DEIM Forum 2014 E7-2

緊急時に稼働可能なクラウドサービスの構築手法
塩原 慶一†

澤田 拳士朗††陳 幸生††††神奈川工科大学大学院工学研究科情報工学専攻 〒243-0292 神奈川県厚木市下荻野 1030††神奈川工科大学情報学部情報工学科 〒243-0292 神奈川県厚木市下荻野 1030†††神奈川工科大学情報学部 〒243-0292 神奈川県厚木市下荻野 1030
E-mail: †, ††{s1385006,s1221089}@cce.kanagawa-it.ac.jp, †††chen@ic.kanagawa-it.ac.jp

あらまし クラウドコンピューティングシステムを防災，減災に活用する研究はこれまでにも活発に行われてきた．しかし，クラウドコンピューティングシステム上で利用されるクラウドサービスは通信インフラに依存するため，従来のシステム構築手法では，災害が起きたとき、データの保全に役立つが、通信インフラが破壊された場合，サービスの提供が困難であるという問題点がある．そこで本稿では，携帯端末の Wi-Fi Direct 機能を用いた緊急時に稼働可能なクラウドサービスの構築手法について検討する．具体的には，携帯端末の Wi-Fi Direct 機能を用いたサーバおよびサービスの構築方式を提案し，提案手法に対し実装実験を行い，その有効性を検証する．
キーワード クラウドコンピューティングシステム, モバイル端末, クラウドサービス, 分散システム, サービ
スアプリケーション, 防災, 減災

A Method for Creating Cloud Service Available Runnable in the Disaster Time
Keiichi SHIOHARA†

Kenshiro SAWADA†† andXing Chen††††Department of Info. & Comp. Science Kanagawa Inst. of Tech. Atsugi-shi, Kanagawa, 243-0292 Japan††，†††Department of Info. & Comp. Science Kanagawa Inst. of Tech. Atsugi-shi, Kanagawa, 243-0292 Japanータをクラウド上に保存している事例が増え続けてい1. は じ め にる．
クラウドコンピューティングシステムは災害時に現在，一般的に行われているクラウドサービスを構

情報収集の手段と情報の保全手段として利用されてい築する手法は通信インフラに依存するものであり，デる研究はこれまでにも活発に行われてきた ．

ータの保全には役立つが、大規模災害発生時に通信イ

情報収集手段の利用方法の例として， 大災害の発災

ンフラが破壊された場合，従来のシステム構築手法で時における情報収集手段として インターネットなどのは，災害発生後から通信インフラが復旧するまでの間

ICT の 利 活 用 が あ げ ら れ る ． 東 日 本 大 震 災 で は ， 安 否に，災害前のデータを利用したサービスの提供が困難

情 報 や 地 域 密 着 情 報 を Google Person Finder な ど の クであるという問題点がある．そのため，被災者は地方

ラ ウ ド サ ー ビ ス や Twitter， Facebook な ど の SNS で 提公共団体が提供する行政サービスを利用することも困供，収集された例が挙げられる．特に発災直後の被災難となる．そこで，大規模災害時における情報通信イ者は，自身が被災した地域の避難勧告や避難場所などンフラの耐災害性に対する要求は大きい．

といった被災地の地域密着情報を収集することが多い．

災 害 に 強 い 通 信 イ ン フ ラ に 関 す る 研 究 は ， DTN

効率的に有用な地域密着情報を収集のために，被災（ Delay/Disruption Tolerant Network） [ 2] が あ げ ら れ る ．

者は，地方公共団体が発信した行政情報を収集するこDTN は 既 存 の 情 報 通 信 イ ン フ ラ に 依 存 し な い 通 信 環とが多い．行政情報収集手段としてクラウドサービス境を一時的に構築する手法として注目されている．

を利用できた被災者は，取得した情報の充足度が高い

DTN は 惑 星 間 ネ ッ ト ワ ー ク の 研 究 か ら 生 み 出 さ れ た

されており，地方公共団体が地域性の高通信方式であり，ノード間ストアアンドフォワードでい 情 報 を ， ICT を 活 用 し て 提 供 す る こ と に よ り ， 有 用

通 信 デ ー タ を 中 継 す る 方 式 で あ る ．災 害 時 に DTN を 用な情報を収集することが可能である．

いる研究では，地方公共団体が行う被災状況など被災ことが報告[ 1]

一方，情報の保全手段としてはクラウドコンピュー情報の収集を対象としている．

ティングシステムの一般化により，クラウドのバック本研究では大規模災害発生後にもクラウドサービアップサービスの利用が普及している．地方公共団体

スを被災地域で提供できるシステムの構築方法を考案

では被災時や被災後の事業継続を図る目的として，デする．本システムの特徴は，平時にはデータのバックアップサーバとして利用し，災害による既存の通信イ

基 づ い た メ ッ セ ー ジ 中 継 法 を 提 案 し ，Twitter に つ ぶ やンフラが破壊された場合，バックアップされたデータかれた安否情報をメッセージデータとして保持し，大を活用しサービスが提供できることである．

規模災害時の安否確認システムを設計している．

具体的には，携帯端末を用い，データのバックアッ稲 岡 ら [ 4] は ， 端 末 間 通 信 に イ ン フ ラ モ ー ド と 併 用 しプ サ ー バ と 緊 急 時 の Web サ ー バ の 構 築 手 法 を 提 案 すて 利 用 で き る Wi-Fi Direct に 着 目 し ， 利 用 者 で あ る 救る．本手法によって構築したシステムは，平時に携帯助 隊 が 取 集 し た 被 災 情 報 を ，DTN 通 信 に よ り 共 有 す る

端末にデータをバックアップし，有事の時，携帯端末手法である．これらの研究では，被災地域の内外に存を Web サ ー バ と し て 利 用 さ れ る こ と に よ り ，継 続 し て在するシステムと情報通信インフラが破壊された地域業務を行えるシステムの構築手法である．本手法によ間におけるデータの伝送を利用者の活動に基づいて行り，災害などの緊急時に通信インフラが利用できないう手法である．本研究では，情報通信インフラが破壊状況であっても，平時のクラウドサービスと同様のサされた地域内でクラウドサービスを展開し，利用するービスを提供することが可能となる．

点でこれらの研究とは異なる．本研究は， 既存の通信本 稿 で は ，Nexus7 を 用 い た シ ス テ ム の 構 築 手 法 を 提インフラが利用できない状況下であっても，平時のク案 し ， ク ラ ウ ド サ ー ビ ス と し て CMS （ Content

ラウドサービスと同様のサービスを提供できるシステManagement System）を 利 用 し た 仮 想 地 方 公 共 団 体 が 提ムの実現を目標とする．

供 す る Web サ イ ト を 対 象 と す る 実 装 実 験 を 行 い ，そ の有効性を検証する．

2. 関 連 研 究

3. 提 案 手 法
本研究の目的は，平時に携帯端末にデータをバック
ア ッ プ し ，さ ら に 携 帯 端 末 を Web サ ー バ と し て 利 用 さクラウドコンピューティングシステムを対象としれることにより，既存の通信インフラが破壊された状

たシステムの構築に関する研究はこれまでにも活発に況であっても，継続して業務を行えるシステムの構築行われてきた．

手法を提案することである．

永田ら

[ 3]

は シ ス テ ム リ ソ ー ス に 注 目 し ， AWS

通常，データのバックアップサーバは災害による停（ Amazon Web Services）を 用 い た ス ケ ー ラ ブ ル な 大 規

電や機器の破壊を防ぐことができるデータセンタなど

模安否情報システムの開発手法を提案している．このの大規模施設内に構成される．データセンタ内のサー研究では，災害時におけるクラウドサービスのアクセ

バにバックアップされたデータを利用するには通信イ

ス負荷によってサービスを継続的に提供できない問題ンフラを用いる必要がある．そのため，通信インフラに対して，クラウドコンピューティングの特徴であるが破壊された場合バックアップされたデータの利用はシステムリソースの変更容易性を利用し，災害時のア難しい．インハウスでバックアップサーバを構築する

クセス負荷の特徴に応じたシステムリソースに変化・場合，通信インフラに依存しないが，災害による被害拡充することで継続的サービスを可能とする手法であの可能性が高くなる．そこで，本研究では，持ち運びる ．し か し ，本 研 究 で 対 象 と す る ク ラ ウ ド サ ー ビ ス は ，が可能な携帯端末を平時にデータをバックアップする

大規模災害時にクラウドサービスを被災地域内で提供サーバとして構築する手法を考える． 携帯端末を利用ができるシステムである．

することで，平時に利用しているバックアップ用のサまた，大規模災害発生時の情報通信手段の研究も数ーバを災害時には安全な場所に持ち運ぶ事が可能とな

多 く 行 わ れ て い る ．中 で も DTN を 用 い た シ ス テ ム が 注る．また，携帯端末を利用して大規模災害時に利用で目されている．

き る Web サ ー バ を 構 築 す る こ と で バ ッ ク さ れ た デ ー

DTN は 通 信 が 中 断 や 切 断 が 多 発 す る な ど と い っ た
環境でも安定した通信を確保する手法である．惑星間タを利用したサービスを提供することが可能になると考えられる．

ネットワークの研究から生み出された概念であり，ノ災害時にはサーバを構築した携帯端末 を，サービスード間ストアアンドフォワードで通信データを中継すの利用者の近くに持ち運ぶことで，通信インフラに依る 手 法 で あ る ．DTN の 基 本 的 な モ デ ル の 特 徴 は デ ー タ

存せずにバックアップされたデータを活用することがをノードと呼ばれる中継機器のストレージに通信するできる．

データを格納しておき，ノード が移動するなどによっ携帯端末をサーバとして利用するとき，通常の性能て他のノードとの通信が行える領域に入った際にデーと比較してサービス性能が低下すると考えられる． 本タを転送する点があげられる．

研究では，携帯端末をサービスの利用環境の近くに持小 山 ら [ 4 ] は ，広 域 無 線 網 利 用 可 能 エ リ ア へ の DTN にち運び稼働するため，1 台の携帯端末でサービスを同時に利用する接続数は，平時利用されるサービスと比を準備する必要があるため，設置するための手間や事べ著しく少ないことが推察される．また，災害時に，前準備などによる導入コストが高くなることもある ．

平時と同等のサービス性能を求める必要がなく， よりそのために，一般に普及している通信インフラを活用

短時間で機動性のあるクラウド サービスの稼働を目標することによって情報通信網を展開し，クラウドサーとする．本研究では，データのバックアップサーバとビス利用可能にすることを考える．

し て DB（ Data Base） サ ー バ ， ク ラ ウ ド サ ー ビ ス を 提供 す る サ ー バ と し て Web サ ー バ を 携 帯 端 末 上 で 稼 働
さ せ る ．そ こ で 本 研 究 で は ，携 帯 端 末 と し て 表 1 に 示
す基本スペック[ 6]を 有 す る Nexus7 を 利 用 し た ．

本研究では，サービスのバックアップを携帯端末に対して行い，サービス提供者が平時のクラウドサービ
スと同様のサービスを提供できるシステムを実現することを考える．通常，サービスのバックアップ行う場合，設計としてフォールトトレラントで構成される．
サービスのバックアップとして，サービスやストレージなどを二重化し，緊急時にはバックアップを利用することで継続してサービス運用することが可能である．
本研究では，携帯端末を利用してサービスとサービスのストレージとしてバックアップを行う．
サービスやストレージのバックアップを行う場合，様々な条件が考えられる．現在，利用されている代表的なバックアップ環境として以下の三種類がある．
①

ホットスタンバイ②ウォームスタンバイ③

コールドスタンバイ

災 害 時 に 業 務 継 続 を 行 う に は ，災 害 発 生 前 の 業 務 内 容

表 1

Nexus7（ 2012 年 モ デ ル ） 基 本 ス ペ ッ ク

CPU1.3GHz
クアッドコア

メモリ

ストレージ

バッテリ駆 動 時 間

1G

16GB

約 9.5 時 間

4. 実 装 実 験
提 案 手 法 に 基 づ く ，CMS を 利 用 し た 仮 想 地 方 公 共 団
体 が 提 供 す る 業 務 Web サ イ ト を 対 象 と し た ク ラ ウ ドサービスの構築し実装実験を行う．
本実装実験では主に三項目の動作確認をすることで評価する．
①

携帯端末へデータベースのレプリカが行える②

携帯端末を用いたサービスが提供可能③

情報インフラの無い環境下で提供可能

本研究では，上記の評価項目から通信インフラが利用できない状況での業務用クラウドサービスとし ての有効性を示す．

4.1. 実 装が バ ッ ク ア ッ プ さ れ て い る こ と が 重 要 で あ る ．一 般 に ，業務内容のバックアップを行う場合，障害発生時間に近い方が，業務継続性は高いと考えられる．した がって，コールドスタンバイでサービスの バックアップを行うよりも，ウォームスタンバイで，一定時間ごとにバックアップした方が，業務の継続性は向上する．同様に，ウォームスタンバイよりも常に本番機と予備機とで同期するホットスタンバイによるバックアップの方が業務継続性は向上すると考えることができる．
災害により情報通信インフラが破壊された状況下で，利用者がクラウドサービスを利用できる 通信システムを構成する必要がある．大規模災害時における情報通信網の展開方法の方針としては様々なアプローチが考えられる．例えば，サーバとクライアント間にDTN を 用 い た 情 報 通 信 網 の 構 築 手 法 が 考 え ら れ る ．ク
ライアントとサーバ間の情報通信インフラが破壊されそ の 間 の 情 報 通 信 網 と し て DTN を 用 い た 場 合 ， DTN
通信を可能とするアプリケーションや中継器などのハードウェアで通信の中継を行い目的のサーバに通信が行える．
DTN を 用 い て 通 信 を 行 う 場 合 ，利 用 者 や シ ス テ ム 構
成者は事前に専用のアプリケーションやハードウェア

提案手法は，平時に利用されているクラウドサービ
スを携帯端末にレプリカし，携帯端末に搭載されている通信デバイスを利用したネットワークを展開することにより，継続して業務を行えるクラウドサービスの構築手法である．したがって，本実装実験では，平時に 利 用 さ れ て い る ク ラ ウ ド サ ー ビ ス と し て ，CMS を 利用 し た 仮 想 地 方 公 共 団 体 が 提 供 す る 業 務 Web サ イ トを構築した．レプリケーション先の携帯端末としてはNexus7 を 利 用 し た ．ま た ，レ プ リ カ さ れ た デ ー タ を サー ビ ス と し て 利 用 可 能 と す る た め に ，Nexus7 に 搭 載 さ
れ て い る Wi-Fi Direct 機 能 に よ る 通 信 で 実 現 し た ．図 1に実装したクラウドサービスのシステム構成を示す．
本番機のスペックを表 2 に示す．

4.2. 動 作 確 認
本実装実験では，地方公共団体が利用するクラウドサービスのバックアップとして携帯端末へ レプリケーションが行えること，レプリケーションされたデータを利用したサービスが携帯端末を用いて提供できること，災害時を考慮して展開するネットワークによってサービスを提供できることの 3 点について評価を行った．
図 1

実装実験のシステム構成

表 2

本番機

本番機のスペックCPU
2.9 GH
デュアルコアメモリ

ストレージ

4G500GB

本実装実験は，業務用クラウドサービスとして，地方公共団体内で利用される情報共有サービスを想定した．一般に情報共有サービスのプラットフォームとし

図 2

レプリケーションされたデータて CMS を 利 用 す る こ と が 多 い ．ま た ，多 く の CMS はCMS コ ア フ ァ イ ル 群 と MySQL な ど の DBMS(デ ー タ ベー ス 管 理 シ ス テ ム )を 用 い る ．CMS コ ア フ ァ イ ル 群 は ，CMS の 基 本 機 能 を 提 供 す る プ ロ グ ラ ム フ ァ イ ル や ク
ラ ウ ド サ ー ビ ス が 提 供 す る 機 能 の 設 定 フ ァ イ ル ， Web
サ イ ト の デ ザ イ ン を 定 義 す る CSS な ど の フ ァ イ ル 群 で
あ る ．通 常 ，CMS コ ア フ ァ イ ル 群 は ク ラ ウ ド サ ー ビ スが提供されたのちの変更は少ない．そこで，本実装実験 で は 本 番 機 と 予 備 機 に は 同 一 の CMS を あ ら か じ め
導 入 し ，本 番 機 と 予 備 機 を 同 一 の 設 定 に し た ．し か し ，サービスで利用される画像やテキストは サービスの提供 後 の 更 新 頻 度 が 高 い ．CMS で は サ ー ビ ス で 利 用 す る
コ ン テ ン ツ の 管 理 を DBMS で 行 っ て い る た め ，レ プ リ
ケ ー シ ョ ン 先 に レ プ リ カ す る デ ー タ は CMS が 利 用 して い る DB を 対 象 と し ， 更 新 さ れ 情 報 の 差 分 を レ プ リ

図 3Wi-Fi Direct を 使 用 し て の サ ー ビ ス 提 供

ケーションした．
災害時に予備機に保存されたデータをクラウドサ

地方公共団体が利用するクラウドサービスのバッービスとして提供するネットワークの構築には，クアップとして携帯端末へレプリケーションが行える

Nexus 7 の Wi-Fi Direct 機 能 を 利 用 し た ．本 実 装 実 験 でことは，災害時にも業務を継続して行うためのデータ利用したアプリケーションを表 3 に示す．

保全として重要である．そこで，レプリケーションが

表 3

本実験で利用したプラットフォーム
本番機
予備機
OSCentOS
Android
(6.4)
(4.3)
DBMS
MySQL
MySQL
(5.1.71)(5.1.69)
Web server
Apache2
Palapa Web Server(2.15)[Lighttpd (1.4.32)]
CMS
Wordpress
wordpress(3.7.1)(3.7.1)
PHP
5.3.3
5.5.1

機能していることを確認するため既存サービスに対しコメントを追加した．追加したコメントが 予備機に正し く レ プ リ ケ ー シ ョ ン さ れ る こ と を 評 価 し た ．図 2 からデータがレプリケーションによって正しく 機能していることを確認した．
また，レプリケーションされたデータを利用したサービスが携帯端末を用いて提供できることは，本研究の平時のクラウドサービスと同様のサービスを 提供できることを評価する重要な項目である．予備機 が単体でサーバとして機能し，他の端末に対しサービスを提供することができることを確認した．
さらに，災害時を考慮して展開するネッ トワークを利用してサービスが提供できることは，災害などの緊急時に通信インフラが利用できない状況であっても サーバとして機能していることを確認するため に重要である．本実装実験では災害時を考慮して展開するネット ワ ー ク と し て ， Nexus7 の Wi-Fi Direct 機 能 を 利 用 した通信でサービスを提供できることを確認した． 予備機 と し て 使 用 し て い る Nexus 7 の 他 に ク ラ イ ア ン ト 端末 と し て Android 端 末 を 用 意 し ，Wi-Fi Direct 機 能 に よる通信でサーバと接続している クライアント端末でサー ビ ス を 利 用 出 来 る こ と を 確 認 し た ．Wi-Fi Direct を 使用してのサービス提供が出来ることを確認した．
以上の事から本手法により，災害などの緊急時に通信インフラが利用できない状況であっても，平時のクラウドサービスと同様のサービスを提供することが可能となった．したがって，提案手法は通信インフラが利用できない状況での業務用クラウドサービスとして有効である．

5. お わ り に
本稿では，災害などの緊急時に，平時に利用しているクラウドサービスと同様のサービスを提供できるクラウドコンピューティングシステムを構築するために，緊急時に利用可能なクラウドサービスの構築手法を提案した．さらに，提案手法に対して，クラウドサービ
スとして，仮想的な地方公共団体の業務情報を共有するサービスを想定した実装実験を行った．
実装実験によって地方公共団体が利用するクラウドサービスのバックアップとして携帯端末へ アプリケーションが行えること，レプリケーションされたデー
タを利用したサービスが携帯端末を用いて提供で きる
こと，災害時を考慮して展開するネットワークによってサービスを提供できることの 3 点について評価を行った．実験の結果，3 点の評価項目のいずれも正常に
動 作 し て い る こ と か ら ，提 案 手 法 の 有 効 性 を 確 認 し た ．

参考文

献[1] 総 務 省 ， “平 成 24 年 度 版 通 信 白 書 ”, 2012/7/17.
[2] Kevin Fall, “a delay tolerant network architecture forchallenged internets”, SIGCOMM 2003, pp. 27-34,2003.
[3] 永 田 正 樹 ，金 原 一 聖 ，竹 村 美 彩 都 ，峰 野 博 史 ”
AWS を 用 い た ス ケ ー ラ ブ ル な 大 規 模 安 否 情 報 シス テ ム の 開 発 ” 情 報 処 理 学 会 研 究 報 告MBL-67(10)， pp1-8， 2013
[4] 小 山 由 ， 水 本 旭 洋 ， 今 津 眞 也 ， 安 本 慶 一 “ 大 規 模
災害時の安否確認システムと広域無線網利用可
能 エ リ ア へ の DTN に 基 づ い た メ ッ セ ー ジ 中 継 法 ”
電 子 情 報 通 信 学 会 技 術 研 究 報 告 . 112(44),pp171-177, 2012[5] 稲 岡 裕 紀 ，峰 野 博 史 ,“ Wi-Fi Direct を 用 い た DTNに よ る 被 災 情 報 共 有 シ ス テ ム の 提 案 ”, 全 国 大 会
講 演 論 文 集 2013(1), pp277-279, 2013[6] Nexus7, http://www.asus.com/jp/Tablets_Mobile/Ne
xus_7/#specifications, (ア ク セ ス 2014/01/14).