WO2020175411A1 - アプリケーション配置装置及びアプリケーション配置プログラム - Google Patents

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WO2020175411A1
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卓万 磯田
山登　庸次
博史 野口
操 片岡
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日本電信電話株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F8/00—Arrangements for software engineering
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F15/00—Digital computers in general; Data processing equipment in general
    • G06F15/16—Combinations of two or more digital computers each having at least an arithmetic unit, a program unit and a register, e.g. for a simultaneous processing of several programs
    • G06F15/177—Initialisation or configuration control
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F9/00—Arrangements for program control, e.g. control units
    • G06F9/06—Arrangements for program control, e.g. control units using stored programs, i.e. using an internal store of processing equipment to receive or retain programs
    • G06F9/44—Arrangements for executing specific programs
    • G06F9/445—Program loading or initiating
    • G06F9/44521—Dynamic linking or loading; Link editing at or after load time, e.g. Java class loading

Definitions

  • the present invention relates to a technique for allocating an application to a node of a network.
  • Non-Patent Document 1 describes a method of determining the optimal VN placement in consideration of communication traffic.
  • Non-Patent Document 1 Shuta Kawashima et al., “Virtual Network Embedding Method with Scalability Based on Distributed Model Predictive Control” The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, vo l .1 15, pp. 19-24, 2015
  • the edge server In the VN embedding, the amount of computational resources of the edge server is not considered. Also, when actually calculating data from a T device, the required processing time and required data may differ depending on the application.
  • the edge server has a limited number of applications that can be processed because its computing resources are small compared to the cloud server. ⁇ 2020/175411 2 (: 170? 2020/007256
  • the present invention was created in view of the above-mentioned points, and provides an application placement device and an application placement program capable of optimally placing an application with respect to a node of a network.
  • the task is to do.
  • an application placement device of the present invention provides an application placement device that places an application in a node configured by a plurality of nodes communicably connected by links.
  • An arrangement determining unit that determines the node having the minimum cost including the calculation cost of the node and the communication cost of the link as an arrangement destination of the application, and the application to the determined node. It is characterized by comprising a placement executing unit for delivering.
  • the application can be arranged at an optimum node in the network, and the calculation cost and the communication cost can be suppressed.
  • the placement determining unit may be configured to determine the placement destination of the application as a constraint condition such that the resource used by the application is equal to or less than the resource of the node.
  • the application can be suitably arranged within the range that does not exceed the performance of the node.
  • the placement determining unit may be configured to determine the placement destination of the application as a constraint condition such that the bandwidth used by the application is equal to or less than the bandwidth of the link.
  • the application can be suitably arranged within a range not exceeding the link performance.
  • the placement determination unit is configured such that a sum of a time required to place the application in the node and a time required to execute the application in the node is equal to or less than an allowable delay time.
  • the configuration may be such that the placement destination of the application is determined. ⁇ 2020/175411 3 ⁇ (: 170? 2020/007256
  • the application can be appropriately arranged within a range that does not exceed the delay allowable time specified by the user, for example.
  • the placement determination unit may be configured to determine a placement destination of the application from the calculation result of the cost so as to satisfy the constraint condition. [0016] According to such a configuration, since the cost objective function is calculated for all the arrangement patterns and then the solution is narrowed down by the constraint condition, it is possible to suitably respond to the change of the constraint condition.
  • the placement determination unit may be configured to determine, from the nodes that satisfy the constraint condition, the node having the smallest cost as the placement destination of the application.
  • the cost objective function is calculated within the range of the arrangement pattern limited by the constraint condition, so that the solution can be derived in a short time.
  • the present invention can also be embodied as an application placement program that causes a computer to function as the application placement device.
  • FIG. 1 A block diagram schematically showing an application placement system according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a graph that schematically shows an example of the relationship between the position of a node in the network and the calculation and communication costs.
  • FIG. 3 is a sequence diagram schematically showing an operation example of the application placement system according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • the inventor of the present application intends to develop and operate various ⁇ services at low cost in the future. In order to achieve this, we believe that it is necessary to separate OT devices and services and to horizontally use OT devices and services mutually. However, in this case, there is a concern that the amount of communication traffic will increase as the number of interoperable OT devices increases.
  • the data from the 0T device be fully processed on the edge side by executing the application with the edge side resource close to the 0T device.
  • the resources on the edge side are smaller than the resources on the cloud side, the number of applications that can be processed and the amount of data from the T device are limited. Therefore, in the present invention, the sum of the calculation resource usage cost and the communication cost is minimized in order to reduce the load on the resource, and further, the requirement of the oT application (CPU (Central Process Ing Un it) And GPU (Graphic Processor Unit) resources, communication bandwidth, and allowable delay time.
  • CPU Central Process Ing Un it
  • GPU Graphic Processor Unit
  • the purpose of minimizing the sum of computational resource usage cost and communication cost is to reduce the communication cost only, and when the communication cost is only reduced, the processing of the application is concentrated on the edge side resource and This is because there is concern that the load will increase and the cost of using computing resources will increase.
  • the present invention does not store all the data of all the O T devices in the cloud server, but analyzes the data or performs the data pre-processing in a server (a node in the network) close to the O T device.
  • Deliver the processing application That is, by optimally arranging the application that performs the calculation processing of the data acquired from the T device in the resources (nodes) existing on the network, the data volume is reduced and the overall traffic volume is reduced. ..
  • the application placement system 1 is a system for processing data acquired from the terminal 2 by an application and storing it in the cloud server 3.
  • the application placement device 10 is provided.
  • the terminal 2 is a T (Internet of Things) device that acquires the data processed by the application and transmits the data to the network 4, and is, for example, an IP (Internet Protocol) camera.
  • IP Internet Protocol
  • the network 4 connects the terminal 2 and the cloud 3 so that they can communicate with each other, and in this embodiment, a plurality of nodes N (N 1 to N 7) are linked by a link L (1_ 1 to 1_ 6) to form a tree type. It is connected to the.
  • the node N transfers the data sent by the terminal 2 to the cloud server 3 side, processes the data by the application arranged in the node N, and transfers the processed data to the cloud server 3 side. ..
  • the computational cost decreases as the node N is closer to the cloud server 3 (the closer it is to the terminal 2, the larger it is). This is because node N, which is closer to cloud server 3, has better performance. This is because node N closer to cloud server 3 is expected to reduce idle time and higher capacity utilization rate due to the statistical multiple effect, so node N with higher performance can be obtained closer to cloud server 3. This is because the effect is great.
  • the communication cost increases as node N is closer to terminal 2 (smaller as it is closer to cloud server 3). This is because the load on Link L is smaller as the processed data is transferred longer.
  • the application placement device 10 is a device that places an application for preprocessing data to be transferred to the cloud server 3 in any one of the plurality of nodes N in the network 4.
  • the application placement device 10 is composed of a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read-Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an input/output circuit, and the like.
  • the application placement device 10 has a storage unit 11 as a functional unit. ⁇ 2020/175411 6 boxes (: 170? 2020/007256
  • a facility information management unit 12, an application information management unit 13, a placement determination unit 14 and a placement execution unit 15 are provided.
  • the storage unit 11 includes a facility information database 1 11 and an application information database 1 1.
  • the facility information database 1 18 includes information about each facility (node ! ⁇ 1, link !_) of the network 4 (facility information, for example, to be described later). 0 etc.) is stored.
  • the application information database 1 1 13 includes an application and information related to the application (application information, for example, as described below,',,, Etc.) and are stored in association with each other.
  • the application information may be obtained, for example, by performing performance measurement with a verification device.
  • the equipment information management unit 12 manages (adds, updates, corrects, deletes, etc.) the equipment information stored in the equipment information database 1 13.
  • the equipment information management unit 12 acquires the equipment information of the network 4 from the node 1 ⁇ 1 of the network 4 and stores the acquired equipment information in the equipment information database 1 13.
  • the application information management unit 13 manages application information stored in the application information database 11 (addition, update, correction, deletion, etc.).
  • the application information management unit 13 acquires the application and the application information of the application from the server 5 or the like of the application production company, and acquires the acquired application and the application information from the application information database 1 1 Let me memorize it.
  • the placement determining unit 14 determines the facility information stored in the facility information database 1 1 3, the application information stored in the app information database 1 1 3 and the information acquired from the terminal 2 ( Based on the information about terminal 2, allowable delay time, etc.), the application is placed in one of multiple nodes 1 ⁇ 1 in network 4.
  • the placement determining unit 14 limits the application placement so as not to exceed the upper limit of the calculation resource of the node
  • Resource limit of the 1st node 1 ⁇ 1 in the physical space Use of the 10th node
  • the left side represents the number (or amount) of applications arranged in the first node 1 ⁇ 1 in a combination in which applications are provisionally arranged.
  • the right side shows the number (or amount) of applications that can be deployed by the 1st node 1 ⁇ 1 in network 4.
  • the placement determining unit 14 limits the application placement so as not to exceed the upper limit of the bandwidth of the link !_ based on the following equation (second constraint condition).
  • Min is a link! -Is the maximum amount that can be communicated, for example, the maximum value of communication bandwidth, communication speed, etc. defined by the communication carrier.
  • the left side represents the number (or amount) of applications that cause the traffic to flow to the ""th link !_ in the combination in which the applications are provisionally arranged.
  • the right side represents the number (or amount) of applications that send traffic to the “th” link !_ in network 4.
  • the placement determination unit 14 determines the upper limit of the processing time based on the following formula (the third constraint condition). Limit application placement to not exceed
  • node 1 ⁇ 1 processes data using an application
  • this is the time from when the data is acquired (after the application starts processing) until the processed data is output.
  • the first term on the left-hand side represents the time required to place the application in the node 1 ⁇ 1 via the link 1-.
  • the second term on the left side represents the time required to execute the application.
  • the right side is the upper limit of the processing time required by the user, that is, the delay tolerance Represents time.
  • the delay allowable time is the delay time allowed by the user with respect to the time from when the application is requested until the processing result by the application is output.
  • the placement determining unit 14 determines the node N having the minimum cost including the calculation cost of the node N and the communication cost of the link L as the placement destination of the application. In the present embodiment, the placement determining unit 14 calculates the cost (COST) based on the following equation (objective function) within the range where the first to third constraint conditions are satisfied, and the application that minimizes the cost is calculated. Determine the placement.
  • COST cost
  • A is the cost incurred when using the i-th node N, for example, the charge when using the computer as the node N, and is the maximum number of lines connecting the node N. This is the cost incurred when using the service, for example, the communication charge set by the communication carrier.
  • the first term on the right side represents the total calculation cost of the node N in the combination in which k applications are provisionally arranged.
  • the first term on the right-hand side is the sum of the product of the cost of using node N and the use of node N, for all node N.
  • the second term on the right side represents the total communication cost of link L in the combination where k applications are provisionally placed.
  • the second term on the right-hand side is the sum of all link L components of the product of link L usage cost, link L usage availability, and link L usage bandwidth ratio.
  • the link L used bandwidth ratio is such that all applications that use the link L have the denominator as the upper limit of the bandwidth of the target link L. ⁇ 2020/175411 10 boxes (: 170? 2020/007256
  • the occupied band is the numerator.
  • the application order of the first to third constraint conditions and the objective function may be either first. That is, the placement determining unit 14 may select a node that satisfies the three constraint conditions from the nodes that have the smallest objective function as the destination of the application, and the node that has the smallest objective function from the nodes that satisfy the three constraint conditions may be selected. You can select any node.
  • the placement executing unit 15 acquires the placement of the application that is determined by the placement determining unit 14 and has the minimum cost while satisfying various constraints, and based on the obtained contents, the application information database 1 1 Deliver the application stored in 13 to the corresponding node.
  • the application information management unit 13 of the application placement device 10 acquires an application and application information from the server 5 of an application production company or the like (application information notification, step 31). Then, the application information management unit 13 stores the acquired application and application information in the application information database 1 113.
  • the equipment information management unit 12 of the application placement apparatus 10 sends a equipment information request to each node ! ⁇ ! of the network 4 (equipment information request, step 3 2). .. Next, when each node ! ⁇ 1 of the network 4 receives the equipment information request, the equipment information is transmitted to the equipment information management unit 12 (equipment information notification, step 33). Then, when the equipment information management unit 12 receives the equipment information, the equipment information management unit 12 stores the received equipment information in the equipment information database 1 13.
  • step 3 1 by the server 5 and the application information management unit 13 and steps 3 2 and 3 3 by the equipment information management unit 12 and the network 4 is whichever comes first. Good. ⁇ 2020/175411 1 1 ⁇ (: 170? 2020/007256
  • the terminal 2 owned by the user transmits an application placement request including the delay allowable time (application placement request, step 34).
  • the placement determining unit 14 receives the application placement request, it sends an application information request to the application information management unit 13 (application information request, step 35).
  • the application information management unit 13 receives the application information request, the application information database 11 Corresponding application information is read from and the read application information is output to the placement determining unit 14 (application information notification, step 36).
  • the arrangement determining unit 14 sends a facility information request to the facility information managing unit 12 (facility information request, step 37). Subsequently, when the equipment information management unit 12 receives the equipment information request, it reads out the corresponding equipment information from the equipment information database 1 13 and outputs the read equipment information to the arrangement determination unit 14 (equipment information Notification, step 3 8).
  • steps 3 5 and 3 performed by the arrangement determining unit 14 and the application information managing unit 13 are performed.
  • the placement determining unit 14 determines which node 1 ⁇ ! of the network 4 the application should be placed on, based on the obtained application placement request, the absolute information, and the equipment information (placement). Decision, step 3 9). Then, the placement determining unit 14 outputs the decision result of step 39 to the placement executing unit 15 (notification of decision result, step 310).
  • the placement executing unit 15 acquires the determination result
  • the corresponding application is read from the application information database 1 1 13 based on the acquired determination result, and the read application is read. Deliver to the corresponding node (placement run, step 3 1 1).
  • the node 1 ⁇ 1 of the network 4 transmits the deployment result to the facility information management unit 12 (delivery result notification, step 312). Subsequently, when the equipment information management unit 12 receives the placement result, the equipment information management unit 12 stores the received placement result in the equipment information database 1 13. ⁇ 2020/175411 12 boxes (: 170? 2020/007256
  • a network 4 having a complete binary tree structure with three nodes 1 ⁇ 1 see nodes N 1, N 2 and N 5 in Fig. 1, but replace N 5 with N 3)
  • a method for calculating the optimal placement of two applications will be explained.
  • the application placement system 1 uses the cost-related objective function to determine the node N at which the application is placed so that the cost is minimized.
  • the application can be placed in the optimal node N to reduce the calculation cost and communication cost.
  • the application placement system 1 determines the placement destination of the application using the first constraint condition, the application can be suitably placed within the range where the performance of the node N is not exceeded. ..
  • the application placement system 1 determines the placement destination of the application using the second constraint condition, the application can be suitably placed within the range that does not exceed the performance of the link L. ⁇ 2020/175 411 14 ⁇ (: 170? 2020/007256
  • the application placement system 1 determines the placement destination of the application by using the third constraint condition, the application can be suitably placed within the range in which the delay allowable time by the user is not exceeded.
  • the application placement system 1 calculates the cost objective function ® constraint conditions in this order, it calculates the cost objective function for all placement patterns and then narrows down the solution according to the constraint conditions. It is possible to respond appropriately to changes in conditions.
  • the cost objective function is calculated within the range of the placement pattern limited by the constraint condition, and thus the solution is performed in a short time. Can be derived.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be appropriately modified without departing from the gist of the present invention.
  • the present invention can also be embodied as an application placement program that causes a computer to function as the application placement device 10.
  • at least one of the first to third constraints can be omitted.
  • the cost objective function and the constraint conditions are not limited to the above-mentioned respective equations.

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Abstract

【課題】ネットワークのノードに対してアプリケーションを最適に配置することが可能なアプリケーション配置装置を提供する。 【解決手段】アプリケーション配置装置１０は、リンクＬによって通信可能に接続された複数のノードＮによって構成されるネットワーク４に対して、アプリケーションをノードＮに配置する装置であって、ノードＮの計算コスト及びリンクＬの通信コストを含むコストが最小となるノードＮをアプリケーションの配置先に決定する配置決定部１４と、決定されたノードＮにアプリケーションを配信する配置実行部１５と、を備える。

Description

明 細 書
発明の名称 ：
アプリケーション配置装置及びアプリケーション配置プログラム
技術分野
[0001 ] 本発明は、 ネッ トワークのノードに対してアプリケーションを配置するた めの技術に関する。
背景技術
[0002] 近年、 丨 o T (Internet of Th i ngs) 技術が進展し、 数多くのデバイスか らデータを取得することが可能となってきている。 現状の丨 o Tサービスで は、 各自の所有する 丨 〇 Tデバイスからデータを取得し、 クラウドサーバに おいて、 データ収集 ·解析が行われている。
[0003] ネッ トワーク上に存在するリソースの最適利用に関しては、 ネッ トワーク 上にあるサーバに VN (V i rtua l Network) の埋め込み位置を最適化する手法の 研究が進められている。 非特許文献 1 には、 通信トラヒックを考慮して VNの 最適配置を決定する手法が記載されている。
先行技術文献
非特許文献
[0004] 非特許文献 1 :河島 混太 他， “分散型モデル予測制御にもとづくスケーラ ピリティを有する仮想ネッ トワーク埋め込み手法” 電子情報通信学会， vo l . 1 15, pp. 19-24, 2015
発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0005] VNの埋め込みでは、 エッジサーバの計算資源量を考慮しない。 また、 実際 に 丨 〇 Tデバイスからのデータを計算処理する場合には、 アプリケーション に応じて要求する処理時間や必要なデータは異なると考えられる。 エッジサ —バは、 計算リソースがクラウドサーパと比較して小規模であるため、 処理 可能なアプリケーション数に限りがある。 〇 2020/175411 2 卩（：170? 2020 /007256
[0006] 本発明は、 前記した点に鑑みて創案されたものであり、 ネッ トワークのノ -ドに対してアプリケーションを最適に配置することが可能なアプリケーシ ョン配置装置及びアプリケーション配置プログラムを提供することを課題と する。
課題を解決するための手段
[0007] 前記課題を解決するため、 本発明のアプリケーション配置装置は、 リンク によって通信可能に接続された複数のノードによって構成されるネッ トワー クに対して、 アプリケーションを前記ノードに配置するアプリケーション配 置装置であって、 前記ノードの計算コスト及び前記リンクの通信コストを含 むコストが最小となる前記ノードを前記アプリケーションの配置先に決定す る配置決定部と、 決定された前記ノードに前記アプリケーションを配信する 配置実行部と、 を備えることを特徴とする。
[0008] かかる構成によると、 ネッ トワークにおける最適なノードにアプリケーシ ョンを配置し、 計算コスト及び通信コストを抑えることができる。
[0009] 前記配置決定部は、 制約条件として、 前記アプリケーションが使用するリ ソースが前記ノードのリソース以下となるように、 前記アプリケーションの 配置先を決定する構成であってもよい。
[0010] かかる構成によると、 ノードの性能を超えない範囲で、 アプリケーション を好適に配置することができる。
[001 1 ] 前記配置決定部は、 制約条件として、 前記アプリケーションが使用する帯 域が前記リンクの帯域以下となるように、 前記アプリケーションの配置先を 決定する構成であってもよい。
[0012] かかる構成によると、 リンクの性能を超えない範囲で、 アプリケーション を好適に配置することができる。
[0013] 前記配置決定部は、 制約条件として、 前記アプリケーションを前記ノード に配置するのに要する時間と、 前記ノードにおいて前記アプリケーションを 実行する時間と、 の和が、 許容遅延時間以下となるように、 前記アプリケー ションの配置先を決定する構成であってもよい。 〇 2020/175411 3 卩（：170? 2020 /007256
［0014］ かかる構成によると、 例えばユーザによって指定された遅延許容時間を超 えない範囲で、 アプリケーションを好適に配置することができる。
［0015］ 前記配置決定部は、 前記コストの算出結果の中から、 前記制約条件を満た すように前記アプリケーションの配置先を決定する構成であってもよい。 ［0016］ かかる構成によると、 配置の全パターンに関してコストの目的関数を計算 してから制約条件によって解を絞り込むため、 制約条件の変更に対して好適 に対応することができる。
［0017］ 前記配置決定部は、 前記制約条件を満たす前記ノードの中から、 前記コス 卜が最小となる前記ノードを前記アプリケーションの配置先に決定する構成 であつてもよい。
［0018］ かかる構成によると、 制約条件によって限られた配置のパターンの範囲内 においてコストの目的関数を計算するため、 短時間で解を導出することがで きる。
［0019］ また、 本発明は、 コンピュータを前記アプリケーション配置装置として機 能させるアプリケーション配置プログラムとしても具現化可能である。
発明の効果
［0020］ 本発明によれば、 計算コスト及び通信コストを抑えることによって、 ネッ トワークにおける最適なノードにアプリケーションを配置することができる 図面の簡単な説明
［0021］ ［図 1］本発明の実施形態に係るアプリケーション配置システムを模式的に示す ブロック図である。
［図 2］ネッ トワーク内におけるノードの位置と計算コスト及び通信コストとの 関係の例を模式的に示すグラフである。
［図 3］本発明の実施形態に係るアプリケーション配置システムの動作例を模式 的に示すシーケンス図である。
発明を実施するための形態
［0022］ 本願の発明者は、 将来的に多彩な丨 〇丁サービスを低コストで開発、 運用 するために、 丨 〇 Tデバイスとサービスとを分離し、 水平分離的に 丨 o Tデ バイス及びサービスを相互に利用可能にすることが必要になると考えている 。 しかし、 この場合には、 相互利用可能な丨 〇 Tデバイスの増加に伴い、 通 信トラヒック量の増大が懸念される。
[0023] そのため、 丨 〇 Tデバイスに近いエッジ側リソースでアプリケーションを 実行することによって、 丨 〇 Tデバイスからのデータをエッジ側で処理しき ることが求められる。 しかし、 エッジ側リソースはクラウド側リソースに比 ベて小規模であるため、 処理可能なアプリケーション数及び丨 〇 Tデバイス からのデータ量は限られている。 したがって、 本発明では、 リソースへの負 荷を抑えるために計算リソース使用コストと通信コストの和の最小化を行い 、 さらに 丨 o Tアプリケーシヨンの要件 （C P U （Cent ra l Process i ng Un i t ） や G P U （Graph i c Processor Un i t） のリソース、 通信帯域、 許容しうる 遅延時間） を満たすことを行う。
[0024] これは、 トラヒック量の増加に応じて通信コストは増大するためである。
また、 計算リソース使用コストと通信コストとの和の最小化を目的とするの は、 通信コストの低減のみを行った場合、 エッジ側リソースにアプリの処理 が集中し、 小規模なエッジ側リソースの負荷が大きくなり、 計算リソースの 使用コスト増大が懸念されるためである。
[0025] すなわち、 本発明は、 全ての丨 〇 Tデバイスの全てのデータをクラウドサ —バに保存するのではなく、 丨 o Tデバイスに近いサーバ （ネッ トワーク内 のノード） でデータ解析又はデータ前処理を行うアプリケーションを配信す る。 すなわち、 丨 〇 Tデバイスから取得されるデータの計算処理を行うアブ リケーションをネッ トワーク上に存在するリソース （ノード） に最適配置す ることによって、 データ量を少なく し、 全体のトラヒック量を低減する。
[0026] 本発明の実施形態について、 適宜図面を参照しながら詳細に説明する。 図
1 に示すように、 本発明の実施形態に係るアプリケーション配置システム 1 は、 端末 2から取得されるデータをアプリケーションによって処理してクラ ウドサーバ 3に記憶させるためのシステムであり、 ネッ トワーク 4と、 アブ リケーション配置装置 1 0と、 を備える。 ここで、 端末 2は、 アプリケーシ ョンによって処理されるデータを取得してネッ トワーク 4へ送信する 丨 〇 T (Internet of Things) デバイスであり、 例えば、 I P (Internet Protocol ) カメラである。
[0027] ＜ネッ トワーク＞
ネッ トワーク 4は、 端末 2とクラウド 3とを通信可能に接続しており、 本 実施形態では、 複数のノード N (N 1〜 N 7) がリンク L (1_ 1 ~1_ 6) に よってツリー型に接続されている。 ノード Nは、 端末 2によって送信された データをクラウドサーバ 3側へ転送するとともに、 当該ノード Nに配置され たアプリケーションによって、 当該データを処理し、 処理されたデータをク ラウドサーバ 3側へ転送する。
[0028] 図 2に示すように、 ノード Nによるデータ処理のコストとして、 計算コス 卜は、 ノード Nがクラウドサーバ 3に近いほど小さくなる (端末 2に近いほ ど大きくなる) 。 なぜなら、 クラウドサーバ 3に近いノード Nの方が、 性能 が良いためである。 これは、 クラウドサーバ 3に近いノード Nほど、 統計多 重効果による遊休時間の減少及び高い設備稼働率が期待されるので、 クラウ ドサーバ 3に近い場所に高性能なノード Nを配備することによって得られる 効果が大きいためである。 一方、 通信コストは、 ノード Nが端末 2に近いほ ど大きくなる (クラウドサーバ 3に近いほど小さくなる) 。 なぜなら、 処理 済みのデータが転送される区間が長いほど、 リンク Lの負荷が小さくなるた めである。
[0029] ＜アプリケーション配置装置＞
図 1 に示すように、 アプリケーション配置装置 1 0は、 クラウドサーバ 3 に転送すべきデータの前処理を行うアプリケーションを、 ネッ トワーク 4に おける複数のノード Nのいずれかに配置する装置である。 アプリケーション 配置装置 1 〇は、 C P U (Central Processing Unit) 、 ROM (Read-Only Memory) 、 RAM (Random Access Memory) 、 入出力回路等によって構成さ れている。 アプリケーション配置装置 1 〇は、 機能部として、 記憶部 1 1 と 〇 2020/175411 6 卩（：170? 2020 /007256
、 設備情報管理部 1 2と、 アプリ情報管理部 1 3と、 配置決定部 1 4と、 配 置実行部 1 5と、 を備える。
[0030] 《記憶部》
記憶部 1 1は、 設備情報データべース 1 1 3と、 アプリ情報データべース 1 1 を備える。 設備情報データべース 1 1 8には、 ネッ トワーク 4の 設備 （ノード !\1、 リンク !_） ごとに、 当該設備に関する情報 （設備情報、 例 えば、 後記する
Figure imgf000008_0001
0 等） が記憶されている。 アプリ情報 データべース 1 1 13には、 アプリケーシヨンと、 当該アプリケーシヨンに関 する情報 （アプリ情報、 例えば、 後記する巳', ，
Figure imgf000008_0002
等） と、 が関連付け て記憶されている。 アプリ情報は、 例えば、 検証用装置で性能測定を行うこ とによって得られたものであってもよい。
[0031 ] 《設備情報管理部》
設備情報管理部 1 2は、 設備情報データべース 1 1 3に記憶された設備情 報を管理 （追加、 更新、 修正、 削除等） する。 設備情報管理部 1 2は、 ネッ トワーク 4のノード 1\1から当該ネッ トワーク 4の設備情報を取得し、 取得さ れた設備情報を設備情報データべース 1 1 3に記憶させる。
[0032] 《アプリ情報管理部》
アプリ情報管理部 1 3は、 アプリ情報データベース 1 1 匕に記憶されたア プリ情報を管理 （追加、 更新、 修正、 削除等） する。 アプリ情報管理部 1 3 は、 アプリケーシヨンの制作会社のサーバ 5等からアプリケーシヨン及び当 該アプリケーシヨンのアプリ情報を取得し、 取得されたアプリケーシヨン及 びアプリ情報をアプリ情報データべース 1 1 匕に記憶させる。
[0033] 《配置決定部》
配置決定部 1 4は、 設備情報データべース 1 1 3に記憶された設備情報と 、 アプリ情報データべース 1 1 匕に記憶されたアプリ情報と、 端末 2から取 得された情報 （端末 2に関する情報、 遅延許容時間等） と、 に基づいて、 ア プリケーシヨンをネッ トワーク 4内の複数のノード 1\1のいずれかに配置する。
[0034] （第一の制約条件） \¥0 2020/175411 7 卩（：17 2020 /007256
ここで、 配置決定部 1 4は、 下記式 （第一の制約条件） に基づいて、 ノー ド |\!の計算リソースの上限を超えないように、 アプリケーション配置を制限 する。
[0035] [数 1 ]
Figure imgf000009_0001
[0036] 八'^ 丨番目のノード 1\1における 1＜番目のアプリケーションの動作の有無 （動作有で 「 1」 、 動作無で 「〇」 ）
Figure imgf000009_0002
物理空間における 丨番目のノード 1\1のリソース上限 :物理空間における 丨番目のノード |\!の使用有無 （使用有で 「1」 、 使 用無で 「〇」 ）
本実施形態において、
Figure imgf000009_0003
は、 アプリケーションをノード 1\1に記憶させる場 合に、 ノード 1\!内のアプリケーション記憶領域において当該アプリケーショ ンが占める量である。
また、
Figure imgf000009_0004
は、 ノード 1\1に配置 （収容） して実行可能なアプリケーションの 数を決める指標であり、 例えば、 ノード 1\1としてのコンピユータのストレー ジ、 メモリ等の記憶容量である。
[0037] 第一の制約条件を示す式において、 左辺は、 アプリケーションを仮に配置 した組み合わせにおいて、 丨番目のノード 1\1に配置されたアプリケーション の数 （又は量） を表す。 右辺は、 ネッ トワーク 4内の丨番目のノード 1\1が配 置可能なアプリケーションの数 （又は量） を表す。
[0038] （第二の制約条件）
また、 配置決定部 1 4は、 下記式 （第二の制約条件） に基づいて、 リンク !_の帯域の上限を超えないように、 アプリケーシヨン配置を制限する。
[0039] [数 2]
Figure imgf000009_0005
\¥0 2020/175411 8 卩（：17 2020 /007256
[0040] 八 ： 」番目のリンク！-における 番目のアプリケーションの使用の有無 （使用有で 「 1」 、 使用無で 「〇」 ）
巳 ： 番目のアプリケーションがリンク !_において使用する帯域
〇 ：物理空間における」番目のリンク !_の帯域上限
1\/1 ：物理空間における」番目のリンク !_の使用有無 （使用有で 「1」 、 使 用無で 「〇」 ）
本実施形態において、 巳 は、 リンク！-で通信可能な最大量であり、 例えば 、 通信事業者が定める通信帯域幅、 通信速度等の最大値である。
[0041 ] 第二の制約条件を示す式において、 左辺は、 アプリケーションを仮に配置 した組み合わせにおいて、 」番目のリンク !_にトラヒックを流すアプリケー ションの数 （又は量） を表す。
右辺は、 ネッ トワーク 4内の」番目のリンク !_にトラヒックを流すアプリ ケーションの数 （又は量） を表す。
[0042] （第三の制約条件）
また、 配置決定部 1 4は、 下記式 （第三の制約条件） に基づいて、 処理時 間の上限
Figure imgf000010_0001
を超えないように、 アプリケーシヨン配置を制限する。
[0043] [数 3]
Figure imgf000010_0002
本実施形態において、
Figure imgf000010_0003
ノード 1\1がアプリケーションを用いてデータ を処理する際に、 データを取得してから （アプリケーションが処理を開始し てから） 処理されたデータが出力されるまでの時間である。
[0045] 第三の制約条件を示す式において、 左辺第一項は、 アプリケーションを、 リンク 1-を介してノード 1\1に配置するのに要する時間を表す。
左辺第二項は、 アプリケーションの実行に要する時間を表す。
右辺は、 ユーザによって要求される処理時間の上限、 すなわち、 遅延許容 時間を表す。 遅延許容時間は、 アプリケーシヨンをリクエストしてから当該 アプリケーシヨンによる処理結果が出力されるまでの時間に関して、 ユーザ が許容する遅延時間である。
[0046] (コストに関する目的関数)
配置決定部 1 4は、 ノード Nの計算コスト及びリンク Lの通信コストを含 むコストが最小となるノード Nを、 アプリケーシヨンの配置先に決定する。 本実施形態において、 配置決定部 1 4は、 第一ないし第三の制約条件を満た した範囲において、 下記式 (目的関数) に基づいてコスト (COST) を算出し 、 コストが最小となるアプリケーシヨンの配置を決定する。
[0047] [数 4]
Figure imgf000011_0001
[0048] i番目のノード Nを使用する際のコスト
13 j番目のリンク Lを使用する際のコスト
本実施形態において、 Aは、 i番目のノード Nを使用する際に生じる費用 であり、 例えば、 ノード Nとしてのコンビユータを使用する際の料金である また、 は、 ノード Nをつなぐ回線を最大限使用した場合に生じる費用で あり、 例えば、 通信事業者が定める通信料金である。
[0049] 目的関数を示す式において、 右辺第一項は、 k個のアプリケーシヨンを仮 に配置した組み合わせにおいて、 ノード Nの計算コストの総和を表す。 換言 すると、 右辺第一項は、 ノード N使用コストとノード N使用有無の積の全て のノード N分の和である。
右辺第二項は、 k個のアプリケーシヨンを仮に配置した組み合わせにおい て、 リンク Lの通信コストの総和を表す。 換言すると、 右辺第二項は、 リン ク L使用コストとリンク L使用有無及びリンク L使用帯域率の積の全てのリ ンク L分の和である。 ここで、 リンク L使用帯域率は、 対象とするリンク L の帯域上限を分母とし、 当該リンク Lを使用する全てのアプリケーシヨンが 〇 2020/175411 10 卩（：170? 2020 /007256
占める帯域を分子とする。
[0050] なお、 第一ないし第三の制約条件と、 目的関数との適用順序は、 どちらが 先であってもよい。 すなわち、 配置決定部 1 4は、 アプリケーションの配置 先として、 目的関数が最小になるノードから 3つの制約条件を満たすノード を選択してもよく、 3つの制約条件を満たすノードから目的関数が最小とな るノードを選択してもよい。
[0051 ] 《配置実行部》
配置実行部 1 5は、 配置決定部 1 4によって決定された、 各種制約条件を 満たしつつコストが最小となるアプリケーションの配置を取得し、 取得され た内容に基づいて、 アプリ情報データべース 1 1 13に記憶されたアプリケー ションを、 対応するノ _ド へ配信する。
[0052] ＜動作例＞
続いて、 本発明の実施形態に係るアプリケーション配置システム 1の動作 例について、 図 3を参照して説明する （適宜図 1参照） 。
[0053] まず、 アプリケーション配置装置 1 0のアプリ情報管理部 1 3が、 アプリ ケーションの制作会社等のサーバ 5から、 アプリケーション及びアプリ情報 を取得する （アプリ情報通知、 ステップ 3 1） 。 続いて、 アプリ情報管理部 1 3が、 取得されたアプリケーション及びアプリ情報をアプリ情報データべ —ス 1 1 13に記憶させる。
[0054] また、 アプリケーション配置装置 1 0の設備情報管理部 1 2が、 ネッ トワ —ク 4の各ノード !\!に対して設備情報要求を送信する （設備情報要求、 ステ ップ 3 2） 。 続いて、 ネッ トワーク 4の各ノード !\1が、 設備情報要求を受信 すると、 設備情報管理部 1 2に対して設備情報を送信する （設備情報通知、 ステップ 33） 。 続いて、 設備情報管理部 1 2が、 設備情報を受信すると、 受 信された設備情報を設備情報データべース 1 1 3に記憶させる。
[0055] なお、 サーバ 5及びアプリ情報管理部 1 3によるステップ 3 1 と、 設備情 報管理部 1 2及びネッ トワーク 4によるステップ 3 2 , 3 3との順番は、 ど ちらが先であってもよい。 〇 2020/175411 1 1 卩（：170? 2020 /007256
[0056] 続いて、 ユーザが所有する端末 2が、 遅延許容時間を含むアプリケーショ ン配置要求を送信する （アプリ配置要求、 ステップ 3 4） 。 続いて、 配置決 定部 1 4が、 アプリケーション配置要求を受信すると、 アプリ情報管理部 1 3に対してアプリ情報要求を送信する （アプリ情報要求、 ステップ 3 5） 。 続いて、 アプリ情報管理部 1 3が、 アプリ情報要求を受信すると、 アプリ情 報データべース 1 1
Figure imgf000013_0001
から対応するアプリ情報を読み出し、 読み出されたア プリ情報を配置決定部 1 4へ出力する （アプリ情報通知、 ステップ 3 6） 。
[0057] また、 配置決定部 1 4が、 設備情報管理部 1 2に対して設備情報要求を送 信する （設備情報要求、 ステップ 3 7） 。 続いて、 設備情報管理部 1 2が、 設備情報要求を受信すると、 設備情報データベース 1 1 3から対応する設備 情報を読み出し、 読み出された設備情報を配置決定部 1 4へ出力する （設備 情報通知、 ステップ 3 8） 。
[0058] なお、 配置決定部 1 4及びアプリ情報管理部 1 3によるステップ 3 5 , 3
6と、 配置決定部 1 4及び設備情報管理部 1 2によるステップ 3 7 , 3 8と の順番は、 どちらが先であってもよい。
[0059] 続いて、 配置決定部 1 4が、 取得されたアプリケーション配置要求、 アブ リ情報及び設備情報に基づいて、 アプリケーションをネッ トワーク 4のどの ノード 1\!に配置するかを決定する （配置決定、 ステップ 3 9） 。 続いて、 配 置決定部 1 4が、 ステップ3 9の決定結果を配置実行部 1 5へ出力する （決 定結果通知、 ステップ 3 1 0） 。
[0060] 続いて、 配置実行部 1 5が、 決定結果を取得すると、 取得された決定結果 に基づいて、 アプリ情報データべース 1 1 13から対応するアプリケーション を読み出し、 読み出されたアプリケーションを対応するノ _ド へ配信する （配置実行、 ステップ 3 1 1） 。
[0061 ] 続いて、 ネッ トワーク 4のノード 1\1が、 アプリケーションが配置されると 、 配置結果を設備情報管理部 1 2へ送信する （配信結果通知、 ステップ 3 1 2） 。 続いて、 設備情報管理部 1 2が、 配置結果を受信すると、 受信された 配置結果を設備情報データべース 1 1 3に記憶させる。 〇 2020/175411 12 卩（：170? 2020 /007256
[0062] <アプリケーシヨンの配置例 >
本発明の一例として、 3つのノード 1\1を有する完全二分木構造を呈するネッ トワーク 4 （図 1のノード N 1 , N 2, N 5参照。 ただし、 N 5を N 3に読 み替える） に対して、 2つのアプリケーションの最適配置を算出する手法に ついて説明する。
[0063] 各種パラメータは、 以下のように設定されているものとする （単位に関し ては省略） 。
- ノードの容量
Figure imgf000014_0001
全てのノードで 1 〇 （すなわち、 〇, =〇2=〇3= 1 0）
ノード使用コスト : «1= 1 , «2= 2 , «3=3
- リンクの帯域上限〇 は、 全てのリンクで 1 000 （すなわち、
Figure imgf000014_0002
= 1 000）
アプリケーション情報： 2つのアプリケーションともに、 遅延許容時間 =
50, 容量 = 1 5, 処理時間 = 1 0, 使用する帯域 = 1 5）
リンク使用コスト/ 3]は、 全てのリンクで 1 〇〇〇 （すなわち、 /3,= /32= 1 000）
なお、 2つのアプリケーションによって処理されるデータをネッ トワーク 4へ送信する端末 2は、 ノード 1\11 に接続されているものとする。
[0064] ここで、 第一の制約条件を示す式を用いると、 1 0<1 5 2であるため 、 ノード 1\11 ~ 3の 1つに 2つのアプリケーシヨンを配置することはでき ないことが分かる。
また、 第二の制約条件を示す式を用いると、 1 000>1113 （1 5 X2, 1 5 X 1） であるため、 第二の制約条件によってアプリケーションの配置が制 約されることはないことが分かる。
また、 第三の制約条件を示す式を用いると、 50>1113 （1 0, 1 0+ 1 5
/ 1 5 X 1 , 1 0+ 1 5/1 5 X2） であるため、 第三の制約条件によって アプリケーシヨンの配置が制約されることはないことが分かる。
[0065] かかる事項に鑑みて、 2つのアプリケーシヨンを 3つのノード !\11 3 の 2つに配置することを試行する。
ノード N1 , N2のそれぞれに、 2つのアプリケーシヨンの 1つを配置する 場合
C0ST= (1 +2) + (0+ 1 O O OX 1 5/1 000+ 1 000X 1 5/1 000) =33
ノード N 2, N 3のそれぞれに、 2つのアプリケーシヨンの 1つを配置す る場合
C0ST= (2 + 3) + (1 000X 1 5/1 000+ 1 000X 1 5/1 00 0) =35
ノード N 1 , N 3のそれぞれに、 2つのアプリケーシヨンの 1つを配置す る場合
COST= (1 +3) + (0+ 1 000X 1 5/1 000) = 1 9
したがって、 この例では、 リンク L 1 によって接続されたノード N 1 , N 3のうち、 ノード N 1 に対して 2つのアプリケーシヨンの一方が配置され、 ノード N 3に対して 2つのアプリケーシヨンの他方が配置される。 ここで、
2つのアプリケーシヨンをそれぞれノード N 1 , N 3のどちらに配置するか は、 適宜設定可能である。
[0066] 本発明の実施形態に係るアプリケーシヨン配置システム 1は、 コストに関 する目的関数を用いて、 コストが最小となるようにアプリケーシヨンを配置 するノード Nを決定するので、 ネッ トワーク 4における最適なノード Nにア プリケーシヨンを配置し、 計算コスト及び通信コストを抑えることができる
[0067] また、 アプリケーシヨン配置システム 1は、 第一の制約条件を用いてアブ リケーシヨンの配置先を決定するので、 ノード Nの性能を超えない範囲で、 アプリケーシヨンを好適に配置することができる。
また、 アプリケーシヨン配置システム 1は、 第二の制約条件を用いてアブ リケーシヨンの配置先を決定するので、 リンク Lの性能を超えない範囲で、 アプリケーシヨンを好適に配置することができる。 〇 2020/175411 14 卩（：170? 2020 /007256
また、 アプリケーション配置システム 1は、 第三の制約条件を用いてアブ リケーションの配置先を決定するので、 ユーザによる遅延許容時間を超えな い範囲で、 アプリケーションを好適に配置することができる。
[0068] なお、 アプリケーション配置システム 1は、 コストの目的関数 ®制約条件 の順に計算を行う場合には、 配置の全パターンに関してコストの目的関数を 計算してから制約条件によって解を絞り込むため、 制約条件の変更に対して 好適に対応することができる。
また、 アプリケーション配置システム 1は、 制約条件 ®コストの目的関数 の順に計算を行う場合には、 制約条件によって限られた配置のパターンの範 囲内においてコストの目的関数を計算するため、 短時間で解を導出すること ができる。
[0069] 以上、 本発明の実施形態について説明したが、 本発明は前記実施形態に限 定されず、 本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 例えば、 本発明は、 コンピュータを前記アプリケーション配置装置 1 〇として機能さ せるアプリケーション配置プログラムとしても具現化可能である。 また、 第 —ないし第三の制約条件の少なくとも一つは、 省略可能である。 また、 コス 卜の目的関数及び制約条件は、 前記した各式に限定されない。
符号の説明
[0070] 1 アプリケーシヨン配置システム
2 端末
3 クラウドサーバ
4 ネッ トワーク
1 0 アプリケーション配置装置
1 4 配置決定部
1 5 配置実行部
I - リンク
ノード

Claims

〇 2020/175411 15 卩（：170? 2020 /007256 請求の範囲
[請求項 1 ] リンクによって通信可能に接続された複数のノードによって構成さ れるネッ トワークに対して、 アプリケーションを前記ノードに配置す るアプリケーション配置装置であって、
前記ノードの計算コスト及び前記リンクの通信コストを含むコスト が最小となる前記ノードを前記アプリケーションの配置先に決定する 配置決定部と、
決定された前記ノードに前記アプリケーションを配信する配置実行 部と、
を備えることを特徴とするアプリケーション配置装置。
[請求項 2] 前記配置決定部は、 制約条件として、 前記アプリケーションが使用 するリソースが前記ノードのリソース以下となるように、 前記アプリ ケーションの配置先を決定する
ことを特徴とする請求項 1 に記載のアプリケーション配置装置。
[請求項 3] 前記配置決定部は、 制約条件として、 前記アプリケーションが使用 する帯域が前記リンクの帯域以下となるように、 前記アプリケーショ ンの配置先を決定する
ことを特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載のアプリケーション 配置装置。
[請求項 4] 前記配置決定部は、 制約条件として、 前記アプリケーションを前記 ノードに配置するのに要する時間と、 前記ノードにおいて前記アプリ ケーションを実行する時間と、 の和が、 許容遅延時間以下となるよう に、 前記アプリケーションの配置先を決定する
ことを特徴とする請求項 1から請求項 3のいずれか一項に記載のア プリケーション配置装置。
[請求項 5] 前記配置決定部は、 前記コストの算出結果の中から、 前記制約条件 を満たすように前記アプリケーションの配置先を決定する
ことを特徴とする請求項 2から請求項 4のいずれか一項に記載のア 〇 2020/175411 16 卩（：170? 2020 /007256
プリケーション配置装置。
[請求項 6] 前記配置決定部は、 前記制約条件を満たす前記ノードの中から、 前 記コストが最小となる前記ノードを前記アプリケーションの配置先に 決定する
ことを特徴とする請求項 2から請求項 4のいずれか一項に記載のア プリケーション配置装置。
[請求項 7] リンクによって通信可能に接続された複数のノードによって構成さ れるネッ トワークに対して、 アプリケーションを前記ノードに配置す るためにコンピュータを、
前記ノードの計算コスト及び前記リンクの通信コストを含むコスト が最小となる前記ノードを前記アプリケーションの配置先に決定する 配置決定手段、
決定された前記ノードに前記アプリケーションを配信する配置実行 手段、
として機能させるアプリケーション配置プログラム。
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