学生番号
論文題目

1

電子情報工学科 (川原研究室)
10232019
氏名

川上秀太

省電力対象リンクの利用状況に基づく動的 TCP セグメント転送移行方式の性能評価

はじめに

100

1900.9800.8700.7

queue thresh 0
queue thresh 1
queue thresh 2
queue thresh 5
flow threshno thresh

Tave[sec]

Rsw[%]

近年，ブロードバンドサービスの発展，普及に伴いインターネットのトラヒック量は飛躍的に増加している．
それに伴い，ネットワーク機器も増設されているため，ネットワーク機器の省電力化が急務となっている．
LAN/スイッチルータの省電力化手法として，ポート転送速度の動的制御が提案されている．これは，各ポートの転送速度が低いほど消費電力が小さくなる特徴を利 図 1: 移行時間と省電力性能 (方式 1) 図 2: 移行時間と転送性能 (方式 1)
用し，到着トラヒックに応じて動的に転送速度を切り替える手法である．しかし，この手法を TCP トラヒックに適用した場合，その輻輳制御機構により転送性能が劣化してしまう恐れがある．そのため，セグメント転送の空き時間 (アイドル時間) に着目し，ポート転送速度を切り替えることで省電力化を行う必要がある．しかし，ポート転送速度切り替えには数十 [msec] を要するため，それ以上のアイドル時間を対象に省電力化を行う．
図 3: 移行時間と省電力性能 (方式 2)
図 4: rtt thresh の影響
これまで，アイドル時間の増加を目的として，ルータ収容フロー数やパケット到着率などの指標を用いてリン 4 シミュレーション結果と考察
ク利用状況を把握し，コネクション確立後の連続セグメ 4.1 方式 1：ルータキュー長に基づく動的転送移行
ント転送毎に強制移行する手法が有効であることが示さ
移行時間 Td =0〜100[msec]，queue thresh=0〜5[pkts]
れているが，本研究では移行判断に他の指標を用いた手 の省電力性能 Rsw を図 1，転送性能 Tave を図 2 に示す．
法について調査する．
Td =20[msec] で Rsw は増加し省電力効果を示すが，転送性能は Td に比例して劣化する．なお，queue thresh に
2 提案手法
転送移行にあたり，対象リンクの利用率が高い状況で よらず省電力性能が変わらないのは，リンク利用率 5[%]
転送移行をすると十分なアイドル時間の集約が行えず， の場合，平均的なキュー長はほぼ 0 であるためである．
さらに転送性能が劣化する．そのため，リンク利用率が 既存手法のルータ収容フロー数に基づく動的転送移行手低い状況を判断する必要がある．これまで，ルータ収容 法と比較すると，省電力性能と転送性能共に劣るため，フロー数などの情報からリンク利用状況を間接的に判断 判断指標としては不適当であるといえる．
しているが，それらは実際の利用状況と密接に関係して 4.2 方式 2：RTT に基づく動的転送移行いないため，ルータキュー長を利用した動的転送移行と， rtt thresh=0.1〜2.0[msec] の省電力性能を図 3 に示す．
ルータからの情報を用いずにリンク利用状況を判断する rtt thresh=0.4[msec] と 1.0[msec] の場合 Td =20[msec]で省電力効果があることがわかる．また，RTT ごとために RTT を利用した動的転送移行を提案する．の rtt thresh の違いによる省電力性能を図 4 に示す．
2.1 方式 1：ルータキュー長に基づく動的転送移行
RTT=20[msec]と 30[msec] の時 rtt thresh=0.4[msec]
対象リンクの接続ルータにおけるルータキュー長が閾で省電力性能が向上しその後ほぼ一定となっている．
値 queue thresh[pkts] 以下で転送移行を行う．
RTT=40[msec] と 50[msec] で省電力性能が rtt thresh に
2.2 方式 2：RTT(往復遅延時間) に基づく動的転送 よらず変化しないのは，RTT< T の場合，転送速度のch
移行切り替えが不可能だった期間が転送移行をすることで切RTT の最小値とセグメント転送から ACK 受信時の測 り替え可能となる時間の増加が省電力化へと繋がるが，定値の差が閾値 rtt thresh[msec] 以下で転送移行を行う． RTT> Tch だと転送移行をしなくても転送速度を切り替え可能であるため rtt thresh によらず省電力効果が変化
3 シミュレーションモデルしないと考えられる．既存手法と比較すると，rtt threshNS-2(Network Simulation Ver.2) を用い，ネットワー を適切な値にすることで T の変化による省電力効果はd
クトポロジは，n 対 n のダンベル型モデルを想定する．各 同じように変化するが，方式 1 と同じように省電力性能
リンク帯域幅 100[Mbps]，バッファサイズ 1000[pkts]，パ と転送性能は劣化する．しかし，実際に既存手法で利用ケットサイズ 1500[Byte]，ファイルサイズ 100[KByte]， 状況の判断をしようとするとデータ転送以外のトラヒッ
ノードペア数 10 ノード，各ノードの発生フロー数 100 本， クが発生し，転送性能が劣化する恐れがあるため，送信速度切り替え時間 Tch =30[msec]，RTT=20[msec]，リン ノードが自律的に利用率を判断できる点では本手法が優
ク利用率 5[%] を基本とする．評価指標として，省電力性 れているといえる．
能と転送性能を定義する．
5 まとめ
省電力対象ルータのキュー長や送信ノードにおける観• 省電力性能：
測 RTT による動的転送移行を提案し，有効性について調査をした．両手法について省電力化に有効な閾値について調査し，それぞれ閾値を適切な値に設定することで速度切り替え可能時間の総和 [sec]Rsw [%] =× 100 省電力化に有効であることがわかった．なお，方式 2 はシミュレーション時間 [sec]送信ノードが自律的に省電力対象リンクの利用率を判断できる点で優れていると考えられる．
605040flow thresh
queue thresh 0
queue thresh 1
queue thresh 2
queue thresh 5
no thresh

3020100102030800.20.1
0090 100

10090908080

70

70

60

605040flow thresh
rtt thresh 1.0[msec]
rtt thresh 0.4[msec]
rtt thresh 0.3[msec]
rtt thresh 0.2[msec]
no thresh

20
1000C-1

700.4

10030

• 転送性能：フローの平均転送終了時間 Tave [sec]40 50 60Td[msec]

0.50.3

Rsw[%]

Rsw[%]

00.6

10203040 50 60Td[msec]

7080

10203040 50 60Td[msec]

7080

90 100

RTT 50[msec]
RTT 40[msec]
RTT 30[msec]
RTT 20[msec]

50403020
1090 10000.0005
rtt thresh[msec]

0.001