は２の仮想ネットワーク管理装置。
前記第２の手段は、前記複数の仮想無線ネットワークで発生する周期的なトラヒックを検出可能な頻度で、前記共有ノードの負荷状況を確認し、
前記第３の手段は、前記仮想無線ネットワークで発生する周期的なトラヒックの発生前に、前記共有ノードの少なくとも１つに対するリソース量の変更を指示する請求項３の仮想ネットワーク管理装置。
前記第１の手段は、前記共有ノードを、仮想ネットワークファンクションとして構成する仮想ネットワークファンクションの管理装置によって構成される請求項１から４いずれか一の仮想ネットワーク管理装置。
計算機リソースの共有基盤上の共有ノードを、複数の仮想ネットワーク上の仮想ノードとして動作させる仮想ネットワーク管理装置が、
前記共有ノードの負荷状況を収集するステップと、
前記共有ノードの負荷状況に基づいて、前記共有ノードの少なくとも１つに対するリソース量の変更を指示するステップと、
を含む仮想ネットワークの管理方法。
計算機リソースの共有基盤上の共有ノードを、複数の仮想ネットワーク上の仮想ノードとして動作させる仮想ネットワーク管理装置を構成するコンピュータに、
前記共有ノードの負荷状況を収集する処理と、
前記共有ノードの負荷状況に基づいて、前記共有ノードの少なくとも１つに対するリソース量の変更を指示する処理と、
を実行させるプログラム。