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2021 年度 実施状況報告書

無線ネットワークのパケット転送におけるP4を用いた局所・大域制御の統合とその評価

研究課題

研究課題/領域番号 20K11770
研究機関九州工業大学

研究代表者

鶴 正人  九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (40231443)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードSDN / P4スイッチ / 制御プレーン / マルチホップ無線ネットワーク / パケットスケジューリング
研究実績の概要

本研究では、(課題1)マルチホップ無線ネットワークのパケット中継転送に必要な高度化技術をデータプレーン・プログラミングのための最新SDN技術であるP4技術によってソフトウェアスイッチおよびSDNコントローラ上に実現・検証し、また(課題2)その際に必要となる局所・大域制御のための統一的制御プレーンを、同様にP4技術によって実現し、課題1の具体例を通した検証を進めている。
2021年度は、課題1では昨年度拡張したY字型トポロジー(3つの出口ゲートウェイ)上のパケット転送スケジューリングを、3タイプ、5パターンに分類し、各ノードのデータ生成レートが不均一な場合にも対応させ、英文ジャーナルに成果を公表した。さらにトポロジーをY+Y型(4つの出口ゲートウェイ)に拡張する検討を進め、目途を立てた。またDPDK技術を使ったP4対応高速ソフトウェアスイッチ(t4p4s on DPDK/Linux)の調査・予備実験を行い、拡張性不足が判った。
一方、課題2では、一方、ネットワーク上にin-band制御プレーンを実現するためのオーバレイネットワークの様々な(論理)トポロジーの特徴分析を行なった。また、動的in-band制御チャネルの一部の機能のP4による試作を標準ソフトウェアスイッチ(bmv2 on Linux)とコントローラ上に試作し、2台のスイッチと1台のコントローラ、そして送受信端末をつないだ最小構成ネットワークで機能および性能のテストを行ない、bmv2スイッチを用いる場合の性能上の課題を確認した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

課題2のP4対応ソフトウェアスイッチを使った動的in-band制御チャネルの一部の機能を試作でき、またP4に関するノウハウも蓄積され、in-band制御プレーン実現の目途がたった。
しかし一方で、課題1のマルチホップ無線ネットワークのパケット中継転送の高度化(動的で最適なスケジューリング)に関して担当していた博士課程の留学生が事情があって帰国してしまい、計画の大幅見直しが必要となったため。

今後の研究の推進方策

2021年度に試作したP4対応ソフトウェアスイッチを使った動的in-band制御チャネルを拡張し、さらに性能上の限界を克服するためにハードウェアP4スイッチでも試作する。ただしハードウェアP4スイッチは非常に高価なため、P4テストベッドの利用を至急進める。
その上でP4スイッチとコントローラによる課題2の統一的制御プレーンの実現をゴールとして、汎用性を考慮したin-band制御プレーンをP4技術によって実装・検証・評価をする。

次年度使用額が生じた理由

COVID19の影響で研究会や国際会議がすべてオンラインとなり、旅費が発生しなかったと共に、国際会議参加費も安価になったため。さらに半導体不足でソフトウェアスイッチ用サーバの年度内納入ができないリスクがあり購入を延期したため。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] TDMA-based scheduling for multi-hop wireless sensor networks with 3-egress gateway linear topology2021

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Linh Vu、Ha Nguyen Viet、Shibata Masahiro、Tsuru Masato
    • 雑誌名

      Internet of Things

      巻: 14 ページ: 100398~100398

    • DOI

      10.1016/j.iot.2021.100398

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Topology as a Factor in Overlay Networks Designed to Support Dynamic Systems Modeling2021

    • 著者名/発表者名
      Mowshowitz Abbe、Kawaguchi Akira、Tsuru Masato
    • 雑誌名

      Advances in Intelligent Networking and Collaborative Systems 2021. Lecture Notes in Networks and Systems

      巻: 312 ページ: 116~124

    • DOI

      10.1007/978-3-030-84910-8_13

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Towards a P4-based Dynamic In-Band SDN Control Channel2022

    • 著者名/発表者名
      Takumi Yoshida, Masahiro Shibata, Masato Tsuru
    • 学会等名
      2022 電子情報通信学会総合大会

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公開日: 2022-12-28  

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