JP6178740B2 - トラヒックフロー割当方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、予め発着ノード等の属性が与えられたトラヒックフロー群に対して、ネットワーク上の経路を割り当てるトラヒックフロー割当方法および装置に係り、特に、SDN（Software-Defined Network）の各スライス（仮想ネットワーク）間でパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用を少ない計算リソースで実現するトラヒックフロー割当方法および装置に関する。

ソフトウェアによって仮想的なネットワークを作り上げる技術として、非特許文献１，２にSDNが開示されている。SDNでは、一つの物理ネットワーク上に「スライス」と呼ばれる完全に独立した仮想的なネットワークをいくつも構築できるため、スライスごとにユーザの要求に応じた固有のネットワークを構築できる。

特許文献１には、SDNにおいて、各スライス間でのパケット転送キューおよびリンク帯域の共用を促進して、パケット転送のスケジューリングコストを最小化するトラヒックフロー割当方法および装置が開示されている。

特許文献２には、SDNの各スライスに対して、予めツリートポロジーを有する複数の仮想ネットワーク候補を構成し、整数計画法モデルを解法することにより、パケット転送のスケジューリングコストを最小化する仮想ネットワーク候補の組合せを選択するトラヒックフロー割当方法および装置が開示されている。

特願2013-262879号 特願2013-269103号

「Software Defined Networkにおける制御プレーンアプリケーション開発・運用監視を目的とした統合状態収集・解析機構の検討」電子情報通信学会技術研究報告. NS, ネットワークシステム 111(408), 127-132, 2012-01-19 「OpenFlow/SDNとネットワーク仮想化」信学技報, vol. 112, no. 230, IN2012-96, pp. 115-119, 2012年10月，進藤資訓

SDNの各スライスは物理ネットワークの各リンクを共用できるが、その際、スライスごとに独自のリンク帯域を設定するとリンク帯域を有効利用できない。例えば、帯域が２Gの物理リンクについて、スライスA，Bに1Gずつの帯域が固定的に割り当てられていると、例えばスライスAのトラヒック量が多く、スライスBのトラヒック量が少ない場合でも、スライスAにスライスBの余剰帯域を割り当てられない。

これに対して、物理リンク毎にスライスA，Bが一つのパケット転送キューを共用するように帯域を割り当てれば、各スライスA，Bは余剰帯域を他のスライスに分け与えることができるので、各スライスのサービス品質を低下させることなくリンク帯域を有効利用できる。しかしながら、これまでSDNの各スライスが物理リンクごとに一つのパケット転送キューを共用してリンク帯域を共用することが検討されていなかった。

このような技術課題に対して、本発明の発明者等は、ネットワークのトポロジー情報およびトラヒックフロー情報を入力として、全てのリンクのパケット転送に関するスケジューリングコストの総和を最小化するトラヒックフロー割当を整数計画法モデルの解として計算し、その際、ネットワークのリングごとに、当該リンクを通過するトラヒックフローの優先クラスが１種類である複数のスライスのうち、当該優先クラスが同一のスライス同士にリンク帯域を共用させる条件下でトラヒックフロー割当を計算する方法および装置を発明し、特許出願した（特許文献１）。

しかしながら、特許文献１に開示された整数計画法モデルの直接解法は大量の計算リソースを使用するので、大規模なSDNへの適用が難しいという技術課題があった。

このような技術課題に対して、本発明の発明者等はさらに、各スライスにおいて、予め与えられた複数のツリートポロジー候補の中から、最もパケット転送スケジューリングコストを削減するツリートポロジー候補を選択するためだけに整数計画法モデルの求解を行うことで、大量の計算リソースを必要としないトラヒックフロー割当方法および装置を発明し、特許出願した（特許文献２）。

しかしながら、各スライスにおけるツリートポロジーを有する仮想ネットワークが、常にパケット転送のスケジューリングコストを低減化するとは限らない。

本発明の目的は、上記の技術課題を解決し、計算リソースの使用量を削減することであり、かつパケット転送のスケジューリングコストを効率よく低減化できるトラヒックフロー割当方法および装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、SDNの各スライス間でパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用を実現するトラヒックフロー割当を算出するトラヒックフロー割当装置において、以下の構成を具備した点に特徴がある。

(1)ネットワークのトポロジー情報およびトラヒックフロー情報に基づいて、スライスごとに経路の異なる複数の仮想ネットワーク候補を作成する手段と、各スライスから選択される仮想ネットワーク候補のスライス数分の組み合わせを対象に、トラヒックフローが通過する各リンクのパケット転送に関するスケジューリングコストの総和を最小化する組み合わせを整数計画法モデルの解として計算する手段とを設け、各リンクを通過するトラヒックフローの優先クラスが１種類である複数のスライスのうち、当該優先クラスが同一のスライス同士にリンク帯域を共用させる条件下で、仮想ネットワーク候補の組み合わせを計算するようにした。

(2)仮想ネットワーク候補を作成する手段は、各リンクのコストを、経路算出対象トラヒックフローがコスト設定対象リンクを通過すると仮定した場合のスライス間スケジューリングコスト期待値の増加量に設定する手段と、各リンクコストにしたがって、スライスごとに全てのトラヒックフローを満たして各経路が異なる複数の経路群を作成する手段とを含み、各経路群の全ての経路を合成してスライスごとに複数の仮想ネットワーク候補を作成するようにした。

(3)複数種の経路群を作成する手段は、スライス間のパケット転送スケジューリングコスト期待値の増加を最小化するトラヒックフローの経路を逐次的に算出するようにした。

本発明によれば、以下のような効果が達成される。

(1) SDNにおいて、各スライス間でのパケット転送キューおよびリンク帯域の共用を促進して、パケット転送のスケジューリングコストを最小化するトラヒックフロー割当を実現できる。また、各スライス間でのパケット転送キューおよびリンク帯域の共用が促進されるので、リンク帯域の利用効率が向上する。

(2) スライス間のパケット転送スケジューリングコスト期待値の逐次的増加が最小化される仮想ネットワーク候補が構成されるので、スライス間のパケット転送スケジューリングコストを削減するトラヒックフロー割当を精度良く実現できる。

(3) スライスごとに作成された経路の異なる複数の仮想ネットワーク候補の中から、最もパケット転送スケジューリングコストを削減する仮想ネットワーク候補の組み合わせを選択するために整数計画法モデルの求解を行うのみなので、大量の計算リソースを必要とせず、規模の大きなSDNにも適用できる。

本発明によるスライス間でのパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用の典型例を示した図である。 トラヒックフローに優先クラスが設定されているためにパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用に適さない例を示した図である。 トラヒックフローに優先クラスが設定されていてもパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用に適した例を示した図（その１）である。 トラヒックフローに優先クラスが設定されていてもパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用に適した例を示した図（その２）である。 リンクを共用するスライス数および各スライスに設定されるパケット転送キューとスケジューリングコストとの関係を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るトラヒックフロー割当装置の主要部の構成を示した機能ブロック図である。 スライスごとに複数の仮想ネットワーク候補を作成する手順を示したフローチャートである。 本発明によるスライス間でのパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用の他の例を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。ここでは初めに、本発明におけるパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用について説明し、次いで、リンク帯域の共用によりスケジューリングコストを最小化できるトラヒックフロー割り当ての方法について詳細に説明する。

本発明が注目するスケジューリングコストは、各ノードが各トラヒックフローのパケットをその優先クラスに応じた優先度で転送するために要する処理コストであり、リンク帯域を共有するスライス数やパケット転送キュー数に依存する。

本発明では、典型的には図１に示したように、複数のスライス（ここでは、２つのスライス#1，#2）において同一の物理リンクにそれぞれ設けていたパケット転送キューを一つにまとめ、複数のスライス#1，#2に一つのパケット転送キューを共用させることにより、当該リンクに関してスライス#1，#2のそれぞれに割り当てられていたリンク帯域の総和をスライス#1，#2が共用するトラヒックフロー割当を実現する。

一方、トラヒックフローに複数の優先クラスが設けられているスライスでは、一般的に優先クラスに応じて相対的に優劣のある帯域割り当てが行われる。しかしながら、このような帯域割当は契約サービスの料金等に基づくものなので、優先クラスの高いパケット転送が増えた結果、優先クラスの低いパケット転送の機会が失われてサービス品質が低下したとしても、スライス内では不公平感があまり無い。

しかしながら、図２に示したように、トラヒックフローに複数の優先クラスが設けられているスライス（#3，#4）にリンク帯域を共用させると、一方のスライス（ここでは、スライス#4）のトラヒックフローが増加して高優先トラヒックフローが増えると、他方のスライス（ここでは、スライス#3）の、特に低優先トラヒックフローに割り当てられるべき帯域が浸食されてしまい、そのサービス品質に低下が生じるので不公平が生じる。

そこで、本発明ではパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用対象とするスライスを、各リンクに単一かつ同一の優先クラスのトラヒックフローのみが流れるスライス同士に限定した。

なお、このようなスライスの組み合わせには、図１に示したように、優先クラスが唯一であるスライス同士のみならず、図３，４に示したように、スライスとしては優先クラスの異なるトラヒックフローが存在するものの、リンク単位では、高優先トラヒックフローのみが流れるスライス（図３）、低優先トラヒックフローのみが流れるスライス（図４）のように、優先クラスが唯一となるスライス同士でも同様なので、当該スライスについてはリンク帯域の共用対象とした。

また、図１ないし図４では説明の都合上、２つのスライス間でのパケット転送キューおよびリンク帯域の共用を例にして説明したが、図５に示したように、例えば６つのスライス#1〜#6により共用されるリンクでも同様である。すなわち、スライス#1，#2同士は、トラヒックフローの優先クラスが複数なので共用を行わない。スライス#3，#4同士は、高優先トラヒックフローのみが通過するので共用を行う。スライス#5，#6同士は、低優先トラヒックフローのみが通過するので共用を行う。

本発明では、ネットワーク全体で、スライス間のパケット転送キューおよびリンク帯域の共用を促進し、スライス間のパケット転送スケジューリングコストを最小化するトラヒックフロー割当の実現を考える。ここで、最小化されるスライス間のパケット転送スケジューリングコストは、各リンクにおけるスライス間スケジューリングコストの総和である。各リンクにおけるスライス間スケジューリングコストは、各スライスにおいてパケット転送制御を処理する仮想マシン数で表され、単純にリンク帯域共用を図った後のスライス数に比例する。従って、図５の例では仮想マシン数が４となり、スライス間スケジューリングコストは４に比例する。

図６は、本発明の一実施形態に係るトラヒックフロー割当装置１の主要部の構成を示した機能ブロック図である。このようなトラヒックフロー割当装置１は、汎用のコンピュータやサーバに、後述する各機能を実現するアプリケーション（プログラム）を実装することで構成できる。あるいは、アプリケーションの一部がハードウェア化またはROM化された専用機や単能機として構成しても良い。

入力インタフェース（I/F）１０は、ネットワークのトポロジー情報の入力を受け付けて記憶するトポロジー情報受付部１０ａ、およびトラヒックフロー情報の入力を受け付けて記憶するトラヒックフロー情報受付部１０ｂを含む。最小ホップ数経路算出部２０は、全てのトラヒックフローの最小ホップ数経路を算出し、さらにその平均経由ホップ数を計算する。

仮想ネットワーク候補作成部３０は、後に詳述するように、スライス間のパケット転送スケジューリングコスト期待値の増加を最小化するようなトラヒックフローの経路を逐次的に算出することにより、スライスごとに全てのトラヒックフローを満たして各経路が異なる複数の仮想ネットワーク候補を作成する。スライス間のパケット転送スケジューリングコストの期待値を計算するためには、トラヒックフローの平均経由ホップ数の値が必要になるが、本実施形態では、先に求めた最小ホップ数経路の平均経由ホップ数でこれを代用する。

前記仮想ネットワーク候補作成部３０において、リンクコスト設定部３０ａは、各リンクのコストを、経路算出対象トラヒックフローがコスト設定対象リンクを通過すると仮定した場合のスライス間スケジューリングコスト期待値の増加量に設定する。最小コスト経路群算出部３０ｂは、前記設定された各リンクコストにしたがって、スライスごとに各トラヒックフローの最小コスト経路を逐次的に算出し、これを繰り返すことで経路の異なる複数の仮想ネットワーク候補を作成する。

トラヒックフロー割当計算部４０は、スライスごとに複数個ずつ作成された仮想ネットワーク候補から、スライスごとに一枚ずつ選択した全スライス数分の仮想ネットワーク候補の組み合わせを対象に、スライス間のパケット転送スケジューリングコストを最小化する仮想ネットワーク候補の組合せを、整数計画法モデルの解として計算する。各スライスにおいて選択された仮想ネットワーク候補を構成するトラヒックフロー経路は、パケット転送のスケジューリングコストを最小化するトラヒックフローの割当結果として出力される。

図７は、前記最小コスト経路群作成部３０ｂが、スライスごとに全てのトラヒックフローを満たして各経路が異なる複数の仮想ネットワーク候補を作成する手順を示したフローチャートであり、スライスごとに当該スライスに属するトラヒックフローが１本ずつランダムに選択され、選択されたトラヒックフローの経路が逐次的に算出される。

本実施形態では、経路算出の対象となるトラヒックフローの順番を変えることにより、経路の異なる複数の仮想ネットワーク候補が作成される。また、各トラヒックフローの経路算出に先立って、各リンクのコストが、仮に経路算出対象のトラヒックフローが当該リンクを通過した時のスライス間スケジューリングコスト期待値の増加量に設定される。

すなわち、ステップS１０１ではリンク帯域の共用対象となるスライスのリストが作成される。ステップS１０２では、前記スライスリストから今回注目する一のスライス（注目スライス）が取り出される。ステップS１０３では、仮想ネットワーク候補数Ncadに初期値として「１」がセットされる。

ステップS１０４では、前記注目スライスのフローリストがトラヒックフロー情報に基づいて作成される。ステップS１０５では、前記フローリストからランダムに一のトラヒックフローが選択されて今回の注目トラヒックフロー、すなわち経路算出対象トラヒックフローとされる。

ステップS１０６では、各リンクに対して、当該リンクを通過するトラヒックフローが負担することになるリンクコストが設定される。本実施形態では、後に式(1)〜(5)を参照して詳述するように、各リンクのコストが、注目トラヒックフローがコスト設定対象リンクを通過すると仮定した場合のスライス間スケジューリングコスト期待値（０~１）の増加量に設定される。

ステップS１０７では、注目トラヒックフローの最小コスト経路が算出される。ステップS１０８では、前記フローリストに登録されている全てのトラヒックフローに関して最小コスト経路の割り当てが完了したか否かが判定される。完了していなければステップS１０５へ戻り、注目トラヒックフローを切り替えながら前記最小コスト経路の割当およびリンクコストの更新が繰り返される。

その後、フローリストに登録されている全てのトラヒックフローに関する処理が完了したと判定されるとステップS１０９へ進み、今回の注目スライスにおいて算出された全ての最小コスト経路を合成して仮想ネットワークが構成され、これが当該注目スライスに関する仮想ネットワーク候補の一つとして登録される。ステップS１１０では、仮想ネットワーク候補数Ncadがインクリメントされる。

ステップS１１１では、仮想ネットワーク候補数Ncadが所定の候補数に達したか否かが判定される。所定の候補数に達していなければ、ステップS１０４へ戻って上記の各処理が繰り返され、今回の注目スライスについて別の仮想ネットワーク候補が更に作成される。

その後、前記ステップS１１１において、今回の注目スライスに関して所定数の仮想ネットワーク候補が取得できたと判定されるとステップS１１２へ進み、これらの仮想ネットワーク候補が当該注目スライスの仮想ネットワーク候補群として登録される。

ステップS１１３では、全てのスライスに関して仮想ネットワーク候補群の抽出が完了したか否かが判定される。完了していなければステップS１０２へ戻り、注目スライスを切り替えながら上記の各処理が繰り返され、スライスごとにNcad個の仮想ネットワーク候補群が抽出される。

次いで、前記ステップS１０６におけるリンクコストの設定方法について詳細に説明する。本実施形態では、各注目スライスの仮想ネットワーク候補算出における各リンクコストCostが、今回の注目トラヒックフローがコスト設定対象リンクを通過すると仮定した場合のスライス間スケジューリングコスト期待値（０~１）の増加量に設定され、当該リンクの属性に応じて以下の３つの値のいずれかを取る。

ケース１ 通過トラヒックフローの無いリンク：Cost=LC0
ケース２ 注目トラヒックフローと異なる１つの優先クラスに属するトラヒックフローのみが通過するリンク：Cost=1.0-LC0
ケース３ その他のリンク：Cost=ε（εは十分に小さな値）

すなわち、コストの設定対象であるリンクをトラヒックフローが全く通過していない状態から、注目トラヒックフローが最初に通過する場合（ケース１）、総スライス数がS個であれば、仮想ネットワーク候補を求めようとしている今回の注目スライス以外のS-1個のスライスの内、i（=0~S-1）個のスライスと当該リンクについて帯域の共用が期待できる場合は、当該リンクにおけるスライス間スケジューリングコストの増加量は1/(i+1)になる。

例えば、仮想ネットワーク候補を求めようとしている今回の注目スライス以外のS-1個のスライスとの当該リンクの帯域共用が全く期待できない場合（i=0）は、当該リンクにおけるスライス間スケジューリングコストの増加量は、そのまま１になる。

一方、当該リンク帯域の共用が可能であるスライスとは、注目トラヒックフローと同一の優先クラスに属するトラヒックフローのみが１本以上当該リンクを通過するようなスライスである。

ここで、m個のスライスからn個のスライスを選択する組み合わせ数をmCn、注目トラヒックフローと同一の優先クラスに属するトラヒックフローのみが１本以上当該リンクを通過する確率をPとすれば、仮想ネットワーク候補を求めようとしている注目スライス以外のS-1個のスライスの内、i（=0 ~ S-1）個のスライスとの当該リンク帯域の共用が期待できる確率は、次式(1)で表せる。

従って、注目スライス以外のS-1個のスライスの内、i（=0 ~ S-1）個のスライスとリンク帯域を共用できる場合のスライス間スケジューリングコスト増加量は、上式(1)の計算結果を使ってi（=0 ~ S-1）に関して平均すれば良いので、次式(2)で表せる。

一方、前記確率Pに関して、トラヒックフローの平均経由ホップ数をH、リンク数をLとすれば、各トラヒックフローがコスト設定対象であるリンクを通過する確率は(H/L)で与えられる。ただし、本実施形態では前記平均経由ホップ数Hが、先に求めた全トラヒックフローの最小ホップ数経路の平均経由ホップ数で代用される。

そして、各スライスがFs本のトラヒックフローを収容しているとすれば、Fs本のトラヒックフローの内、１本以上のi（=1 ~ Fs）本のトラヒックフローが当該リンクを通過する確率は、次式(3)で表せる

更に、i（=1 ~ Fs）本のトラヒックフローが当該リンクを通過して、当該リンクを通過するi（=1 ~ Fs）本のトラヒックフローの全てが、注目トラヒックフローと同一の優先クラスに属する確率は、優先クラス数をKとすれば、次式(4)で表せる。

以上より、各スライスにおいて、注目トラヒックフローと同一の優先クラスに属するトラヒックフローのみが１本以上当該リンクを通過する前記確率Pは、i（=1 ~ Fs）に関する和を取って、次式(5)で表せる。但し、各優先クラスに属するトラヒックフローの数は均等であると仮定している。

前記ケース２においては、仮に注目トラヒックフローが当該リンクを通過した場合、その時点で、当該スライスは他スライスとリンク帯域を共用できない独立したスライスとなる。従って、当該リンクを通過するトラヒックフローが存在しない状態からのスライス間スケジューリングコスト期待値の増加量は1.0となり、LC0は当該リンクの直前のコストを表す。

前記ケース３の場合、仮に注目トラヒックフローが当該リンクを通過しても、スライス間スケジューリングコスト期待値は増加しない。従って、εは十分小さな実数であり、例えばネットワークの総リンク数Lの逆数よりも小さな数である。

本リンクコストの下で、最小コスト経路を算出することにより、スライス間のパケット転送スケジューリングコスト期待値の増加を最小化するような経路を算出できる。当該スライスに属する全てのトラヒックフローの経路算出が終了した時点で、各トラヒックフローの経路を合成することにより、仮想ネットワーク候補が構成される。

次いで、前記トラヒックフロー割当計算部４０が、前記トポロジー情報および各スライスの仮想ネットワーク候補情報を入力とする整数計画法モデルを解いて、スライス間のパケット転送のスケジューリングコストを最小化する、仮想ネットワーク候補の組み合わせおよびトラヒックフローの割当結果を出力する。

ネットワークのトポロジー情報は、ネットワークを構成するノード集合およびリンク集合を含む。仮想ネットワーク候補情報は、各仮想ネットワーク候補を構成する、当該スライスに含まれるトラヒックフローの経路に関する情報である。整数計画法モデルにおける定数および集合は以下のように定義される。
Node：ノード集合
node：ノード
s：発ノード
d：着ノード
t：中継ノード
Link：リンク集合
link：リンク
node inout：ノードnodeに接続するリンクの集合
Flow：トラヒックフロー集合
f：トラヒックフロー
Pr：優先クラス集合
pr：優先クラス
Sl：スライス集合
sl：スライス
FPr (pr)：優先クラスprに属するトラヒックフロー集合
FSl (sl)：スライスslに属するトラヒックフロー集合
MCad：各スライスにおける仮想ネットワーク候補数
cad：仮想ネットワーク候補。
X f, cad (link)：トラヒックフローfを含むスライスにおいて、仮想ネットワーク候補cadが選択される時、トラヒックフローfがリンクlinkを通過する時に「1」、そうでない時に「0」であるバイナリー定数
A：十分大きな値を持つ定数

また、各変数は以下のように定義される。
Y sl, cad：スライスslにおいて、仮想ネットワーク候補cadが選択される時に「1」、そうでない時に「0」であるバイナリー変数
Q pr, sl (link)：スライスslにおいて優先クラスpr に属するトラヒックフローが、リンクlink を通過する時に「1」、そうでない時に「0」であるバイナリー変数
Q1 sl (link)：スライスslにおいて１つ以上の優先クラスに属するトラヒックフローが、リンクlink を通過する時に「1」、そうでない時に「0」であるバイナリー変数
Q2 sl (link)：スライスslにおいて２つ以上の優先クラスに属するトラヒックフローが、リンクlink を通過する時に「1」、そうでない時に「0」であるバイナリー変数
NQ pr (link)：あるスライスにおいて、優先クラスpr に属するトラヒックフローのみが、リンクlink を通過する時に「1」、そうでない時に「0」であるバイナリー変数
SQ (link)：２つ以上のスライスに属するトラヒックフローが、リンクlink を通過する時に「1」、そうでない時に「0」であるバイナリー変数

整数計画法モデルにおいて、各スライスにおいて選択される仮想ネットワーク候補の条件は次式(6)で与えられる。

次式(7)は、各スライスにおいて各優先クラスに属するトラヒックフローが各リンクを通過する条件であり、Q pr, sl (link)は、ΣΣ(X f, cad (link)×Y sl, cad)が０以下であれば「0」、１以上であれば「1」となる。

次式(8)は、各スライスにおいて、１つ以上の優先クラスに属するトラヒックフローがリンクを通過する条件であり、Q1 sl (link)は、ΣQ pr, sl (link)が０以下であれば「0」、１以上であれば「１」となる。

次式(9)は、各スライスにおいて、２つ以上の優先クラスに属するトラヒックフローがリンクを通過する条件であり、Q2 sl (link)は、ΣQ pr, sl (link)-1が０以下であれば「0」、１以上であれば「１」となる。

次式(10)は、あるスライスにおいて、各優先クラスに属するトラヒックフローのみがリンクを通過する条件である。

次式(11)は、２つ以上のスライスに属するトラヒックフローがリンクを通過する条件であり、SQ (link)は、ΣQ2 sl (link)+ΣNQ pr (link)-1が０以下であれば「0」、１以上であれば「１」となる。

最小化すべきスライス間のパケット転送のスケジューリングコストは、次式(12)のように表される。

上式(12)において、定数Wは、リンク帯域の共用が図られた後のスライス数をスライス間スケジューリングコストに換算する比例定数を表している。

前記定数Wに乗じられる項において、第１項（ΣQ2 sl…）は、今回の注目リンクlink（∈Link）に、同一スライス内で優先クラスの異なる複数のトラヒックフローが流れるスライス総数、すなわち当該注目リンクに関して、単独でスライス間スケジューリングが必要となるスライス総数であり、前記図５のスライス#1，#2に相当する。

第２項（ΣNQ…）は、今回の注目リンクlink（∈Link）に、当該優先クラスに属するトラヒックフローのみが流れるスライスが存在するような優先クラス（pr）の総数であり、前記スライス[ #3+#4]，[ #5+#6]に対応する優先クラスに相当する。すなわち、当該注目リンクに関して、１つの優先クラスに属するトラヒックフローのみが流れるリンク帯域共用の対象と成り得るスライスについて、リンク帯域の共用が図られた後のスライス総数を表す。

各トラヒックフローの割当結果は、各スライスにおいて選択された仮想ネットワーク候補を表す変数Y sl, cadの値から、定数X f, cad (link)の値よって知ることができる。

本実施形態によれば、SDNの各スライスにおいて、予め与えられた複数の仮想ネットワーク候補の中から、最もパケット転送スケジューリングコストを削減する仮想ネットワーク候補を選択するために整数計画法モデルの求解を行うのみなので、大量の計算リソースを必要とせず、規模の大きなSDNにも適用できる。

また、本実施形態によれば、スライス間のパケット転送スケジューリングコスト期待値の逐次的増加が最小化される仮想ネットワーク候補が構成されるので、スライス間のパケット転送スケジューリングコストを削減するトラヒックフロー割当を精度良く実現できる。

なお、上記の実施形態では、リンク帯域の共用対象となるスライス組を、リンクを通過するトラヒックフローの優先クラスが唯一かつ同一のスライス同士とし、優先クラスの異なる複数のトラヒックフローが通過するスライス同士は共用の対象外であるものとして説明した。

しかしながら、優先クラスの異なる複数のトラヒックフローが通過するスライス同士であっても、図８に示したように、スライス内の各優先クラスにリンク帯域が固定的に割り当てられていれば、対応する優先クラス同士でパケット転送キューを一つにまとめて共用させることで、優先クラスごとに各リンク帯域の総和を共用させても良い。このとき、各スライスの対応する優先クラスに割り当てられていた帯域は必ずしも同一でなくて良い。

このようにすれば、優先クラスが同一のパケット同士は公平に扱われ、一方のスライスの高優先トラヒックフローが増加しても、他方のスライスの低優先トラヒックフローに割り当てられるべき帯域は確保される。したがって、サービス品質を不公平に低下させることなくリンク帯域の利用効率を向上させることができる。

１…トラヒックフロー割当装置，１０…入力インタフェース，１０ａ…トポロジー情報受付部，１０ｂ…トラヒックフロー情報受付部，２０…最小ホップ数経路算出部，３０…仮想ネットワーク候補作成部，３０ａ…リンクコスト設定部，３０ｂ…最小コスト経路算出部，４０…トラヒックフロー割当計算部

Claims (7)

1. SDNの各スライス間でパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用を実現するトラヒックフロー割当を算出するトラヒックフロー割当装置において、
   ネットワークのトポロジー情報およびトラヒックフロー情報に基づいて、スライスごとに各経路が異なる複数の仮想ネットワーク候補を作成する手段と、
   各スライスから選択される仮想ネットワーク候補のスライス数分の組み合わせを対象に、トラヒックフローが通過する各リンクのパケット転送に関するスケジューリングコストの総和を最小化する組み合わせを整数計画法モデルの解として計算する手段とを具備し、
   前記組み合わせを計算する手段は、各リンクを通過するトラヒックフローの優先クラスが１種類である複数のスライスのうち、当該優先クラスが同一のスライス同士にリンク帯域を共用させる条件下で、仮想ネットワーク候補の組み合わせを計算することを特徴とするトラヒックフロー割当装置。
2. 前記仮想ネットワーク候補を作成する手段は、
   各リンクのコストを、経路算出対象トラヒックフローがコスト設定対象リンクを通過すると仮定した場合のスライス間スケジューリングコスト期待値の増加量に設定する手段と、
   各リンクコストにしたがって、スライスごとに全てのトラヒックフローを満たして各経路が異なる複数の経路群を作成する手段とを含み、
   各経路群の全ての経路を合成してスライスごとに複数の仮想ネットワーク候補を作成することを特徴とする請求項１に記載のトラヒックフロー割当装置。
3. 前記複数の経路群を作成する手段は、スライス間のパケット転送スケジューリングコスト期待値の増加を最小化するトラヒックフローの経路を逐次的に算出することを特徴とする請求項２に記載のトラヒックフロー割当装置。
4. 前記経路群の各経路が最小コスト経路であることを特徴とする請求項２または３に記載のトラヒックフロー割当装置。
5. 前記整数計画法モデルは、優先クラスの異なるトラヒックフロー同士にリンク帯域を共用させないことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のトラヒックフロー割当装置。
6. SDNの各スライス間でパケット転送キューの共用によるリンク帯域の共用を実現するトラヒックフロー割当を算出するトラヒックフロー割当方法において、
   ネットワークのトポロジー情報およびトラヒックフロー情報に基づいて、スライスごとに経路の異なる複数の仮想ネットワーク候補を作成する手順と、
   各スライスから選択される仮想ネットワーク候補のスライス数分の組み合わせを対象に、トラヒックフローが通過する各リンクのパケット転送に関するスケジューリングコストの総和を最小化する組み合わせを整数計画法モデルの解として計算する手順とを含み、
   前記組み合わせを計算する手順では、各リンクを通過するトラヒックフローの優先クラスが１種類である複数のスライスのうち、当該優先クラスが同一のスライス同士にリンク帯域を共用させる条件下で、仮想ネットワーク候補の組み合わせを計算することを特徴とするトラヒックフロー割当方法。
7. 前記仮想ネットワーク候補を作成する手順は、
   各リンクのコストを、経路算出対象トラヒックフローがコスト設定対象リンクを通過すると仮定した場合のスライス間スケジューリングコスト期待値の増加量に設定する手順と、
   各リンクコストにしたがって、スライスごとに全てのトラヒックフローを満たして各経路が異なる複数の経路群を作成する手順とを含み、
   各経路群の全ての経路を合成してスライスごとに複数の仮想ネットワーク候補を作成することを特徴とする請求項６に記載のトラヒックフロー割当方法。