Microsoft PowerPoint - 送付用_PREDICT成果発表会_ pptx[読み取り専用]

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りさことみもと
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1 総務省 ICT グリーンイノベーション推進事業 (PREDICT) リソースを最小化する動的ネットワーク制御システムによる再構成ネットワークの研究開発 ( ) 慶應義塾大学理工学部情報工学科山中直明研究室

ネットワーク機器の電力消費問題 TWh 60 % of Total 5 50 40 4 3 30 2 20 1 10 0 0 Forecast of the energy consumption for ICT equipment @2004.12-2005.3 Routers: 7.3 TWh Servers: 10.

2 ネットワーク機器の電力消費問題 TWh 60 % of Total Forecast of the energy consumption for ICT Routers: 7.3 TWh Servers: 10.3 TWh Routers: 13 TWh Others Hubs Routers Mainframes Middle Range Computers PC s for enterprises PC s for consumers Air-conditioning Mobile Fixed (Users) Fixed (Carriers) Source: Ministry of Internal Affairs and Communications (MIC) Japan 2012/10/02 Copyright 2012, Yamanaka Keio University Page 2

通信ネットワークの省エネ研究開発 MiDORi: Multi-(layer, path, and resources) Dynamically Optimized Routing ネットワーク的な省電力化 + 単体の省電力化によるルータ / スイッチネットワークの省電力化ルータ単体の省電力化

3 通信ネットワークの省エネ研究開発 MiDORi: Multi-(layer, path, and resources) Dynamically Optimized Routing ネットワーク的な省電力化 + 単体の省電力化によるルータ / スイッチネットワークの省電力化ルータ単体の省電力化ネットワーク的な省電力化 LSI の省電力化コンポーネントの省電力化直流給電による省電力化仮想化による省電力化一般的な取組トポロジー変更ポート遮断による省電力化リンク電源 OFF 提案する取組 2012/10/02 Copyright 2012, Yamanaka Keio University Page 3

4 自己組織化ネットワーク MiDORi の概要ネットワークの自律制御により効率的に消費電力を抑制データ量の変動を考慮し, ネットワークを最適化 ( 自己組織化 ) ブロードバンドサービス契約者の時間帯別通信データ変化データ量が多いとき Normalized traffic 通信データ量は 0.3 倍全ネットワーク機器を稼動 time データ量が少ないとき自律的に制御データ量の少ない時間帯は 1 データ ( トラヒック ) の集約 2 自動的にネットワーク機器の電源を off 一部の機器の電源を切って稼動省エネを実現消費エネルギー 20% 以上の削減を目指す 2012/10/02 Copyright 2012, Yamanaka Keio University Page 4

5 MiDORi Network System 構成と成果 Path NW 管理トラヒックデータ経路計算エンジン (PCE) 経路計算アルゴリズム A 経路計算アルゴリズム B 経路計算アルゴリズム C MiDORi PCE プラットフォーム + 各種経路計算アルゴリズム Control-plane MiDORi GMPLS インタフェイスを定義することで各機能を自由に入れ替え可能 Data-plane MiDORi Ethernet Switch 光スイッチ網 NW を自動的に消費電力最適化するシステムを実証したのは世界初! 2012/10/02 Copyright 2012, Yamanaka Keio University Page 5

研究成果概要準リアルタイム制御を目指した P2P 型パス収容設計故障対応型パス収容設計 P2MP

収容設計アルゴリズムのルネサスエレクトロニクス社 STP への実装 STP MiDORi GMPLS

慶應大学サイトよりフリーソフトウェアとして公開 (9 カ国 21 組織が利用 ) 2.

IETF/ISOCORE を通じた標準化提案高速計算エンジンの開発と応用 (3)

実機プロトタイプによる実証実験 MiDORi PCE MiDORi Network

( 株 ) オールグリーンネットワークスよりECO Layer2 Switch 外販 2.

富士通 ( 株 ) への影響データセンタネットワークへの適用アラクサラネットワークス国際会議 (

6 研究成果概要準リアルタイム制御を目指した P2P 型パス収容設計故障対応型パス収容設計 P2MP 型パス収容設計 (1) 収容設計アルゴリズムの開発 (2) 収容設計アルゴリズムのルネサスエレクトロニクス社 STP への実装 STP MiDORi GMPLS リモートパワーオフプロトコルの標準化 MiDORi GMPLS の普及活動 1. 慶應大学サイトよりフリーソフトウェアとして公開 (9 カ国 21 組織が利用 ) 2. ( 株 ) オールグリーンネットワークスより GMPLS Adapter BOX mini 外販 3. IETF/ISOCORE を通じた標準化提案高速計算エンジンの開発と応用 (3) 制御プロトコルの開発と標準化プロトタイプ実験による省電力化 24% の実演 (4) 実機プロトタイプによる実証実験 MiDORi PCE MiDORi Network Equipment 省電力レイヤ 2 システムの切り出し 1. ( 株 ) オールグリーンネットワークスよりECO Layer2 Switch 外販 2. アラクサラネットワーク ( 株 ) への適用 3. 富士通 ( 株 ) への影響データセンタネットワークへの適用アラクサラネットワークス国際会議 ( 株 ) のAX6700 AX2400 MPLS2011@Washington D.C. に対する適用性確認 USAでの公開実験日経産業新聞 2011 年 1 月 16 日 2012/10/02 Copyright 2012, Yamanaka Keio University Page 6

7 研究成果の技術的特徴 (1) 収容設計アルゴリズム MiDORi のスタートとほぼ同時に世界中で研究開始最小リンク数で構成されるトポロジー発見問題整数線形計画法による最適値探索 O(2 L ) 計算時間が膨大なため (NP 困難 ) スケーラビリティ無 IP ルータ網での事前設計へ適用ダイナミックな運用はルーティング変更を伴い困難 MiDORi のアプローチパス経路の最適収容による最小リンクトポロジー発見 IP ルータ網でもルーティング変更無準最適化によるダイナミック運用 O(L 3 ) 目標 :10 秒で 128 リンク網 ( 約 50 ノード ) 40 CPU Core 又は STP 4 並列程度で実現可能最大 40% のリンク削減 ( トポロジートラヒック依存 ) France Telecom ParisTech 連携慶應大学山中研究室 L: リンク数 2012/10/02 Copyright 2012, Yamanaka Keio University Page 7

8 Depth k search algorithm ヒューリスティックなアルゴリズムの叩き台として内外で参照リンクをk リンク数 : l 本ずつ削減するヒューリスティックなアプローチ削減するリンクを最大リンク使用率 r (r < 1.0) が最小になるように選択することで, ネットワーク性能を維持 k=1の場合 < 計算量 : O( l 2 ) > l 通り l 1 l 2 通り通り最大リンク使用率 : ネットワーク内でトラヒック量が最も多いリンクの使用率 2012/10/02 Copyright 2012, Yamanaka Keio University Page 8

研究成果の技術的特徴 (2) 制御プロトコル Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS)

Adaptor Box として製品化 Ethernet スイッチ光スイッチ等を制御可能アラクサラネットワークス ( 株 )

Laboratory of Photonic Networks 等と共同提案に向けた議論を継続提案ドラフトが Energy Efficient

9 研究成果の技術的特徴 (2) 制御プロトコル Generalized Multi-Protocol Label Switching (GMPLS) の適用シグナリングルーティング隣接発見開発したプロトコルのサンプルソフトウェアを公開 9 カ国 21 組織がダウンロードして使用 GMPLS Adaptor Box として製品化 Ethernet スイッチ光スイッチ等を制御可能アラクサラネットワークス ( 株 ) 社製スイッチでの稼働実績有 IETF への標準化提案イタリアのScuola Superiore Sant Anna CNIT National Laboratory of Photonic Networks 等と共同提案に向けた議論を継続提案ドラフトが Energy Efficient Internet Framework で参照 2012/10/02 Copyright 2012, Yamanaka Keio University Page 9

10 MiDORi GMPLS OSPF 拡張 MiDORi TEによるリンク電源 OFFと非動作故障によるリンク断を区別して取り扱う. 新たなLink Statusとして power off by MiDORi TE を追加. 物理リンクは Down, 論理リンク (TE リンク ) は Up だが,Power off status にあるため, 通常の経路計算では不使用. 緊急時には, 利用可能. TE Link (Up) TE Link (Up/power off) Physical Link (Up) リンク電源 ON 時の Link 状態 Physical Link (Down/power off) リンク電源 OFF 時の Link 状態 2012/10/02 Copyright 2012, Yamanaka Keio University Page 10

11 研究成果の技術的特徴 (3) 制御プロトコル連動機器の開発プロトタイプとして MiDORi Ethernet Switch を開発 8 /16 port Gigabit Ethernet Switch Port 毎の電力 ON/OFF (1.4W / port) 4 port 毎の Switch モジュール電力 ON/OFF (15W / module) ネットワーク全体で 6~24% の削減を実証アラクサラネットワークス ( 株 ) と共同実験 VLAN 単位のトラヒックモニタ富士通 ( 株 ) 製機器 (Interop2012 参考出展 ) で利用可能に ( 株 ) オールグリーンネットワークより Eco Layer2 Switch として外販 AlaxalA SW 2012/10/02 Copyright 2012, Yamanaka Keio University Page 11

12 MiDORi Ethernet Switch の要求条件 1 ポート単位のインタフェイス電力のON/OFF 制御 (M) 2 ポート単位, パス単位 ( イーサネットではVLAN) のトラヒックモニタ (M) 3 スイッチ機能の部分停止 (O) 4 消費電力の見える化 (O) 5 遠隔管理制御 (M) 6 GMPLS, OpenFlow 等に対応した制御プロトコル (O) M: 必須,O: オプション 2012/10/02 Copyright 2012, Yamanaka Keio University Page 12

MiDORi Ethernet Switch (8 ポート版 ) 外観制御部 : 最大 6.8 W, 最大消費電力 : 68.

14 1 2 PCE において, トポロジを計算トラヒック量の監視, 管理システムへ情報を送信 : Traffic Generater (Smart Bit) 管理システム /MiDORi PCE MiDORi Network の実証デモンストレーション MiDORi GMPLS コントロールプレーンデータプレーン管理システム /MiDORi PCE 3 パスの再設定 4 電源の On/Offを切り替え AlaxalA SW MiDORi SW 2012/10/02 Copyright 2012, Yamanaka Keio University Page 14

Port 電力 ON/OFF のみ使用実証デモ @ipop2011 Kawasaki 19.

15 Port 電力 ON/OFF のみ使用 Kawasaki 19.6W / 全体 350W = 6% 弱 Traffic load : LOW Traffic load : HIGH Use 26 ports Use 32 ports 19.6 Use all port (40 ports) /10/02 Copyright 2012, Yamanaka Keio University Page 15

switchboard power can turn OFF! Port ON Port OFF Reduce 1.

16 Washington D.C. USA Port 電力 ON/OFF と Switch 部の ON/OFF を併用 62W / 全体 260W = 24% MiDORi PCE Layer-2 switches MiDORi PCE Traffic Generators TELNET/TCP/IP Path reconfigure with RSVP Port power ON/OFF with LMP When all 4 ports are OFF, switchboard power can turn OFF! Port ON Port OFF Reduce 1.4W 260W Board OFF Reduce 18W 24% power reduction 198W : Layer-2 switch : Smart Bit 2012/10/02 Copyright 2012, Yamanaka Keio University Page 16

17 まとめ MiDORi Network として自律的にトラヒック状況に応じて最適パス経路計算を行って自動的にリンクの On/Off を実現するシステムをレイヤ - 化して世界で初めて実証 MiDORi PCE ( 経路計算アルゴリズム ) MiDORi GMPLS ( 制御プロトコル ) MiDORi Switch ( ポート / モジュール電力可制御機器 ) 実証実験において 6% から 24% の電力削減を実現これらの研究成果をオープンソース企業への展開外販標準化国際実証実験国際連携を通して普及を目指す市販製品に適用することで最大 30% 以上の電力削減が期待される 1 日平均で =22.5% の電力削減を期待 2020 年で 50 億 kwh/ 年 2030 年で 72 億 kwh/ 年の電力削減を見込む 2012/10/02 Copyright 2012, Yamanaka Keio University Page 18

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<4D F736F F F696E74202D2082AF82A282CD82F182C C94AD955C8E9197BF2E707074> けいはんな情報通信オープンラボシンポジウム 2004 最新の光ネットワークプロコトル技術 - 相互接続性検証 WG の活動から - 株式会社 KDDI 研究所大谷朋広平成 16 年 10 月 28 日発表内容! 光ネットワークプロトコル " GMPLS とは? " ネットワークモデル! 標準 GMPLS 相互接続性検証 PJ " 背景 " 検証結果 " 今後の課題! キャリア間接続論理インタフェイス開発検証