(57)【要約】【課題】  大規模故障や自然災害のように被害が大規模な場合において、評価対象の通信ネットワークが重要通信ノードとの通信能力をどの程度維持できるかを把握する。【解決手段】  本発明は、通信ノード及び伝送リンクの状態を全て列挙し、所与の通信ノードが故障状態にある確率PB n、所与の伝送リンクが故障状態にある確率PL mを用いて、各通信ネットワークの状態Ｓがある状態ｉになる確率Ｐiを求め、通信ノードが、指定された正常な重要通信ノードと連結しているか否かを判定し、通信ネットワークの状態Sがある状態ｉのときの通信ノードと、該重要通信ノードとの連結判定結果、及び、予め与えられた該通信ノードの通信規模Anを用いて、該通信ネットワークの状態Sがある状態ｉのときの通信ネットワークの通信規模Eiを算出し、確率Pi、通信規模Eiを乗算し、乗算値を全て積算した値を、通信ネットワークの通信規模の期待値とする。【選択図】  図３
2014023064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大規模故障や自然災害のように被害が大規模な通信ネットワークの信頼性を評価するためのネットワーク信頼性評価装置であって、
通信ノードと伝送リンクに関する情報を格納するネットワーク情報記憶手段と、
前記ネットワーク情報記憶手段を参照して通信ノード及び伝送リンクの状態を全て列挙し、通信ネットワーク状態情報記憶手段に格納する通信ネットワーク状態列挙手段と、
前記通信ネットワーク状態情報記憶手段から各通信ネットワークの状態を読み出し、予め与えられた通信ノードが故障状態にある確率PB n、予め与えられた伝送リンクが故障状態にある確率PL mを用いて、各通信ネットワークの状態Ｓがある状態ｉになる確率Ｐiを求める通信ネットワーク状態確率算出手段と、
前記通信ネットワーク状態情報記憶手段の各通信ネットワークの状態において、通信ノードが、指定された正常な重要通信ノードと連結しているか否かを判定する連結判定手段と、
前記通信ネットワークの状態Sがある状態ｉのときの通信ノードと、該通信ノードの前記連結判定手段の判定結果、及び、予め与えられた該通信ノードの通信規模Anを用いて、該通信ネットワークの状態Sがある状態ｉのときの通信ネットワークの通信規模Eiを算出する通信規模算出手段と、
前記確率Piと前記通信規模Eiを乗算し、その乗算値を全て積算した値を、通信ネットワークの通信規模の期待値とする期待値算出手段と、
を有することを特徴とするネットワーク信頼性評価装置。
【請求項２】
大規模故障や自然災害のように被害が大規模な通信ネットワークの信頼性を評価するためのネットワーク信頼性評価方法であって、
通信ノードと伝送リンクに関する情報を格納するネットワーク情報記憶手段と、通信ネットワーク状態列挙手段と、通信ネットワーク状態確率算出手段と、連結判定手段と、通信規模算出手段と、期待値算出手段と、を有する装置において、
前記通信ネットワーク状態列挙手段が、前記ネットワーク情報記憶手段を参照して通信ノード及び伝送リンクの状態を全て列挙し、通信ネットワーク状態情報記憶手段に格納する通信ネットワーク状態列挙ステップと、
前記通信ネットワーク状態確率算出手段が、前記通信ネットワーク状態情報記憶手段から各通信ネットワークの状態を読み出し、予め与えられた通信ノードが故障状態にある確率PB n、予め与えられた伝送リンクが故障状態にある確率PL mを用いて、各通信ネットワークの状態Ｓがある状態ｉになる確率Ｐiを求める通信ネットワーク状態確率算出ステップと、
前記連結手段が、前記通信ネットワーク状態情報記憶手段の各通信ネットワークの状態において、通信ノードが、指定された正常な重要通信ノードと連結しているか否かを判定する連結判定ステップと、
前記通信規模算出手段が、前記通信ネットワークの状態Sがある状態ｉのときの通信ノードと、該通信ノードの前記連結判定ステップの判定結果、及び、予め与えられた該通信ノードの通信規模Anを用いて、該通信ネットワークの状態Sがある状態ｉのときの通信ネットワークの通信規模Eiを算出する通信規模算出ステップと、
前記期待値算出手段が、前記確率Piと前記通信規模Eiを乗算し、その乗算値を全て積算した値を、通信ネットワークの通信規模の期待値とする期待値算出ステップと、
を行うことを特徴とするネットワーク信頼性評価方法。
【請求項３】
コンピュータを、
請求項１記載のネットワーク信頼性評価装置の各手段として機能させるためのネットワーク信頼性評価プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネットワーク信頼性評価装置及び方法及びプログラムに係り、特に、大規模故障や自然災害のように被害が大規模な場合に、通信ネットワークの通信能力の信頼性を評価するためのネットワーク信頼性評価装置及び方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通信ネットワークがどの程度の信頼性を有するかを評価する指標として、通信ネットワークをグラフ（通信ビルがノード、伝送路がリンク）と捉え、予め指定した全てのノード間が正常なノードとリンクで連結されている状態を「通信ネットワークにおいて通信機能が正常である」と定義し、この定義のもとで通信ネットワークの通信機能が正常である確率（「信頼度」と定義）を用いることが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】林正博、阿部威郎、"通信ネットワークの信頼性,"電子情報通信学会（コロナ者）, 2010. 5.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術による信頼度の評価指標は、通信ネットワーク全体での正常性を確保することを重視するという考えに基づくものである。しかし、大規模故障や自然災害のように被害が大規模な場合（複数のノード、複数のリンクの故障を強く想定する）においては、通信ネットワーク全体の正常性が確保されないことが強く想定される。このため、大規模な被害に対する通信ネットワークの信頼性を分析する際には、通信ネットワーク全体での正常性が確保されない状況において、通信ネットワークの通信能力がどの程度残存しているかということを評価する観点も必要であるが、残存通信能力による信頼性評価はできない（課題１）。
【０００５】
従来技術では、図１（ａ）、（ｂ）のように、通信機能が正常な状態になる確率のみを評価指数としている。
【０００６】
上記のように、従来は、大規模故障や自然災害のように被害が大規模な場合に、通信ネットワークの通信能力がどの程度残存しているかという信頼性評価はできないという問題がある。
【０００７】
また、通信ネットワークでは、しばしば、重要な役割を担う通信ビル（ノード）が存在する。例えば、階層的な構造を持つ通信ネットワークの階梯間の接続点である通信ビルやクロック供給装置を収容している通信ビル、データセンタ、重要顧客を収容している通信装置が設定されている通信ビル等が挙げられる。このように通信ノードの重要度に違いがある場合、「重要通信ノード」を含めた指定ノードに対する連結性を一律に評価するのではなく、重要通信ノードとの連結性に着目した指標で、通信ネットワークの信頼性を評価することが望ましい（課題２）。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、大規模故障や自然災害のように被害が大規模な場合において、評価対象の通信ネットワークが重要通信ノードとの通信能力をどの程度維持できるかを把握することが可能なネットワーク信頼性評価システム及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、大規模故障や自然災害のように被害が大規模な通信ネットワークの信頼性を評価するためのネットワーク信頼性評価装置であって、
通信ノードと伝送リンクに関する情報を格納するネットワーク情報記憶手段と、
前記ネットワーク情報記憶手段から通信ノード及び伝送リンクの状態を全て列挙し、通信ネットワーク状態情報記憶手段に格納する通信ネットワーク状態列挙手段と、
前記通信ネットワーク状態情報記憶手段から各通信ネットワークの状態を読み出し、予め与えられた通信ノードが故障状態にある確率PB n、予め与えられた伝送リンクが故障状態にある確率PL mを用いて、各通信ネットワークの状態Ｓがある状態ｉになる確率Ｐiを求める通信ネットワーク状態確率算出手段と、
前記通信ネットワーク状態情報記憶手段の各通信ネットワークの状態において、通信ノードが、指定された正常な重要通信ノードと連結しているか否かを判定する連結判定手段と、
前記通信ネットワークの状態Sがある状態ｉのときの通信ノードと、該通信ノードの前記連結判定手段の判定結果、及び、予め与えられた該通信ノードの通信規模Anを用いて、該通信ネットワークの状態Sがある状態ｉのときの通信ネットワークの通信規模Eiを算出する通信規模算出手段と、
前記確率Pi、前記通信規模Eiを乗算し、乗算値を全て積算した値を、通信ネットワークの通信規模の期待値とする期待値算出手段と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように、本発明によれば、上記の課題１に対し、通信ノードの通信規模の尺度を導入することにより、大規模故障や自然災害のように被害が大規模な場合において、評価対象の通信ネットワークが通信能力をどの程度維持できるかを把握することが可能となる。
【００１１】
また、上記課題２に対し、重要通信ノードと連結可能な通信ノードが存在する状態のそれぞれの確率を導入することにより、通信ネットワークの通信機能が正常でない状態における重要通信ノードとの連結性を把握することが可能になる。
【００１２】
上記の２つの手段を組み合わせることにより、課題１、課題２に対して、通信ノードの通信規模の尺度と重要通信ノードと連結する通信ノードが存在する状態のそれぞれの確率を導入することにより、大規模故障や自然災害のような被害が大規模な場合において、評価対象の通信ネットワークが重要通信ノードとの通信能力をどの程度維持できるかを把握することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来技術による評価指数の例である。
【図２】本発明の一実施の形態における通信ネットワークの例である。
【図３】本発明の一実施の形態におけるネットワーク信頼性評価装置の構成例である。
【図４】本発明の一実施の形態におけるネットワーク信頼性評価処理のフローチャートである。
【図５】本発明の一実施の形態における重要通信ノードのイメージである。
【図６】本発明の一実施の形態における通信ネットワーク状態情報記憶部に格納されるデータ例である。
【図７】本発明の一実施の形態における連結情報記憶部に格納されるデータ例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
本発明では、前述の課題１と課題２を同時に解決するため、以下の２つの手段を合わせて実行する。
【００１６】
（１）課題１を解決するための手段：
通信ネットワークの通信機能が正常でない場合の通信ネットワークの通信能力の低下度合い、または、残存している通信能力を定量的に評価するために、通信ノードの処理可能なトラヒック量や収容ユーザ数等、通信ノードが有する通信能力の大きさ（ここでは、「通信規模」と定義する）を表す尺度を導入する。
【００１７】
（２）課題２を解決するための手段：
重要通信ノードが正常である場合において、重要通信ノードと連結される通信ノードが存在する状態のそれぞれの確率を指標とする。
【００１８】
上記の（１）と（２）の手段を合わせることにより、重要通信ノードが正常である場合の需要通信ノードと連結される通信ノードが存在するそれぞれの状態になる確率と、重要通信ノードと連結される通信ノードの通信規模の合計値をそれぞれ乗算し、これらの乗算した値を全て積算して、重要通信ノードと連結される通信ノードの通信規模の期待値を指標として、信頼性を評価する。
【００１９】
以下に詳細に説明する。
【００２０】
最初に通信ネットワークの状態の定義を示す。
【００２１】
・通信ネットワークの状態は、通信ノードや伝送リンクの正常及び故障状態の組み合わせで決定される。
【００２２】
以下に示す評価手順では、通信ノードについては、ｎ（ｎ＝１，２，…，Ｎ）番目の通信ノードＢnの正常状態を、
State(Bn)＝１
とし、故障状態を
State(Bn)＝０
とする。
【００２３】
伝送リンクについては、ｍ（ｍ＝１，２，…，Ｍ）番目の伝送リンクLmの正常状態を、
State(Lm)＝１
故障状態を、
State(Lm)＝０
とし、通信ネットワークを構成する通信ノードBnと伝送リンクLmに対して、
ベクトルS(State(B1)，State(B２)，…，State(BN)，State(Ｌ1)，State(L２)，…，State(LM))
を通信ネットワークが取り得る「通信ネットワークの状態Ｓ」とする。
【００２４】
・通信ネットワークの状態Ｓは全部で２(N+M)通りあるため、通信ネットワークの状態Sを２(N+M)×(N+M)の行列で表すことができる。従って、通信ネットワークが取り得る状態Sのそれぞれをｉ（１，２，…，２(N+M)）とすると、通信ノードBnの状態はS(i，n)，伝送リンクLmの状態はS（i，N+m）で表すことができる。
【００２５】
・通信ネットワークの例：
図２（ａ）に示す図及び図２（ｂ）に示す表は、Ｎ＝３の通信ノードとＭ＝３の伝送リンクで構成されている通信ネットワークの例である。この場合、通信ネットワークの状態Ｓは全部で２(3+3)＝６４通りとなる。
【００２６】
従って、通信ノードと伝送リンクの正常状態を１、故障状態を０とする場合、「S(3，3)=0」は、通信ネットワーク状態Sが３番目である場合の通信ノードB3が故障状態であることを表しており、「S(3，5)=1」は、通信ネットワークの状態Sが３番目である場合の伝送リンクが正常状態であることを表している。
【００２７】
次に、評価手順の説明で用いる記号について定義する。
【００２８】
ｉ：通信ネットワークの状態番号（ｉ＝１，２，…，２(N+M)）
ｎ：通信ノードの番号（ｎ=１，２，…，Ｎ）
S(i,n)：通信ネットワークの状態Sがｉのときのｎ番目の通信ノードBnの状態（正常状態を１、故障状態を０）
PBn：ｎ番目の通信ノードBnが故障状態にある確率
An：ｎ番目の通信ノードBnの通信規模
ｍ：伝送リンクの番号（m=１，２，…，Ｍ）
S(i,N+m)：通信ネットワークの状態Sがｉの時のm番目の伝送リンクLmの状態
PLm：ｍ番目の伝送リンクLmが故障状態にある確率
C(i,n)：通信ネットワークの状態Sがｉの時のｎ番目の通信ノードと重要通信ノードBnが連結か否か（連結している状態を１、連結していない状態を０とする）
Pi：通信ネットワークの状態Sがある状態ｉになる確率
Ei：通信ネットワークの状態Sがある状態ｉのときの通信ネットワークの通信規模
R：通信ネットワークの通信規模の期待値
図３は、本発明の一実施の形態におけるネットワーク信頼性評価装置の構成を示す。
【００２９】
同図に示すネットワーク信頼性評価装置は、ネットワーク情報記憶部１、通信ネットワーク状態情報記憶部２、状態確率記憶部３、連結情報記憶部４、通信規模記憶部５、通信ネットワーク状態列挙部１０、通信ネットワーク状態確率算出部２０、連結判定部３０、通信規模算出部４０、期待値算出部５０から構成される。
【００３０】
各記憶部１〜５は、ハードディスクやメモリ等の記憶媒体である。
【００３１】
ネットワーク情報記憶部１は、外部の入力装置と接続され、該入力装置から入力された通信ノードと伝送リンクに関する情報を格納する。なお、ネットワーク情報記憶部１は当該ネットワーク信頼性評価装置の外部にあってもよい。
【００３２】
期待値算出部５０は、外部の表示装置と接続され、算出した期待値を出力する。
【００３３】
図４は、本発明の一実施の形態におけるネットワーク信頼性評価処理のフローチャートである。
【００３４】
以下、図３、図４に沿ってネットワーク信頼性評価装置の動作を説明する。
【００３５】
ステップ１００）  ネットワーク信頼性評価装置の外部の入力装置から通信ノードと伝送リンクに関する情報を取得してネットワーク情報記憶部１に格納する。格納される情報は以下の通りである。
【００３６】
・通信ノードの数と番号
・伝送リンクの数と番号
・各通信ノードと各伝送リンクの接続情報（各伝送リンクがどの通信ノードを接続しているか）
・n番目の通信ノードBnが故障状態にある確率PBn
・n番目の通信ノードBnの通信規模An
・ｍ番目の伝送リンクLmが故障状態にある確率PLm
ステップ１１０）  通信ネットワーク状態列挙部１０は、利用者（オペレータ）により、入力装置を介して指定された重要通信ノードの情報を取得し、メモリ（図示せず）に格納する。なお、オペレータは、ステップ１００で入力される通信ノードの中から重要通信ノードを指定するものとする。指定される重要通信ノードの例を図５に示す。同図（ａ）は、階層的な構造のループ網における重要通信ノードであり、同図（ｂ）はメッシュ状の通信ネットワークにおける重要通信ノードのイメージである。なお、本実施の形態では、重要通信ノードは１つのみとしているが、この例に限定されることなく、複数存在しても良い。
【００３７】
ステップ１２０）  通信ネットワーク状態列挙部１０は、ネットワーク情報記憶部１から各通信ノードと各伝送リンクの情報を読み出し、通信ネットワークの状態Ｓを全て列挙し、通信ネットワーク情報記憶部２に格納する。通信ネットワーク状態情報記憶部２に格納された情報の例を図６に示す。通信ネットワーク状態列挙部１０は、ネットワーク情報から、各状態における通信ビル（通信ノード）B1〜BNが、正常であるか、または、機能停止状態であるか、及び、各状態における伝送路L1〜LMが正常または切断状態のいずれであるかを示す情報を抽出する。
【００３８】
ステップ１３０）  次に、通信ネットワーク状態確率算出部２０は、通信ネットワーク状態情報記憶部２から状態Ｓを読み込み、ネットワーク情報記憶部１に格納されている、通信ノードBnが故障状態にある確率PBnと伝送リンクLmが故障状態にある確率PLmを用いて、以下の式（１）により、通信ネットワークの状態Sがある状態ｉになる確率Piを計算する。
【００３９】
【数１】
2014023064.tif 000003
上記で求められた確率Piを状態確率記憶部３に格納する。
【００４０】
ステップ１４０）  連結判定部３０は、通信ネットワーク状態情報記憶部２からステップ１２０で列挙された通信ネットワークの各状態Siについて、通信ノードBnがステップ１１０でオペレータにより指定された重要通信ノードと連結しているか否かを判定し、C(i,n)として、連結していれば"１"を、連結していなければ"０"を設定し、連結情報記憶部４に格納する。連結情報記憶部４の格納例を図７に示す。同図において、状態S1において通信ビル（通信ノード）B1は重要通信ノードと連結していることを示し、ノードBNは連結していないことを示す。
【００４１】
ステップ１５０）  通信規模算出部４０は、ステップ１４０で格納された連結情報記憶部４の通信ネットワークの状態Sがｉの時の通信ノードBnと重要通信ノードが連結されているか否かの情報C(i,n)と、ネットワーク情報記憶部１から通信ノードBnの通信規模Anを取得して、以下の式（２）を用いてネットワークの状態Sがある状態ｉの時の通信ネットワークの通信規模Eiを計算し、通信規模記憶部５に格納する。
【００４２】
【数２】
2014023064.tif 000004
ステップ１６０）  期待値算出部５０は、状態確率記憶部３からステップ１３０で算出された通信ネットワークにおいて、状態Siとなる確率Piを読み出し、通信規模記憶部５からステップ１５０で算出された通信規模Eiを読み出して、式（３）によってPiとEiを乗算し、これらの乗算した値を全て積算して通信ネットワークの通信規模の期待値Ｒを計算する。
【００４３】
【数３】
2014023064.tif 000005
上記で求められた期待値Ｒを表示装置に出力する。
【００４４】
上記のように、本発明では、重要通信ノードが正常である場合の重要通信ノードに連結される通信ノードが存在するそれぞれの確率と、重要通信ノードと連結される通信ノードの通信規模の合計値に基づいて、重要通信ノードと連結される通信ノードの通信規模の期待値を指標として信頼性を評価する。
【００４５】
上記の図３に示すネットワーク信頼性評価装置の各構成要素の動作をプログラムとして構築し、ネットワーク信頼性評価装置として利用されるコンピュータにインストールして実行させる、または、ネットワークを介して流通させることが可能である。
【００４６】
本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更、応用が可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１  ネットワーク情報記憶部
２  通信ネットワーク状態情報記憶部
３  状態確率記憶部
４  連結情報記憶部
５  通信規模記憶部
１０  通信ネットワーク状態列挙部
２０  通信ネットワーク状態確率算出部
３０  連結判定部
４０  通信規模算出部
５０  期待値算出部
【図１】
2014023064.tif 000006
【図２】
2014023064.tif 000007
【図３】
2014023064.tif 000008
【図４】
2014023064.tif 000009
【図５】
2014023064.tif 000010
【図６】
2014023064.tif 000011
【図７】
2014023064.tif 000012