次世代ICTテストベッドシンポジウム

2011/10/13

大規模エミュレーション研究
新世代ICTのR&Dを強力にサポートするStarBED3

ロゴのパターン【基本】

篠田 陽一
02

情報通信研究機構
テストベッド研究開発推進センター
R&Dアドバイザー
北陸先端科学技術大学院大学
ディペンダブルネットワーク

イノベーションセンター 教授
1

StarBED テクノロジーの基本コンセプト• 多量の汎用PCサーバ＋スイッチを利用して複雑かつ大規模なICTシステムのエミュレーションを実施し、その性能や性質を調べる。
ロゴのパターン【基本】

02

2

StarBED の構成❖ 各種のエミュレータ部品❖①必要なリソースを切り出し②役割を割り当て

無線エミュレータQOMET、背景TG XBurner、模倣インターネット
XENebula、マルチレイヤ統合❖ テストベッドOperation③ネットワーク
構成を変え④実験を遂行する

Software = SpringOS❖StarBEDの実験用ノード群（約1000台のPC）

ノードの死活、OS配布、ネットワーク設定、シナリオ実行❖ およそ1000台のPCサーバと相互接続スイッチ❖ロゴのパターン【基本】

02❖3

旧ノード558台 + 新ノード552台 =1110台
6.5Kコア・50TBメモリ

StarBED テクノロジーの利点• 実システム用のソフトウェアをそのまま検証• バイナリコードレベルでの検証が基本• 実時間ベース• ターゲットシステムが組み込める• 最終製品に近い形のシステムを検証できる• ソフトウェアシミュレータに対する優位性• 大規模性• 個別技術の開発現場では準備できない規模を用意している• 閉鎖空間を提供できる• 大規模な施設を時間・空間分割で利用できる（HaaS的）ロゴのパターン【基本】• 技術全体から見たトータルな検証コストの削減
02

4

StarBEDの歴史
2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

u-Japan / UNS戦略pgm

StarBED1

StarBED2

ＴＡＯ北陸IT研究開発支援センター（ＴＡＯ産学連携共同研究開発）

インターネット
シミュレータ

ＮＩＣＴ北陸リサーチセンター（ＮＩＣＴ拠点研究開発）

ユビキタスシステム
シミュレータ

2010

2011

201２

IT新戦略（緊急再生期）

201３

201４

201５

IT新戦略（持続成長期）

StarBED3
ＮＩＣＴ テストベッド研究開発推進センター
北陸StarBED技術センター大規模エミュレー
ション基盤

施設・設備の整備
研究開発大目標
大規模・複雑なネットワークシステムの性能・挙動を明らかに
ユビキタスシステムのディベンダビリティ性質への対応
新世代ICTシステムへの対応
ロゴのパターン【基本】

02

R&Dのライフサイクルサポート

StarBED2 のチャレンジ
タウンネットワーク エミュレーション
Home Networks (Real World)
Broadcasting

Broadcasting GW

BPLC

PSTN

Digital AV
STBComm. GW

InternetPS

PC-Plane
PC

LC

Telephone・FAX-Plane
LC

Phone, Fax

Emulation of
Networks
and Services

Frig

Microwave
ovenPrinters

Wireless  Phone
Wireless  FAX

WIDE Area Connection (JGN)

Locks/Keys

Virtual Internet
Emulation of Various
Media Services
MobileNetworks（EEmulation ofRegional Services
ロゴのパターン【基本】

PCTV  Phone

Living・Environment Plane
Wireless  CCTVSS-Audio

Hm om
ul eat N
ed et, V wo
irt rkua sl）

Mobile02

StarBED2

6

StarBED 技術の事例:
グローバルインターネット経路制御• ターゲットシステム– インターネット規模のAS	  (約35K〜40K）からなる経路制御網• シミュレーション技術ハイライト– 超VM環境構築技術（XENebula）、ASトポロジ生成技術（AnyBED）等を組み合わせ、10K	  AS（プロバイダ）オーダーのインターネットを模倣。
– 次世代のネットワークの経路制御技術研究、経路ハイジャックの対策技術など、幅広い研究のプラットフォームとして利用可能。

ロゴのパターン【基本】

02

StarBED 技術の事例:
多ノードOLSR無線経路制御のリアルタイム実行• ターゲットシステム– OLSRで制御される無線アドホックネット• シミュレーション技術ハイライト– 無線データリンクエミュレータQOMETによるエミューレションワーク

– 802.11a/b/g– リンク負荷の考慮– チャネル内干渉の考慮– 移動経路の自動生成– 建物等3Dの障害物の考慮– 実時間実行

ロゴのパターン【基本】

02

StarBED 技術を利用したR&D事例:
アクティブタグの大規模エミュレーション– アクティブタグ（RFID）：居場所の推定• シミュレーション技術ハイライト– CPUエミュレーションによる、バス– タグの種類： 移動・固定・ゲートウェイ

サイクルレベルの正確さで、タグお– すれ違い通信による、すれ違いの記憶とよびプロトコルの動作を検証。

• ターゲットシステム

伝達（誰といつすれ違ったか）– 位置推定計算とサービス提供– CPUレベルから、インターネット上でのサービスまでを、単一のフレームワークで一気通貫で大規模に検証。
– タイミング問題のようなミクロな問題から、システム全体の規模拡張性などのマクロな問題まで幅広く検証

ロゴのパターン【基本】

02

し、製品にフィードバック。

StarBED 技術を利用したR&D事例:
インテリジェント電力網
ターゲット：StarBEDデモ：統合シミュレーション
網の障害が家電の電技術ハイライト：水平・垂直統合
街区レベルでの電力消費状況などに合わせて、消費電力の抑制制御が可能な家電（HEMS対応家電）が設置された各種エミュレーションコン
力制御に与える影響の調査
されている家屋200軒程度の街区と、電力情報サーバまでの無線アクセス網、プロバイダ網、インターネッ
ポーネントによる実践的な実験
ト網と背景トラフィックを模倣し、網の障害が消費電力制御に与える影響を観る。

200軒程度の家からなる模倣された街XBurnerによる背景
トラフィック

家庭内の消費電力管理のための通信

電力情報サーバ

OSPF網

ロゴのパターン【基本】

消費電力の制御

02

QOMETで模倣した

XENebulaによる多数の模倣PC群

北陸リサーチセンター

無線アクセスネットワーク

お問い合わせ：info@starbed.org

RUNEによるHEMS対応
家電製品群の模倣

ICTの研究開発で活躍するStarBED
NICT 機構内連携

民間製品R&Dの支援

l 新世代NW研究開発戦略本部l ミッションクリティカルシステムl 情報通信セキュリティ研究センター− ナナオ（Ｘ線写真読影システム）l 知識創成コミュニケーション研究センターl 先端ICTシステム− パナソニック（HDテレプレゼンスシステ

ム用高性能・高機能コーデック）

MIC直轄研究の支援l 次世代BBl 情報漏洩対策技術

学術研究機関のR&D支援l ユビキタス特区l 慶應義塾大学l 東京大学

国際連携l 名古屋大学l Planet-LabStarBEDl DETER

新しい概念の創出l 北陸先端科学技術大学院大学

人材育成l 現実・仮想世界融合シミュレーションl アジア向け人材養成ワークショップl テストベッド・シナジー（WIDEプロジェクト /SOI-Asia）l メタ・テストベッド

ロゴのパターン【基本】l 奈良先端科学技術大学院大学l IT-Keys セキュリティ人材育成（文科省）

02l ネットワークR&Dステージング

11

StarBEDが明らかにした汎用ICTテストベッドのバリュー
汎用ICTテストベッドの利点の実証
素早いR&Dサイクル・TTMの短縮
設備・ツール・知識の共有と再利用によるR&Dの低コスト化
よりディペンダブルな製品のR&D
失敗の許容によるイノベーションの加速
新しい技術・概念への素早い対応

ICTテストベッドに関する新しい概念の創出
テストベッドシナジー
ネットワークR&Dのステージング
メタ・テストベッド
ロゴのパターン【基本】

02

12

StarBED3における研究開発の目標❖ 新世代ネットワークなどの新しいICT技術の研究開

発と人材育成を支援するテストベッド❖ 単なるテストベッドから、テストの手法やデータの共有まで可能な総合的な研究開発の支援基盤へ
新世代
ネットワーク
2006年〜
ユビキタス
ネットワーク

2002年〜
インターネット
ロゴのパターン【基本】

02

13

StarBED3のチャレンジ
ネットワークR&Dサイクルの促進
テストベッドによる研究

テストベッドによる実験支援

技術開発

研究

知の蓄積と共有

技術開発
旧来のネットワークR&Dのサイクル展開・運用

展開・運用

製品開発

テストベッドによる事前検証と人材育成
ロゴのパターン【基本】

テストベッドによる技術試験と製品化促進

製品開発

02

StarBED3 &JGN-XによるネットワークR&Dのプロセスイノベーション
14

StarBED3における研究開発課題のイメージ
知の蓄積・公開StarBED3

テストベッド間連携

誰にでも使いやすくさまざまなネットワーク環境への対応

さまざまなエミュレーション対象への対応
サイバーフィジカルシステムの検証

有・無線シームレス
エミュレーション
工業用デバイス

センサーデバイス

BAN・医療・介護用端末
家電

有線ネットワーク

無線ネットワーク

エミュレーション

エミュレーション

ロゴのパターン【基本】

電話コンテンツ配信網

クラウドコンピューティング環境

02サービスプラットフォームの検証

15

StarBED3における研究開発課題のイメージ
知の蓄積・公開
3 テストベッド間
StarBED
大規模エミュレーション基盤技術
連携

誰にでも使いやすくさまざまなネットワーク環境への対応

さまざまなエミュレーション対象への対応
サイバーフィジカルシステムの検証

有・無線シームレス
エミュレーション

マルチレイヤ統合

ネットワーク基盤

工業用デバイス

センサーデバイス

BAN・医療・介護用端末
家電

検証技術
有線ネットワーク

無線ネットワーク

エミュレーション

エミュレーション

ロゴのパターン【基本】

検証技術
電話

コンテンツ配信網

クラウドコンピューティング環境

02

サービスプラットフォームの検証

16

研究開発分野と研究体制❖❖＋

ロゴのパターン【基本】

ネットワーク基盤検証技術❖❖❖

無線エミュレータ高度化
有線エミュレータ高度化
有・無線統合エミュレータ

マルチレイヤ統合検証技術
❖❖
❖
02

❖

マルチレイヤ統合エミュレーション基盤
サービスプラットフォーム検証
サイバーフィジカルシステム検証
災害対応型プラットフォーム

17

幅広いテストベッドユーザ❖

水平・垂直連携
ユーザインタフェイス
利活用基盤
実験の正しさNICT内部利用 + 外部利用

❖

共同研究

テストベッド研究開発推進センター

大規模エミュレーション基盤技術

研究計画
Fy2011Fy2012Fy2013Fy2015

実験結果の正当性担保手法の確立

現実的な環境構築技術の確立

大規模エミュ

Fy2014

水平・垂直連携技術の確立

レーション

連携テストベッド試験運用

基盤技術

連携テストベッド運用

ユーザインタフェイス技術の確立

ユーザインタフェイス
基本設計

利活用推進基盤技術の確立

無線エミュレータ高度化技術の確立

ネットワーク
基盤検証技術有線エミュレータ高度化技術の確立
有・無線シームレスエミュレーション技術の確立

マルチレイヤ
統合検証技術ロゴのパターン【基本】

サービスプラットフォーム
検証要求分析

サービスプラットフォーム検証基盤技術の確立

災害対応型プラットフォーム基本設計、確立
02

CPS検証要求分析

プラットフォーム試験運用

CPS検証基盤技術の確立

マルチレイヤ統合エミュレーション基盤技術の確立

18

FY23計画：大規模エミュレーション基盤• ユーザインタフェイス•SpringOS APIのライブラリ化
ERM• 水平・垂直連携

MASTER
FNCP
API

Request to conduct
each step of experiments

PICKUP

API

DMAN

•

WIPEOUT

水平連携プロトタイピング

SWMG
API

SBPSH

PWMG

••DETERとの連携試作

SLAVE

JGN-Xとの垂直連携方式検討•NI

SpringOS APIのSNMP MINE

ライブラリ化

Experimental Nodes

OpenFlowSwitch導入

Management Nodes

Facility Daemons
User Modules• 現実的環境•

各種サービスサーバ導入のフレームワーク•

トラフィック生成機能の高度化

水平連携
リソースの予約と制御要求

Internet上に存在するその他のサービスに関連するノード

Federator
汎用記述とDeter向け

汎用記述とStarBED向け記述の相互変換

記述の相互変換

Deter
PluginStarBED
Pluginリソースの予約と制御要求

Deter
StarBED

ロゴのパターン【基本】

実験のための環境制御

02

垂直連携

実験対象技術に関連するノード

19

Resource
Manager

JGN-X

FY23計画：ネットワーク基盤検証• 無線エミュレータ•••

DTNのStarBED上での評価•

複数チャネル・複数インタフェイスのエミュレーション•

APエミュレーション•

乗り物などの高速移動体への対応•

Linuxへの移植

AirBED (Wireless testbed) 計画•

OpenWrtによるカスタマイズ可能な無線ルータでの試行•

OpenWrt上でのリンクエミュレーションの試行•

QOMETのOpenWrtへの実装•

複合実験の検討

WiMAX/LTEエミュレーションのfeasibility study•

技術のサーベイと実験環境への要求の調査• 有線エミュレータの高度化・大規模化
ロゴのパターン【基本】

02• 有線・無線エミュレータ統合方式検討20

FY23計画：マルチレイヤ統合検証• サービスプラットフォーム•

クラウドコンピューティング実験環境構築試行
•

構築手法
•

VLAN上でのDCネットワーク検証方式など•

データ収集方式•

障害導入• サイバーフィジカルシステム（CPS）
5;+<8 • CPSに関する調査!"#$%"&'(%)#*+*,'$-'(%-$./"#$%'"%0'1$//+%23"#$%)'4,35%$&$67



•



CPSエミュレーションにおける要件調査••0>/ !物理空間・時間等"69<>*'=*3!>(

実験住宅との組み合わせ)3. !'%>2(')3. ! %>2( G
&69<>*'
=*3!>(

'
=*3!>( G'=*3!>(G%>2(4:,.3#>7'
'"69<>*
"69<>*
"69<>*%1>3'$;&(-7'

&69<>*
&69<>*
&69<>*
ロゴのパターン【基本】

02


5;+<8
::D9ED9F

21&69<>*

機構内連携• テストベッド研究開発推進センター•

JGN-X & StarBEDの融合利用: ICTシステムの網部分をJGN-Xで、端末部分をStarBEDから切り出して利用可能。ワンストップサービス。

•仮想化ノードの大規模展開: 仮想化ノードのソフトウェア部分のみを大量に生成し、ハードウェアアシストのあるノードと同時協調的に動作させる。

• 新世代ネットワーク•

階層的ロケータ自動割振プロトコル(HANA by 光ネットワーク研究所ネットワークアーキテクチャ研究室)の大規模実証実験をモデルケース（１.４万AS実施済）として、順次StarBED上で実証実験予定。

• ワイヤレスネットワーク研究所•ワイヤレステストベッド・伝搬エミュレータ・StarBED無線エミュレータの三種混合
テストベッド および AirBEDに関する協力関係。

•有無線統合ネットワークの実証実験。

• ネットワークセキュリティ研究所

各種ネットワークセキュリティ技術の実証的検証

ロゴのパターン【基本】

•0222

まとめ
❖ 大規模エミュレーション基盤StarBED3の狙い❖

JGN-Xを含む複数のテストベッドと連携し、新世代ネットワークのデバイスからネットワーク、サービス、そしてユーザまでをエミュレーションし、事前検証・運用訓練などに利用可能な基盤を提供。

❖

テストベッドを利用することで貯まる知見を共有し、研究開発サイクルを促進。

❖ 研究推進体制❖ 利用者との連携により、テストベッドとしての機能強化を推進。
❖ 共同研究者との協力により、研究資源の有効活用を図る。

ロゴのパターン【基本】

0223