Expansion of Adaptive Link Rate Switching Method between SDN Switches for Power Saving in Organization Networks

Research Project

Project/Area Number	23K11081
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 60060:Information network-related
Research Institution	University of Tsukuba
Principal Investigator	木村成伴筑波大学, システム情報系, 准教授 (20272180)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2028-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000) Fiscal Year 2027: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000) Fiscal Year 2026: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000) Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords	省電力化 / 通信速度切替方式 / 組織内ネットワーク / SDN / 消費電力削減
Outline of Research at the Start	本研究は，大学などの組織が所有する組織内ネットワークの消費電力削減のためのSDN (Software Defined Network)スイッチ間速度切替方式に対して，より現実的な組織内ネットワークで用いられるように，以下の拡張をするものである．組織内ネットワークに接続する拠点間での通信を実現する．3か所以上の拠点が接続できるようにする．拠点間を光ファイバで接続したネットワークを用いて，本方式の有効性を検証する．
Outline of Annual Research Achievements	これまで，研究代表者らは大学などの組織が所有する組織内ネットワークの消費電力削減のためのSDN (Software Defined Network)スイッチ間速度切替方式を開発してきた．この組織内ネットワークは，2つの拠点をそれぞれつなぐOpenFlowスイッチ (SW1, SW2) と外部ネットワークへのゲートウェイとなるOpenFlowスイッチ (SW3) から構成され，これらのスイッチ同士を互いに接続している．初期状態では，消費電力を下げるため，すべてのリンクは低速度(最大1Gbps) にしておく．そして，通信量が増えると高速度(最大10Gbps)に切り替えるが，その中間の速度として，SDNで複数の経路を束ねた接続を提供する．この方式により，何も対策しない場合と比べて，その消費電力が削減できることを，実機を用いた通信実験により示している．しかし，ここで可能な通信は拠点と外部ネットワークの間のみであり，拠点間の通信はできなかった．また，拠点は2か所しかなく，実験ネットワークにおけるスイッチ間の接続は銅線（最大100mまでしか伸ばせないので，通常は光ファイバで接続する）を用いているといった課題があった．そこで初年度の研究では，この通信速度切替方式の課題のうち，組織内の拠点間の通信を可能とする拡張に取り組んだ．この拡張により，OpenFlowスイッチのフローテーブルでパケットのDSCP (Differentiated Services Code Point)の値と宛先IPアドレスを参照してフローを制御することで，拠点間(例えば，SW1→SW2)の通信であっても，最短経路のフローSW1→SW2と，SW3を介したリンクをバイパスとしたフローSW1→SW3→SW2を束ねた接続による中間帯域を提供することで消費電力削減も達成できることを示した．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 通信量に応じて切り替えた通信経路ごとの消費電力は実機で測定しており，提案方式が機能すれば，消費電力を削減できることは疑いないと考えている．しかし，OpenFlowネットワークでの提案方式による経路切り替えがうまく機能しておらず，その点を修正する必要があることから，おおむね順調とした．
Strategy for Future Research Activity	まず，提案方式による経路切り替えがうまく機能しない原因を改良し，OpenFlowネットワークで機能させたときの消費電力を測定する．このとき，スイッチ間の接続はまだ銅線を用いているので，光ファイバに変更して実験を行うことも検討している．