成果報告書詳細
管理番号20130000000404
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 IT社会を遠望した、情報の流れと情報量の調査研究 社会インフラとしてのネットワークのモデル設計と総合評価
公開日2013/6/28
報告書年度2008 - 2012
委託先名独立行政法人産業技術総合研究所 国立大学法人名古屋大学 日本電気株式会社
プロジェクト番号P0817
部署名省エネルギー部
和文要約a)IT社会を遠望した、情報の流れと情報量の調査研究: 国内のインターネットの3階層のトポロジモデルおよびトラフィックモデルを構築した。このモデルと、ビデオ配信サービスのトラフィックおよび将来予測、現在のインターネットにおけるユーザあたりのコネクション数などの調査に基づき、従来型の電気ルータが用いられた場合の2030年までのインターネットによる消費電力を予測した。c)社会インフラとしてのネットワークのモデル設計と総合評価 ア. サービスとトラフィック特性に応じたマルチレベルパスによる省エネ化トラフィック制御技術の評価:ルータの省エネ化トラフィック制御における品質とパス粒度の関係を明らかにし30%以上の低消費電力化が、またネットワーク的なトラフィック制御によるルータインタフェースのon/off制御により、20%以上の低消費電力化が達成できることを実証した。各種粒度の光/電気パスに関して、最適なスイッチ単位を組合せたノード構成を評価しネットワークコストを明確化した。各種技術を統合した光ルーティングネットワークを実現する上でキーとなる技術を確立した。イ. カットスルールーティング・ノードシステムによる省電力効果の検討と評価:カットスルールーティングネットワークにおいて、複数の待機状態を有するトランスポンダを用いた動的な電力制御方法を提案した。この電力制御を昼夜間のトラフィック変動やパスプロテクションに適用することで、消費電力量を従来比50%削減できる。そして、ネットワーク全体で10年後のスループット当たりの消費電力量を10%にできる見通しを得た。ウ.光パス網用光信号再生技術の調査:高非線形ファイバを利用した信号再生に着目し光信号再生手法の知見を得た。実際に光通信で使用される10Gb/sおよび40Gb/sの通信速度において、シミュレーションと実験の両面から検討を行い、光信号再生性能を確認した。これらの結果にH23年度テーマa)で検討されたネットワークモデルを考慮し、装置機器については装置省電力機構の採用、制御方式についてはカットスルー方式の導入により、ノード装置電力を従来電気装置構成に比べ約30%削減できることを明らかにした。エ. アプリケーションに応じてエネルギー消費の小さいルーティング方式を選択する技術の検討と評価: トラフィックの特徴情報をネットワークに通知するプロトコルを設計し、これによりOpenFlowと動的パスを制御するプロトタイプを構築し、指定したフローを任意のパスで転送可能とした。各種ルーティング方式のパスを制御するOGF規格の制定作業に参加し、欧米亜の相互運用実証実験を行った。光ショートカットモデルから一部のフローを本技術でパス網にオフロードすることで、40-70J/bitの省エネ効果が得られることを示した。オ.ルータによる省エネルギー効果の評価:テーマa)にて検討したネットワークモデルを拡張し、本プロジェクトで提案しているネットワーク低消費電力化技術の評価を行った。提案技術について、実機を用いた総合的な実験評価を行い、消費電力を測定すると同時にシステム適用可能性評価を行った。実験により得られた消費電力等のパラメータ値をネットワークモデルに導入し、日本のネットワーク消費電力の推移を試算した結果、提案技術の導入により30%以上の大幅な消費電力削減効果が得られることを確認した。
英文要約Title: Research and Development Project for Green Network/System Technology(Green IT Project)/[2]R&D of innovative energy-saving network router technology/a)survey on information flow and volume with a vision of an IT-based society, c)model design and comprehensive evaluation of information networks as social infrastructure (FY2008-FY2012) Final Report

For the theme a): 3-layer topology model and traffic model of Internet in Japan were constructed. Based on the model and survey results of internet traffic used by video delivery services and its future perspectives, number of connections per user in current Internet, access patterns of video delivery services, power consumption of Internet until the year of 2030, in the case existing electric routers are used, was estimated. For the theme c), the following four R&D were conducted. 1) Multi-level path bandwidth engineering technologies considering different services and traffic characteristics: We have achieved more than 30 % reduction in router energy consumption, which is made possible with router performance adaptive control to traffic intensities. In addition, router interface on/off control based on network wide path control have been developed and more than 20 % reduction in network energy consumption was verified. 2) Investigation and evaluation of energy savings by cut-through routing node systems: We proposed a power control scheme based on introducing standby states to transponders. By adapting the proposed scheme to both daily traffic fluctuation and path protection, power consumption in the node can be reduced to 50 %. This result indicates that power consumption per throughput in 10 years can be reduced to 10 % of current level in optical networks. 3) Investigation of optical regeneration technology for optical path networks: Optical regeneration schemes based on 10 and 40 Gb/s signals were investigated on the experimental basis. Based on the assumed network models, we confirmed that 30% power reduction of network equipment can be realized by using power saving control, optical regeneration schemes, and signal cut-through. 4) Investigation and evaluation of schemes to select a least energy consuming routing method based on characteristics of the application: We have designed and developed a prototype system in which an application sends traffic characteristics information to let SDN and OpenFlow to select a sub-network and route the traffic to the sub-network. Also, we have contributed to standardization activities of an interface to request a network path at OGF, and show feasibility of the interface. 5) Overall evaluation: We modified the network model which was proposed in the theme a) to estimate the energy saving efficiency with the proposed new technologies. We examined the system feasibility as well as the energy consumption through comprehensive experiments using actual equipment. Introducing the experimental results to the network model, we figured out the proposed technologies could save the energy consumption by more than 30%.
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