(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理ネットワーク上で仮想ネットワークとしてのサービス提供を要求する各要求に対し、当該サービスを収容する物理ネットワークのリソースを割り当てるためのネットワークリソース割当装置であって、
サービス要求の到着時に、当該到着サービスに対して割り当て可能な前記物理ネットワーク上の候補経路の存在有無を判定する受付可否判定手段と、
前記候補経路が存在する場合に、当該候補経路の中から所定のコストを最小化する最適経路を決定する最適経路決定手段と、
前記候補経路が存在しない場合において、再配置実施有無情報に基づき、再配置を行わなければ前記サービス要求を受付不可とし、再配置を行う場合に、既存サービスを前記物理ネットワークから一旦取り出して、当該既存サービスと前記到着サービスとを当該物理ネットワークに収容させることで再配置を行う再配置手段とを備え、
前記最適経路決定手段は、初期設定時において前記候補経路のホップ数を前記所定のコストとして使用し、所定指標の閾値超過を契機として、前記候補経路における各物理リンクの残余帯域逆数和を前記所定のコストとして使用することにより、前記最適経路を決定する
ことを特徴とするネットワークリソース割当装置。
【請求項２】
物理ネットワーク上で仮想ネットワークとしてのサービス提供を要求する各要求に対し、当該サービスを収容する物理ネットワークのリソースを割り当てるためのネットワークリソース割当装置であって、
サービス要求の到着時に、当該到着サービスに対して割り当て可能な前記物理ネットワーク上の候補経路の存在有無を判定する受付可否判定手段と、
前記候補経路が存在する場合に、当該候補経路の中から所定のコストを最小化する最適経路を決定する最適経路決定手段と、
前記候補経路が存在しない場合において、再配置実施有無情報に基づき、再配置を行わなければ前記サービス要求を受付不可とし、再配置を行う場合に、既存サービスを前記物理ネットワークから一旦取り出して、当該既存サービスと前記到着サービスとを当該物理ネットワークに収容させることで再配置を行う再配置手段とを備え、
前記最適経路決定手段は、前記候補経路における各物理リンクの残余帯域から所定値を差し引いたグラフ上において、ノード間の局所辺連結度が零となるノードペア数を前記所定のコストとして使用することにより、前記最適経路を決定する
ことを特徴とするネットワークリソース割当装置。
【請求項３】
物理ネットワーク上で仮想ネットワークとしてのサービス提供を要求する各要求に対し、当該サービスを収容する物理ネットワークのリソースを割り当てるためのネットワークリソース割当装置であって、
サービス要求の到着時に、当該到着サービスに対して割り当て可能な前記物理ネットワーク上の候補経路の存在有無を判定する受付可否判定手段と、
前記候補経路が存在する場合に、当該候補経路の中から所定のコストを最小化する最適経路を決定する最適経路決定手段と、
前記候補経路が存在しない場合において、再配置実施有無情報に基づき、再配置を行わなければ前記サービス要求を受付不可とし、再配置を行う場合に、既存サービスを前記物理ネットワークから一旦取り出して、当該既存サービスと前記到着サービスとを当該物理ネットワークに収容させることで再配置を行う再配置手段とを備え、
前記再配置手段は、前記到着サービスと組み合わせる前記既存サービスの数を順次増加させながら、当該既存サービスを前記物理ネットワークから一旦取り出して、当該既存サービスと前記到着サービスとを当該物理ネットワークに収容させる処理を、収容に成功するまで繰り返し実行する
ことを特徴とするネットワークリソース割当装置。
【請求項４】
前記再配置手段は、前記既存サービスと前記到着サービスを前記物理ネットワークに収容するにあたり、それぞれのサービスを収容する最適経路の決定を前記最適経路決定手段に行わせる
ことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載のネットワークリソース割当装置。
【請求項５】
物理ネットワーク上で仮想ネットワークとしてのサービス提供を要求する各要求に対し、当該サービスを収容する物理ネットワークのリソースを割り当てるためのネットワークリソース割当装置が実行するネットワークリソース割当方法であって、
サービス要求の到着時に、当該到着サービスに対して割り当て可能な前記物理ネットワーク上の候補経路の存在有無を判定する受付可否判定ステップと、
前記候補経路が存在する場合に、当該候補経路の中から所定のコストを最小化する最適経路を決定する最適経路決定ステップと、
前記候補経路が存在しない場合において、再配置実施有無情報に基づき、再配置を行わなければ前記サービス要求を受付不可とし、再配置を行う場合に、既存サービスを前記物理ネットワークから一旦取り出して、当該既存サービスと前記到着サービスとを当該物理ネットワークに収容させることで再配置を行う再配置ステップとを備え、
前記最適経路決定ステップにおいて、前記ネットワークリソース割当装置は、初期設定時において前記候補経路のホップ数を前記所定のコストとして使用し、所定指標の閾値超過を契機として、前記候補経路における各物理リンクの残余帯域逆数和を前記所定のコストとして使用することにより、前記最適経路を決定する
ことを特徴とするネットワークリソース割当方法。
【請求項６】
物理ネットワーク上で仮想ネットワークとしてのサービス提供を要求する各要求に対し、当該サービスを収容する物理ネットワークのリソースを割り当てるためのネットワークリソース割当装置が実行するネットワークリソース割当方法であって、
サービス要求の到着時に、当該到着サービスに対して割り当て可能な前記物理ネットワーク上の候補経路の存在有無を判定する受付可否判定ステップと、
前記候補経路が存在する場合に、当該候補経路の中から所定のコストを最小化する最適経路を決定する最適経路決定ステップと、
前記候補経路が存在しない場合において、再配置実施有無情報に基づき、再配置を行わなければ前記サービス要求を受付不可とし、再配置を行う場合に、既存サービスを前記物理ネットワークから一旦取り出して、当該既存サービスと前記到着サービスとを当該物理ネットワークに収容させることで再配置を行う再配置ステップとを備え、
前記最適経路決定ステップにおいて、前記ネットワークリソース割当装置は、前記候補経路における各物理リンクの残余帯域から所定値を差し引いたグラフ上において、ノード間の局所辺連結度が零となるノードペア数を前記所定のコストとして使用することにより、前記最適経路を決定する
ことを特徴とするネットワークリソース割当方法。
【請求項７】
物理ネットワーク上で仮想ネットワークとしてのサービス提供を要求する各要求に対し、当該サービスを収容する物理ネットワークのリソースを割り当てるためのネットワークリソース割当装置が実行するネットワークリソース割当方法であって、
サービス要求の到着時に、当該到着サービスに対して割り当て可能な前記物理ネットワーク上の候補経路の存在有無を判定する受付可否判定ステップと、
前記候補経路が存在する場合に、当該候補経路の中から所定のコストを最小化する最適経路を決定する最適経路決定ステップと、
前記候補経路が存在しない場合において、再配置実施有無情報に基づき、再配置を行わなければ前記サービス要求を受付不可とし、再配置を行う場合に、既存サービスを前記物理ネットワークから一旦取り出して、当該既存サービスと前記到着サービスとを当該物理ネットワークに収容させることで再配置を行う再配置ステップとを備え、
前記再配置ステップにおいて、前記ネットワークリソース割当装置は、前記到着サービスと組み合わせる前記既存サービスの数を順次増加させながら、当該既存サービスを前記物理ネットワークから一旦取り出して、当該既存サービスと前記到着サービスとを当該物理ネットワークに収容させる処理を、収容に成功するまで繰り返し実行する
ことを特徴とするネットワークリソース割当方法。
【請求項８】
コンピュータを、請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載のネットワークリソース割当装置の各手段として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネットワーク仮想化技術を用いたネットワークサービスの提供形態において、提供開始を所望する各サービスに対して物理ネットワークのリソース割り当てを行う技術に関連するものである。
【背景技術】
【０００２】
仮想化技術の進展に伴い、ストレージやサーバだけでなく、ネットワークにおいてＵプレーンとＣプレーンを分離するネットワーク仮想化技術が進展している。当該技術を用いた世界においては、ネットワークを運営するネットワーク事業者が提供する物理的なネットワーク（以下物理ネットワークと呼ぶ）上でサービスを展開する各事業者は、それぞれ独立なタイミング及び順番で当該サービスの提供を開始し、また一般には所定時間経過後にサービスを終了する。
【０００３】
物理ネットワークを運用管理するネットワーク事業者は、上記の様に一般には独立な到着時刻順で提供開始を所望する各サービスに対し、当該物理ネットワークのリソース（ネットワーク帯域）を割り当て、仮想的なネットワークとして構成することで、ネットワーク上の各サービスを実現していく。
【０００４】
従って、可能な限り多くのサービスを物理ネットワーク上に収容し、実現することが、ネットワーク事業者としても、サービス事業者としても望ましい。そのためには、高効率で各サービスへの物理リソース割り当てを行い、サービスを実現することが肝要である。また、ネットワーク事業者としては、仮想ネットワーク構成に要するオペレーションの量を抑制することも重要である。
【０００５】
このようなネットワーク仮想化技術を用いたネットワークサービスの提供形態において、提供開始を所望する各サービスに対して物理ネットワークのリソース割り当てを適切に実現することで、高効率で多くのサービスを収容することが求められている。
【０００６】
上記サービスへの物理リソース割り当ては、Ｖｉｒｔｕａｌ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ  （以下ＶＮＥ）と呼ばれる問題として定式化され、近年多くの研究が報告されている。これは、所与の物理ネットワーク及び時系列で到着するサービスを重み付き無向グラフとしてモデル化し、各サービスに対して、物理ネットワークのリソースを割り当てていく問題である。一般にはノード、リンクとも物理的配置箇所は自由であり、多くの場合、受付成功率やレベニュー（受付ネットワークの価値の総和）を目的関数とする数理計画問題として定式化される。
【０００７】
非特許文献１においては、時系列で到着する仮想ネットワークに対して、ネットワークの各指標を勘案することで、ノードへの物理リソース（ＣＰＵ処理能力）及びネットワーク設備量を最適化する検討がされている。また、非特許文献２では、ノードの配置場所に若干の制約を設けた場合の問題が考察されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Johannes Infuhr, Gunther R. Raidl, "Introducing the Virtual Network Mapping Problem with Delay, Routing and Location Constraints" Network Optimization Lecture Notes in Computer Science 6701( 2011), 105-117.
【非特許文献２】Chowdhury, N.M.M.K. Cheriton, Rahman, M.R. ; Boutaba, R., "Virtual Network Embedding with Coordinated Node and Link Mapping," Proc. INFOCOM2009.
【非特許文献３】M. Yu, Y. Yi, J. Rexford and M. Chiang, "Rethinking Virtual Network Embedding: Substrate Support for Path Splitting and Migration," ACM SIGCOMM Computer Communication Review 38 (2008), 17--29.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記非特許文献１、２等に示される従来技術においては、データセンタにおける適用を主な目的としており、ノードのリソース割り当てが中心であった。また最適化される対象の性能指標としてオペレーションの実行回数などを勘案したものも報告されていない。また従来のＶＮＥ検討においては、リンクの埋め込みは帯域を勘案せず、ｋ−ｓｈｏｒｔｅｓｔ  ｐａｔｈ  ｆｉｒｓｔ方式により設備量を最小化するものが殆どであった。
【００１０】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、物理ネットワーク上での仮想ネットワークのサービス提供を要求する各要求に対し、当該サービスを収容する物理ネットワークのリソースを割り当てる技術において、より少量の設備量とオペレーション稼働で、より多くのサービスを収容することを可能とする技術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】
【００１１】
本発明の実施の形態によれば、物理ネットワーク上で仮想ネットワークとしてのサービス提供を要求する各要求に対し、当該サービスを収容する物理ネットワークのリソースを割り当てるためのネットワークリソース割当装置であって、
サービス要求の到着時に、当該到着サービスに対して割り当て可能な前記物理ネットワーク上の候補経路の存在有無を判定する受付可否判定手段と、
前記候補経路が存在する場合に、当該候補経路の中から所定のコストを最小化する最適経路を決定する最適経路決定手段と、
前記候補経路が存在しない場合において、再配置実施有無情報に基づき、再配置を行わなければ前記サービス要求を受付不可とし、再配置を行う場合に、既存サービスを前記物理ネットワークから一旦取り出して、当該既存サービスと前記到着サービスとを当該物理ネットワークに収容させることで再配置を行う再配置手段とを備え、
前記最適経路決定手段は、初期設定時において前記候補経路のホップ数を前記所定のコストとして使用し、所定指標の閾値超過を契機として、前記候補経路における各物理リンクの残余帯域逆数和を前記所定のコストとして使用することにより、前記最適経路を決定する
ことを特徴とするネットワークリソース割当装置が提供される。
【００１２】
また、本発明の実施の形態によれば、物理ネットワーク上で仮想ネットワークとしてのサービス提供を要求する各要求に対し、当該サービスを収容する物理ネットワークのリソースを割り当てるためのネットワークリソース割当装置が実行するネットワークリソース割当方法であって、
サービス要求の到着時に、当該到着サービスに対して割り当て可能な前記物理ネットワーク上の候補経路の存在有無を判定する受付可否判定ステップと、
前記候補経路が存在する場合に、当該候補経路の中から所定のコストを最小化する最適経路を決定する最適経路決定ステップと、
前記候補経路が存在しない場合において、再配置実施有無情報に基づき、再配置を行わなければ前記サービス要求を受付不可とし、再配置を行う場合に、既存サービスを前記物理ネットワークから一旦取り出して、当該既存サービスと前記到着サービスとを当該物理ネットワークに収容させることで再配置を行う再配置ステップとを備え、
前記最適経路決定ステップにおいて、前記ネットワークリソース割当装置は、初期設定時において前記候補経路のホップ数を前記所定のコストとして使用し、所定指標の閾値超過を契機として、前記候補経路における各物理リンクの残余帯域逆数和を前記所定のコストとして使用することにより、前記最適経路を決定する
ことを特徴とするネットワークリソース割当方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の実施の形態によれば、物理ネットワーク上での仮想ネットワークのサービス提供を要求する各要求に対し、当該サービスを収容する物理ネットワークのリソースを割り当てる技術において、より少量の設備量とオペレーション稼働で、より多くのサービスを収容することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係るネットワークリソース割当装置の構成図である。
【図２】再配置実行部６における処理手順を説明するための図である。
【図３】手順例１を示すフローチャートである。
【図４】手順例２を示すフローチャートである。
【図５】手順例３を示すフローチャートである。
【図６】手順例４を示すフローチャートである。
【図７】再配置無しでのサービス収容数の方式間での比較を示す図である。
【図８】再配置実施数の方式間での比較を示す図である。
【図９】受付成功率の方式間の比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。
【００１６】
（数式の定義）
まず、本実施の形態で使用される数式について説明する。以下、本実施の形態で使用される主な数式をその説明とともに列挙する。
【００１７】
（１）時系列として到着するサービスの集合：｛ＶＮｉ｝∞ｉ＝１  （ｉは到着順）；
（２）仮想／物理リンクｊが仮想／物理経路ｋの構成要素である：ｊ＜ｋ；
（３）サービスＶＮｉの仮想ノード集合：Ｎ（ＶＮｉ）＝｛Ｎｉ，１，Ｎｉ，２，...，Ｎｉ，Ｍｉ｝；（明細書の記述の便宜上、添え字をＭｉと記述しているが、これはＭｉを意図している。以下、同様である）
（４）物理経路の集合：Ｒ＝｛Ｒ１，Ｒ２，...．，ＲｍＲ｝；
（５）物理ノードの集合：Ｎ＝｛Ｎ１，Ｎ２，...．，ＮｍＮ｝；
（６）物理リンクの集合：Ｌ＝｛Ｌ１，Ｌ２，...．，ＬｍＬ｝；
（７）ｂ（Ｌｊ）：物理リンクＬｊの残余帯域；
（８）物理経路Ｒｊに属する物理リンクの集合：ＬＲｊ＝｛ｌ＜Ｒｊ｝；
（９）物理経路Ｒｊのホップ数：Ｈ（Ｒｊ）；
（１０）重みつき無向グラフｇにおけるノードＮｉ、Ｎｊ間の局所辺連結度：ｃｎ（Ｎｉ，Ｎｊ｜ｇ）。
【００１８】
（実施の形態の概要）
本実施の形態では、既に説明したように、物理ネットワーク上での展開を求める各種サービス（仮想ネットワークサービス）の要求がそれぞれ独立に到着し、ネットワーク事業者は各サービスに対して物理ネットワークのリソースを割り当て、物理ネットワーク上でサービスを実現することを想定している。各サービスは所定時間経過後に終了し、割り当てられた物理ネットワークのリソースを解放して退去する。各サービスは仮想ネットワークという形で物理ネットワーク上で構成されるが、これは複数の仮想ノードと、その間に流れるトラヒックという形で定式化される。すなわち、ネットワーク事業者は、各仮想ネットワークに対して、物理ネットワークの帯域を割り当てることで、当該サービスを実現する。
【００１９】
今、あるサービスの要求が到着した時に、物理ネットワークのリソースが当該サービスの実現に対して不足する場合には、（１）当該サービスを実現しない（受付失敗）、（２）ネットワークに既に収容されている既存サービスに割り当てられたネットワークリソースの再配置を行うことで、当該到着サービスも含めたサービスを実現する、の２パターンがあり得る。
【００２０】
本実施の形態では、上記パターン（１）、パターン（２）のいずれの場合も対象として、物理ネットワークリソースを適切に割り当てることで、高効率でできるだけ多くのサービスを収容することを可能としている。
【００２１】
上記のサービス収容を実現するために、本実施の形態では、適切な性能指標を採用することで、可能な限り少ないネットワークリソース上で多くのサービスを実現可能なネットワークリソース割当方式を提案している。また、それを実現するためのアルゴリズムを複数提案している。想定する物理リソース割当方式は大きく第１の方法と第２の方法に大別される。
【００２２】
第１の方法は、サービス到着時に、対地トラヒックを流す経路を所定の規則に基づき選択するが、該当経路が見いだせない場合、当該サービスのサービス提供を不可とし、次のサービス到着を待つ方法である。
【００２３】
第２の方法は、サービス到着時に、対地トラヒックを流す経路を所定の規則に基づき選択するが、該当経路が見いだせない場合、既存サービスへのリソース割り当てを見直し、新たな候補となるべき経路を探索する方法である。それでも該当経路が見いだせない場合には当該サービスのサービス提供を不可とし、次のサービス要求の到着を待つ。
【００２４】
（装置構成）
図１に、本実施の形態に係るネットワークリソース割当装置の機能構成図を示す。図１に示すように、本実施の形態のネットワークリソース割当装置は、性能評価指標を入力する性能評価指標入力部１と、物理ネットワーク情報を入力する物理ネットワーク入力部２１と、各サービス要求の情報を入力するサービス要求入力部２２と、サービス到着時にその受付可否を判定する受付可否判定部３と、最適経路決定部４と、再配置の実施有無を入力する再配置有無入力部５と、再配置実行部６と、物理リソース割り当てを決定し出力するリソース割当部７と、選出経路の情報を蓄積する選出経路蓄積部４２を有する。
【００２５】
本実施の形態に係るネットワークリソース割当装置は、１つ又は複数のコンピュータに、本実施の形態で説明する処理内容を記述したプログラムを実行させることにより実現可能である。すなわち、ネットワークリソース割当装置が有する機能は、当該コンピュータに内蔵されるＣＰＵやメモリ、ハードディスクなどのハードウェア資源を用いて、ネットワークリソース割当装置で実施される処理に対応するプログラムを実行することによって実現することが可能である。また、上記プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（可搬メモリ等）に記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記プログラムをインターネットや電子メールなど、ネットワークを通して提供することも可能である。
【００２６】
また、ネットワークリソース割当装置は、サービス提供を行う物理ネットワークに接続される装置であってもよいし、単独の装置であってもよい。以下、ネットワークリソース割当装置の各機能を説明する。
【００２７】
（情報の入力）
まず、本実施の形態に係るネットワークリソース割当装置の利用者、すなわちネットワーク事業者は、性能評価指標入力部１を通じて、最適化対象の性能指標を入力し、物理ネットワーク入力部２１を通じて、対象とする物理ネットワークの情報を入力し、サービス要求入力部２２を通じて各サービス要求の到着・退去時刻及び各サービスの仮想ネットワーク情報（利用する物理ノード及びノード間の要求トラヒックの情報）を入力し、また、再配置有無入力部５を通じて、再配置実施有無を入力する。ここで再配置実施無しとは、前述したパターン（１）を示し、再配置実施有りとはパターン（２）を示す。
【００２８】
本実施の形態における性能指標は、パターン（１）の場合、（ｉ）最大埋め込みサービス数、（ｉｉ）埋め込み成功率、（ｉｉｉ）レベニュー（ＮＷ毎の価値）の総和である。また、パターン（２）の場合、性能指標は、上記（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、及び、（ｉｖ）再配置実行回数、（ｖ）再配置発生率、（ｖｉ）再配置実行設備量の総和である。
【００２９】
パターン（１）の場合において最適化（最大化）されるべき性能指標は、以下のように表される。
【００３０】
（ｉ）ｌｉｍＴ→∞Ｅ［Ｎｓ（Ｔ；ｔ）］、ここでＮｓ（Ｔ；ｔ）：時間区間（ｔ；Ｔ）における受付成功数；
（ｉｉ）ｌｉｍＴ→∞Ｅ［Ｎｓ（Ｔ；ｔ）／Ｎｒ（Ｔ；ｔ）］、ここでＮｒ（Ｔ；ｔ）：時間区間（ｔ；Ｔ）におけるＶＮ要求数；
（ｉｉｉ）ｌｉｍＴ→∞Ｅ［Ｒ（Ｔ；ｔ）］、ここでＲ（Ｔ；ｔ）：時間区間（ｔ；Ｔ）におけるレベニューの総和。
【００３１】
またパターン（２）において、上記に加えて最適化（最小化）されるべき性能指標は以下のように表される。
（ｉｖ）ｌｉｍＴ→∞Ｅ［Ｎｒｃ（Ｔ；ｔ）］；
（ｖ）ｌｉｍＴ→∞Ｅ［Ｎｒｃ（Ｔ；ｔ）／Ｎｓ（Ｔ；ｔ）］、ここでＮｒｃ（Ｔ；ｔ）：時間区間（ｔ；Ｔ）における再配置発生数；
（ｖｉ）ｌｉｍＴ→∞Ｅ［ＮＲｒｃ（Ｔ；ｔ）］、ここでＮＲｒｃ（Ｔ；ｔ）：時間区間（ｔ；Ｔ）における再配置実行設備量。
【００３２】
（全体の処理の流れについて）
次に、本実施の形態のネットワークリソース割当装置が実行する全体の処理の流れを説明する。ネットワークリソース割当装置では、サービス要求入力２２により入力されたサービス要求情報における時系列（各時刻）でのサービス要求（サービス到着）に基づき、順次リソース割当処理が実行される。
【００３３】
サービス到着時、いずれのパターンにおいても、ネットワークリソース割当装置の受付可否判定部３が、当該サービスに含まれる各対地トラヒックの要求に対して、割り当て可能な物理経路の存在有無を確認する。
【００３４】
上記確認において、まず、ｋ−ｓｈｏｒｔｅｓｔ  ｐａｔｈアルゴリズムにより、物理ネットワークの情報から、当該対地トラヒックの送信元ノードと宛先ノード間のｋ本の物理経路を抽出する。続いて、抽出したｋ本の各経路について、それに含まれる物理リンクの最小残余帯域が、対地トラヒックの要求値以上であることを確認する。いずれかの物理リンクにおいて、残余帯域が対地トラヒックの要求値を下回る場合には、当該経路を割り当てることはできない。こうして、受付可否判定部３は、仮にｋ本の候補経路全てが割り当て不可であると判定した場合には、当該サービスに対する物理リソース割り当ては不可であると判定する。ここで上記ｋの値は、計算時間に対する要件のもとで可能な限り大きい値とする。
【００３５】
仮にｋ本の経路候補のうち、いずれかの経路が割り当て可能である場合には、最適経路決定部４において当該候補経路の集合から性能評価指標の観点で最適な経路を選出する。選出された経路の情報は選出経路蓄積部４２に蓄積される。
【００３６】
パターン（１）、（２）いずれの場合においても、リソース割当部７において、最適経路決定部４により選出された物理経路を到着サービスに割り当てる。これにより、当該経路を利用して、到着サービスが実現される。
【００３７】
到着サービスに対する物理リソース割り当てが不可であると判定された場合、パターン（１）においては、当該サービスの受付はせず、次のサービス到着を待つ状態へと遷移する。ただし、物理ネットワークに既に収容されているサービスが、所定時間経過後に退出する場合もあるため、次のサービス到着時には、収容のための条件が緩和されている場合も考えられる。もしくは非特許文献３に見られるように、収容不可であったサービスをキューに格納して、収容の機会を待つ方式も考えられる。なお、到着サービスに対する物理リソース割り当てが不可である場合において、サービスの受付を不可とするか、それとも再配置を行うかの判断は、受付可否判定部３が行ってもよいし、再配置実行部６が行ってもよい。
【００３８】
パターン（２）の場合においては、ひとたび到着サービスの収容が不可であったとしても、再配置実行部６により既に物理ネットワークに収容されているサービスの再配置を行う。これにより、収容可能となる可能性がある。以下、図２により、再配置実行部６における再配置方法について説明する。
【００３９】
図２において、ノード３からノード２への矢印付き線、及びノード４からノード０への矢印付き線がそれぞれ既存サービスを示しており、ノード０からノード１に向けて出ている矢印が到着サービスを示す。当該到着サービスが収容できなかった場合の再配置処理は以下のようにして行われる。
【００４０】
まず、当該サービスの現時点での収容が不可であると判定された後、再配置実行部６は、再配置対象として既存サービスからランダム抽出するサービスの個数を示す変数Ｎに、値"１"を代入して、当該サービスと、ランダムに抽出した１個の既存サービスとを組み合わせる。以下ではこれを再配置対象リスト６１と記載する。
【００４１】
前記再配置対象リスト６１に記載されるサービスについて、既存サービスは物理ネットワークから仮想領域において一度取り出す。すなわち、現在割り当てられている物理リソースを仮想的に一度返却し、当該サービスが占めていた帯域を現在の物理ネットワークに加算したグラフｇ＿ｃｕｒを考える。
【００４２】
次に再配置実行部６は、グラフｇ＿ｃｕｒに対して、再配置対象リスト６１に記載される各サービスを順番に到着させ、収容可否を判定する。なお、ここでは例えば、各経路のホップ数をもってコストとし、それを最小化する経路を最適経路とし、最適経路に当該サービスを収容する。なお、最適経路の算出にあたっては、後述する手順例１（方式（１））、手順例２（方式（２））、手順例３（方式（３））のうちのいずれかを使用してもよい。
【００４３】
候補経路が複数存在する場合には、ランダムに一経路を選択して最適経路とする。以上の手順の結果、当該リストに記載される全サービスを収容することができれば、再配置は成功と判定する。この場合には、リソース割当部７において、再配置対象リスト６１に割り当てられた各サービスに対する実際の物理リソース割り当てを実行する。
【００４４】
一方で、以上の手順において、再配置対象リスト６１に記載のいずれかのサービスにおいて物理リソース割り当てが不可であると判定された場合、同様の処理を同一のＮの値で所定回数（Ｎ∞回）反復する。例えばＮ∞を現在の既存サービス数ととれば、Ｎ＝１の場合には、既存サービス数だけ反復して上記試行を行う。
【００４５】
上記においても物理リソース割り当てが実現しない場合には、Ｎの値を１だけインクリメントし、同様の手順を反復する。すなわち、Ｎ＝２の場合、既存サービスからランダム抽出した２個のサービスと、現在の到着サービスとを組み合わせて再配置対象リスト６１を生成する。図２は、Ｎ＝２の場合を示しており、ノード３−＞ノード２の既存サービス１と、ノード４−＞ノード０の既存サービス３と、ノード０−＞ノード１の到着サービス２とが組み合わせられている。
【００４６】
以上の手順により、物理リソース割り当てが実現されるまで、もしくは所定の反復回数Ｎ∞だけ試行を行うまで、試行を反復する。試行回数の上限値Ｎ∞の具体的値は、計算時間と精度に対する要件から決定されるものである。
【００４７】
パターン（２）においても、所定の上限回数まで試行を反復しても物理リソース割り当てが実現しない場合には、当該到着サービスに対する物理リソース割り当ては不可と判定し、パターン（１）の場合と同様に、次の到着サービスの処理に移る。
【００４８】
（ネットワークリソース割当装置の処理手順の詳細）
次に、ネットワークリソース割当装置の処理手順をフローチャートを参照して詳細に説明する。以下では、特に、最適経路決定部４にて実行される最適経路決定処理について詳しく説明する。最適経路決定部４により実行される、各性能指標を最大化もしくは最小化する問題は、一般にはＮＰ困難な整数計画問題であり、実時間における確定的な理論解の算出は困難である。そこで、本実施の形態では、物理経路選出過程において、いくつかのコスト関数を定め、それを最小化するヒューリスティックなアプローチを採用することにより、実時間での実現を図ることとしている。以下、手順例１〜４を説明する。
【００４９】
＜手順例１＞
図３は、手順例１を示すフローチャートである。なお、図３〜図６に示す各フローチャートにおけるＳ１０１、Ｓ１０２，...．等の符号は、処理ステップを参照するための参照符号である。手順例１での最適経路決定方法を「方式１」と呼ぶ。
【００５０】
図３に示すように、手順例１では、受付可否判定部３が、サービスＶＮｉの到着を検出すると（Ｓ１０１）、ｋ−ｓｈｏｒｔｅｓｔ  ｐａｔｈ  ｆｉｒｓｔで候補経路｛Ｒｊ｝ｋｊ＝１を算出し（Ｓ１０２）、デマンドを満足する候補経路があるか否かを判断する（Ｓ１０３）。候補経路がある場合はＳ１０４に進み、ない場合はＳ１１２に進む。
【００５１】
Ｓ１０４において、最適経路決定部４は、当該サービスの仮想経路の要求トラヒックを収容可能なｋ´本の経路の集合｛Ｒｊ´｝ｋ´ｊ´＝１を取得し（Ｓ１０４）、Ｓ１０５での処理を行う。
【００５２】
Ｓ１０５では、｛Ｒｊ´｝ｋ´ｊ´＝１の各々の物理経路のコストを
【００５３】
【数１】
0006402041.tif 000002
により残余帯域の逆数の和として定める。このうち、最小コスト値を提示する経路番号の集合を
【００５４】
【数２】
0006402041.tif 000003
とする。Ｓ１０６でｋ´´を判断し、もしもｋ´´＝１であれば、経路Ｒｊ１が最適経路として選択される（Ｓ１１１）。ｋ´´＞１の場合、候補経路が複数存在する。そこで、経路番号が集合Ｊａに含まれる経路の集合
【００５５】
【数３】
0006402041.tif 000004
について、その各要素の物理経路の経路長の集合
【００５６】
【数４】
0006402041.tif 000005
を作成する。その中で、最小値を提示する経路番号の集合を
【００５７】
【数５】
0006402041.tif 000006
とし、＃Ｊｂの判定を行う（Ｓ１０７）。判定の結果、＃Ｊｂ＝１の時は、経路Ｒｊ１が最適経路として選択される（Ｓ１１０）。＃Ｊｂ＞１の場合には、集合Ｊｂの中からランダムに１個の値（仮にｊ＊とする）を抽出し（Ｓ１０８）、経路Ｒｊ＊をもって最適経路と決定する（Ｓ１０９）。
【００５８】
Ｓ１０３の判定で、経路候補がない場合には、Ｓ１１２においてパターン（１）、パターン（２）の判定を行い、パターン（２）であれば再配置処理を実施する（Ｓ１１３）。パターン（１）であれば受付不可と判断され（Ｓ１１４）、次のサービスの処理を行う（Ｓ１１５、Ｓ１０１〜）。
【００５９】
＜手順例２＞
次に、手順例２を説明する。図４に手順例２のフローチャートを示す。手順例１と同様の処理については同じ参照符号を付している。以下では、手順例１と異なる部分を中心に説明する。手順例２での最適経路決定方法を「方式２」と呼ぶ。
【００６０】
手順例２では、最適経路決定部４による最適経路決定処理において、非特許文献２等にも記載の既存手法である経路のホップ数を最小化する方式（以下、設備量最小化方式）と、手順例１で説明した各物理リンクの帯域残余量（残余逆数和）をコストとする方式とを組み合わせて処理を実行する。
【００６１】
まず、初期設定において、最適経路決定部４が経路のホップ数をコストとみなすように設定する。同時に、各到着サービスへの物理経路埋め込み時（リソース割り当て時）において、以下の３指標を算出し、選出経路蓄積部４２等に蓄積する：
（ｉ）物理リンク上のフローの物理ネットワーク全体に亘る標準偏差；
（ｉｉ）物理ネットワーク上の各物理リンクの帯域から所定値ｘを差し引き、新たな重み付き無向グラフｇｃを作成する。その場合における各ノード間の局所辺連結度の値が"０"となるノードペアの数；
（ｉｉｉ）上記手順（ｉｉ）における各ノードペアの局所辺連結度の値の、初期値に対する比率の１０％値。
【００６２】
手順例２では、以上の３指標に対してそれぞれ所定の閾値を設定し、候補経路を抽出した（Ｓ１０４）後、３指標のいずれかが閾値を超過したか否かを判定する（Ｓ２０１）。超過したら、物理経路選出のコストを手順例１でのコストに変更し、手順例１と同様の計算を行う（Ｓ２０２、Ｓ２０３〜）。閾値を超過しない場合は、経路のホップ数をコストとして計算を行う（Ｓ２０１、Ｓ２０４、Ｓ２０３〜）。
【００６３】
このように、手順例２では、既存手法から、手順例１への切り替えを、所定の指標の変化に着目して実施する。なお、上記手順（ｉｉ）におけるｘの値や、上記３指標に対する閾値の値自体については適宜設定しておく。
【００６４】
＜手順例３＞
次に、手順例３を説明する。図５に手順例３のフローチャートを示す。手順例１と同様の処理については同じ参照符号を付している。以下では、手順例１と異なる部分を中心に説明する。手順例３での最適経路決定方法を「方式３」と呼ぶ。
【００６５】
手順例３では、最適経路決定部４において、到着サービスの仮想経路の要求トラヒックを収容可能なｋ´本の経路の集合｛Ｒｊ´｝ｋ´ｊ´＝１について、当該経路の残余帯域から、所定の値ｘを差し引いて新たな重みつき無向グラフｇｃを作成する。当該グラフにおいて、以下の式に示すように各ノード間の局所辺連結度を算出し、その値が"０"となるノードペアの個数をもって、当該経路のコストとする（Ｓ３０１）。
【００６６】
【数６】
0006402041.tif 000007
このうち、最小コスト値を提示する経路番号の集合を
【００６７】
【数７】
0006402041.tif 000008
とする（Ｓ３０２）。以降の処理は手順例１と同じである。なお、上記ｘの値は適宜定めておく。
【００６８】
＜手順例４＞
次に、図３〜図５のフローチャートにおいて、Ｓ１１３で示される再配置処理を手順例４として説明する。候補経路がなく、なおかつ、パターン（２）の場合、再配置実行部６において再配置処理を実施する。再配置処理は既に説明しているが、ここでは、図６のフローチャートを参照してその手順を説明する。
【００６９】
Ｓ４０１でＮ＝１とする。Ｓ４０２において、再配置実行部６は、当該時点において既に実現されているサービスからランダムに抽出したＮ個のサービス群と、当該時点において到着したサービスとのランダムな組み合わせ（組み合わせ０）を構成する（Ｓ４０２）。
【００７０】
当該組み合わせを新規サービスの到着とみなし、最適経路決定部４において、既存サービスからランダムに抽出した上記サービス群のリソースを解放したグラフを生成し（Ｓ４０３）、物理ネットワークのリソース割り当て可否を試行する（Ｓ４０４）。この時、最適経路の選出におけるコスト関数としては、最適経路決定部４が実行する手順例１〜３におけるコスト関数のいずれを用いてもよいものとする。すなわち、再配置実行部６は、既存サービスと到着サービスからなるサービス群を物理ネットワークに収容するにあたり、それぞれのサービスを収容する最適経路の決定を最適経路決定部４に行わせる。
【００７１】
Ｎ＝１としたＳ４０２〜Ｓ４０４の割り当て試行を、既に実現されているサービス群の数だけ実施する（これを「時点２」とする）。Ｓ４０５において、時点２までに、到着サービスの埋め込みリソースを見出すことができたか否かが判断され、見出すことができたならば（Ｓ４０６）、リソース割当部７においてリソース割り当てが実行される（Ｓ４０７）。
【００７２】
時点２においても組み合わせ０に対する物理ネットワークのリソース割り当てが不可能である場合には（Ｓ４０８のＮｏ）、Ｎ＝２として（Ｓ４１０）、再度既に実現されているサービスからランダム抽出を行い、当該時点における到着サービスと併せて、ランダムな順番での組み合わせ（組み合わせ１）を構成する。この組み合わせ１に対して、同様に物理ネットワークのリソース割り当て可否を試行する。
【００７３】
以上の手順を所定の回数の上限値Ｎ∞まで実行しても物理ネットワークのリソース割当が不可である場合（Ｓ４０８のＹｅｓ）には、当該時点における到着サービスの収容は困難であると判断し、受付不可とする（Ｓ４０９）。
【００７４】
（数値実験結果）
上述した技術を具体例に適用した数値実験結果について説明する。この数値実験では、時間は無次元の実数で表すこととし、各サービスの要求はパラメータλ＝１のポアソン過程に従い到着し、サービスの滞在時間は平均１００の指数分布に従い、退去するモデルを用いる。簡単のため、各サービスを構成する仮想ネットワークは、２ノード間の単一経路とし、当該仮想経路を流れるデマンドトラヒックは最小５、最大３０、５間隔の自然数からランダムに抽出された値とする。また物理ネットワークは、結合係数０．０５の無向ランダムグラフで３０ノードから構成され、各物理リンクの帯域は最小５０、最大１００、１０間隔の自然数からランダムに選択された値とする。
【００７５】
以上の設定のもと、時系列で到着する各サービスの要求に対し、到着順に物理ネットワークの帯域を割り当てていく。最適経路の選択方式は、従来方式として設備量最小化方式、また本実施の形態における残余帯域コスト（方式（１））、コスト関数切り替え方式（方式（２））、局所辺連結度コスト（方式（３））とする。試行は異なる５０のトラヒックパターンについて実施した。
【００７６】
図７は、再配置無しでのサービス収容数、即ちパターン（１）の場合における性能指標（ｉ）の結果を、上記５０のトラヒックパターンについて、設備量最小化方式に対する各方式の散布図として描画したものである。これより、各方式とも、従来方式に比して優位であることが確認できる。特に図中、方式（３）が良好な性能を示している。
【００７７】
図８は再配置実施回数、即ちパターン（２）における性能指標（ｉｖ）の結果を、上記５０のトラヒックパターンについて示すものである。ここでは方式（３）が良好な性能を示していることが確認できる。
【００７８】
図９はあるトラヒックパターンについて、受付成功率の時間推移、即ちパターン（２）における指標（ｉｉ）に関連する情報を示すものである。ここでも、各方式が設備量最小化方式に比して良好な性能を示していることが確認できる。
【００７９】
（実施の形態のまとめ、効果等）
本実施の形態の技術にれば、物理ネットワーク上で仮想ネットワークとしてのサービス提供を要求する各要求に対し、当該サービスを収容する物理ネットワークのリソースを割り当てるためのネットワークリソース割当装置であって、サービス要求の到着時に、当該到着サービスに対して割り当て可能な前記物理ネットワーク上の候補経路の存在有無を判定する受付可否判定手段と、前記候補経路が存在する場合に、当該候補経路の中から所定のコストを最小化する最適経路を決定する最適経路決定手段と、前記候補経路が存在しない場合において、再配置実施有無情報に基づき、再配置を行わなければ前記サービス要求を受付不可とし、再配置を行う場合に、既存サービスを前記物理ネットワークから一旦取り出して、当該既存サービスと前記到着サービスとを当該物理ネットワークに収容させることで再配置を行う再配置手段とを備えるネットワークリソース割当装置が提供される。
【００８０】
前記最適経路決定手段は、例えば、前記候補経路における各物理リンクの残余帯域逆数和を前記所定のコストとして使用することにより、前記最適経路を決定する。
【００８１】
前記最適経路決定手段は、初期設定時において前記候補経路のホップ数を前記所定のコストとして使用し、所定指標の閾値超過を契機として、前記候補経路における各物理リンクの残余帯域逆数和を前記所定のコストとして使用することにより、前記最適経路を決定することとしてもよい。
【００８２】
前記最適経路決定手段は、前記候補経路における各物理リンクの残余帯域から所定値を差し引いたグラフ上において、ノード間の局所辺連結度が零となるノードペア数を前記所定のコストとして使用することにより、前記最適経路を決定することとしてもよい。
【００８３】
前記再配置手段は、前記既存サービスと前記到着サービスを前記物理ネットワークに収容するにあたり、それぞれのサービスを収容する最適経路の決定を前記最適経路決定手段に行わせることができる。
【００８４】
また、前記再配置手段は、前記到着サービスと組み合わせる前記既存サービスの数を順次増加させながら、当該既存サービスを前記物理ネットワークから一旦取り出して、当該既存サービスと前記到着サービスとを当該物理ネットワークに収容させる処理を、収容に成功するまで繰り返し実行することとしてもよい。
【００８５】
本実施の形態の技術を用いることにより、ネットワーク仮想化の技術の特徴を活かして、より少量の設備量とオペレーション稼働で、より多くのサービス収容を実現することができる。
【００８６】
すなわち、本実施の形態の技術を用いることにより、到着したサービス要求に対する物理ネットワークの帯域割当が不可の際に再配置を行わない場合において、各時刻において収容されているサービス数の期待値を最大化することができる。また、再配置を行わない場合に、各時刻におけるサービスの受付成功率の期待値を最大化することができる。また、再配置を行わない場合に、各時刻において収容されているサービスの設備量の期待値を最小化することができる。
【００８７】
また、本実施の形態の技術を用いることにより、到着したサービス要求に対する物理ネットワークの帯域割当が不可の際に再配置を行う場合において、各時刻において収容されているサービス数の期待値を最大化することができる。また、再配置を行う場合に、各時刻におけるサービスの受付成功率の期待値を最大化することができる。また、再配置を行う場合に、各時刻において収容されているサービスの設備量の期待値を最小化することができる。また、再配置を行う場合に、各時刻における再配置実行回数の総和の期待値を最小化することができる。また、再配置を行う場合に、各時刻における再配置された設備量の総和の期待値を最小化することができる。
【００８８】
（第１項）
物理ネットワーク上で仮想ネットワークとしてのサービス提供を要求する各要求に対し、当該サービスを収容する物理ネットワークのリソースを割り当てるためのネットワークリソース割当装置であって、
サービス要求の到着時に、当該到着サービスに対して割り当て可能な前記物理ネットワーク上の候補経路の存在有無を判定する受付可否判定手段と、
前記候補経路が存在する場合に、当該候補経路の中から所定のコストを最小化する最適経路を決定する最適経路決定手段と、
前記候補経路が存在しない場合において、再配置実施有無情報に基づき、再配置を行わなければ前記サービス要求を受付不可とし、再配置を行う場合に、既存サービスを前記物理ネットワークから一旦取り出して、当該既存サービスと前記到着サービスとを当該物理ネットワークに収容させることで再配置を行う再配置手段と
を備えることを特徴とするネットワークリソース割当装置。
（第２項）
前記最適経路決定手段は、前記候補経路における各物理リンクの残余帯域逆数和を前記所定のコストとして使用することにより、前記最適経路を決定する
ことを特徴とする第１項に記載のネットワークリソース割当装置。
（第３項）
前記最適経路決定手段は、初期設定時において前記候補経路のホップ数を前記所定のコストとして使用し、所定指標の閾値超過を契機として、前記候補経路における各物理リンクの残余帯域逆数和を前記所定のコストとして使用することにより、前記最適経路を決定する
ことを特徴とする第１項に記載のネットワークリソース割当装置。
（第４項）
前記最適経路決定手段は、前記候補経路における各物理リンクの残余帯域から所定値を差し引いたグラフ上において、ノード間の局所辺連結度が零となるノードペア数を前記所定のコストとして使用することにより、前記最適経路を決定する
ことを特徴とする第１項に記載のネットワークリソース割当装置。
（第５項）
前記再配置手段は、前記既存サービスと前記到着サービスを前記物理ネットワークに収容するにあたり、それぞれのサービスを収容する最適経路の決定を前記最適経路決定手段に行わせる
ことを特徴とする第１項ないし第４項のうちいずれか１項に記載のネットワークリソース割当装置。
（第６項）
前記再配置手段は、前記到着サービスと組み合わせる前記既存サービスの数を順次増加させながら、当該既存サービスを前記物理ネットワークから一旦取り出して、当該既存サービスと前記到着サービスとを当該物理ネットワークに収容させる処理を、収容に成功するまで繰り返し実行する
ことを特徴とする第１項ないし第５項のうちいずれか１項に記載のネットワークリソース割当装置。
（第７項）
物理ネットワーク上で仮想ネットワークとしてのサービス提供を要求する各要求に対し、当該サービスを収容する物理ネットワークのリソースを割り当てるためのネットワークリソース割当装置が実行するネットワークリソース割当方法であって、
サービス要求の到着時に、当該到着サービスに対して割り当て可能な前記物理ネットワーク上の候補経路の存在有無を判定する受付可否判定ステップと、
前記候補経路が存在する場合に、当該候補経路の中から所定のコストを最小化する最適経路を決定する最適経路決定ステップと、
前記候補経路が存在しない場合において、再配置実施有無情報に基づき、再配置を行わなければ前記サービス要求を受付不可とし、再配置を行う場合に、既存サービスを前記物理ネットワークから一旦取り出して、当該既存サービスと前記到着サービスとを当該物理ネットワークに収容させることで再配置を行う再配置ステップと
を備えることを特徴とするネットワークリソース割当方法。
（第８項）
コンピュータを、第１項ないし第６項のうちいずれか１項に記載のネットワークリソース割当装置の各手段として機能させるためのプログラム。
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】
【００８９】
１  性能評価指標入力部
３  受付可否判定部
４  最適経路決定部
５  再配置有無入力部
６  再配置実行部
７  リソース割当部
２１  物理ネットワーク入力部
２２  サービス要求入力部
４２  選出経路蓄積部
【図１】
0006402041.tif 000009
【図２】
0006402041.tif 000010
【図３】
0006402041.tif 000011
【図４】
0006402041.tif 000012
【図５】
0006402041.tif 000013
【図６】
0006402041.tif 000014
【図７】
0006402041.tif 000015
【図８】
0006402041.tif 000016
【図９】
0006402041.tif 000017