1. Insomnia
in
the
Access
Or
How
to
Curb
Access
Network
Energy
Cosump7on
Marco
Canini
EPFL
Eduard
Goma,
Alberto
Lopez
Toledo,
Nikolaos
Laoutaris
(Telefonica
Research),
Dejan
KosCć
(EPFL),
Pablo
Rodriguez
(Telefonica
Research)
,
Rade
Stanojević
(IMDEA
Networks),
Pablo
Yagüe
ValenOn
(Telefonica
Research)
浅見・川原研究室 M1 山口

2. 論文の概要
• ICTにおける電力消費
ACCESS
−
data
center,
backbone,
other
70
–
80
%
access
network,
PC
access
networkに関する有効
な消費電力削減手法がない
• DSLにおけるuser/ISPの消費電力削減の研究
−
消費電力の66%を削減
年間で33TWh(USの原発3基分)
2

3. DSL
access
network
ACCESS
ISP
part
User
part
Distribu7on
Frame
METRO
CORE
Cable
bundle
DSL
Access
Mul7plexers
Central
(DSLAMs)
Gateway
Office
3

4. 消費電力が大きい原因
#1
デバイスの数
gateways >> DSLAMs
DSLAMs >> metro
devices
,
backbone
devices
#2
ビットあたりの消費電力
access
devices >> core
devices
#3
Energy
propor7onality
access
linkの使用率と消費電力
4

5. Energy
proporConality
100
90
Power
usage
[%
of
peak]
80
70
60
50
40
30
Power
20
10
Energy
efficiency
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
U7liza7on
[%]
5

6. Energy
proporConality
100
70%
Daily
uClizaCon
of
10K
access
links
in
a
commercial
ADSL
provider
90
10%
Power
usage
[%
of
peak]
Average
u7liza7on
[%]
80
8%
uplink
70
downlink
6%
60
50
4%
40
2%
30
0%
20
0
5
Power
10
15
20
10
Time
[h]
efficiency
Energy
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
U7liza7on
[%]
6

7. SoI
による消費電力削減
• Sleep
on
Idle
(SoI)
−
idle時間に応じてデバイスをsleepする
DSLではSoIが機能していない
デバイスをsleepできない環境
−
他の有線通信ルートがない
−
ADSLの再起動に1分必要
−
小さなtrafficが常時存在
on
off
DSLAM内で消費電力の
大きいline
cardをsleepできない
line
card
7

8. 提案手法
user
aggrega7on
ISP
line
switching
8

9. user：aggregaCon
• Broadband
Hitch-­‐Hiking (BH2)
−
都市環境では平均5-­‐6個のWiFiを検出
−
他のgatewayの無線通信を利用し、自身の
gatewayをsleepさせる
−
online
gateway数の最小化はNP完全問題
−
loadしきい値により選択(low
:
10%
,
high
:
50%)
−
バックアップgatewayによりネットワークの安定
性を維持
9

10. Broadband
Hitch-­‐Hiking
home
gateway
remote
gateway
10

11. Broadband
Hitch-­‐Hiking
home
gateway
しきい値(low)以下の通信
→ remote
gatewayへ
11

12. Broadband
Hitch-­‐Hiking
remote
gateway
しきい値(high)をオーバー
→ home
gatewayへ
12

13. 実現機構
• gateway
−
SoI
−
traffic受け取りで再起動
• BH2
実装端末
−
WiFi
card
virtualiza7on
[Gius7niano
et
al.,
MobiCom
’10;
Kandula
et
al.,
NSDI
’08]
−
エリア内のgatewayのload状態を推定
−
無線カードドライバを改良して実装
13

14. ISP：line
switching
modem
4-­‐way
switches
on
off
line
cards
DSLAM
sleep可能！
14

15. ISP：line
switching
• switchの消費電力は極めて小さい
• switch入力数
−
DSLAMの全ポート数が理想だが、コストが高い
• switch入力数のシミュレーション
−
入力数の小さいswitchでも十分期待できる
15

16. シミュレーション
• traces
:
CRAWDAD
UCSD
−
クライアント 272
、 gateway
40台
• 環境設定
−
line
card
4個（ポート数12）、4-­‐switche
12個
• 4手法の結果比較
−
no
sleep
/
SoI
/
BH2
+
k-­‐switch
/
op7mal
• baseline
:
no
sleep
16

17. 結果：sleepしたgatewayの数
40
Optimal
Number of sleeping gateways
30
20 BH2
10 SoI
0 peak
hours
0 5 10 15 20 24
Time [h]
• SoI
：
gateway
,
modem
,
line
card
に適用
• Op7mal
：
gateway最適割当て
+
full
switch
• BH2
：
150秒毎
+
4-­‐switch
70
-­‐
90%
をsleep
17

18. Energy savings vs no-sleep [%] 結果：消費電力削減量
100
Optimal
80
BH2 + k-switch
60
SoI
40
20
0
0 5 10 15 20 24
Time [h]
BH2
+
k-­‐switch → 66%削減
Op7mal → 80%削減
18

19. Prototype
deployment
+
1st
floor
2nd
floor
3rd
floor
home
gateway
+
2
remote
gateways
/
クライアント
Number of sleeping APs
SoI
8
BH2
6
4
2
0
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
19
Time [mins]

20. Crosstalkへの影響
• 実験モデルで回線速度測定
-­‐
速度が25%向上
-­‐
aggrega7onによるcrosstalkの減少
50
Avg. speedup [%]
40 62 Mbps; loop lengths 50-600 m
13 14
15
12 4 30
5 16
24 11 1
2 6 17 20
23 10 3
9
7 18 10
22 8
21 20 19 0
0 2 4 6 8 10 12 16 20
Number of inactive lines 20

21. 結論
• 理論上ではaccess
networkで消費されるエネ
ルギーの80%が削減可能
• 提案手法(aggrega7on
+
switching)により、消
費エネルギーの66%を削減に成功
• aggrega7onによりcrosstalkが減少し、DSLの速
度性能が改善
21

22. ご清聴ありがとうございました
22

23. 補足：論文の課題
• remote
gatewayの利用
-­‐
協力が必要
→
user/ISPには利益しかない
→
既存製品を改良するだけの簡単な実装
-­‐
セキュリティとプライバシー
→
既存手法で対応できる
（FONのdouble
ESSID
,
RADIUS-­‐based
WPA認証
方式など）
23

24. 補足：BH2の最適なアルゴリズム
!: !"#$", !! : !"#$$%&!!"#$%!!!"!!"#$!! ∈ !
!: !"#$%"&, !! : !"#"!$%&!!"!!"#$%"&!! ∈ !
!!,! : !"#$!%!!!"!#$!%$&!!"#$%&$'ℎ!!"#$""%!!"#$!!!!"#!!"#$%"&!!
!"#$%& !"!!#$%&'(#!!"#$%$&! !, ! ∈ (0,1]
!! = 1! !!"#$%"&!!!!"!!"#$!! !, 0(!"ℎ!"#$%!)
!!" = 1! ! ! !!!"#$$%&!!"#$%&!!"!!"#$%"&!! !, 0(!"ℎ!"#$%!)
!"#"!"$% ! !!
!! , !!" !∈!
!"#$%!"!!"! !!" ! ≥ 1 + !"#$%&, ∀!! ∈ !
!∈!
!! ∙ !!" ! ≤ !!,! !, ∀!! ∈ !, ∀!! ∈ !
! !! ∙ !!" ! ≤ ! ∙ !! ∙ !! !!, ∀!! ∈ !
!∈! 24

25. 補足：QoS
• ネットワークのQoSの指針
-­‐ comple7on
7me
of
flowを指標
25

26. 補足：ISPの電力消費削減量
60
% of total energy savings
50 Optimal SoI + k-switch
40
on the ISP side
BH2 + k-switch
30
20
10
SoI
0
0 5 10 15 20 24
Time [h]
26

27. Number of sleeping gateways 補足：gateway密度
40
35
30 home
+
2
remote
25
gateways
20
15
10 50%+
of
gateways
sleep
5
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Mean number of available gateways per client
27