仮想ネットワークの使用状況取得による電力・リソース最適化収容設計手法の提案中村景† 永田翔一†† 内田哲博†† †慶應義塾大学理工学部竹下秀俊†† 岡本聡‡† 山中直明† 大木英司‡ 情報工学科〒223-8522 神奈川県横浜市港北区日吉 3-14-1 ††慶應義塾大学大学院理工学研究科〒223-8522 神奈川県横浜市港北区日吉 3-14-1 ‡電気通信大学大学院情報理工学研究科〒182-8585 東京都調布市調布ヶ丘 1-5-1 E-mail: [email protected] あらまし近年，大容量コンテンツの増加やモバイル機器の普及等により，インターネットのトラフィック量は急激な増加しており，それに伴う消費電力の増加が予想されている．そこで，ネットワーク資源を有効に使用可能なネットワーク仮想化技術に注目が集まっている．ネットワーク仮想化技術において，従来はネットワーク運用前に複数の仮想ネットワークの帯域要求を満たすようネットワーク仮想化基盤の帯域を割当て，運用中常にこの帯域を使用する．一方提案方式は，ネットワーク運用前の帯域割当てに加え，ネットワーク運用中も各仮想リンクの帯域使用状況を考慮し，帯域割当てを行う．本提案により，帯域の使用効率の向上及び消費電力量の削減が可能である。キーワードネットワーク仮想化, 帯域割当 Power/Resource Optimization Resource Allocation Design Method of Getting Resource Utilization Information on Virtual Networks Kei Nakamura† Shoichi Nagata†† Tetsuhiro Uchida†† Naoaki Yamanaka† Hidetoshi Takeshita†† Satoru Okamoto‡† and Eiji Oki‡ †Dept. of Information and Computer Science, Keio University 3-14-1 Hiyoshi, Kohoku-ku, Yokohama-shi, Kanagawa, 223-8522 Japan ††Graduate School of Science and Technology, Keio University 3-14-1 Hiyoshi, Kohoku-ku, Yokohama-shi, Kanagawa, 223-8522 Japan ‡Graduate School of Informatics and Engineering, The University of Electro-Communications Chofu-shi, Tokyo, 182-8585 Japan 1-5-1 Chofugaoka, E-mail: [email protected] Abstract Traffic growth of the Internet by increasing of rich contents and the spread of mobile devices will lead growing power consumption. To solve this problem, a network virtualization technology which can use network resource effectively has gained attention. In the network virtualization technology, before operating the network, the administrator allocates bandwidth resource in network virtualization infrastructure so as to satisfy the multiple virtual network requests as much as possible. And during the network operation all virtual networks use allocated resource of the infrastructure. Our proposal realizes the bandwidth allocation not only before network operation but also during the network operation according to the bandwidth resource usage. The proposed method enables optimal bandwidth using and can decrease power consumption. Keywords Network Virtualization , Bandwidth Allocation 仮想ネットワークの使用状況取得による電力・リソース最適化収容設計手法の提案慶應義塾大学理工学部情報工情報工学科山中研究室中村景永田翔一内田哲博竹下秀俊岡本聡大木英二山中直明研究背景研究背景問題点解決手法の提案理想(最短路理想最短路) 最短路 B 一般的な経路設定一般的な経路設定は，経路設定は，単一パスでは，単一パスで要求帯域多い仮想リンクから優先的に最短路を割当 D 各物理リンクは 10Gbps A 割当方法 C 仮想NW1 8G要求 (A-C-D) 仮想NW2 6G要求 (A-C) 仮想NW3 4G要求 (C-D) 4G B 図4. 仮想リンクの帯域要求例仮想リンクの帯域要求例 6G D CBは2Gbps分未割当 4G 6G 問題点 8G ① 仮想NW2，3にとっての ACは2Gbps分未割当 A C 8G 最短路に未割当帯域が図5. 一般鄭一般鄭な仮想リンクの帯域割当例存在するのに使用していない点 ② 仮想NW2，3はNW運用中常に迂回路での通信を強いられる点解決手法の提案・動画・音楽等の大容量コンテンツの普及・クラウドサービス等により，DC-クライアント間の通信の増加・スマートフォンの普及による頻繁なネットワークの利用 ⇒トラフィック量の急激な増加，それに伴う消費電力増加が予想 ①最短路に未割当帯域を使用していない点 →運用前経路割当においてマルチパス ②運用前に割当られた経路を運用中常に使用する点→運用中の経路変更最短路の帯域は要求帯域量に応じて比例配分提案方式の割当 0.7G 1.3G B 2.3G 1.7G 帯域等のNW資源を効率的に利用可能な，ネットワーク仮想化技術に注目 D 6.7G 3.3G 5.7G 4.3G 2.3G 1.7G 各仮想リンクにとっての最短路の帯域を余すことなく割当 →帯域の利用効率向上 8:4 = 2:1 に配分 1つのつの仮想ネットワークに着目した運用中の経路使用方法つの仮想ネットワークに着目した運用中の経路使用方法 1.3G 0.7G C トラフィック量が最短路で通信可能な量以下：短路で通信トラフィック量が最短路で通信可能な量以上他の仮想リンクの短路に未使用帯域あり →他の仮想リンクの短い経路を使用他の仮想リンクの短路に未使用帯域なし →迂回経路を使用：優先度の高いデータを短路，低いデータを迂回路で通信 8:6 = 4:3 に配分図6. 提案方式による運用前の仮想NW設計方針設計方針提案方式による運用前の仮想ネットワーク仮想化技術・物理的なNW機器/リンクを仮想化し，仮想化資源としてリソース化・ SLAのQoS要件等に応じ，仮想化資源の割当を行い，仮想NWを設計 B D トラフィック量割当後 2.3G 1.7G * SLA: Service Level Agreement QoS: Quality of Service 5.7G以上のときのみ A-B-Cで通信 8G A C A C 5.7G 4.3G 5.7G 10G 可能な限り最短路で通信 →消費電力削減可能時間図8.仮想NW 1のトラフィックと使用経路図7. 運用中の経路使用方法特性評価特性評価平均帯域使用率 ∑ 17 : 物理ネットワークのリンク数物理リンクにおける使用帯域物理リンクで使用可能な最大帯域消費電力各仮想NWに必要なリンク容量等を満足するようNWを構築する際，複数の仮想リンクの物理NW上の経路を決定する方法が必要一般的な帯域割当手法一般的な帯域割当手法 ∑ リンク消費電力＝ ∑ リンクの使用帯域を∗ で変換した消費電力 *P. Reviriego, J. A. Hern´andez, D. Larrabeiti, and J. A. Maestro, “Performance evaluation of energy efficient Ethernet” (*) 図9 Energy consumption versus traffic load for 100 Base-TX, 1000Base-T and 10G Base –T EEE 消費電力帯域使用率・運用前要求帯域の多い仮想リンクから順に帯域・経路を割当て 0.7 1 0.9 0.6 0.8 0.5 消費電力の割合平均帯域使用率各仮想ネットワークの物理ネットワークでは単一パスで保証物理ネットワークの使用可能帯域を全て使用したときの消費電力を1としたときの消費電力の割合物理ネットワークの総使用可能帯域を1 としたときの帯域使用率の割合 0.4 0.3 0.2 0.5 0.4 0.3 0.1 0 21:00 23:00 1:00 3:00 5:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 ① ② 1日の合計使用帯域は ① / ② : 約11%削減 ① / ③ : 約23%削減に改善の余地あり 21:00 23:00 1:00 3:00 5:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 ③ ① ① ② ③ ② ③ 図11. 時間毎の消費電力の割合図10. 時間毎の平均帯域使用率・帯域使用効率の低下・消費電力の増加 0.6 0.2 0.1 0 ・運用中：運用中の経路変更無運用中運用中の経路変更無 0.7 運用前設計従来提案提案運用中経路変更 × × ○ 1日の合計消費電力は ① / ② : 約10%削減 ① / ③ : 約37%削減運用中の経路変更による平均帯域使用率・消費電力削減が可能 Keio University お問い合わせ先： [email protected]