リンクパワーオフによる光ネットワークの省電力化

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1 リンクパワーオフによる光ネットワークの省電力化
管理工学研究グループ　A 　宿里　和正 2011年2月2日

2 目次 背景 研究目的 問題設定 提案手法 実験の概要・評価方法 実験結果 結論 2011年2月2日

3 背景 研究目的 問題設定 提案手法 実験の概要・評価方法 実験結果 結論 2011年2月2日

4 背景 光ファイバーカバー率は94.1％ 今では 近年、日本のインターネットのブロードバンド化が急速に進展 高速かつ安定 した通信 光ファイバ
光ケーブルを一般家庭に引き込みインターネットに接続するサービス 遠隔教育 FTTH （Fiber To The Home） 今では 遠隔医療 光ファイバーカバー率は94.1％ ※NTT東日本のデータから 2011年2月2日

5 背景 生活インフラ インターネットにかかる電力も増加していく. 水道 電気 ガス 加えて 光ネットワーク
今後もさらに多くの国民と新たなサービスが加わることにより増え続ける需要に対応していく必要がある インターネットにかかる電力も増加していく. 2011年2月2日

6 背景 国内のルータの消費電力は数年,年率40%で増加している
単純に情報量に比例して消費電力が増え続けるとすれば，2020年ごろにはルーターの消費電力が国内の総発電量に近づくことになる 1,000,000 100,000 100,000 10,000 国内年間総発電量 （2005年） 10,000 1,000 通信トラヒック（Tbps） 電子ルータ年間消費電力（億kWh） 消費電力 1,000 100 100 通信トラヒック 10 10 1 ルータの省電力化が必要 1 0.1 2000 2010 2020 2030 西暦（年） 2011年2月2日 ※独立行政法人 産業技術総合研究所から

7 背景 大Net ネットワークを小区分にわける 小Net 小Net 各区分に1 台の監視ステーションを配置する OS OS
監視ステーションは小区分のネットワークを把握し,必要とされるネットワーク機器（ここではルータ）を削減する 小Net OS OS：監査ステーション 2011年2月2日

8 背景 研究目的 問題設定 提案手法 実験の概要・評価方法 実験結果 結論 2011年2月2日

9 研究目的 ネットワークの省電力化 ルータの省電力化 ルータの省電力化 ルータを休止状態にする. 使用リンクが最小になる組み合わせを計算，
使用しないルータの電源を落とすことで， 省電力化を図る手法を開発することが目的 ：ノード ：リンク 休止状態 ：ルータ 2011年2月2日

10 研究目的 リンクを減らして省電力化を図る 5 ノードに対し8 本のリンク リンク数を4 本減らし4 本のリンク
：ルータ 5 ノードに対し8 本のリンク リンク数を4 本減らし4 本のリンク リンク1 本に対し対向の2 ルータ分を休止することが可能， 計8ルータ分の電力を削減可能 この場合では8ルータ分省電力化が行える 2011年2月2日

11 背景 研究目的 問題設定 提案手法 実験の概要・評価方法 実験結果 結論 2011年2月2日

12 問題設定 ネットワークにおいて各ノードに需要があり，各リンクには通信量の制限がある 使用リンクが最小になる組み合わせを計算する
2011年2月2日

13 問題設定・条件 流入量 ＝0.5 :送信点 流出量 ＝0.5 :受信点 流出量 ＝0.8 流入量 ＝0.8
①流量制約,入っていく量と出ていく量は同じ 2011年2月2日

14 問題設定・条件 リンクの許容値を１と考えた場合 １．２＞許容値＝１ ダメ ②合計トラヒック量が許容値をこえないようにする ：0.4 ：0.4
2011年2月2日

15 問題設定・条件 制約を満たしながら、送信点→受信点を全対間で考える. 2011年2月2日

16 背景 研究目的 問題設定 提案手法 実験の概要・評価方法 実験結果 結論 2011年2月2日

17 提案手法 本研究では整数計画による最適化を行う 問題の定式化を行い数理計画ソルバーで解く
従来手法ではヒューリスティックアルゴリズムを提案していた 本研究では整数計画による最適化を行う 問題の定式化を行い数理計画ソルバーで解く 使用リンク数を最小限にしながらネットワーク性能を維持するための制約条件を満たすネットワーク構成をする 2011年2月2日

18 提案手法・定式化 使うリンクの数の合計 k: 送信点 ｌ: 受信点 qkl :kからｌへの通信トラヒック量 Q: リンクの許容値 ①流量制約
ｘij: ij間の枝を用いるかの 決定変数 ｆijkｌ: 点iから点jへ移動するｋからｌ宛の通信トラヒック量． ②リンクの許容値を超えないための制約 ③非負制約 ④０の場合リンクを使用しない、１だった場合リンクを使用する 2011年2月2日

19 背景 研究目的 問題設定 提案手法 実験の概要・評価方法 実験結果 結論 2011年2月2日

20 実験概要・評価方法 定式化をもとに数理計画ソルバーCPLEXを用いて計算する. リンクの削減率を求め従来実験と比較を行う.
初期状態として14ノード21リンクとした場合のネットワークを考える. リンクの削減率を求め従来実験と比較を行う. 2011年2月2日

21 実験概要・評価方法 数値の設定 ノード数１４とする． リンクの許容トラヒックは全リンク同じとし，その値を１とする
各ノード間に発生する通信トラヒックの値を0.005，0.010，0.015，0.020，0.025とする 各ノード間に発生する通信トラヒックの値を0.005～0.025の間の一様乱数とする 2011年2月2日

22 背景 研究目的 問題設定 提案手法 実験の概要・評価方法 実験結果 結論 2011年2月2日

23 実験結果 21 通信トラヒックの値を0.005～0.025の一様乱数で変化させた場合は15.2本 2011年2月2日

24 実験結果 今回の実験では最大30％以上の電力の削減が可能であり十分な消費電力効果が得られたことがわかる.
通信トラヒックの値を0.005～0.025の一様乱数で変化させた場合は28.4％ 今回の実験では最大30％以上の電力の削減が可能であり十分な消費電力効果が得られたことがわかる. 2011年2月2日

25 実験結果 ルータをCisco GSR 1208とした場合 １リンクの切断により１４０Wの削減が可能である. 最大980Wの電力の削減が可能
2011年2月2日

26 実験結果 リンクの許容値が低い場合を検証 リンクの削減率は低くなるが,最大30％の電力の削減が可能 2011年2月2日

27 実験結果 ノード数を変化させた場合の計算時間 CPLEXの計算時間は3600秒で打ち切ることにする ノード数 時間（秒） gap 5
0.02 10 6.25 (実験したノード数）14 36.8 20 3600 33.33% 30 70.15% 2011年2月2日

28 背景 研究目的 問題設定 提案手法 実験の概要・評価方法 実験結果 結論 2011年2月2日

29 結論 不要なリンクを削減し,ルータの電源を落とすことでネットワークの省電力化を行った.
実験では,ネットワークの消費電力は最大30％以上削減可能であることが確認できた. 2011年2月2日

30 ご清聴ありがとうございました. 2011年2月2日