コストを抑えた耐災害情報プラットフォームの構築が可能に

　国立大学法人東北大学電気通信研究所、日立製作所(以下、日立)、日立ソリューションズ東日本は、大規模災害によりインターネットなどの広域網が途絶し、遠隔地にバックアップしたデータが利用できない状況においても、被災地内でデータを保護し、継続して情報サービスの提供を可能にするデータ複製方式を開発した。県や市レベルの自治体地域各所に設置したサーバ24台のうち、同時に被災する可能性の低いサーバ間でデータを複製し合うことにより、50%のサーバが損壊しても、94%のデータが保護できることをシミュレーションで確認したという。データの消失リスクに応じてデータを複製する数を変えることにより、従来方式と比較して、半分のデータの複製数で同じ量のデータを保護することができる。この技術により、コストを抑えた耐災害情報プラットフォームの構築が可能となる。

　高度情報化社会の急速な進展により、様々な情報を取り扱う社会インフラの重要性はますます大きくなっている。近年では、広域災害時においても継続的な情報サービスを提供するため、インターネットを介して遠隔地にデータを複製するディザスタリカバリサービスなどが提供されている。しかし、東日本大震災では、地域内ではネットワーク環境が残存している場所があったものの、遠隔地に繋がる広域網が損壊した。そのため、遠隔地に複製されたデータへのアクセスが不可能となり、発災直後に必要となる住基情報や医療情報などの重要なデータを継続的に提供することが課題となった。
　このような背景を踏まえ、2012年9月より、東北大、日立、日立ソリューションズ東日本は、本課題を解決する共同研究を開始しました。県内や市内の医療機関、自治体庁舎など近隣区域に分散して設置したサーバにデータを複製し、データの複製元と複製先のサーバが同時に損壊するリスクが低くなるよう、サーバのペアを選択し、データの保護を行う「リスク考慮型データ複製方式」を開発してきた。しかし、この方式では、データの複製数をすべてのサーバで同一にしていたため、データの残存割合を上げるために複製数を増やすと、その格納のための追加コストが増大し、コストとデータ保護のバランスをとることが困難だった。また、複製数を増やすと複製先を決定する計算時間が膨大になるという課題があった。
　そこで今回、追加コストに影響するデータの複製数を抑えつつ、大規模災害発生後のデータ残存割合を上げる「コスト・リスク考慮型データ複製」方式を開発したという。この方式では、データの消失リスクが低いと想定されるサーバはデータの複製数を少なくし、消失リスクが高いと想定されるサーバは複製数を多くすることで、コストとデータ保護のバランスを取る。また、複製の回数ごとに複製先を決定する最適化問題を解く手法を開発し、計算時間の短縮を図った。

　図1に示した、サーバ台数4、平均複製数1.5(6台のサーバに複製)とした「コスト・リスク考慮型データ複製方式」において、一回目の複製では、各サーバのデータ消失リスクに応じて、そのリスク低減に適切なサーバを選択し、複製先を決定する。このとき、一回目の複製を行った後でもデータ消失リスクが高いと判断されるサーバについては、二回目の複製の複製元として、再度リスクの低減に適切なサーバを選択し、二回目の複製の複製先を決定します。ここでは平均複製数を1.5と制限したため、データ消失リスク値が高い上位50%のサーバC、Dを二回目の複製の複製元として選ぶことになる。

　今回、仙台市近郊の25平方キロメートル内にある24の医療機関にサーバを1台ずつ配置した構成を想定し、現実に近い災害モデルを用いて本方式をシミュレーションで実証しました。その結果、図2に示すように、コスト・リスクを考慮せずに複製する場合と比較して、平均複製数を半分の1.5とした条件下でも、50%のサーバが損壊した際、94%のデータが保護できることを確認した。このケースでは、複製のための追加コストを2分の1に削減する。また、複製回数ごとに複製先を決定する最適化問題を解く手法の開発により、サーバ数100台の構成で平均複製数2の条件下において、「リスク考慮型データ複製方式」では、複製先決定に2,500秒かかっていた計算時間を、本方式では0.6秒まで削減することができた。
　今後は、開発した「コスト・リスク考慮型データ複製方式」をサーバに搭載し、東北大の3キャンパスに多数のサーバを配置して大規模検証環境を構築、実証実験を行う。なお、実験には、一般社団法人宮城県薬剤師会(会長:佐々木 孝雄/以下、宮城県薬剤師会)と連携して作成した、「電子お薬手帳アプリケーションシステム」を用いる予定だという。また、東北の復興と発展に貢献することを目的として震災後設立された「東北IT新生コンソーシアム」と連携し、東北地域のIT技術振興に資する技術開発を進めていくとしている。
　
この技術開発は、文部科学省の委託研究である「高機能高可用性情報ストレージ基盤技術の開発」プロジェクト(プロジェクトリーダ:東北大学電気通信研究所教授 村岡 裕明)として実施されたもの。この成果の一部は2016年6月9日(木)～10日(金)に東北大学で開催される電子情報通信学会磁気記録・情報ストレージ研究会で発表する予定だという。