成果報告書詳細
管理番号20130000000300
タイトル平成20年度-平成24年度成果報告書 グリーンネットワーク・システム技術研究開発プロジェクト(グリーンITプロジェクト) 革新的省エネルギーネットワーク・ルータ技術の研究開発 情報のダイナミックフロー測定と分析ツール及び省エネルギー型ルータ技術の開発
公開日2013/6/22
報告書年度2008 - 2012
委託先名アラクサラネットワークス株式会社 横河電機株式会社 株式会社日立製作所
プロジェクト番号P08017
部署名省エネルギー部
和文要約情報量の減少に応じて動的に省電力モードに切り替わる、革新的な省エネルギーのネットワーク・ルータの実現に必要な要素技術(1)トラフィック観測・予測・最適性能予測技術、(2)データ流量適応型性能制御技術、(3)電力可視化技術のそれぞれについて研究開発を行った。(1) トラフィック観測・予測・最適性能予測技術の研究開発 パケットを転送するエンジンの性能およびパケットを入出力する回線帯域の性能を予測する推定アルゴリズムの開発を行った。エンジンの性能予測では、トラフィックバーストの影響で過大となる予測トラフィック量を低減し、正確な予測を実現する長期変動対応推定アルゴリズムと、短期変動等に基づいて平均値、分散値、トラフィックの内容など(セッション確立情報や周期性等)を用いて入力トラフィック量を予測する短期変動対応推定アルゴリズムを開発した。回線帯域の性能予測では、リンク集約技術により接続されたルータ間を想定し、長期的な傾向と直近の情報を組み合わせて必要となる回線帯域の性能を予測する回線帯域推定アルゴリズムを開発した。開発した短期変動対応推定および回線帯域推定アルゴリズムをシミュレーションおよび実機環境により評価することで、転送エンジンおよび回線帯域の性能を最大性能の50%以下に抑止可能であることを確認した。(2) データ流量適応型性能制御技術の研究開発 複数のエンジンを備え、エンジン性能や回線帯域を多段階に増減することで省電力モードを実現するマルチエンジンのルータアーキテクチャー、回路技術及び制御ソフトウェアと、エンジン性能の不足により発生する通信品質劣化を最小限としつつ、電力削減効果を最大とするルータの通信品質確保技術の開発を行った。消費電力モードの切替時間が1ms以下で、性能を16段階以上の粒度で増減可能な転送性能制御技術を開発し、情報量に対応して転送性能(消費電力)を制御することで、この制御を行わない場合と比較してネットワーク部分の年間平均電力消費量を30%以上削減できることを実証した。ネットワーク上を流通するトラフィック量に基づく推定アルゴリズム(エンジン性能)を用い、実環境を想定したトラフィックによる通信品質確保技術の評価を行い、性能不足によるパケットの廃棄率を10-5以下に抑止可能であることを確認した。(3) 電力可視化技術の研究開発 ネットワーク上を流通する情報量の長期変動に加え数秒-数分の短期変動に対応可能なリアルタイム電力可視化技術を確立した。電力可視化技術では、4つの要素技術開発を行った。第一に消費電力取得技術(サーバ機能)として、ルータから取得する消費電力情報を絞りつつリアルタイム変動を捉えることができる取得方式を開発した。第二にサーバ-ルータ間のインタフェース技術として、電力可視化の要件を基にサーバ-ルータ間インタフェース仕様のInternet-Draftを定義し、IETFに提案、その後電力管理の手法標準化に向けてIETFで発足したWGに参加し、各要素技術との整合性が維持されるよう標準化の推進を行った。第三にユーザインタフェース技術として、ルータ及びルータから成るネットワークの消費電力情報を表示する見せ方の枠組みを開発した。第四に消費電力観測技術(ルータ機能)として、短期変動・長期変動に対応したルータの消費電力の観測技術を開発した。そして、各要素技術を統合したシステムとしてリアルタイム電力可視化が実現できることを検証した。
英文要約Title: Green Network System technology Research and Development Project, GreenIT Project, Research and Development of innovative technologies for low power consumption network routers; the "Traffic monitoring / prediction / performance prediction technology", the "Power consumption visualization technology", and the "Data rate adaptive performance control technology"(FY2008-FY2012) Final Report

In order to realize an innovative network router that can perform among several power -consumption modes according to the amount of incoming traffic, we have worked on three elemental technologies. For "Traffic monitoring / prediction / best performance prediction technology", we developed prediction algorithms for determining the packet forwarding engine performance and port bandwidth of a router. For forwarding engine, we created two algorithms -- the long term algorithm reducing the over estimation by burst traffic, and the short term algorithm using the average deviation and other traffic information (i.e. session information). For port bandwidth, we placed our target on routers connected by link aggregation. We created a port bandwidth prediction algorithm estimating the port bandwidth by trend and latest traffic. By simulation and experiment, we proved that ether the forwarding engine performance or the port bandwidth could be reduced over 50% from the maximum value using short term and port bandwidth prediction algorithm. For "Data rate adaptive performance control technology", we have developed Performance control technology based on new router architectures consisted of multiple engines which have multilevel power consumption modes by adapting its performance and bandwidth. For realizing these router architectures, we have developed several LSI techniques and controlling software. One of the techniques is the quality maintaining mechanism to ensure maximum power reduction with minimum packet losses. Another technique is controlling mechanism which makes engines switch among over 16 power consumption modes within 1msec according to its usage conditions. In evaluation we have confirmed that they can cut down 30% of average yearly power consumption compared to a router without the technology. Another experiment by using traffic emulated from the real networks shows that the quality maintaining mechanism using traffic prediction / best performance prediction can suppress the packet loss rate within 10^-5. For "Power consumption visualization technology", we established the real-time visualization technology corresponding to short-term fluctuation of seconds to minutes in addition to long-term fluctuation. In order to achieve it, we worked on four developments. First, we developed data acquisition technology for real-time fluctuation while reducing the traffic between the server and the routers. Second, we developed the specification for server-router communication and joined to the standardization WG established in the IETF to maintain the conformance with the ongoing standardization. Third, we developed the framework for visualizing power consumption of the routers. Fourth, we implemented measurement mechanism of the power consumption in the router. And, we verified that the real-time power consumption visualization can be realized as an integrated power monitoring system.
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