「情報オープンイノベーションを可能とするサービス指向ルータを基盤とした価値創造ネットワークの研究開発」について
1. 研究開発の目標
本研究では，(i) サービス指向 ルータ(Service-oriented Router: SoR）を提案し，(ii) SoRによる新世代ネットワークがもたらす価値創造の仕組みと，その価 値を定量的に示し，(iii) SoRの基本アーキテクチャ，さらにはSoRを中心に据えた新世代ネットワークアーキテクチャを構築することを目的とする． 2. 研究開発の背景 ルータやスイッチが根とワーク4要素（情報の発信・受信・検索・共有）に積極的にかかわり、単純なスループット競争ではなく、ルータという立地を生かし た高度な機能を提供するとともに、各種サービスを提供することで様々な問題を解決することがもとめられている。情報の価値は増大し，XML， Microformatsなどmachine-readableなトラフィックが増大しているとともに、P2Pトラフィックも増大している。このような現状において，既存検索エンジンで は取得の難しい情報をルータから提供し，パケット解析能力を強化して情報のサービスへの提供を行うことがもとめられている． 3. 研究開発の概要と期待される効果 現在のネットワークに存在する各種問題を新世代ネットワークにおいて解決する．例えば，ネットワーク中立性問題、物理トポロジを無視した仮想ネット ワーク、異種サービス間情報共有，新しい検索サービス、コンテンツベースCDN，実時間サービスの提供、エンドホストワークロードのオフロードといった 問題を一度に解決する．また，本成果を発展させ，日欧でFP7-ICT-2011-7に共同研究申請中など国際連携を深めていく予定である． 4. 研究開発の期間および体制 平成22年度（1年間） 慶應義塾大学，株式会社 日立情報通信エンジニアリング，筑波大学，国立情報学研究所
INSERT INTOAlice_DATA
SELECT(DST_IP)
FROMeth0
WHEREPAYLOAD REGEXP /Alice/
SoRへの宣言的問合せ処理系開発 による左記サービス実装 (筑波大） ３ポートFPGA / PCルータ 受 信 フ レ ー ム 解析 正規表現処理 DBインサー ション処理 インタフェース 制御部 DBバッファ メモリ ソフトウェアインタフェース LogicBenchを用いたルータ実装 （日立JTE） SoRを用いた価値創造を持続的に促す新世代ネットワーク SoRコア技術：データ 抽出、格納モジュール SoRアーキテクチャ Gbpsセレクション実現 (慶大） 10Gbps学術情報ネットワーク環境でのコンテンツ抽出評価 （国情研） サービス指向ルータが，ネットワークトラフィックに含まれ る豊富なリアルタイム情報を，収集，格納するAPIを提供 する．ユーザはこのAPIを通して，より上位のアプリケー ション，サービスを展開できるようになる．結果として，情 報オープンイノベーションが可能となる． DB DB DB DB DB サービス利用者
「情報オープンイノベーションを可能とするサービス指向ルータを基盤とした価値創造ネットワークの研究開発」に関する主な研究開発成果（１） 課題ア－１：サービス指向ルータ・シミュレータ開発 課題ア－４：簡易APIの設計・実装 課題ア－３：正規表現処理エンジン設計 課題ア－２：サービス指向ルータにおけるDBMS処理支援 ハードウェアエンジン設計 インデックス構造 Network Throughput(Gbps) On-chip Memory Off-chip Memory
case1 case2 case1 case2 逐次インデックス 16.7 18.8 14.3 18.8 ID別インデックス 9.96 18.8 4.03 18.6 階層管理インデックス 10.4 18.8 8.21 18.6
•
メモリ転送スループットを含む，各種インデックス
作成手法による評価を行い，10Gbpsスループット
が達成可能であることを示した．
from REGEXP Engine FIFO Main Memory (IMDB Memory) address bus インデックス作成 Address Calculation Unit Index Memory 新しいセグメント獲得 Address Calculation Unit Address Calculation Unit Read address bus Write address bus FreelistTail GPR FreelistHead Index Cache Register File daata bus Main Selector FIFO Selector (Header Check)
Stream Input Adopter
IMDBメモリへの データ転送 Data Cache
•
仮想Etherポートを実装し、バックエンドでPCI
Express とのPIOおよびDMAを通してFPGAによ
るサービス指向ルータハードウェアエミュレータと
アクセスする．
•
従来のアプリケーションに対して，まったく手を入
れずにFPGA内部ロジックを利用できる．
•
FPGAボードのポート数不足を解消するとともに，
より高い柔軟性を提供する．
•
ホストPCにおけるネットワークプロセスワークロー
ドのオフロード先としてFPGAを容易に利用できる．
「情報オープンイノベーションを可能とするサービス指向ルータを基盤とした価値創造ネットワークの研究開発」に関する主な研究開発成果（２） 課題イ－１：サービス指向ルータシミュレータ・エミュレータの ハードウェア化技術 課題イ－２：サービス指向ルータ・シミュレータを用いたテスト ベッド・システム開発
・論理検証プラットフォームであるLogic Bench上
にサービス指向ルータエミュレータのプロトタイ
プ論理をハードウェア化し実装した．
・同プロトタイプ論理にPCIe／イーサネットを追
加し実環境での検証が可能なハードウェア構成
とした．
・バス構成含め1Gbit/sのフルワイヤー動作可
能な論理構成とした．
・サービス指向ルータエミュレータを制御する
Linuxソフトウェアドライバを製作し，システムとし
て実運用環境で検証可能なテストベッドを開発し
た．
・実際のイーサネット受信，ホストPCとのDMA動
作を検証し，1Gbit/sのフルワイヤー動作可能な
システムであることを確認した．
課題エ－２：SINET環境を利用したサービス指向ルータの評価 課題エ－１：SINET環境などへの提供のためのサービス指 向ルータ拡張 TCP Reconstructer IP/Port Filter PostgreSQL Insertion Engine Packet from libpcap Packet from libpcap Packet from libpcapPostgreSQL DB String Extract Filter L7 Protocol Decoder Context Switch Information Table *A1 *B1 *C1 *A2 *C2 A B C CSW State A CSW State B CSW State C Position Info C Position Info B Position Info A （１）不正トラヒック、通信 段などへの対応 ガベージコレクタの 実装 （２）使用メモリ量の１桁以 上の削減 実バックボーン環境でも安 定動作 学術情報ネットワーク・バックボーン環境でも 開発手法で高々数GBのメモリ量で動作 メ モ リ 使用量 時間
「情報オープンイノベーションを可能とするサービス指向ルータを基盤とした価値創造ネットワークの研究開発」に関する主な研究開発成果（３） 課題ウ－１：計算モデルおよび最適化技法構築・評価環境 構築 課題ウ－４：実ルータ上での運用ならびに成果発表 課題ウ－３：複数マシン上でのストリームプロセッシングエ ンジン実装・評価 課題ウ－２：単一マシン上でのストリームプロセッシングエン ジン実装・評価
w
Inputadapter adapterOutput
SPE
σ
σ
σ
ストリーム リレーショ ン ストリームtoリレーション リレーションtoストリーム リレーションtoリレーション SELECT * FROM eth0 WHERE payload REGEXP /Alice/ Database メモリ（低遅延） ディスク（高遅延） ストリーム 問合せ 処理 実装 C++ サーバ、フロントエンド、ラ イブラリを整備 評価（動作確認） 複数クエリ登録 複数ストリーム入力TUPLE *dequeue(int qid); void enqueue(TUPLE *t);
運用
複数拠点でパケット採取、問合せを検討
ウィンドウ結合の重要性を認識、FPGAで実装
研究論文 国際会議予稿 収録論文 一般高等発表 展示会 1 4 10 5 1 「情報オープンイノベーションを可能とするサービス指向ルータを基盤とした価値創造ネットワークの研究開発」に関する外部発表 研究内容紹介webページとSLIMβバージョン公開 ソフトウエアシミュレータSLIMのβバージョンの公開を開始予 定（平成23年3月17日） EU-JAPAN共同ワークショップ（タンペレ） 上記ワークショップで研究内容を紹介 4件の共同研究オファー（最多）を頂いた 国際会議発表
• Hardware Architecture for Supporting High-speed Database Insertion on Service-oriented Router for Future Internet (PDPTA’10)
• Regular Expression Processor embedded in Service-friendly Router for Future Internet(MCSoC2010) • Enhanced Patricia Tree with Reordeing and Fast
Incremental and Decremental Update Functions(ICFIT2010)
• Effective Hash-based Filtering Architecture for High-throughput Regular-expression Matching(ICFIT2010)
KEIO TECHNOMALL 「ルータクラウド」（平成22年12月1日） 慶應テクノモール2010 にて動態デモ展示。 慶應テクノモール2010での展示デモ 現在専用サイトを準備中!! • 海外においてもトピックとして注目を得たとともに、研 究成果を広くアピール • 特に、様々なアプリケーションのホストとしてサービ ス指向ルータを利用しようというご提案を頂いた インフラから提供する サービス基盤としての ルータクラウドに関する 説明ブースを設営 • postgreSQLを利用した柔軟なセレクションを実現 • 選択的取得機能いにより，統計処理，フィルタリング処理， 行動履歴解析，各種サービス提供を低コストで利用可能 • 例えばquaggaを上位アプリケーションとして組み合わせ ることでルーティングも可能
関連する内容で，SLDM優秀論文
発表賞を受賞
FP7-ICT-2011-7(Risk Assessment of Process Integration in Dynamic, Federated Services )に日欧で応募中
