学籍番号
論文題目

情報システム専攻 電子情報工学分野 (川原研究室)
11674032
氏名村上 慎NW 機器省電力化のための TCP セグメント転送移行によるリンクアイドル時間集約方式に関する研究

はじめに

1

1

10.9

0.9

0.8

0.8

0.7

0.7

0.7

0.6

0.6

0.5

0.5

ポートの転送速度が低いほど消費電力量が小さい特徴を利用し，到

0.4

0.4

0.3

0.3

0.3

着トラヒック量に応じて動的に転送速度を切替える手法である．し0.2

0.2

0.2

0.1

0.1

0.1

かし，この手法を TCP トラヒックに適用するとフロー制御機構に0Rsw
Tave0

より転送性能が劣化する恐れがあるため，転送の空き時間 (以後，

0.5
0.4

010 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Probability [%]00102030

40 50 60
Td [msec]

708090 100

図 1: 確率 P の影響 (方式 1) 図 2: Td と Tch の関係 (方式 1)

アイドル時間) に転送速度切替を行う必要がある．さらに，ポート

11fthresh=3
fthresh=2
fthresh=1
P=90%

転送速度の切替には数十 [msec] を要するため，ポート転送速度の0.9

切替時間 (以後，切替時間) 以上のアイドル時間が省電力化の対象と

0.7

0.7

0.6

0.6

0.8

0.5

0.5

0.4

0.4

対する連続セグメント転送移行手法を提案し，移行時間や移行条件

0.3

0.3

0.20.2が省電力性能と転送性能に及ぼす影響から有効性を明らかにする．

0.1

0.1

00

提案手法：連続セグメント転送移行手法

10203040 50 60
Td [msec]

708090 100

図 3: fthresh の影響 (方式 2)

アイドル時間増加を目的とした既存手法としてデータ転送移行fthresh
P=90%
P=0%

0.9

Rsw

Rsw

0.8

なる．本研究では，アイドル時間増加を目的とした TCP フローに2

Tch=30ms
Tch=50ms
Tch=70ms

0.6
Rsw

ルータのポート転送速度の動的制御が提案されている．これは各Rsw

ネットワーク機器の省電力化手法の一つとして，LAN スイッチ/0.8

Tave [sec]10.90102030link utilization [%]4050

図 4: 有効リンク利用率手法が提案されている．これは TCP コネクション確立後のデータ Tch =30[msec] では Td の値によらず Rsw はほぼ一定の値となる．
転送開始タイミングを強制的に遅延することで，リンクのアイド これは，無移行時においてアイドル時間の大半が既に Tch より大きル時間の集約を行う方式である．しかし，１コネクションが１セグ く，転送移行の効果が得られないためである．Tch =50[msec] の場
メントで構成される通信を想定した基礎評価であったため，大容量 合，Rsw は Td ≥ 20[msec] で増加する．これは，RT T = 40[msec]
ファイル (１コネクション複数セグメント) の通信ではその効果が 付近のアイドル時間分布のピークが 20[msec] 以上シフトして Tch不明である．そこで，大容量ファイルの通信に適応するため既存手 より大きな値となるためである．以上のことから，Tch =70[msec]法を拡張し，連続セグメント転送移行手法を提案する．TCP の送 の場合は，Rsw は Td ≥ 40[msec] で増加するが，その改善効果は信ノードは確認応答セグメントの受信を契機にウインドウサイズに 余り大きくない．
応じた連続データセグメントを転送するが，この転送時毎に判断ししたがって，切替時間 Tch と移行時間 Td に関してて一定時間 Td 遅延させる．なお，移行条件は以下を検討する．

RT T < Tch < RT T + Td

方式１: 確率 P による自律的な移行
方式２: 対象リンクの収容 TCP フロー数に閾値 fthresh を設定し，常時測定する収容 TCP フロー数が閾値以下の場合に移行(1)の場合に提案手法が有効であることが示される．

4.3

方式 2：フロー閾値 fthresh ，移行時間 Td の影響

リ ン ク 利 用 率 5[%] の 時 の ，方 式 1(P =90[%]) お よ び 方 式
2(fthresh = 1, 2, 3[本]) の Td に対する Rsw を図 3 に示す．方式
ネットワークトポロジは n 対 n の送受信ノードをルータ２台で 2 では Td によらず方式 1 よりも大きくなり，省電力性能が向上す接続したダンベル型を想定する．通信シナリオは各ノードペア間 る．なお，Td =10[msec] で fthresh =1 の時に，Td =20∼40[msec]で 100 個のファイル転送を行い，その発生間隔は指数分布に従う． で fthresh =2 の時に Rsw は最大となり，Td の増加に対して最適なノードペア数 n = 10，往復遅延時間 RT T = 40[msec]，切替時間 fthresh が増加する．しかし，Td が増加するほど転送時間が増加す
Tch = 50[msec] を規定値とする. なお，対象リンクの正規化転送 ることから省電力効果が得られる式 (1) の範囲で Td を設定する．
トラヒック量をリンク利用率と定義し，各ノードのファイル発生間 4.4 有効リンク利用率
隔の変更によりリンク利用率を調整するものとする．提案手法の評
4.2，4.3 より移行時間 Td =20[msec] に設定し，方式 1(P =90[%])価指標として，省電力性能および転送性能を以下に定義する．
および方式 2(fthresh =各パラメータにおける最適値) のリンク利用シミュレーションモデルと評価指標

3

速度切替可能時間の総和 [sec]

省電力性能 切替可能状態率：Rsw = 全シミュレーション時間 [sec]転送性能 ファイル平均転送終了時間：Tave [sec]44.1率に対する Rsw を図 4 に示す．図より，リンク負荷が高くなると減少しており，方式 1 では 35[%] 程度で Rsw の増加が見られない．
それに対して方式 2 では利用率 50[%] まで Rsw が増加する．なお，シミュレーション結果と考察

先行研究 (１コネクション 1 セグメント) ではリンク利用率の有効方式 1：移行確率 P の影響範囲が最大 2[%] であったため，提案手法，特に方式２により中負移行時間 Td = 40[msec], リンク利用率 5[%] とした時の，方式荷程度のリンク利用率に対して適応可能となることが分かる．

1 の P に対する Rsw および Tave を図 1 に示す．P の増加に伴い 5 まとめ
ネットワーク機器省電力化のための TCP フローに対する連続セRsw が増加することから，P が大きいほど省電力性能の向上が期待できる．一方，P に比例して Tave は増加するため，転送性能は グメント転送移行手法を提案し，有効性および有効範囲の調査を劣化する．これは，P が大きいほど移行回数が増加し，フローの転 行った．まず，方式 1 について有効な Td を調査し，方式 2 につい送時間に対して移行回数分だけ移行時間が累積されるためである． て有効な fthresh ，Td を示した．また，方式 2 により提案手法のリ
よって，方式 1 においては省電力性能と転送性能はトレードオフの ンク利用率に対する適応可能範囲を広げることが可能となった．
関係にあることがわかる．

4.2

研究業績

方式 1：移行時間 Td と切替時間 Tch の関係

村上 慎 他，“ネットワーク機器省電力化のための TCP セグメン

リンク利用率 5[%]，移行確率 P =90[%], 切替時間 Tch =30，50， ト転送移行によるリンクアイドル時間集約方式，” 信学技報 IN201270[msec] の時の，方式 1 の Td に対する Rsw を図 2 に示す．図より， 151，平成 25 年 1 月

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