実トラフィックを利用した高効率高帯域ルータアーキテクチャの構築と評価

• Project/Area Number: 18680006
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Computer system/Network
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 西 宏章 Keio University, 理工学部, 准教授 (00365470)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥14,950,000 (Direct Cost: ¥11,500,000、Indirect Cost: ¥3,450,000); Fiscal Year 2007: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000); Fiscal Year 2006: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
• Keywords: バックボーンルータ / ルータアーキテクチャ / ネットワークプロセッサ / スイッチ / アービタ / ルーティングテーブルキャッシュ / 通信プロトコル / ハイブリッドスイッチ / VoIP / P-Gear / S-Gear / インターネットバックボーンルータ / スイッチアーキテクチャ

Research Abstract

インターネットは我々の生活に欠かせないインフラとしての地位を確立しており、その中の中枢部分で情報を交換するバックボーンルータやコアルータは単に物理配線の高速化に追従するだけに留まらず、数多くのプロトコルへの柔軟に対応し、より厳しいQoS要求にこたえる必要がある。しかしながら、これらの全てを満足に満たすルータの実現手段には決め手がない。この様な状況に対応する新しいルータアーキテクチャTera- Gearsの提案と評価を行った。ルータの主要機能を1.パケットのヘッダ解析を行い必要な処理を行うネットワークプロセッサ2.QoSに基づきパケットを目的地へ分配するスイッチ3.パケットのあて先を高速検索するルーティングテーブルの3つに分割し、それぞれの部位で100Gbpsの高帯域スループットを高効率で獲得する新しいルータアーキテクチャである。1.として、既提案のProcess Learning Cacheを発展させ、さらにキャッシュ利用効率を向上させるMulti-Aware Cacheを提案し評価した。このMulti-AwareCacheを利用することで、voIPなどリアルタイム性が必要かつ小さなパケットが大量に入力される新しいプロトコルにおいてキャッシュ利用効率を3%程度向上させ、かつ必要なプロセッサコア数の低減させることを提案し証明した。2.として、既提案のS-GearにQoS機能を盛り込み評価した。結果、従来問題であった回路規模の増大を抑えるとともに、柔軟なQoSに対応しつつ大容量細粒度通信を行うスイッチを構成可能であることを示した。特に細粒度通信では従来の2.5倍程度の性能が得られた。3.として階層メモリアーキテクチャを利用しかつ、最終段に従来のパトリシアツリーよりも効率よく検索ツリーを管理できる拡張パトリシアツリーを取り入れた新しいL-Gearを提案し、その性能を評価した。結果、電力消費量が大きく、拡大する経路数への対応が困難なTCAMを利用しない場合でも、80Gbps程度のスループットで高速にルーティングテーブル検索が可能であることを示した。

Research Products

• [Journal Article] FPGAを用いた多自由度バイラテラル鉗子ロボットシステムの構築 (2007)
  • Author(s): 石井 恵那
  • Journal Title: 電気学会産業応用部門誌 Vol.127-DNo.5 Pages: 508-517
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Improvement of Performances in Bilateral Teleoperation by Using FPGA (2007)
  • Author(s): Ena Ishii
  • Journal Title: IEEE Transactions on Industrial Electronics Vololume54 Issue 4 Pages: 1876-1884
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 伝達遅延を考慮したシステム結合の一表現法 (2007)
  • Author(s): 名取 賢二
  • Journal Title: 電気学会論文誌D 産業応用部門誌 Vol.127-DNo.6 Pages: 635-642
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Martini: A Network Interface Controller Chip for Higt Performance Computing with Distributed PCs (2007)
  • Author(s): Konosuke Watanabe
  • Journal Title: IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems Vol.18 No.9 Pages: 1282-1295
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Martini : A Network Interface Controller Chip for High Performance Computing with Distributed PCs (2007)
  • Author(s): Kounosuke Watanabe, Hiroaki Nishi, et al.
  • Journal Title: TPDS-0470-1105.R1, IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, IEEE Computer Society (採録決定)
• [Journal Article] Cache-based Network Processor Architecture : Evaluation with Real Network Traffic (2006)
  • Author(s): Michitaka Okuno, Shinji Nishimura, Shinichi Ishida, Hiroaki Nishi
  • Journal Title: Special Section on Novel Device Architectures and System-Integration Technologies, IEICE Transactions on Electronics Vol. E89-C, No. 11 Pages: 1620-1628
  • NAID: 110007538700
• [Journal Article] Evaluation of Cache Base Network Processor by Using Real Backbone Network Trace (2006)
  • Author(s): Shinichi Ishida, Michitaka Okuno, Hiroaki Nishi
  • Journal Title: Workshop on High Performance Switching and Routing HPSR2006 Pages: 49-54
• [Journal Article] クロスバとアービタの融合による高効率スイッチアーキテクチャ (2006)
  • Author(s): 三野 峻徳, 河合 満, 西 宏章
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告CPSY2006-23 Vol. 106, No. 199 Pages: 61-66
  • NAID: 110004823480
• [Presentation] KNIVES: Network based Demand and Supply Control System -Enhancement for Network and Environmental Affinity- (2007)
  • Author(s): Tomohiko Handa
  • Organizer: 5th International IEEE Conference on IndustrialInformatics INDIN2007
  • Place of Presentation: Vienna, Austria
• [Presentation] Position Control Using an FPGA based on Multirate Acceleration Control (2007)
  • Author(s): Hirojruki Tanaka
  • Organizer: The 4th IEEE International Conference on Mechatronics, ICM '07-KLJMAMOTO, WA1-A-1
  • Place of Presentation: Kmnamoto, Japan
• [Presentation] KNIVES:インターネットを用いた分散協調型デマンドサイドマネジメント (2007)
  • Author(s): 小田 明裕
  • Organizer: 電子情報通信学会技術研究報告CPSY 2007-37
  • Place of Presentation: 福岡
• [Presentation] インターネットトラヒックにおけるローカリティに着目したルーティングテーブルルックアップ機構の提案 (2007)
  • Author(s): 明石 大
  • Organizer: 電子情報通信学会技術研究報告CPSY 2007-15
  • Place of Presentation: 旭川
• [Presentation] SIP-Aware Cache を用いた広帯域VoIP HW-Engineの提案 (2007)
  • Author(s): 河合 満
  • Organizer: 電子情報通信学会技術研究報告CPSY 2007-9
  • Place of Presentation: 旭川
• [Presentation] 帯域保証を考慮したクロスバ・アービタ融合スイッチの評価 (2007)
  • Author(s): 三野 峻徳
  • Organizer: 電子情報通信学会技術研究報告CPSY 2007-11
  • Place of Presentation: 旭川