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クラスタ型NDNルータにおけるテラビット/秒高速パケット転送方式

研究課題

研究課題/領域番号 20H04176
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分60060:情報ネットワーク関連
研究機関大阪大学

研究代表者

長谷川 亨  大阪大学, 大学院情報科学研究科, 教授 (70576264)

研究分担者 小泉 佑揮  大阪大学, 大学院情報科学研究科, 准教授 (50552072)
河辺 義信  愛知工業大学, 情報科学部, 教授 (80396184)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2022年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2021年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2020年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
キーワード情報指向ネットワーキング / インターネット / ルータ / パケット転送 / プログラマブルスイッチ / パケットフォワーディング / キャッシュ
研究開始時の研究の概要

次世代インターネットアーキクチャNamed Data Networking (NDN) の普及に向けてテラ(T) ビット/秒クラスのバックボーンルータ用のパケット転送方式を設計,実証する.具体的には,P4 プログラマブルスイッチをバックプレーンとして,複数の汎用計算機(PC:Personal Computer) を結合したクラスタ型NDN ルータをプラットフォームとして,NDN のステートフル通信の鍵であるフロー状態の一貫性を維持しながら,PC/CPU コアの並列性を活用して1T ビット/秒のパケット転送速度を実現する.

研究成果の概要

次世代インターネットアーキクチャNamed Data Networking (NDN)に対して,パケット処理をプログラム可能なP4スイッチを用いてルータを設計し,10テラビット/秒のパケット転送速度を実現した.第一に,P4スイッチと接続したサーバが協調することで,100万以上の名前プレフィクスを高速に最長一意検索する手法を設計した.第二に,不要なデータパケットの転送をP4スイッチとサーバ間で削減する手法を設計した.これらの手法をプロタイプすることで,設計通りのパケット転送速度を実証した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

6G時代に向けて,インターネットを流れるトラフィック量は今後も増加する一方である.一方,大容量の専用メモリとLSIを用いて大量トラフィックを処理する,現在の商用ルータでは,消費電力がトラフィック量に対して増加するため、使い続けることは難しい.これに対して,本研究では,消費電力の少ないプログラマブルスイッチを用いてテラビット/秒のルータを開発した.開発のベースなるパケット転送技術は,省電力と高速性を両立するる次世代ルータに採用されることが期待される.

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] 汎用計算機ベースの高速な情報指向ネットワークルータの実装2023

    • 著者名/発表者名
      武政 淳二, 小泉 佑揮, 長谷川 亨,
    • 雑誌名

      電子情報通信学会論文誌B 通信

      巻: J106-B 号: 5 ページ: 265-280

    • DOI

      10.14923/transcomj.2022NSI0001

    • ISSN
      1881-0209
    • 年月日
      2023-05-01
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Load Balancing for Stateful Forwarding by Mitigating Heavy Hitters: A Case for Multi-Threaded NDN Software Routers2020

    • 著者名/発表者名
      武政淳二、田上敦士、小泉佑揮、長谷川亨
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: vol. 8 ページ: 155071-155085

    • DOI

      10.1109/access.2020.3018555

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Data Prefetch for Fast NDN Software Routers based on Hash Table-based Forwarding Tables2020

    • 著者名/発表者名
      武政淳二、小泉佑揮、長谷川亨
    • 雑誌名

      Computer Networks

      巻: 173 ページ: 107188-107188

    • DOI

      10.1016/j.comnet.2020.107188

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 国際会議ACM ICNにおける研究動向2023

    • 著者名/発表者名
      長谷川 亨, 小泉 佑揮, 武政 淳二
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会講演論文集 (BT-2-4)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 新たなファジィ・シミュレーション関係を用いたトラスト分析に向けて2023

    • 著者名/発表者名
      河辺義信
    • 学会等名
      日本知能情報ファジィ学会第33回ソフトサイエンス・ワークショップ
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] プログラマブルスイッチと計算機を組み合わせた ICN ルータにおけるキャッシュの高速化に関する一考察2022

    • 著者名/発表者名
      武政 淳二, 小泉 佑揮, 長谷川 亨
    • 学会等名
      電子情報通信学会第 22 回情報指向ネットワーク研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] プログラマブルハードウェアによるICNルータの高速化:100Gbpsから10Tbpsへ2022

    • 著者名/発表者名
      武政 淳二
    • 学会等名
      電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集 (TK-2-7)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] P4 スイッチと計算機を組み合わせたCCNルータのキャッシュにおけるボトルネックに関する一考察2022

    • 著者名/発表者名
      武政 淳二, 小泉 佑揮, 長谷川 亨
    • 学会等名
      電電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集 (B-6-37)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 二次元的トラスト表現法の大学生の就職支援への適用2022

    • 著者名/発表者名
      河辺義信
    • 学会等名
      日本知能情報ファジィ学会 ソフトサイエンス研究部会 第32回ソフトサイエンス・ワークショップ
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Vision: Toward 10 Tbps NDN Forwarding with Billion Prefixes by Programmable Switches2021

    • 著者名/発表者名
      武政淳二、小泉佑揮、長谷川亨
    • 学会等名
      Proceedings of ACM ICN 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ccnGen: A High-speed Generator of Bidirectional CCN Traffic Using A Programmable Switch,2021

    • 著者名/発表者名
      武政淳二、山田涼真、小泉佑揮、長谷川亨
    • 学会等名
      Proceedings of ACM ICN 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Revisiting High-Speed Forwarding: Cases for State-full forwarding and Learned Index based Forwarding2021

    • 著者名/発表者名
      長谷川亨
    • 学会等名
      1st International Workshop on Theory and Practice of Programmable Forwarding
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] プログラマブルスイッチと計算機を組み合わせた10TbpsのNDNパケットフォワーディングに関する一考察2021

    • 著者名/発表者名
      武政 淳二, 田上 敦士, 小泉 佑揮, 長谷川 亨
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] P4プログラマブルスイッチを活用したCCNトラフィックジェネレータ2021

    • 著者名/発表者名
      山田 諒真, 武政 淳二, 小泉 佑揮, 長谷川 亨
    • 学会等名
      電子情報通信学会 第19回ICN研究会ワークショップ
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] プログラマブルスイッチと汎用計算機を組み合わせた NDN ルータに関する一考察2021

    • 著者名/発表者名
      武政 淳二, 小泉 佑揮, 長谷川 亨
    • 学会等名
      電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] プログラマブルスイッチを用いた CCN の双方向トラフィック生成に関する一考察2021

    • 著者名/発表者名
      山田 諒真, 武政 淳二, 小泉 佑揮, 長谷川 亨
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] トラスト遷移の検証のためのシミュレーション関係の自動生成2021

    • 著者名/発表者名
      河辺義信
    • 学会等名
      日本知能情報ファジィ学会第31回ソフトサイエンス・ワークショップ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 排他制御しない PIT を用いたマルチコア NDN ルータで発生するパケット転送誤りからの回復に関する一考察2020

    • 著者名/発表者名
      小山 亮, 武政 淳二, 小泉 佑揮, 田上 敦士, 長谷川 亨
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 排他制御しない PIT を用いたマルチコア NDN ルータで発生するエラーの検証法に関する一考察2020

    • 著者名/発表者名
      小山 亮, 小泉 佑揮, 長谷川 亨
    • 学会等名
      電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 高人気パケットの分散割り当てによるマルチスレッドNDNルータの高速化2020

    • 著者名/発表者名
      武政 淳二, 田上 敦士, 小泉 佑揮, 長谷川 亨
    • 学会等名
      電子情報通信学会第 18 回情報指向ネットワーク研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 高人気パケットの分散割り当てによるマルチスレッドNDNソフトウェアルータの高速化に関する一考察2020

    • 著者名/発表者名
      武政 淳二, 田上 敦士, 小泉 佑揮, 長谷川 亨
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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