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1 第 5 回 NV 研究会発表資料 ネットワーク仮想化を利 した分散データ交換基盤におけるアクティブキャッシュ技術の提案 株式会社富 通上野仁 宮宏 郎阿 留健 次 背景 多くの M2M システムは, 個別に最適設計 運 されており, 相互に繋げない. 分散データ交換基盤の提案 複数のM2Mシステムを連携させる基盤. 利 例と提供機能 システムと, システムの連携. アクティブキャッシュ : ユーザの 場検知を利 して, ユーザ近くのデバイスに広告データを事前配備する. ネットワーク仮想化を利 した分散データ交換基盤の実現検討 NW 仮想化が提供するリソースアイソレート機能に着 し, 実現. アイソレートされた複数のサービス間でどのようにイベントを通知させるか ( アクティブキャッシュにとって最適か ), 机上検討の結果を紹介する. 1

2 背景 M2Mシステムの適 分野の広がり, 膨 なデータを収集 多くのデータから有益な情報や法則を つける 動解析技術の発展 例 ) 分及び他 の購買履歴から, お勧め商品を提 する, など. 様々な M2M システムと 動解析技術を組み合わせ, 活を安, 快適にするシステムの登場が期待されている. 購買管理 動解析 配信 しかし, 個別最適に作られた M2M が多い 相互に組み合わせる事は難しい. 2 提案システム 分散データ交換基盤 あるM2Mシステム内でやりとりされるデータ ( メッセージ ) を別のM2Mシステムにも渡せるようにする基盤 構成要素 メッセージ処理ゲートウェイ () コントローラ データ交換 (DX) マネージャ 動解析 配信 購買管理 分散データ交換基盤 DX Manager Controler JSON XML JSON : Message Processing GW JSON: JavaScript Object Notation 3

3 分散データ交換基盤機能アーキイメージ は Linux ベースの NW アプライアンス メッセージの処理を必要に応じてアドオン可能 Controller アドオン データ最適配備制御機能 アクセスイベントデータ アドオン配備設定 データ配備設定 NW 構成データ アクセスイベント収集 設定配布機能 フィールド データセンタ センサ 端末 フォーマット変換 & 通知アドオン JSON メッセージプラットフォーム JSON XML 広告表 4 想定利 シーン ( 例 ) 場センサーシステムとデータ配信システムを連携 ユーザの 動 ( 場場所 ) に応じたデータを提供 動解析 配信 購買管理 2 配信データを状況に応じ, リアルタイムに選択 1 3 ユーザが来たら選択済のデータを取りにいく 南 北 2F レジ 移動 ユーザ端末 ➃ 北 から お惣菜広告南 から 翌 イベント 5

4 基本課題 ( 要件 ) データの取得に時間がかかる. 動画データのサイズは きくなる傾向 ( 数 数 Mbyte) 問題の例 データセンタ 動解析 配信 配信データを状況に応じ購買管理, リアルタイムに選択 多くのユーザは数秒で離れる. 配信が終わらないうちに離れてしまうことが起きる 6 解決の考え : アクティブキャッシュ ユーザの 場検知をトリガーに, データを予め配る. しかし, 複数の表 装置に配るのは NW コスト. をフィールドの近くに分散配備し, ユーザの移動先エリアの に予め配ることで, 応答時間を短縮させる. ユーザの移動先を過去ログから推定 配信データをリアルタイムに選択 事前設定 ユーザの移動先 の ID Controller 1 1 場検知 ( ユーザ ID 通知 ) 2 サービス間イベント + 移動先 -ID 4 移動 2 3 配信 5 ユーザ ID をキーに配信データ取得 レスポンス早い! 7

5 基本アクティブキャッシュ 式における技術課題 1 全てのサービス間イベントを届けることによるセンタサーバの過負荷 2 予想外れ時のNW 記憶リソースの浪費 例 ) 都圏の駅ピーク時に数 10 万イベント / 秒 データセンタ 1 センタサーバへのアクセスを減らしたい 2 サービス間イベント + 移動先 の ID 3 配信 2 リソースの消費を減らしたい ユーザ ID 通知 4 移動 5 取得 退出 8 課題 1( センタサーバ負荷 ) の解決 式 (a) サービス間イベントを, 移動先のエッジに直接通知させる. センタに集中していたイベントを複数のに分散 (b) 当該ユーザ向けのコンテンツを持っていない場合に限りセンタサーバから取得するように拡張 事前設定ユーザに せるコンテンツグループの ID センタサーバのアクセス減少 事前設定 ユーザの移動先 ユーザに せるコンテンツグループの ID Controller 1 1 ユーザ ID 通知 2 サービス間イベント + ユーザ ID 4 移動 コンテンツが無い場合, コンテンツグループ ID をキーに事前取得 3 5 ユーザ ID をキーに配信データ取得 レスポンス早い!

6 課題 2( 予想外れによるリソース消費 ) の解決 式 ( 予想精度を上げるのでなく, イベント処理を 夫する 向で解決 ) 複数のユーザが同 のコンテンツを るケースが多いことに着 同 コンテンツ 1 つにつき, 格納エッジ が 1 つになるようにした. コンテンツ毎に, それを るユーザが最 となる移動先の を選ぶ. イベントを 定時間保持した後にまとめて処理するように拡張. 2 応答時間の期待値が最 となる を選び, 通知 3 データ X が 2 にあることを通知 1 イベントを 定時間保持 ( ここを通ったら ) データ X を せるユーザ群 移動 A B C B C 10 A ずに退出しても A 他ユーザ B,C が るので, 配信は無駄にならない 計算機シミュレーションによる評価 確認したい事 提案した拡張アクティブキャッシュ 式の効果 センターサーバのアクセス集中がどの程度削減できているか. 基本要件である ユーザへの応答時間 が悪化してはいないか. 評価項 1) センタサーバのアクセス頻度 提案 式の が少なければよい. 2) 平均応答時間 基本 式との差が さければよい. 11

7 シミュレーション条件 配備対象データ : ユーザが参照する ( 共有度 の ) データ : ユーザが参照する ( 共有度 の ) データ :10000 サイズは,100, 75, 50, 25(MB) ユーザアクセスモデル 場ユーザの 75% がデータを取得 のデータ廃棄ポリシー FIFO(First in First out) ネットワークモデル 動解析技術が進むと, 特定のグループ向けの ( 共有度が の ) データの が多くなる, と想定 Area 間 NW センタサーバ 10M Controller Controller Controller 80M 1 Area1 2 Area2 40M 10 Area10 12 評価 1: センタサーバへのアクセス頻度 提案 ( 間でのイベント通知の実施 ) により, 基本 式に べてセンターサーバへのアクセス頻度を 幅に削減できることが分かった. 1つのデータにつき1つのを選ぶようにした効果が きい. 従来は, 同 データを複数のに配信していた. エッジ エッジ の記憶容量 (%) 13

8 評価 2: 平均応答時間 提案 ( まとめて配備 ) を利 しても, 従来とほぼ同じ時間で応答 原理的には, 間をまたぐアクセスが発 するため応答時間は悪化する. 分析 : コンテンツをまとめて配備することで, より多くのコンテンツが配備できるようになった結果, ヒット率が向上. これが応答時間の悪化をカバーした. エッジ エッジ ここの時間 14 シミュレーションによる評価結果 確認した事 提案した拡張アクティブキャッシュ 式の効果 センターサーバのアクセス集中がどの程度削減できているか % 程度削減された. 基本要件である ユーザへの応答時間 が悪化してはいないか. ほぼ同じ時間で応答できている. 提案機能を導 することで, 応答時間を悪化させることなく, センターサーバへのアクセス集中を回避することが可能になる. 15

9 次 背景 多くの M2M システムは, 個別に最適設計 運 されており, 相互に繋げない. 分散データ交換基盤の提案 複数のM2Mシステムを連携させる基盤. 利 例と機能 システムと, システムの連携. アクティブキャッシュ : ユーザの 場検知を利 して, ユーザ近くのデバイスに広告データを事前配備する. ネットワーク仮想化を利 した分散データ交換基盤の実現検討 NW 仮想化が提供するリソースアイソレート機能に着 し, 実現. アイソレートされた複数のサービス間でどのようにイベントを通知させるか ( アクティブキャッシュにとって最適か ), 机上検討の結果を紹介する. 16 分散データ交換基盤へのネットワーク仮想化適 モチベーション 前述のアクティブキャッシュのシミュレーションは,NW が常に想定スループットで通信できるという理想モデルで応答時間を算出している. イベント送信時間 : 定, コンテンツ配信時間 : サイズ / 想定スループット しかし実際には,NW 内を多数のサービス間イベントが流れるため, コンテンツ配信時間が くなる ( アクティブキャッシュの効果が出ない ) 等の影響を受ける可能性がある. ネットワーク仮想化を使ってサービス間イベントの影響を回避できないか. サービス間イベント システム スライス システム スライス 17

10 前提としている NW 仮想化基盤の構成イメージ 実ネットワーク 仮想ネットワーク 仮想ネットワーク (SliceA) 実ネットワーク スライス別に個別のアプリケーションが配備可能 仮想ネットワーク (SliceB) 仮想ネットワーク (SliceC) 利 者端末 AGW 実ネット / 仮想ネット間の変換 中継 ネットワーク仮想化基盤 ( 物理ネットワーク ) 仮想化ノード 18 仮想化ノード AGW 実ネット / 仮想ネット間の変換 中継 サーバ ネットワーク仮想化技術の利 形態と着 課題 想定利 形態 M2M システム毎にスライスを 意して個別に稼働させる. システム相互の影響を回避 / 他システムの考慮を不要にしたいため. ( ソフト ) を仮想ノード上, 各スライスに配備. 着 課題 アクティブキャッシュの実施には, サービス間イベントの送受信, すなわち, アイソレートしたはずのスライス間での通信が必要. どう実現すればよいか? 点線は つの仮想化ノード サービス間イベント は仮想化ノード上のプログラムとして稼働 19

11 サービス間イベントの送受信 式案 きく分けて 2 つの 法が考えられる. 案 1) イベント送信 のリンクを 間で構築する. 間を密に接続する (P2P 型 ) 案 2) イベントを送受信するスライスを新たに設ける. 間を疎に接続する (Federation 型 ) 案 1 P2P 型 案 2 Federation 型 システム スライス 映像配信システム スライス Federation スライス 20 2 式の分析 較 観点 : アクティブキャッシュの要件に, よりフィットするアーキはどちらか? アクティブキャッシュの要件 ( サービス間イベントの特性 ) イベント送受信先 : 他の は全て送信先候補である. イベント数 : 多数さばく必要がある ( 例では最 10 万イベント /1 拠点 ). リアルタイム性 : 即座に 的の に到達しなくてもよい. 要件 P2P 型 Federation 型 送信先 数とイベント数 リアルタイム性 接続先は 数の数に 例して増える. その結果, イベントが増えるに従い, 送信側のスライス (VM) におけるイベントの送信先決定にかかる負荷が くなる. が増えても, イベントの送信先は Federation のノードのみ. つまり, 送信先決定処理そのものが不要. 直接接続なので,Federation Federation のノードを複数型に べ短時間でに届く. 経由する分, 送信に時間がかかる. 両 必要ではあるが, 数及び, 特にイベント数の増加に対応可能な点で Federation 型の がよりアクティブキャッシュにフィットすると考えられる. 21

12 おわりに ネットワーク仮想化技術を利 した分散データ交換基盤システムの実現アーキテクチャを提案した. M2M システムごとに, その特性に応じてスライスを設計し割り当てる. アクティブキャッシュのための別スライス上にある とのサービス間イベントの送受信は, 別途 Federation スライスを定義し, そこを経由させることでスケールアウトを実現できる 込み. 今後, 上記の検証及び実 化に向けた機能強化を う必要がある. 速化 ( イベント転送スループットの向上 ) 最適な配信経路の設計 セキュリティ対策 ( 安全に他のスライス間とデータ交換できるようにする ) 信頼性 ( 故障時のバックアップ, 復旧 ) Etc Acknowledgement この研究の 部は, 独 政法 情報通信研究機構 (NICT) の委託研究として実施しました Copyright 2010 FUJITSU LIMITED

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