提出日

平成 22 年 2 月 16 日

ネットワーク省電力化のための TCP フロー転送タイミング制御の性能評価に関する研究
川原研究室06232024 窪園 晃一

1はじめに10

Number of Flows0

図 1: ネットワークトポロジ

500

510152025 30 35
Time [sec]40455055

図 2: フロー数と転送終了時間の分布

350

n=100
n=50

450

P=0.5,n=100
P=0.4,n=100
P=0.5,n=50
P=0.4,n=50

300

400
Max Time [sec]

350
300
250
200
150

250
200
150
100

100
50

50
000.1

0.2

0.3
0.4
probability P

0.5

0.6

00.710

図 3: P と最大転送終了時間

203040 50 60 70
Shift Time Td[msec]

809010090100

図 4: Td と最大転送終了時間

400

P=0.0
P=0.4
P=0.5

P=0.0
P=0.4
P=0.5350
Max Time [sec]Average Time [sec]TCP では信頼性のある通信を保証するために，コネクション管理，確認応答，フロー／輻輳制御の基本機構を有する．そのうち，コネクション管理における 3 ウェイハン
ドシェークの最後の確認応答を返す転送タイミングを制御することで，フロー単位の制御を実現する．本研究では，各 TCP フローが確率 P で固定値の移行時間 Td [msec] だけ，確認応答を返送するタイミングを遅延させる手法について転送性能と省電力性能への影響を調査する．

40120

TCP の制御機構とタイミング制御

62

140

2P=0.0,Td= 0
P=0.4,Td=208

Max Time [sec]近年，インターネット利用の高度化に伴う企業や家庭における大容量コンテンツの普及等から，トラヒック量が急増している．それに従い，ネットワーク機器の普及台数が増加し，機器の消費電力も増加の一途をたどっているため機器全体の消費電力を抑制することは重要である．
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/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，各ポートの転送速度が低い程，消費電力量が小さくなる特徴を利用しており，到着トラヒック量に応じて動的に転送速度を切り替える．しかし，TCP トラヒックを対象とした場合，そのフロー制御機構により，転送速度の切り替えを行うと転送性能に影響を及ぼしてしまう．また，リンクを共有するフロー数が増加すると，リンク利用時間が増加し省電力化が困難になる．
そこで本研究では，複数の TCP フローによる帯域資源の共有に伴う転送性能の劣化を避けるため，TCP の機構を基に転送タイミング制御手法を提案する．本手法により，リンク利用時間を減少させ，機器を低転送速度状態に移行できる時間を増加させることで省電力化が可能であると考えられる．シミュレーションにより転送タイミング制御手法の評価を行い，転送性能と省電力化の可能性を検討する．

1008060403002502001501002050001020304050 60# of Flows7080

図 5: フロー数と平均転送時間

90100

1020304050 60# of Flows7080

図 6: フロー数と最大転送終了時間

4.3 同時発生フロー数の影響
Td = 20，P = 0.4，0.5 の場合のフロー数 n と平均転送
図 1 のネットワークトポロジを想定し，n 対 n ノード間の TCP 通信のシミュレーションを行う．TCP のバージョ 時間，最大転送終了時間の関係を図 5，6 にそれぞれ示す．
ンは NewReno とする．図 1 の Sn は送信ノード，Dn は 図 5，6 より，フロー同時発生数の増加に伴い，平均転送宛先ノード，R1 ，R2 はルータを表す．ルータ間の帯域は 時間と最大転送終了時間が増加するが，タイミング制御
100[Mbps]，バッファサイズを 10[pkt] とし，全送信ノー によって，両方を削減可能であることが確認できる．こドからファイルが同時に転送される場合を想定する．ファ れは図 2 にも示したように，制御によって著しく転送が遅くなるフローの存在がなくなるためである．n < 45 にイルサイズは 10[MByte] 固定とする．
おいては，平均転送時間が若干劣化しているが，これは，4 シミュレーション結果制御によって帯域を効率よく利用することでフローの転送終了時間が平均付近に集中し，平均転送時間が同時転4.1 タイミング制御有効性の検討送時よりも大きくなるためである．n ≥ 50 においては，フロー数 n = 38，移行時間 Td = 20，タイミング制御 同時転送時よりも平均転送時間と最大転送終了時間の増確率 P = 0.4 の場合のタイミング制御時と同時転送時 (図 加を抑えることができ，転送性能と省電力性能共にタイ
中 P = 0.0，Td = 0) の転送終了時間の分布を図 2 に示す． ミング制御が有効であることがわかる．また，フロー同
この図より，タイミング制御手法によって最大転送終了 時転送時と比較した平均転送時間の減少率と最大転送終時間の減少を確認できる. よって，タイミング制御の有効 了時間の減少率を調査すると，n = 50 の場合，約 10 ％性を期待できる．
転送性能が改善され，かつ，約 50 ％ の省電力効果を期待でき，n = 100 の場合，約 50 ％ の転送性能を向上させ，4.2 タイミング制御確率 P と移行時間 Td の影響
省電力効果は P の値によって約 40〜60 ％ を期待できる．
n = 50，100 の場合に，Td = 20 とし，P = 0.0〜0.7 ま よって，フローの多重するルータのバッファサイズに対しで変更した場合の最大転送終了時間を図 3 に示す．図 3 よ て同時転送フロー数が大きい場合は，転送性能と省電力り，n = 50，100 では，P = 0.5 付近で，最大転送終了時 性能を共に向上できることを明らかにした．
間が最小となることがわかる．よって本研究では，ネットワーク省電力化のためのタイミング制御確率として，P を 5 まとめ0.5 付近に設定する．P = 0.4，0.5 にし，Td を 10〜100 まTCP トラヒックを対象としたネットワークの省電力化で変化させた場合の最大転送終了時間を図 4 に示す．図 4 を行うために，TCP の制御機構を利用したタイミング制
より，Td の変化に対して，最大転送終了時間に影響が見 御による転送性能と省電力効果をシミュレーションによられない．TCP ではセグメント送信後一定時間経過して り調査した. TCP NewReno を用いた n 対 n ノード間のも確認応答を得られない場合に再送を行うが，その時間 TCP 通信において，フローを多重するルータのバッファは送信ノード自らが決定する．また，Td を大きく設定す サイズに対して同時転送フロー数が大きい場合は，タイることで再送回数が増え，輻輳が生じる可能性が高まる ミング制御によって転送性能が向上し，省電力化も可能ため，省電力の観点から Td を大きく設定することは好ま であることが明らかとなった．
しくない．そのため，Td は 1RTT 分である 20[msec] と設定する．

3

シミュレーションモデル

C7-5