情報オープンイノベーションを可能とするサービス指向ルータを基盤とした価値創造ネットワークの研究開発 について 1. 研究開発の目標本研究では,(i) サービス指向ルータ (Service-oriented Router: SoR) を提案し,(ii) SoR による新世代ネットワークがもたらす価値創

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1 情報オープンイノベーションを可能とするサービス指向ルータを基盤とした価値創造ネットワークの研究開発 について 1. 研究開発の目標本研究では,(i) サービス指向ルータ (Service-oriented Router: SoR) を提案し,(ii) SoR による新世代ネットワークがもたらす価値創造の仕組みと, その価値を定量的に示し,(iii) SoR の基本アーキテクチャ, さらには SoR を中心に据えた新世代ネットワークアーキテクチャを構築することを目的とする. 2. 研究開発の背景ルータやスイッチが根とワーク 4 要素 ( 情報の発信 受信 検索 共有 ) に積極的にかかわり 単純なスループット競争ではなく ルータという立地を生かした高度な機能を提供するとともに 各種サービスを提供することで様々な問題を解決することがもとめられている 情報の価値は増大し,XML, Microformats など machine-readable なトラフィックが増大しているとともに P2P トラフィックも増大している このような現状において, 既存検索エンジンでは取得の難しい情報をルータから提供し, パケット解析能力を強化して情報のサービスへの提供を行うことがもとめられている. 3. 研究開発の概要と期待される効果現在のネットワークに存在する各種問題を新世代ネットワークにおいて解決する. 例えば, ネットワーク中立性問題 物理トポロジを無視した仮想ネットワーク 異種サービス間情報共有, 新しい検索サービス コンテンツベース CDN, 実時間サービスの提供 エンドホストワークロードのオフロードといった問題を一度に解決する. また, 本成果を発展させ, 日欧で FP7-ICT に共同研究申請中など国際連携を深めていく予定である. サービス指向ルータが, ネットワークトラフィックに含まれる豊富なリアルタイム情報を, 収集, 格納する API を提供する. ユーザはこの API を通して, より上位のアプリケーション, サービスを展開できるようになる. 結果として, 情報オープンイノベーションが可能となる. SoR への宣言的問合せ処理系開発による左記サービス実装 ( 筑波大 ) INSERT INTO Alice_DATA SELECT (DST_IP) FROM eth0 WHERE PAYLOAD REGEXP /Alice/ LogicBench を用いたルータ実装 ( 日立 JTE) サービス利用者 SoR を用いた価値創造を持続的に促す新世代ネットワーク SoR コア技術 : データ抽出 格納モジュール SoR アーキテクチャ Gbps セレクション実現 ( 慶大 ) 3 ポート FPGA / PC ルータ 受信フレーム解析 正規表現処理 ソフトウェアインタフェース インタフェース制御部 インサーション処理 バッファメモリ 10Gbps 学術情報ネットワーク環境でのコンテンツ抽出評価 ( 国情研 ) 4. 研究開発の期間および体制 平成 22 年度 (1 年間 ) 慶應義塾大学, 株式会社日立情報通信エンジニアリング, 筑波大学, 国立情報学研究所

2 情報オープンイノベーションを可能とするサービス指向ルータを基盤とした価値創造ネットワークの研究開発 に関する主な研究開発成果 (1) 課題ア -1: サービス指向ルータ シミュレータ開発 課題ア -2: サービス指向ルータにおける MS 処理支援ハードウェアエンジン設計 メモリ転送スループットを含む, 各種インデックス作成手法による評価を行い,10Gbps スループットが達成可能であることを示した. Network Throughput(Gbps) インデックス構造 On-chip Memory Off-chip Memory case1 case2 case1 case2 逐次インデックス ID 別インデックス 階層管理インデックス 課題ア -3: 正規表現処理エンジン設計 Stream Input Adopter 新しいセグメント獲得 Read address bus FreelistHead Index Cache インデックス作成 Register File FreelistTail Write address bus Index Memory GPR IM メモリへのデータ転送 address bus from REGEXP Engine FIFO FIFO Selector (Header Check) Data Cache Main Selector daata bus Main Memory (IM Memory) 課題ア -4: 簡易 API の設計 実装 仮想 Ether ポートを実装し バックエンドで PCI Express との PIO および DMA を通して FPGA によるサービス指向ルータハードウェアエミュレータとアクセスする. 従来のアプリケーションに対して, まったく手を入れずに FPGA 内部ロジックを利用できる. FPGA ボードのポート数不足を解消するとともに, より高い柔軟性を提供する. ホスト PC におけるネットワークプロセスワークロードのオフロード先として FPGA を容易に利用できる.

3 情報オープンイノベーションを可能とするサービス指向ルータを基盤とした価値創造ネットワークの研究開発 に関する主な研究開発成果 (2) 課題イ -1: サービス指向ルータシミュレータ エミュレータのハードウェア化技術 論理検証プラットフォームである Logic Bench 上にサービス指向ルータエミュレータのプロトタイプ論理をハードウェア化し実装した. 同プロトタイプ論理に PCIe/ イーサネットを追加し実環境での検証が可能なハードウェア構成とした. バス構成含め 1Gbit/s のフルワイヤー動作可能な論理構成とした. 課題イ -2: サービス指向ルータ シミュレータを用いたテストベッド システム開発 サービス指向ルータエミュレータを制御する Linux ソフトウェアドライバを製作し, システムとして実運用環境で検証可能なテストベッドを開発した. 実際のイーサネット受信, ホスト PC との DMA 動作を検証し,1Gbit/s のフルワイヤー動作可能なシステムであることを確認した. 課題エ-1:SINET 環境などへの提供のためのサービス指向ルータ拡張 (1) 不正トラヒック 通信段などへの対応ガベージコレクタの実装 (2) 使用メモリ量の 1 桁以上の削減 Context Switch Information Table A *A1 *A2 B Position Info A Position Info B *B1 Position Info C C *C1 *C2 CSW State A CSW State B CSW State C TCP Reconstructer IP/Port Filter L7 Protocol Decoder String Extract Filter PostgreSQL Insertion Engine 課題エ -2:SINET 環境を利用したサービス指向ルータの評価 メモリ使用量 時間 実バックボーン環境でも安定動作 PostgreSQL 学術情報ネットワーク バックボーン環境でも開発手法で高々数 GB のメモリ量で動作

4 情報オープンイノベーションを可能とするサービス指向ルータを基盤とした価値創造ネットワークの研究開発 に関する主な研究開発成果 (3) 課題ウ -1: 計算モデルおよび最適化技法構築 評価環境構築 課題ウ -2: 単一マシン上でのストリームプロセッシングエンジン実装 評価 ストリーム to リレーション ストリーム リレーション to ストリーム Input adapter リレーション w リレーション to リレーション SPE σ σ σ SELECT * FROM eth0 WHERE payload REGEXP /Alice/ Output adapter ストリーム メモリ ( 低遅延 ) ディスク ( 高遅延 ) 問合せ処理 Database 実装 C++ サーバ フロントエンド ライブラリを整備 評価 ( 動作確認 ) 複数クエリ登録 複数ストリーム入力 課題ウ -3: 複数マシン上でのストリームプロセッシングエンジン実装 評価 TUPLE *dequeue(int qid); void enqueue(tuple *t); 課題ウ -4: 実ルータ上での運用ならびに成果発表 運用 複数拠点でパケット採取 問合せを検討 ウィンドウ結合の重要性を認識 FPGAで実装 成果発表 : 研究会報告 4 件

5 情報オープンイノベーションを可能とするサービス指向ルータを基盤とした価値創造ネットワークの研究開発 に関する外部発表 研究論文国際会議予稿収録論文一般高等発表展示会 関連する内容で,SLDM 優秀論文発表賞を受賞 研究内容紹介 web ページと SLIMβ バージョン公開ソフトウエアシミュレータ SLIM の β バージョンの公開を開始予定 ( 平成 23 年 3 月 17 日 ) 現在専用サイトを準備中!! postgresql を利用した柔軟なセレクションを実現 選択的取得機能いにより, 統計処理, フィルタリング処理, 行動履歴解析, 各種サービス提供を低コストで利用可能 例えば quagga を上位アプリケーションとして組み合わせることでルーティングも可能 国際会議発表 Hardware Architecture for Supporting High-speed Database Insertion on Service-oriented Router for Future Internet (PDPTA 10) Regular Expression Processor embedded in Servicefriendly Router for Future Internet(MCSoC2010) Enhanced Patricia Tree with Reordeing and Fast Incremental and Decremental Update Functions(ICFIT2010) Effective Hash-based Filtering Architecture for Highthroughput Regular-expression Matching(ICFIT2010) EU-JAPAN 共同ワークショップ ( タンペレ ) 上記ワークショップで研究内容を紹介 4 件の共同研究オファー ( 最多 ) を頂いた 海外においてもトピックとして注目を得たとともに 研究成果を広くアピール 特に 様々なアプリケーションのホストとしてサービス指向ルータを利用しようというご提案を頂いた KEIO TECHNOMALL ルータクラウド ( 平成 22 年 12 月 1 日 ) インフラから提供するサービス基盤としてのルータクラウドに関する説明ブースを設営 慶應テクノモール 2010 にて動態デモ展示 FP7-ICT ( Risk Assessment of Process Integration in Dynamic, Federated Services ) に日欧で応募中 慶應テクノモール 2010 での展示デモ