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2015 年度 実施状況報告書

ネットワーク・イノベーションに向けたSDNに関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 15K12152
研究機関京都大学

研究代表者

高橋 豊  京都大学, 情報学研究科, 教授 (00135526)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワード待ち行列 / モデル化 / 解析評価 / ネットワーク / 情報システム
研究実績の概要

ネットワーク仮想化を目指すSDNでは、パケット転送処理について、経路制御を司るコントロールプレーンと転送処理を司るデータプレーンとに機能分離を行う。これまではスイッチ・ルータのベンダー毎に異なる仕様が実装され、新規機器の導入・更新、アプリケーションに応じた適切なQoS保証の設定などには大きな人的コストと時間を要してきた。これを回避するために経路制御を行うコントローラと転送処理を行うスイッチに分割し、前者は標準化を図り、後者は単純処理だけで済むコモディティ化を進めている。これらコントローラとスイッチを連携させる代表的インターフェースとしてOpenFlowがある。OpenFlowは標準化が進んでおり、実装プログラムも公開されているが、これを実装した場合の各スイッチにおける基本的なシステム性能および広範囲に及ぶネットワークへの適用可能性に関しては十分な検討がなされていなかった。
本研究ではOpenFlowスイッチにおけるパケット転送処理およびコントローラにおける経路問い合わせ処理に際して発生する遅延分布および滞留パケット数分布などの確率的挙動を明らかにすべく、スイッチとコントローラをサーバとする数理モデル化を行い、理論的性能解析を行った。モデル化にあたっては経路制御がフロー単位で行われることを考慮し、その特徴を表現可能な数理モデルの開発に留意した。解析結果を基に平均転送遅延、パケット廃棄確率、スループットなどの性能評価量を導出した。数値計算実験を行い、スイッチおよびコントローラの処理速度と性能評価量の関係およびコントローラに接続されるスイッチ数へのスケーラビリティに関する知見を得た。またSDNにおいてはフロー単位での制御が可能になるため、少数パケットからなるマイス的フロー、多数パケットからなるエレファントフローなどフローの属性による性能比較も数理解析的なアプローチで行った。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

ネットワークのモデル化と性能評価に関わる英文書を1冊編集し、査読付き英文論文5編と和文論文1編を出版、査読付き国際会議論文1編を発表、その他口頭での発表を7件行うなど現在までの研究達成度は目標に十分到達していると判断する。

今後の研究の推進方策

SDN はまだ限られたネットワークでの試験的運用がなされているだけで、より広範囲な普及には解決すべき課題がいくつか存在し、前年度の研究成果を基に次のような研究を遂行する。その中でも、コントローラに経路情報の問い合わせが集中し、ここでの処理がボトルネックになり、ネットワーク規模の増大に伴うスケーラビリティの検証とボトルネックの影響緩和に向けて次の計画で研究を遂行する。
1. コントローラに問い合わせが集中すると、処理遅延が増大するだけではなく、バッファサイズの制約のため、処理要求そのものが廃棄される可能性がある。これに起因してスイッチでは、当該フローに属するパケットが大量に滞留する。従ってコントローラおよびスイッチでの適切なバッファサイズの設計は重要な課題である。このためのトラヒックモデルおよびその解析手法を開発する。
2. SDN 実装に長けているニュージーランド国立ヴィクトリア大学ウェリントン校Seah 教授の研究グループの協力を得て、実ネットワークにおける実測データを収集し、数理モデルから導かれた結果と実測値との比較を行い、数理モデルの妥当性と解析結果の検証を行う。

次年度使用額が生じた理由

研究調査および成果発表の旅費を見込んでいたが,運営費交付金など他の財源で予算を確保できたため,今年度に執行予定した予算は来年度において当初計画よりも成果発表数が増加が期待される論文誌原稿作成料および国際会議発表旅費に使用しより一層の有効活用を図ることにした.

次年度使用額の使用計画

論文誌原稿作成に関わる経費と国際会議発表に伴う旅費が当初計画よりも膨らんでおり、これらに使用を予定している。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 1件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] Ghent University(Belgium)

    • 国名
      ベルギー
    • 外国機関名
      Ghent University
  • [雑誌論文] Retrial queues with balanced call blending: analysis of single-server and multiserver model2016

    • 著者名/発表者名
      3.Tuan Phung-Duc, Wouter Rogiest, Yutaka Takahashi Herwig Bruneel
    • 雑誌名

      Annals of Operations Research

      巻: 239 ページ: 429-449

    • DOI

      10.1007/s10479-014-1598-2

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] ハイブリッド通信方式を有するAMI の数理モデルと性能解析2016

    • 著者名/発表者名
      小笠原翔太、原田諭、門田和也、高谷幸宏、高橋豊
    • 雑誌名

      電子情報通信学会論文誌D

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Performance analysis of task replication in large-scale parallel-distributed processing: an extreme value theory approach2016

    • 著者名/発表者名
      Tsuguhito Hirai, Hiroyuki Masuyama, Shoji Kasahara and Yutaka Takahashi,
    • 雑誌名

      Journal of the Operations Research Society of Japan

      巻: 59 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of energy-saving server scheduling on power consumption for large-scale data centers2016

    • 著者名/発表者名
      Masataka Kato, Hiroyuki Masuyama, Shoji Kasahara and Yutaka Takahashi
    • 雑誌名

      Journal of Industrial and Management Optimization

      巻: 12 ページ: 667-685

    • DOI

      10.3934/jimo.2016.12.667

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Mobility of Smart Meters on Performance of Advanced Metering Infrastructure2016

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Matsuzawa , Satoru Harada, Kazuya Monden, Yukihiro Takatani, and Yutaka Takahashi
    • 雑誌名

      Journal of Industrial and Management Optimization

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of deadline time on job completion time for backup-task scheduling in cloud computing2015

    • 著者名/発表者名
      Kyosuke Hashimoto, Hiroyuki Masuyama, Shoji Kasahara and Yutaka Takahashi
    • 雑誌名

      Journal of Industrial and Management Optimization

      巻: 11 ページ: 867-885

    • DOI

      10.3934/jimo.2015.11.867

    • 査読あり
  • [学会発表] クラウドサービスにおけるサーバ群のブロック運用方式の性能解析2016

    • 著者名/発表者名
      森井広圭・高橋豊
    • 学会等名
      電子情報通信学会ネットワークシステム研究会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2016-06-23 – 2016-06-24
  • [学会発表] OpenFlowスイッチモデルの待ち行列理論を用いた性能解析2016

    • 著者名/発表者名
      後藤祐希,増山博之,Bryan Ng,Winston K. G. Seah,高橋豊
    • 学会等名
      電子情報通信学会ネットワークシステム研究会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2016-06-23 – 2016-06-24
  • [学会発表] RFIDシステムにおけるパッシブタグ群のID識別時間の性能解析2016

    • 著者名/発表者名
      水野滉也・高橋豊
    • 学会等名
      電子情報通信学会ネットワークシステム研究会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道札幌市)
    • 年月日
      2016-06-23 – 2016-06-24
  • [学会発表] Optimal Number of Checkpoints for Parallel-Distributed Processing in Cloud Computing2016

    • 著者名/発表者名
      Tsuguhito Hirai, Hiroyuki Masuyama, Shoji Kasahara, Yutaka Takahashi
    • 学会等名
      第32回(2015年度)待ち行列シンポジウム「確率モデルとその応用」
    • 発表場所
      多摩永山情報教育センター(東京都多摩市)
    • 年月日
      2016-01-21 – 2016-01-23
  • [学会発表] Heavy-traffic limits of the moments of the stationary distribution of the GI/G/1-type Markov chain2016

    • 著者名/発表者名
      Tatsuaki Kimura, Hiroyuki Masuyama, Yutaka Takahashi
    • 学会等名
      第32回(2015年度)待ち行列シンポジウム「確率モデルとその応用
    • 発表場所
      多摩永山情報教育センター(東京都多摩市)
    • 年月日
      2016-01-21 – 2016-01-23
  • [学会発表] 有限レベルM/G/1型マルコフ連鎖の劣幾何的収束性2016

    • 著者名/発表者名
      勝又洋介、増山博之、高橋豊
    • 学会等名
      第32回(2015年度)待ち行列シンポジウム「確率モデルとその応用
    • 発表場所
      多摩永山情報教育センター(東京都多摩市)
    • 年月日
      2016-01-21 – 2016-01-23
  • [学会発表] 反射型マルコフ変調ランダムウォークに対するレベル増分切断の誤差評価2016

    • 著者名/発表者名
      境谷秀作、増山博之、高橋豊
    • 学会等名
      第32回(2015年度)待ち行列シンポジウム「確率モデルとその応用
    • 発表場所
      多摩永山情報教育センター(東京都多摩市)
    • 年月日
      2016-01-21 – 2016-01-23
  • [学会発表] Mathematical model and performance evaluation of AMI applied to mobile environment2015

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Matsuzawa, Satoru Harada, Kazuya Monden, Yukihiro Takatani, and Yutaka Takahashi
    • 学会等名
      10th International Conference on Queueing Theory and Network Applications (QTNA2015)
    • 発表場所
      Hanoi, Vietnam
    • 年月日
      2015-08-17 – 2015-08-20
    • 国際学会
  • [図書] Queueing Theory and Network Applications2015

    • 著者名/発表者名
      Tien Van Do, Yutaka Takahashi, Wuyi Yue, Viet-Ha Nguyen
    • 総ページ数
      178
    • 出版者
      Springer

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公開日: 2017-01-06  

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