はじめに 課題論文 “Power Consumption and Energy Efficiency in the Internet “

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0 インターネットの 電力消費とエネルギー効率
グループDｰ2　　　 川原研究室　M1　稲富　祐希

1 はじめに 課題論文 “Power Consumption and Energy Efficiency in the Internet “ K. Hinton, J. Baliga, M. Feng, R. Ayre, R. Tucker； IEEE Network, March/April, p.6, 2011 紹介内容 Network Model 本論文で使用するネットワークモデルについて Where Power Goes インターネット内で電力消費の多い場所 Improving Energy Efficiency of　the Internet エネルギー効率を改善するための方策 Content Distribution and Data Centers コンテンツ配信ネットワークとデータセンタの消費電力 Conclusion

2 Network Model 機能提供のための最小構成でのモデル 以下のネットワークが含まれる コアネットワーク メトロ/エッジネットワーク
アクセスネットワーク データセンタ IPTVネットワーク(コンテンツ配信ネットワーク)

3 Network　Model

4 Where Power Goes 提供されるネットワークのアクセス速度 メトロ/エッジ,コアネットワーク
ISP（インターネットサービスプロバイダ）が告知する速度 メトロ/エッジ,コアネットワーク 最悪の場合を想定し,顧客に最低限の速度を提供できるように設計 oversubscription ratio(過剰収容率)を定義 oversubscription ratio25の場合の消費電力を算出 ISPの公称値 顧客に提供される速度

5 Where Power Goes 無線の利用者は増加傾向 アクセスが用意 移動性がある 高速な無線アクセスを求める 利用者が増加していく
消費電力の面で利用者全員への 無線アクセスの提供が困難となるため, エネルギー効率の改善が必要 無線(Wimax,UMTS)：エネルギー消費大 光ファイバ（PON）：エネルギー消費小

6 Where Power Goes アクセス速度は40%/年増加 エネルギー効率は10%/年改善 現状：アクセスネットワークの消費電力大
アクセス速度の向上により, コアネットワークの電力が増大する恐れ

7 Where Power Goes アクセス速度が大きい場合 →コアルータの消費電力が支配的に 電力供給と冷却， フォワーディングエンジン
→消費電力の65%を占める 負荷が最大限のルータ →10mJ/bの電力を消費 消費電力を抑えるには ルータの負荷の軽減が必要

8 Improving Energy Efficiency of the Internet
インターネットで消費電力が多い場所 アクセスネットワーク機器 コアネットワークルータ EUでは電力消費に関するガイドラインを刊行 “Code of Conduct on Power consumption of Broad- band Equipment” ガイドラインで示されている方策の一部を紹介 機器のスリープ,アイドル 機器の処理速度を抑える コアルータのエネルギー効率改善 その他の方策 機器に使用する回路の変更 ネットワークの再構築

9 Improving Energy Efficiency of the Internet
使用していない時に消費電力を減らす装置 “スリープ”，”アイドル”と呼ばれる低消費電力状態 非通信時に，必要の内機能の一部をシャットダウン 装置を常に利用可能にするため，少量の電力は必要となる． 現在の機器は高速で動作できるため， 1秒よりもはるかに小さい時間で省電力効果が見込める

10 Improving Energy Efficiency of the Internet
負荷の低い時,機器の処理速度を減らす 装置の多くは，必要な処理速度以上の速度で動作 電子回路は処理速度が低い場合，消費電力が小さくなる トラヒックの負荷が低い時に，処理速度を低くすることで消費電力の削減が可能 →レートアダプテーション(rate adaptation) エネルギー効率化のためのイーサネットプロトコルで適用 インターネットの多くの箇所にも適用可能

11 Improving Energy Efficiency of the Internet
コアルータのエネルギー効率を改善する 信号処理技術やルータの機能変更により実現 コアネットワークの消費電力が増大する傾向にあるため，重要な研究テーマとなる． もっとも効率のよいアクセスネットワーク技術の利用 アクセスネットワーク機器の消費電力の増大は明確な課題となっている

12 Improving Energy Efficiency of the Internet
使用する回路の変更 電子回路から光回路への変更 光回路は電子回路よりも高速で動作が可能 電子回路は100Gb/s程を実現できると予測されている(2010年時) 光回路は10Tb/sを実現する見込みがある． 研究者による提唱 既存のルータを小数の光回路のルータに置き換え →全体の消費電力削減に繋がる

13 Improving Energy Efficiency of the Internet
光回路における問題点 光信号処理技術の消費電力 CMOSが光回路よりも消費電力が5桁低い 光回路の消費電力は，ほとんど改善されていない 一方，CMOS回路の消費電力は年々改善されている ネットワーク機器に利用される回路として， 電子回路を利用するほうがエネルギー効率が良い

14 Improving Energy Efficiency of the Internet
ネットワークの再構築も提案されている ルータに直接接続するのではなくSDH/SONETを経由して接続を行う SDH/SONET：光ファイバを用いた高速デジタル通信の国際規格 IPルータで処理されるトラヒックを減らすことが目的 トラヒックは，エンドｰエンド間で平均して14のルータによって処理される． コアネットワークのルータを避けるように再構築

15 Improving Energy Efficiency of the Internet
10nJ/b 1-3nJ/b 1nJ/b SDH/SONETとWDMを用いたネットワーク構成により消費電力の削減でき，多くのトラヒックをエネルギー面で効率的に処理できる

16 Content Distribution and Data Centers
コンテンツ配信ネットワーク 複数のコピーをデータセンターに保存 コンテンツ要求時に適切なデータセンタから転送 このサービスの成長とともに機器の消費電力も増加 消費電力の計算 以下の項目からダウンロードによる消費電力を算出 コンテンツのファイルサイズ →1.8Gbyte(2時間の標準的な映画 ) コンテンツの要求数 →１時間毎のリクエスト数

17 Content Distribution and Data Centers
コンテンツ要求数に応じて配置の仕方の工夫が必要 人気のコンテンツ →複製を増やし,地理的に分散させる ・不人気のコンテンツ →複製を少なく,サーバに集中保存

18 Conclusions インターネットの規模は年々成長している 規模の拡大に伴い消費電力も増加
インターネットで最も電力が消費される場所の把握, 　 インターネットの消費電力の管理は重要となる ネットワークモデルに基いて電力消費が多い場所を明示 電力の消費を効率化するための方策を示した

19 インターネットの 電力消費とエネルギー効率
グループDｰ2　　　 川原研究室　M1　稲富　祐希

20 補足：光回路と電子回路 省電力手法について 電子回路 光回路 機器のスリープ レートアダプテーション 機器のスリープのみ
参考：K. Hinton , “Energy Consumption Perspective” invited paper FT1, OECC 2009

21 補足：コアルータの消費電力 高負荷時は10mJ/byte消費 1Gb/sの通信の場合 参考：“家電の消費電力”
製品 消費電力 電子レンジ 1300W ドライヤー 600W～1200W デスクトップPC 150W～300W ノートPC 50W～120W 掃除機 1000W-1100W 洗濯機 500W-900W エアコン 45W-2000W 参考：“家電の消費電力”