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Report
インターネットの
電力消費とエネルギー効率
グループDー2
川原研究室 M1 稲富 祐希
はじめに
• 課題論文
– “Power Consumption and Energy Efficiency in the Internet “
• K. Hinton, J. Baliga, M. Feng, R. Ayre, R. Tucker;
• IEEE Network, March/April, p.6, 2011
• 紹介内容
– Network Model
• 本論文で使用するネットワークモデルについて
– Where Power Goes
• インターネット内で電力消費の多い場所
– Improving Energy Efficiency of the Internet
• エネルギー効率を改善するための方策
– Content Distribution and Data Centers
• コンテンツ配信ネットワークとデータセンタの消費電力
– Conclusion
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Network Model
• 機能提供のための最小構成でのモデル
• 以下のネットワークが含まれる
–
–
–
–
–
コアネットワーク
メトロ/エッジネットワーク
アクセスネットワーク
データセンタ
IPTVネットワーク(コンテンツ配信ネットワーク)
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Network Model
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Where Power Goes
• 提供されるネットワークのアクセス速度
– ISP(インターネットサービスプロバイダ)が告知する速度
• メトロ/エッジ,コアネットワーク
– 最悪の場合を想定し,顧客に最低限の速度を提供できる
ように設計
• oversubscription ratio(過剰収容率)を定義
ISPの公称値
顧客に提供される速度
• oversubscription ratio25の場合の消費電力を算出
Where Power Goes
• 無線の利用者は増加傾向
– アクセスが用意
– 移動性がある
高速な無線アクセスを求める
利用者が増加していく
消費電力の面で利用者全員への
無線アクセスの提供が困難となるため,
エネルギー効率の改善が必要
無線(Wimax,UMTS):エネルギー消費大
光ファイバ(PON):エネルギー消費小
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Where Power Goes
• アクセス速度は40%/年増加
• エネルギー効率は10%/年改善
現状:アクセスネットワークの消費電力大
アクセス速度の向上により,
コアネットワークの電力が増大する恐れ
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Where Power Goes
• アクセス速度が大きい場合
→コアルータの消費電力が支配的に
電力供給と冷却,
フォワーディングエンジン
→消費電力の65%を占める
負荷が最大限のルータ
→10mJ/bの電力を消費
消費電力を抑えるには
ルータの負荷の軽減が必要
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Improving Energy Efficiency of
the Internet
• インターネットで消費電力が多い場所
– アクセスネットワーク機器
– コアネットワークルータ
• EUでは電力消費に関するガイドラインを刊行
– “Code of Conduct on Power consumption of Broad- band
Equipment”
– ガイドラインで示されている方策の一部を紹介
• 機器のスリープ,アイドル
• 機器の処理速度を抑える
• コアルータのエネルギー効率改善
• その他の方策
– 機器に使用する回路の変更
– ネットワークの再構築
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Improving Energy Efficiency of
the Internet
• 使用していない時に消費電力を減らす装置
– “スリープ”,”アイドル”と呼ばれる低消費電力状態
– 非通信時に,必要の内機能の一部をシャットダウン
– 装置を常に利用可能にするため,少量の電力は必要とな
る.
現在の機器は高速で動作できるため,
1秒よりもはるかに小さい時間で省電力効果が見込める
Improving Energy Efficiency of
the Internet
• 負荷の低い時,機器の処理速度を減らす
– 装置の多くは,必要な処理速度以上の速度で動作
– 電子回路は処理速度が低い場合,消費電力が小さくなる
– トラヒックの負荷が低い時に,処理速度を低くすることで
消費電力の削減が可能
→レートアダプテーション(rate adaptation)
エネルギー効率化のためのイーサネットプロトコルで適用
インターネットの多くの箇所にも適用可能
Improving Energy Efficiency of
the Internet
• コアルータのエネルギー効率を改善する
– 信号処理技術やルータの機能変更により実現
– コアネットワークの消費電力が増大する傾向にあるため,
重要な研究テーマとなる.
• もっとも効率のよいアクセスネットワーク技術の利用
– アクセスネットワーク機器の消費電力の増大は明確な課
題となっている
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Improving Energy Efficiency of
the Internet
• 使用する回路の変更
– 電子回路から光回路への変更
• 光回路は電子回路よりも高速で動作が可能
– 電子回路は100Gb/s程を実現できると予測されている(2010
年時)
– 光回路は10Tb/sを実現する見込みがある.
研究者による提唱
既存のルータを小数の光回路のルータに置き換え
→全体の消費電力削減に繋がる
Improving Energy Efficiency of
the Internet
• 光回路における問題点
– 光信号処理技術の消費電力
• CMOSが光回路よりも消費電力が5桁低い
• 光回路の消費電力は,ほとんど改善されていない
• 一方,CMOS回路の消費電力は年々改善されている
ネットワーク機器に利用される回路として,
電子回路を利用するほうがエネルギー効率が良い
Improving Energy Efficiency of
the Internet
• ネットワークの再構築も提案されている
– ルータに直接接続するのではなくSDH/SONETを経由して
接続を行う
• SDH/SONET:光ファイバを用いた高速デジタル通信の国際規格
– IPルータで処理されるトラヒックを減らすことが目的
• トラヒックは,エンドーエンド間で平均して14のルータによって処理
される.
• コアネットワークのルータを避けるように再構築
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Improving Energy Efficiency of
the Internet
10nJ/b
1-3nJ/b
1nJ/b
SDH/SONETとWDMを用いたネットワーク構成により消費電力の削減でき,
多くのトラヒックをエネルギー面で効率的に処理できる
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Content Distribution and Data Centers
• コンテンツ配信ネットワーク
– 複数のコピーをデータセンターに保存
– コンテンツ要求時に適切なデータセンタから転送
– このサービスの成長とともに機器の消費電力も増加
• 消費電力の計算
– 以下の項目からダウンロードによる消費電力を算出
• コンテンツのファイルサイズ
→1.8Gbyte(2時間の標準的な映画 )
• コンテンツの要求数
→1時間毎のリクエスト数
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Content Distribution and Data Centers
コンテンツ要求数に応じて配置の
仕方の工夫が必要
人気のコンテンツ
→複製を増やし,地理的に分散させる
・不人気のコンテンツ
→複製を少なく,サーバに集中保存
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Conclusions
• インターネットの規模は年々成長している
• 規模の拡大に伴い消費電力も増加
– インターネットで最も電力が消費される場所の把握,
インターネットの消費電力の管理は重要となる
ネットワークモデルに基いて電力消費が多い場所を明示
電力の消費を効率化するための方策を示した
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インターネットの
電力消費とエネルギー効率
グループDー2
川原研究室 M1 稲富 祐希
補足:光回路と電子回路
• 省電力手法について
– 電子回路
• 機器のスリープ
• レートアダプテーション
– 光回路
• 機器のスリープのみ
参考:K. Hinton , “Energy Consumption Perspective”
invited paper FT1, OECC 2009
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補足:コアルータの消費電力
• 高負荷時は10mJ/byte消費
– 1Gb/sの通信の場合
10 *10-3[J / b]*1*10 6 [b / s] =10 *103[J / s]
=10KW
製品
消費電力
電子レンジ
1300W
ドライヤー
600W~1200W
デスクトップPC
150W~300W
ノートPC
50W~120W
掃除機
1000W-1100W
洗濯機
500W-900W
エアコン
45W-2000W
参考:“家電の消費電力”
http://www.eco-taisaku.net/denki/denkidai_list.html
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