JP5113093B2 - ネットワークの管理システム及び管理方法 - Google Patents
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Description
(1)施設設備に関する省電力化技術。
(2)ハードウェアに関する省電力化技術。
(3)プラットフォーム、ミドルウェアに関する省電力化技術。
(4)プロトコル、ソフトウェア、オペレーションに関する省電力化技術。
また、上記した(2)のハードウェアに関する研究としては、Intel 社やAMD 社らによるマルチコア技術やCPU電力制御技術(非特許文献3,4)、標準化団体IEEE のEEE(Energy Efficient Ethernet(登録商標))(非特許文献9)やD-Link 社によるGreen Ethernet(登録商標)(非特許文献12) などが提案されている。
更に、上記した(3)のプラットフォーム、ミドルウェアに関する研究としては、VMware やXen、Hyper-V などの仮想化技術(非特許文献5,6)が提案されている。
この仮想化技術は、物理的に一つの計算機資源(物理マシン)を論理的に複数の計算機資源(仮想マシン)として見せるための技術である。仮想マシンには、物理マシンの計算機資源(CPUやメモリ、ネットワーク帯域、ハードディスクなど)が分割して割り当てられる。
すなわち、仮想化技術の応用により利用状況に応じて仮想マシンへの物理マシンの計算機資源の割当量を動的に変更し、不要な物理マシンを停止又は休止する。
しかしながら、上述の技術では、利用状況に応じて構成を変更し、不要な機器の停止もしくは休止により省電力化を図ることが可能であるが、省電力化の適用範囲が仮想化されたサーバ群かつ同一ネットワークセグメント内に限られるという問題点があった。
しかしながら、いずれの技術についても、省電力化の対象範囲がノード単体に限られている。そのため、ネットワーク全体の利用率が低い時間帯であっても、ネットワーク上の全てのノードが起動している必要があり、ネットワーク全体で電力消費量を削減することができないという不都合があった。
しかしながら、省電力化の対象範囲がノード間のリンクに限られているため、ネットワーク全体の利用率が低い時間帯であっても(一部のリンクはスリープ状態とできるが)、ネットワーク上の全てのノードが起動している必要があり、ネットワーク全体で電力消費量を削減することができない。
そして、管理サーバ60は、収集した各ノードの利用状況に応じ、消費電力が最小となるようネットワークの構成を算出し、算出した構成となるよう管理サーバ60が各ノード61のトポロジの設定変更(レイヤ2トポロジ62のいずれの経路を使ってトラヒックを流すかを変更)を行う。すなわち、利用状況に応じ、ノード61のトポロジ構成を変更し、さらに、通信に不要となった(経路変更によりトラヒックを中継しなくなった)ノード61を停止もしくは休止することで省電力化を図ることが行われている。
しかしながら、このダイナミックルーティング技術においては、レイヤ3トポロジを構成するに際しての使用状況などは考慮されていないので、使用状況に関わらずネットワークの構成が(機器の追加や削除、故障やリンクの断などがない限り)固定的に使用されるため、省電力化を図ることはできない。
HP社 サーマル・プランニング・サービス:http://h50146.www5.hp.com/doc/catalog/services/pdfs/AS_070202_1.pdf 米エネルギー省(Department of Energy)国立研究機関LBNL(Lawrence Berkeley National Laboratory): "Energy-Efficient Direct-Current-Powering Technology Reduces Energy Use in Data Centers By Up to 20 Percent"http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/EETD-DC-power.html V. Raghunathan, M. Srivastava and R. Gupta, "A Survey of Techniques for Energy Efficient On-Chip Communication" in Proceedings of Design Automation Conference 2003, Anaheim, CA, Jun. 2003. T. Pering, T. Burd and R. Bordersen, "The Simulation and Evaluation of Dynamic Voltage Scaling Algorithms," in Proceedings of the International Symposium on Low Power Electronics and Design, Monterey, CA, Aug. 1998. VMware: http://www.vmware.com/ Xen:http://www.xen.org/ VMware Distributed Power Management(DPM)
すなわち請求項1のネットワークの管理システムは、多数のノードが各リンクにより接続されたネットワークの少なくとも複数のノードにおいて、
各ノードのインタフェース情報を得ることでネットワークの接続形態を把握する接続形態把握手段と、
各ノードのインタフェースの使用状況情報、及び前記各リンクのコストに関する情報を各ノード間で交換し情報を共有する情報共有手段と、
前記接続形態把握手段及び情報共有手段の情報からIPルーティングテーブル(レイヤ3トポロジ)を新たに求めるトポロジ取得手段と、
トポロジ取得手段の結果に基づき、レイヤ3トポロジを動的に変更するトポロジ変更手段と、
前記トポロジ変更手段によるレイヤ3トポロジの構成変更により、不使用となったリンクやノードを省電力モードや休止又は停止するノード停止・休止手段と、
他ノードからの指示(パケット)又は自発的にリンクや自身(ノード)を省電力モードや休止状態や停止状態から復帰するノード復帰手段と
を有して成ることで、前記ネットワークの全てのノードを管理する管理サーバを備えることなく、前記複数のノードで前記各手段を実行することで前記ネットワークの利用状況に応じて、ネットワークの構成を動的に変更させ、通信に不要となったノードやリンクを休止状態又は停止状態とすることを特徴としている。
各ノードのインタフェース情報を得ることでネットワークの接続形態を把握する手順。
各ノードのインタフェースの使用状況情報、及び前記各リンクのコストに関する情報を各ノード間で交換し情報を得る手順、
前記接続形態把握手段及び情報共有手段の情報からIPルーティングテーブル(レイヤ3トポロジ)を新たに求める手順、
新たに求めたレイヤ3トポロジが前記リンクを増加させる場合は省電力モードや休止状態や停止状態からノードを動作状態に復帰させる手順、
前記新たに求めたレイヤ3トポロジに動的に変更する手順、
前記トポロジ変更により不使用となったリンクやノードを省電力モードや休止状態又は停止状態にする手順、
を含むことで、前記ネットワークの全てのノードを管理する管理サーバを備えることなく、前記複数のノードで前記各手順が実行されることで前記ネットワークの利用状況に応じて、ネットワークの構成を動的に変更させ、通信に不要となったノードやリンクを休止状態又は停止状態とすることを特徴としている。
一方、本発明の適用により、通信に不要となったノード(ルータ)やリンクを休止、又は停止することで、ネットワーク全体の電力消費量をデータ量に比例して減少させることが可能となる。
本発明のネットワークの管理システム及び管理方法を実現する自律分散プロトコルは、ネットワークのリンク情報を把握する機能1と、各ノードの電力消費量や、時事刻々と変化するインタフェースの使用状況情報、リンクのコストに関する情報を共有する機能2と、レイヤ3トポロジを算出する機能3と、算出したレイヤ3トポロジに構成変更を行う機能4と、不要となったリンクやノードを省電力モードや休止、又は停止する機能5と、リンクやノードを省電力モードや休止状態や停止状態から復帰する機能6がそれぞれ行われることでネットワークにおける省エネ化を図るようになっている。なお、各ノードの電力消費量についての情報は、取得しない場合であってもよい。
従来から存在するリンクステート型ルーティングプロトコル(OSPF)は、リンクステート監視モジュール11と、ノード自身の各リンクのコストを含むインタフェースに関する情報を示すフラッディング情報13と、リンクステート監視モジュール11により、他のノードとフラッディング情報13を交換し、交換した全てのフラッディング情報とリンク(レイヤ2トポロジの)情報を保存するフラッディングデータベース(リンクステートデータベース)12と、フラッディングデータベース(リンクステートデータベース)12に基づきレイヤ3トポロジを決定する経路決定部14を備えて構成されている。ネットワークのリンク情報を把握する機能1は、従来から存在するリンクステート型ルーティングプロトコルの、リンクステート監視モジュール11が、他のノードとフラッディング情報13を交換し、フラッディングデータベース12に保存する手順の流用により実現される(機能1の実行)。
また、制御部19は、各部間における情報の送受信を行ってシステム全体の制御を行うものである。
リンクのコスト(フラッディング情報13)は、当初においてはオペレータが、例えば経路(リンク)の伝送遅延などを基に任意に割り当てるが、フラッディング情報更新部17が各ノードの使用状況(ネットワーク利用状況データベース16)によりリンクのコストが変更(増加又は減少)されるようになっている。
省電力動作モード切替部18で行われるリンクやノードの省電力モードは、例えば、ルータ自身の利用状況に応じ、使用しないインタフェースの速度を1Gbps から10Mbps に変更する等のルータ自身の動作速度を変更することにより電力消費量の減少を行うものである。
各ノードにおいて自律分散型省電力プロトコルが起動された場合、先ず、他のノードとインタフェース情報等を交換し、ネットワークの接続形態(レイヤ2トポロジ、リンク情報)を把握する(ステップS1)。
リンク情報の把握が完了すると、ノードの電力消費量や、時事刻々と変化するインタフェースの使用状況情報、リンクのコストに関する情報も交換し、共有する(ステップS2)。この時、リンクのコストは、ネットワークの使用状況に基づいて変更することが行われる。変更手順については後述する。
次に、ステップS1及びステップS2により得た情報を使用し、電力消費量を考慮したレイヤ3トポロジを算出(ネットワークの使用状況に基づき変更されたリンクのコストからレイヤ3トポロジを算出することで、電力消費量を考慮したレイヤ3トポロジとなる)する(ステップS3)。レイヤ3トポロジの算出は、ノード間のコストが最小となるように構築される。
算出した結果、現状のレイヤ3トポロジから変更がない場合、ステップS1に戻る(ステップS4)。ステップS4によるレイヤ3トポロジの変更の要否は一定周期毎に行われる。
レイヤ3トポロジで使用するノード及びリンクが増加する場合は、省電力モードや停止、休止中のリンク又はノードを復帰させる(ステップS6)。
ステップS6により省電力モードや停止、休止中のリンク又はノードを復帰実行後、又は、ステップS5によりレイヤ3トポロジを算出した結果、使用するリンク、ノードが減る場合は、トポロジの変更 が実行される(ステップS7)。
次いで、レイヤ3トポロジに構成変更機により不要となったリンクやノードを省電力モードや休止状態、停止状態とする(ステップS8)。
以後、各ノードにおいて、ステップS1〜ステップS8の動作が連続して行われる。
ネットワークの各リンクに割り当てられるコストは、一般的には、オペレータがネットワークトラヒックの負荷が分散されるように設定される。その結果、オペレータが設定したリンクのコストは、図5の「利用率の高い時間帯」のリンク(レイヤ2トポロジ)2に示されるように、全てのルータ1を使用してトラヒックを処理するような値(図の例ではコストの値を「40」又は「50」に設定)。図5中、ルータ1間を結ぶ、リンク2上に記載の数字がコストを示す。また、コストは方向毎に異なるコストを割り当てることも可能であるが(例えば、ルータA→ルータBとルータB→ルータAで異なるコストを割り当てることが可能)、ここでは簡単のため、双方向で同じコストが割り当てられているとする。)とし、ネットワークの負荷を最も効率的に分散することが行われている。
リンクのコストを平滑化するとは、図5の「利用率の高い時間帯」で示すように、ネットワーク中の全てのルータが使用されるように、各リンクのコストを変更することを指す。
すなわち、オペレータが設定したリンクのコストが、ネットワークの負荷を最も効率的に分散する(すべてのルータを使用してトラヒックを処理する)リンクのコスト(ここではディフォルトリンクコストと呼ぶ)であると仮定できる場合、後述する処理により変更されたリンクのコストをディフォルトリンクコストに戻す処理となる。また、あるルータにおけるインタフェース間のリンクコストの差を小さくする処理としてもよい。
また、コストの下げ(上げ)幅は、ネットワークの利用状況をパラメータとして予め設定した数式により算出された値を使用する。
図5ルータGに着目した場合、本処理により、利用率が低い時間帯には、ルータCへのリンクのコストを下げ(40から20)、ルータDへのリンクのコストを上げ(50から80)られる。
ネットワークを構成する各ノードについて上記処理が行われることで、フラディング情報更新部17において、リンクのネットワークの使用状況に応じて各リンクコストが変更され、経路決定部14において、(ネットワーク使用状況に応じて変更された各リンクのコストに基づき経路決定がされることで、結果として)電力消費量を考慮したレイヤ3トポロジが算出される。
その結果、図5の「利用率が低い時間帯」におけるルータDとルータFには、トラヒックが流れないため(利用者Aからどの利用者に対し通信する際であっても経由しない)、省電力モード切替部18の機能により、自身にトラヒックが流れるか否かを判断し、省電力モードとすることで消費電力量を減少させることができる。
実際には、上記の値に対して、本発明のネットワークの管理システムの導入によるオーバーヘッドや、利用率の変動や障害時に備え確保すべき余剰なリンクやノードによる電力消費量を勘案する必要がある。
Claims (3)
- 多数のノードが各リンクにより接続されたネットワークの少なくとも複数のノードにおいて、
各ノードのインタフェース情報を得ることでネットワークの接続形態を把握する接続形態把握手段と、
各ノードのインタフェースの使用状況情報及び前記各リンクのコストに関する情報を各ノード間で交換し情報を共有する情報共有手段と、
前記接続形態把握手段及び情報共有手段の情報からIPルーティングテーブル(レイヤ3トポロジ)を新たに求めるトポロジ取得手段と、
トポロジ取得手段の結果に基づき、レイヤ3トポロジを動的に変更するトポロジ変更手段と、
前記トポロジ変更手段によるレイヤ3トポロジの構成変更により、不使用となったリンクやノードを省電力モードや休止又は停止するノード停止・休止手段と、
他ノードからの指示又は自発的にリンクやノードを省電力モードや休止状態や停止状態から復帰するノード復帰手段と
を有して成ることで、前記ネットワークの全てのノードを管理する管理サーバを備えることなく、前記複数のノードで前記各手段を実行することで前記ネットワークの利用状況に応じて、ネットワークの構成を動的に変更させ、通信に不要となったノードやリンクを休止状態又は停止状態とすることを特徴とするネットワークの管理システム。 - 前記トポロジ取得手段は、前記情報共有手段で得た情報から前記各リンクのコストを変更することで、前記IPルーティングテーブル(レイヤ3トポロジ)の再構築を行う請求項1に記載のネットワークの管理システム。
- 多数のノードが各リンクにより接続されたネットワークの少なくとも複数のノードにおいて行うネットワークの管理方法であって、
各ノードのインタフェース情報を得ることでネットワークの接続形態を把握する手順と、
各ノードのインタフェースの使用状況情報及び前記各リンクのコストに関する情報を各ノード間で交換し情報を得る手順と、
前記接続形態把握手段及び情報共有手段の情報からIPルーティングテーブル(レイヤ3トポロジ)を新たに求める手順と、
新たに求めたレイヤ3トポロジが前記リンクを増加させる場合は省電力モードや休止状態や停止状態からノードを動作状態に復帰させる手順と、
前記新たに求めたレイヤ3トポロジに動的に変更する手順と、
前記トポロジ変更により不使用となったリンクやノードを省電力モードや休止状態又は停止状態にする手順と
を含むことで、前記ネットワークの全てのノードを管理する管理サーバを備えることなく、前記複数のノードで前記各手順が実行されることで前記ネットワークの利用状況に応じて、ネットワークの構成を動的に変更させ、通信に不要となったノードやリンクを休止状態又は停止状態とすることを特徴とするネットワークの管理方法。
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