学生番号
論文題目

雄貴

はじめに

図 1: 動的データ転送移行
10000

no shift
E-fthresh:1
fthresh:1

Isw [sec]

1000

100

150
10050010300 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.44050607080

90 100 110 120

idle time[sec]Td1 (wait time)[msec]

図 3: アイドル時間分布

図 4: R2 − R3 間リンクの省電力性能

250

0.125

no shift
E-fthresh:1
fthresh:1
Tave [sec]200
150
100E-fthresh:2
fthresh:20.10.075

50
00.05
304050607080

90 100 110 120

Td1 (wait time)[msec]

動的データ転送移行手法

図 2: ネットワークトポロジ
250

no shiftshift200# of idle time

近年, コンピュータネットワークの発展・普及により, 企業や個人のインターネット利用が急激に増加している. それに伴い, ネットワーク機器が占める消費電力量は急激に増加しているため, 機器の省電力化が課題である.
これまで, ネットワーク機器の省電力化手法として，LAN スイッチ/ルータのポート転送速度の動的制御が提案されている.
この手法は，ポート転送速度を低く切り替えることで, 省電力効果を得る手法であるが, TCP トラヒックに適用した場合, そのフロー制御機構によりパケットロスや輻輳が生じ，転送性能が劣化する恐れがある. そのため，データ転送されていない時間 (アイドル時間) に着目し，アイドル時間にポート転送速度の切替を行う必要がある. この際, 切替には数十 [msec] 要する
ため, それより大きなアイドル時間が制御対象となる. 先行研究
では,TCP フローの集約リンク省電力化のために, コネクション確立後のセグメント転送を遅延する移行手法が提案されているが, 異なる RT T を有する送受信ノードが混在するトポロジでの有効性は不明である.
本研究では, 多段ネットワークにおける手法の省電力・転送性能評価を通して効果的な転送移行方式を検討する.

2有馬

多段ネットワーク環境における TCP データ転送移行による省電力制御方式に関する性能評価

Isw [sec]

1電子情報工学科 (川原研究室)
09232004
氏名30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Td1 (wait time)[msec]

図 5: R1 − R2 間リンクの省電力性能 図 6: 2 ホップノードの転送移行時間

TCP 基本機構である 3 ウェイハンドシェークに着目し，コネ 5 シミュレーション結果と考察
クション確立後のデータ転送について一定時間 Td [msec] 移行 5.1 R2 − R3 間 (1 ホップ) リンクにおける性能させることで，データ転送移行を実現する．対象リンク R2 −R3
ノードペア数n=5(n1 = 3,n2 = 2) において, １ホップノーの収容 TCP フロー数に関する値 f thresh と比較し，新規フ ド移行時間 Td1 = 40,2 ホップノード移行時間 Td2 = 20, 閾値
ロー確立時に収容フロー数が閾値 f thresh 以下の場合に実行す f thresh = 1 の場合の R2 − R3 間リンクのアイドル時間分布る (図 1 参照). これにより，アイドル時間を集約し，ポート転 を図 3 に示す. 無移行時のアイドル時間のピークは RT T1 と送速度を切替可能な時間を増加させることで省電力化を図る． RT T2 の 2 つの値付近に存在することがわかる. ノード間 RT Tの値に応じた異なる移行時間の設定により, 各ピーク RT T1 +2.1 既存方式 (図中 00 f thresh00 )制御対象リンクを経由する TCP フローの RT T /経由ルー Td1 ,RT T2 + Td2 を切替時間 Tch 以上の 60[msec] に移行できるため, 改善方式の効果が期待される.
タ数に関わらず条件を満たす場合 Td 移行する.
図 4 に R2 − R3 間リンクの省電力性能を示す. 横軸は 1 ホッ0000
2.2 改善方式 (図中 E − f thresh )プノードの移行時間 Td1 で, 改善方式における 2 ホップノード
TCP フローの経由ルータ数 m に応じて各送信ノードは 移行時間 Td2 = Td1 − 20[msec] と異なる値を改善し, 既存方式Td(m−1) 移行する.
においては Td2 = Td1 (= Td ) とする. なお両方式とも移行閾値
f thresh = 1 とする. この図から, 改善方式において Td1 ≥ 40
3 シミュレーションモデルとすることで既存方式より有効であることがわかる. これは, 既NS-2(Network-Simulation Ver.2) によるシミュレーション 存方式に比べ移行時間 Td2 が小さく, 収容フロー数の増加が抑を行う．ネットワークトポロジは，図 2 のような n 対 n(1 ホッ 制され, 移行回数が増加するためである. また, 既存方式においプノード数:n1 ,2 ホップノード数:n2 ,n = n1 +n2 ) の送受信ノー ては,Td ≥ 40 で両ホップノードフローのアイドル時間を Tch
ドをルータ 3 台で接続した多段トポロジで，各送受信ノード間 以上に移行するが, その状況においても改善方式が効果的であに TCP フローを確立し,1 セグメント (サイズ 1500[Byte]) 送 ることは注目に値する.
信する. なお, フローの発生間隔は指数分布に従うものとする. リ 5.2 R1 − R2 間 (2 ホップ) リンクにおける性能
ンク帯域幅 100[M bps]，バッファサイズ 10[pkts], 送信フロー数
図 5 に R1 − R2 間リンクの省電力性能を示す. この図か1000[本]，平均フロー発生間隔 1.0[sec]，1 ホップ往復遅延時間 ら,R1 − R2 間リンクを省電力対象とした転送以降を行っていRT T1 = 0.20[msec]，2 ホップ往復遅延時間 RT T2 = 40[msec] ないにも関わらず,Td2 ≥ 60 において改善効果がみられることとする．このような多段ネットワーク環境における動的データ がわかる.
転送移行手法の性能評価を行う．
f thresh = 2 の場合の 2 ホップノードフローの転送性能 Taveを図 6 に示す. 改善方式において, 転送性能の大幅な向上がみ
4 評価指標られる. これは既存方式に比べ移行時間 Td2 を低く設定してい転送速度切替に要する時間 (以降切替時間)Tch [msec] より大 るためである. このことから,RT T が異なる環境下において, 改きなアイドル時間の総和を転送速度切替可能状態時間 Tsw [sec] 善方式は転送性能向上に有効であることがわかる.とし, 省電力性能と転送性能を以下のように定義する.
6 まとめ
本研究では, 多段ネットワーク環境における動的データ転送• 省電力性能：切替可能状態時間の増加量
移行手法の有効性の評価と, 経由ノード数/RT T に応じて移行
Isw [sec] = (転送移行時の Tsw ) − (無移行時の Tsw )時間を変更する方式を検討した. その結果, 移行時間を変更しアイドル時間を集約することで, 省電力性能を維持しつつ転送• 転送性能:各フローの平均転送終了時間 Tave [sec]性能が向上できることを明らかにした.
なお，切替時間 Tch = 50[msec] とする．

C6-3