JP7091924B2 - 通信システムおよび通信方法 - Google Patents

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Description

本発明は、通信システムおよび通信方法に関する。
従来、多様なサービス要件に対して柔軟かつ迅速にネットワークサービスを提供するため、共通のネットワーク基盤上に仮想ネットワーク（以下、適宜スライスと記載）をサービス毎の要求条件に合せて構築することで、サービスに必要な高いレベルの要求条件を効率的に実現できるネットワークスライス技術がある。
スライスは、共通の物理リソース上に重畳する論理ネットワークとして、必要なときにオンデマンドに生成・設定変更・削除できることが求められており、具体的な手法としては、ＳＤＮ（Software Defined Network）技術を用いたネットワーク基盤の仮想化や、ＮＦＶ（Network Function Virtualization）技術を用いたネットワーク機能の仮想化が想定されている。
このようなネットワークスライス技術では、サービス事業者がサービス要件に合わせて、ネットワークスライスのカタログから必要なスライスをオーダーし、インフラ事業者の仮想リソースから必要なリソースを調達し、スライスを構築する。
"将来のモバイルネットワーク実現に向けて"、［online］、株式会社ＮＴＴドコモ、［平成３０年８月１日検索］、インターネット＜http://www.soumu.go.jp/main_content/000461464.pdf＞ 有田 真也、西原 英臣、奥川 徹、"ネットワークスライスに対応したテレメトリ方式の検討"信学技報、vol.118、no.6、NS2018-3、pp.13-17、2018年4月
しかしながら、従来の技術では、スライスのリソースの利用が効率的でない場合があるという課題があった。例えば、従来の技術では、サービス事業者のオーダーに基づいて予めリソースを確保し、スライスを提供するので、確保したリソースと実際の利用状況に乖離がある場合には、リソースの有効活用が図れないという課題があった。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の通信システムは、予め生成されたデフォルトのスライスに収容されたサービス内での利用状況を測定する測定部と、前記測定部によって測定された利用状況に応じて、前記デフォルトのスライスに収容されたサービスを前記デフォルトのスライスとは別のスライスに収容するように振り分ける振分部とを有することを特徴とする。
また、本発明の通信方法は、通信システムによって実行される通信方法であって、予め生成されたデフォルトのスライスに収容されたサービス内での利用状況を測定する測定工程と、前記測定工程によって測定された利用状況に応じて、前記デフォルトのスライスに収容されたサービスを前記デフォルトのスライスとは別のスライスに収容するように振り分ける振分工程とを含んだことを特徴とする。
本発明によれば、スライスのリソースの利用効率を向上させることができるという効果を奏する。
図１は、第一の実施の形態に係る通信システムの構成の一例を示す図である。 図２は、第一の実施の形態に係る通信システムにおける動作手順を説明する図である。 図３は、第一の実施の形態に係る通信システムにおける動作手順を説明する図である。 図４は、第一の実施の形態に係る通信システムにおける動作手順を説明する図である。 図５は、第一の実施の形態に係る通信システムにおける処理概要を説明する図である。 図６は、第一の実施の形態に係る通信システムによる処理の一例を説明するシーケンス図である。 図７は、従来の課題を説明するための図である。 図８は、従来の課題を説明するための図である。 図９は、プログラムを実行するコンピュータを示す図である。
以下に、本願に係る通信システムおよび通信方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本願に係る通信システムおよび通信方法が限定されるものではない。
［第一の実施の形態］
以下の実施の形態では、第一の実施の形態に係る通信システムの構成、通信システムにおける処理の流れを順に説明し、最後に第一の実施の形態による効果を説明する。
［通信システムの構成］
まず、図１を用いて、第一の実施の形態に係る通信システム１００について説明する。図１は、第一の実施の形態に係る通信システムの構成の一例を示す図である。第一の実施の形態に係る通信システム１００は、共通のネットワーク基盤上にネットワークスライスをサービス毎の要求条件に合わせて仮想的に構築することで、サービスに必要な高いレベルの要求条件を効率的に実現する。
通信システム１００は、例えば、図１に示すように、ＯＳＳ（Operation Support System）／ＢＳＳ（Business Support System）１０と、共通の物理リソース５２および仮想化レイヤ５１上に構築されたデフォルトスライス２０および新規スライス３０と、振分部４０と、ＮＦＶ ＭＡＮＯ（Management and Network Orchestration）６０と、テレメトリオーケストレータ７０と、コレクタ８０を有する。なお、各機能構成部は、物理リソースが同一であってもよいし、別々の物理リソースであってもよい。
ＯＳＳ／ＢＳＳ１０は、通信サービスを提供している事業者（キャリア）がサービスを構築し、運営していくためのシステムである。
デフォルトスライス２０は、サービスを収容するベストエフォートなネットワークスライスである。デフォルトスライス２０は、複数のＳＬＧ（Slice Gateway）管理部２１と、各ＳＬＧ管理部２１に対応する複数のＳＬＧ２２を含む。ここで、各ＳＬＧ２２は、ＶＮＦ（Virtual Network Function）として動作するものであり、テレメトリ機能を有するものとする。
新規スライス３０は、デフォルトスライス２０ではサービス要件を満たせなくなったサービスを収容するネットワークスライスである。新規スライス３０は、複数のＳＬＧ管理部３１と、各ＳＬＧ管理部３１に対応する複数のＳＬＧ３２を含む。
振分部４０は、コレクタ８０によって測定された利用状況に応じて、デフォルトスライスに収容されたサービスをデフォルトスライスとは別の新規スライスに収容するように振り分ける。また、例えば、振分部４０は、サービス要件を満たせなくなったサブスライス分のみ、別のサブスライスに切り変えてもよい。例えば、振分部４０は、コレクタ８０によって測定された利用状況に基づいて、所定のサービス要件を満たせないと判定されたサブスライスを別のサブスライスに切り替える。
ＮＦＶ ＭＡＮＯ６０は、ＮＦＶＯ（Network Functions Virtualization Orchestrator）６１、ＶＮＦＭ（Virtual Network Function Manager）６２およびＶＩＭ（Virtual Infrastructure Management）６３を有する。ＳＬＧ２２、３２を含む各ＶＮＦのインスタンス生成・削除・スケールアウト・インなどのライフサイクル管理は、ＶＮＦＭ６２によって制御される。また、ＮＦＶＩ（NFV Infrastructure）である仮想化レイヤ５１および物理リソース５２は、ＶＩＭによって制御される。
ＮＦＶＯ６１は、機能部の一つとして、生成部６１ａを有する。生成部６１ａは、コレクタによって測定された利用状況に基づいて、新規スライスを生成する。例えば、生成部６１ａは、コレクタ８０によって算出された必要なリソース量を基に、コレクタ８０からサービス要件を満たせなくなったサブスライス分の新規サブスライスの生成を指示する。
テレメトリオーケストレータ７０は、ＯＳＳ／ＢＳＳ１０からスライスのサービス要求条件、スライス設定内容やテレメトリ設定内容の情報を取得する。また、テレメトリオーケストレータ７０は、デフォルトスライス２０に収容されたサービスについて、デフォルトスライス２０でのサービス利用状況に基づいた必要なリソース量をコレクタ８０から受信する。そして、テレメトリオーケストレータ７０は、デフォルトスライス２０ではサービス要件を満たせなくなったサービスを特定し、該サービスを新たに収容する新規スライス３０の生成をＯＳＳ／ＢＳＳ１０に提案する。
コレクタ８０は、デフォルトスライス２０に収容されたサービスについて、ＳＬＧ２２からスライス単位の利用状況を測定し、デフォルトスライス２０でのサービス利用状況に基づいた必要なリソース量を算出する。コレクタ８０は、測定部８１および算出部８２を有する。
測定部８１は、予め生成されたデフォルトスライス２０に収容されたサービス内での利用状況を測定する。具体的には、測定部８１は、デフォルトスライス２０におけるサブスライス単位で利用状況を測定する。例えば、測定部８１は、利用状況として、デフォルトスライス２０の各ＳＬＧ２２から、トラフィック量やＣＰＵ利用率、遅延時間等を取得する。
算出部８２は、測定部８１によって測定された利用状況に基づいて、デフォルトスライス２０に収容されたサービスに必要なリソース量を算出する。そして、算出部８２は、算出した必要なリソース量をテレメトリオーケストレータ７０に通知する。
ここで図２～図４を用いて、第一の実施の形態に係る通信システム１００における一連の動作を説明する。図２～図４は、第一の実施の形態に係る通信システムにおける動作手順を説明する図である。図２に例示するように、通信システム１００では、事前準備として、複数サービスを収容するデフォルトスライスが準備される。また、テレメトリオーケストレータ７０は、ＯＳＳ／ＢＳＳ１０からスライス設定内容やテレメトリ設定内容の情報を取得する（図２の（１）参照）。また、ＯＳＳ／ＢＳＳ１０は、デフォルトスライス２０のＳＬＧ管理部２１経由でＳＬＧ２２に必要なテレメトリを設定する（図２の（２）参照）。
その後、通信システム１００では、サービスをデフォルトスライス２０に収容してサービスを開始する。そして、コレクタ８０は、デフォルトスライス２０に収容されたサービスについて、ＳＬＧ２２からスライス単位の利用状況を測定する（図２の（３）参照）。
続いて、図３に例示するように、コレクタ８０は、デフォルトスライス２０でのサービス利用状況に基づいた必要なリソース量を算出する（図３の（４）参照）。そして、テレメトリオーケストレータ７０は、デフォルトスライス２０に収容されたサービスについて、デフォルトスライス２０でのサービス利用状況に基づいた必要なリソース量をコレクタ８０から受信する。
そして、テレメトリオーケストレータ７０は、デフォルトスライス２０ではサービス要件を満たせなくなったサービスを特定し、該サービスを新たに収容する新規スライスの生成をＯＳＳ／ＢＳＳ１０に提案する（図３の（５）参照）。この際に、テレメトリオーケストレータ７０は、該当サービスのサービス要件を満たすために必要なリソース量をＯＳＳ／ＢＳＳ１０に通知してもよい。
そして、ＯＳＳ／ＢＳＳ１０が、新規スライス３０の自動生成をＮＦＶＯ６１に指示する（図３の（６）参照）。例えば、ＯＳＳ／ＢＳＳ１０は、テレメトリオーケストレータ７０から受信した必要なリソース量をＮＦＶＯ６１に通知するとともに、新規スライス３０の自動生成をＮＦＶＯ６１に指示する。そして、ＮＦＶＯ６１は、必要なリソース量を基に、必要なリソースを調達して新規サブスライスの自動生成を行う。
その後、図４に例示するように、通信システム１００では、振分部４０が、新規スライス３０への切り替えを行うため、接続先設定変更指示をＯＳＳ／ＢＳＳ１０より振分部４０に対して実施する（図４の（７）参照）。例えば、振分部４０は、サービス要件を満たせなくなったサブスライス分のみ、別のサブスライスに切り変えてもよい。なお、切替先の新規スライスでも同様にスライス単位の利用状況に基づいたリソース変更またはスライス切り替えを実施し、スライス設計の最適化を図るようにしてもよい。なお、新規スライスをその都度生成せずに、事前に切り替え用のスライスを用意しておき、切り替えるようにしてもよい。
ここで、図５を用いて、サービス開始時にはデフォルトスライスにサービスを収容し、サービス要件を満たせなくなったサブスライス（図５では、ＢＥ（ベストエフォート）サブスライスと記載）分のみ、別のサブスライスに切り変える際の通信システム１００における処理の流れを説明する。図５は、第一の実施の形態に係る通信システムにおける処理概要を説明する図である。
図５に例示するように、通信システム１００では、サービス開始当初は、デフォルトスライスに収容する。そして、コレクタ８０が、ＳＬＧからサブスライス単位にサービス利用状況を測定する。その後、テレメトリオーケストレータ７０は、サブスライス単位でサービス要件を満たせなくなったサブスライス分のみ新規スライスを自動生成することをＯＳＳ／ＢＳＳ１０に提案する。
そして、ＮＦＶＯ６１は、新規サブスライスの自動生成を行う。つまり、ＮＦＶＯ６１は、サービス要件を満たすための必要なリソースを調達して、新規サブスライスの自動生成を行う。その後、振分部４０は、該当のサブスライスをデフォルトサブスライスから新規サブスライスへ切り替える。
［通信システムの処理の流れ］
次に、図６を用いて、第一の実施の形態に係る通信システム１００の処理の流れを説明する。図６は、第一の実施の形態に係る通信システムによる処理の一例を説明するシーケンス図である。
図６に例示するように、テレメトリオーケストレータ７０は、ＯＳＳ／ＢＳＳ１０から送信されたスライス設定内容やテレメトリ設定内容の情報を取得する（ステップＳ１０１）。次に、テレメトリオーケストレータ７０は、ＯＳＳ／ＢＳＳ１０を経由して、ＳＬＧ２２に必要なテレメトリを設定する（ステップＳ１０２）。例えば、テレメトリオーケストレータ７０は、テレメトリに関するパラメータをＯＳＳ／ＢＳＳ１０に通知し、該パラメータを基にＳＬＧ２２に必要なテレメトリを設定する。
そして、ＳＬＧ２２は、サービスの利用状況をコレクタ８０に定期的に送信する（ステップＳ１０３）。コレクタ８０は、デフォルトスライス２０でのサービス利用状況に基づいた必要なリソース量を算出する（ステップＳ１０４）。そして、コレクタ８０は、算出した必要なリソース量をテレメトリオーケストレータ７０へ送信する（ステップＳ１０５）。
続いて、テレメトリオーケストレータ７０は、デフォルトスライス２０ではサービス要件を満たせなくなったサービスを特定し、該サービスを新たに収容する新規スライスの生成をＯＳＳ／ＢＳＳ１０に提案する（ステップＳ１０６）。
そして、ＯＳＳ／ＢＳＳ１０が、新規スライス３０の自動生成をＮＦＶＯ６１に指示する（ステップＳ１０７）。例えば、ＯＳＳ／ＢＳＳ１０は、テレメトリオーケストレータ７０から受信した必要なリソース量をＮＦＶＯ６１に通知するとともに、新規スライス３０の自動生成をＮＦＶＯ６１に指示する。そして、ＮＦＶＯ６１は、必要なリソース量を基に、必要なリソースを調達して新規サブスライスの自動生成を行う（ステップＳ１０８）。
その後、ＯＳＳ／ＢＳＳ１０が、該当サービスの新規スライスへの切り替えを振分部４０に対して指示する（ステップＳ１０９）。そして、振分部４０は、デフォルトスライス２０に収容されたサービスの収容先をデフォルトスライス２０から新規スライス３０へ切り替える処理を実行する（ステップＳ１１０）。
［第一の実施の形態の効果］
このように、第一の実施の形態に係る通信システム１００は、コレクタ８０が、予め生成されたデフォルトスライス２０に収容されたサービス内での利用状況を測定する。そして、振分部４０が、測定された利用状況に応じて、デフォルトスライス２０に収容されたサービスをデフォルトスライス２０とは別の新規スライス３０に収容するように振り分ける。このため、第一の実施の形態に係る通信システム１００によれば、スライスのリソースの利用効率を向上させることが可能である。
つまり、従来では、図７に例示するように、サービス事業者がカタログからサービス内容に合わせて必要なスライスを選択してオーダーすることで、インフラ事業者の仮想リソースから必要なリソースが調達されてスライスが構築されていた。このため、図８に例示するように、従来技術では、サービス事業者のオーダーに基づいて予めリソースを確保し、スライスを提供していたが、確保したリソースと実際の利用状況に乖離がある場合には、リソース確保分と実際の利用量との乖離分のリソースが有効活用できないという問題があった。
これに対して、第一の実施の形態に係る通信システム１００では、例えば、サービス開始にあたりカタログからスライスを調達するのではなく、ベストエフォートのデフォルトスライス２０に一旦収容し、デフォルトスライス２０内での利用状況を、サブスライス単位にコレクタ８０で測定し、サービス要件を満たせなくなったサブスライス分のみ、新たにサブスライスを自動生成して切り替える。このため、通信システム１００では、スライスのリソースの利用効率向上によるコスト削減を図ることが可能である。
［システム構成等］
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。さらに、各装置にて行われる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵおよび当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
また、本実施の形態において説明した各処理のうち、自動的に行われるものとして説明した処理の全部または一部を手動的に行うこともでき、あるいは、手動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
［プログラム］
また、上記実施形態において説明した各装置が実行する処理について、コンピュータが実行可能な言語で記述したプログラムを作成することもできる。例えば、実施形態に係る通信システムにおける各装置が実行する処理について、コンピュータが実行可能な言語で記述したプログラムを作成することもできる。この場合、コンピュータがプログラムを実行することにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。以下に、プログラムを実行するコンピュータの一例を説明する。
図９は、プログラムを実行するコンピュータを示す図である。コンピュータ１０００は、例えば、メモリ１０１０、ＣＰＵ１０２０を有する。また、コンピュータ１０００は、ハードディスクドライブインタフェース１０３０、ディスクドライブインタフェース１０４０、シリアルポートインタフェース１０５０、ビデオアダプタ１０６０、ネットワークインタフェース１０７０を有する。これらの各部は、バス１０８０によって接続される。
メモリ１０１０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０１１及びＲＡＭ１０１２を含む。ＲＯＭ１０１１は、例えば、ＢＩＯＳ（Basic Input Output System）等のブートプログラムを記憶する。ハードディスクドライブインタフェース１０３０は、ハードディスクドライブ１０９０に接続される。ディスクドライブインタフェース１０４０は、ディスクドライブ１１００に接続される。例えば磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能な記憶媒体が、ディスクドライブ１１００に挿入される。シリアルポートインタフェース１０５０は、例えばマウス１０５１、キーボード１０５２に接続される。ビデオアダプタ１０６０は、例えばディスプレイ１０６１に接続される。
ハードディスクドライブ１０９０は、例えば、ＯＳ１０９１、アプリケーションプログラム１０９２、プログラムモジュール１０９３、プログラムデータ１０９４を記憶する。すなわち各装置の各処理を規定するプログラムは、コンピュータにより実行可能なコードが記述されたプログラムモジュール１０９３として実装される。プログラムモジュール１０９３は、例えばハードディスクドライブ１０９０に記憶される。例えば、装置における機能構成と同様の処理を実行するためのプログラムモジュール１０９３が、ハードディスクドライブ１０９０に記憶される。なお、ハードディスクドライブ１０９０は、ＳＳＤ（Solid State Drive）により代替されてもよい。
また、上述した実施の形態の処理で用いられるデータは、プログラムデータ１０９４として、例えばメモリ１０１０やハードディスクドライブ１０９０に記憶される。そして、ＣＰＵ１０２０が、メモリ１０１０やハードディスクドライブ１０９０に記憶されたプログラムモジュール１０９３やプログラムデータ１０９４を必要に応じてＲＡＭ１０１２に読み出して実行する。
なお、プログラムモジュール１０９３やプログラムデータ１０９４は、ハードディスクドライブ１０９０に記憶される場合に限らず、例えば着脱可能な記憶媒体に記憶され、ディスクドライブ１１００等を介してＣＰＵ１０２０によって読み出されてもよい。あるいは、プログラムモジュール１０９３及びプログラムデータ１０９４は、ネットワーク、ＷＡＮを介して接続された他のコンピュータに記憶されてもよい。そして、プログラムモジュール１０９３及びプログラムデータ１０９４は、他のコンピュータから、ネットワークインタフェース１０７０を介してＣＰＵ１０２０によって読み出されてもよい。
１０ ＯＳＳ／ＢＳＳ
２０ デフォルトスライス
２１、３１ ＳＬＧ管理部
２２、３２ ＳＬＧ
３０ 新規スライス
４０ 振分部
５１ 仮想化レイヤ
５２ 物理リソース
６０ ＮＦＶ ＭＡＮＯ
６１ ＮＦＶＯ
６１ａ 生成部
６２ ＶＮＦＭ
６３ ＶＩＭ
７０ テレメトリオーケストレータ
８０ コレクタ
８１ 測定部
８２ 算出部
１００ 通信システム

Claims (5)

  1. 予め生成されたデフォルトのスライスに収容されたサービス内での利用状況として、前記デフォルトのスライスにおけるサブスライス単位で当該利用状況を測定する測定部と、
    前記測定部によって測定された利用状況に応じて、所定のサービス要件を満たせないと判定されたサブスライスのみ、別の新規サブスライスに切り替える振分部と
    を有することを特徴とする通信システム。
  2. 前記測定部によって測定された利用状況に基づいて、新規サブスライスを生成する生成部をさらに有し、
    前記振分部は、所定のサービス要件を満たせないと判定されたサブスライスのみ、前記生成部によって生成された新規サブスライスに切り替えることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
  3. 前記測定部によって測定された利用状況に基づいて、前記デフォルトのスライスに収容されたサービスに必要なリソース量を算出する算出部をさらに有し、
    前記生成部は、前記算出部によって算出された必要なリソース量を基に、前記新規サブスライスを生成することを特徴とする請求項２に記載の通信システム。
  4. 前記測定部によって測定される利用状況は、トラヒック量、ＣＰＵ利用率および遅延のうちいずれか一つまたは複数であることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
  5. 通信システムによって実行される通信方法であって、
    予め生成されたデフォルトのスライスに収容されたサービス内での利用状況として、前記デフォルトのスライスにおけるサブスライス単位で当該利用状況を測定する測定工程と、
    前記測定工程によって測定された利用状況に応じて、所定のサービス要件を満たせないと判定されたサブスライスのみ、別の新規サブスライスに切り替える振分工程と
    を含んだことを特徴とする通信方法。
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安川 正祥 SEISHOU YASUKAWA，新たな社会基盤に向けたフレキシブル＆スマートなネットワークへの変革，ＮＴＴ技術ジャーナル 第３０巻 第３号 ，日本，一般社団法人電気通信協会，2018年03月31日，第30巻，pp23-30

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