研究発表

In wide area Layer 2 (L2) networks, there is a problem that broadcast packets for address resolution fill up link capacities. As a result, address resolution using Address Resolution Protocol (ARP), which uses broadcasts, cannot be used in wide area L2 networks. A conventional research has proposed an architecture using Distributed Hash Table (DHT) and ARP cache for reducing broadcasts. However, since this architecture uses simple Least Recently Used (LRU) method for caching, some packets may be discarded because of continuous cache misses which require long address resolution response time. Therefore, we propose a cache retention time change method considering address resolution response time. In addition, we also propose cache insertion position determination methods based on several ideas. Finally, we evaluate the effectiveness of the proposed method.

In order to respond to the rapidly increasing traffic and the diversification of communication services in recent years, the Photonic Layer 2 (L2) network attracts attention. The aim of the photonic L2 network is providing various services on a common photonic L2 with high-speed transmission by light paths. A wide area L2 network assuming a carrier network capable of accommodating one million users is considered as one of the services provided by the photonic L2 network. In wide area L2 networks, however, there is a problems that broadcast packets for Address Resolution Protocol (ARP) fill up link capacities due to the enormous number of users and packet losses due to buffer overflow by accumulation of long address resolution time. In this paper, we propose hierarchical address resolution architecture with Distributed Hash Table (DHT) in wide area L2 network to reduce broadcast, and caching method which based on the retention time to reduce address resolution time in the proposed architecture.

本検討では, まず, クラウド基盤ソフトウェアであるOpenStackを活用して, クラウド上に配備された産業用ロボット制御機能の一部をエッジコンピュータ上に設定した. 次に, ロボット制御のメイン機能が実装されるデータセンタとエッジコンピュータおよびロボット間の通信路をSDN技術により, 通信技術や管理手法など設計概念の異なる複数のネットワークドメインから構成される光トランスポートネットワーク上に生成した. これらを用いて, ロボットの遠隔制御実証実験に成功したことを報告する.

次世代光メトロ・アクセス統合型ネットワーク「エラスティックλアグリゲーションネットワーク（EλAN）」が提案されている. EλANにおいて大規模災害時の接続性を確保するために, アクティブ型のOptical Distribution Network (ODN)を活用し, 通信途絶に陥ったOptical Network Unit (ONU)が1台以上のRemote ONU (R-ONU)を経由して生存Optical Line Terminal (OLT)まで通信を確立する光アドホック通信が提案されている. 本稿では, R-ONUが隣接ONU群内のR-ONUを発見する際のルーチング手法に関して検討を行う.

複数のハードウェア(CPU, FPGA, LSI等)の組み合わせにより構成される再構成可能通信処理プロセッサを用いたプログラマブル光エッジ(PPE)が提案されている[1]. 本稿ではPPEの仮想化を提案, QoSおよび省電力性の観点からリソース割当アルゴリズムの要件を明確化する.

近年データセンター内においてHadoop などのクラスタリングによる大規模並列分散処理が頻繁に実行されているが, 処理内容によってはネットワーク負荷が大きく, 消費電力の増加が問題視されている. 我々はそのようなネットワーク負荷の大きい分散処理を判別する手法を発見し, それを用いてネットワーク負荷に応じて自動的にクラスタ内の回線設定を行い, 消費電力の削減を図るデータセンターネットワーク・アーキテクチャの研究開発を行なっている. 本稿では, ネットワーク負荷の判別方法及び提案アーキテクチャの動作方法を説明した. その上で, 提案アーキテクチャに対して消費電力の点で特性評価を行い, 大幅な消費電力削減効果が可能となることを示した.

エラスティック光アグリゲーションネットワーク(EλAN)では, ネットワーク故障発生時にアクティブ型のOptical Distribution Network (ODN)により柔軟にアクセスパスを再構成し, 他局舎のOptical Line Terminal (OLT)がOptical Network Unit (ONU)を再収容することで接続性を回復する, リストレーションの実現が期待されている. また, OLTが通常収容可能なONUの数には上限があるため, 多数の局舎が機能停止するような大規模災害時においては, 一部の生存ONUをOLTが再収容不可能となる課題がある. この問題を打破するため, Time Division Multiple Access (TDMA)によりOLTを仮想化し, 接続するONU群を順次切り替えることで, OLTの本来の収容可能数を超えたONUの接続を可能とする手法が提案されている. 本論文では, EλANのプロトタイプシステムを構築し, リストレーション及びTDMA型救済により障害復旧を行う実験を実施した結果を報告する.

エラスティック光アグリゲーションネットワーク(EλAN)では, ネットワーク故障発生時にアクティブ型のOptical Distribution Network (ODN)により柔軟にアクセスパスを再構成し, 他局舎のOptical Line Terminal (OLT)がOptical Network Unit (ONU)を再収容することで, 接続性を回復することが期待されている. 多数の局舎が機能停止する大規模災害時において, OLTとONU間の伝送距離制限を打破するための手法として光アドホックネットワークが提案されている. しかし, 救済対象のONU群と隣接ONU群との間に割り当てる波長決定手法がこれまで未考慮であった. 本論文では光アドホックネットワークを実現するための波長予約手法を提案する. 計算機シミュレーションにより, 提案した波長選択手法を適用した光アドホックネットワーク方式の特性評価を行った. ネットワーク内デバイスの故障率40%時において, リストレーション方式のみの適用時からONU群救済率を更に20%以上向上可能であることを示した.

Software-Defined Transport Network (SDTN)において, 単一の最上位オーケストレータが配下の全オーケストレータ/ネットワークコントローラを制御する階層型アプローチにはマルチキャリア構成の際に複数の問題点が存在する. そこで, 本稿では, 各キャリアが各自最上位オーケストレータを保持し, 上位オーケストレータを介さずにオーケストレータ間で連携するスケールアウト型でのSDTNアプローチを提案する. また, キャリア間での情報の秘匿性を考慮したオーケストレータ間インタフェースの定義を行った. シミュレーションにより, 提案アプローチが階層化アプローチに比べ, スケーラビリティの面において有効であること, インタフェース定義の実装により提案の実現性を検証した結果を報告する.

複数のハードウェア(CPU, FPGA, LSI等)の組み合わせにより構成される再構成可能通信処理プロセッサを用いたプログラマブル光エッジ(PPE: Programmable Photonic Edge)が提案されている. 本稿では, リソースプール化によるハードウェア利用の高効率化を目的としてPPEの仮想化を提案, QoSおよび省電力性の観点からエッジコンピューティング的利用に供するハードウェアリソース割当手法について最適化問題を定式化, 基礎検討として2つの簡易アルゴリズムについて特性評価を実施, アルゴリズム設計要件を明確化する.

近年, 大手Webサービス事業者のサービス形態に代表されるように, End-to-Endで行われるサービスの中間にキャッシュ等のコンピューティングリソースをネットワーク内に分散配置し, 人の知感するサービス品質向上をアシストするアーキテクチャモデルが近年効果的に利用されている. 一方, Internet of Things (IoT) を利用したサービスでは, ネットワークを介して IoT デバイスを制御する分野にも注目が集まっている. そこでIoTデバイスを用いたサービス実現において, End-to-Endで実現するサービスに対して, 網内機能がIoTデバイスあるいはServer機能の一部の処理機能を代行するアシスト型のアーキテクチャを提案し, 比較・検討する. 実機と仮想ネットワークにより, 実験環境を構築し, サービスへの影響を評価したので報告する.

本論文では, 計算資源とネットワーク資源に応じたHadoop タスク割当方式の性能を, Hadoop のシステムに実装し評価する. タスク割り当て方式は, 適切な分割比を用いて各ジョブをタスクへ分割し, サーバ処理性能とネットワーク資源に基づいて, スレーブサーバにタスクを割り当てる. 異種混合なHadoop クラスタの場合は, 各スレーブサーバの処理能力に基いて, 低性能のスレーブサーバよりも高性能なスレーブサーバへより多くのタスクを与えるようなタスク割り当てを行う. つまり, 高性能のスレーブサーバが低性能のものよりも多くの処理を実行する環境を作り出す. テストベッドでの実験結果を用いて, タスク割り当て方式が有効であることを示す.

近年データセンター内の消費電力は増加傾向にある. ラック間通信の光回線化は電力削減の有効手段とされ, 我々はデータセンター向け超高速レイヤ1 スイッチシステム:HOLST(High-speed optical layer 1 switch system for time slot switching based optical data center networks) の研究開発を行っている. 本稿では, HOLST の構成モジュールであるPLZT 光スイッチ, およびMEMS 光スイッチの接続方法について複数案を挙げ, 各案の比較および評価の上, 最適なアーキテクチャの設計を行った. さらに, 想定するトラフィックモデルにおいて設計アーキテクチャの評価を行い, 従来アーキテクチャと比較した結果, 大幅な省電力効果を示した.

再構成可能通信処理プロセッサをリソースプールとして取り扱い, 網内のリソースプールを光網で接続してサービス用仮想通信処理プロセッサ(VRCP)を構築することを提案している. リソースプールから処理モジュールを選択して割当てる手法として, 省電力優先及びQoS優先の準最適化アルゴリズムを提案した. 本稿では, 動的にVRCP再構成を行うことでより一層の最適性を実現することを目的として, リソース割当に利用可能なゆらぎ制御手法を分散制御可能とした分散ゆらぎ制御でVRCPリソース割当を実現する手法を提案する.

We have proposed a new data-center network architecture “HOLST” with dynamic and adaptive network configuration for reducing power consumption. This demonstration shows the method of detecting and assigning flows from traffic and application trigger.