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Toward Energy-Efficient Content Dissemination

Toward Energy-Efficient Content Dissemination. Uichin Lee, Ivica Rimac Daniel Kilper ， Volker Hilt Presented by ： Wang Lei 2011.08.09. 提纲. 引言 网络设备的能源效率 内容传输中的能耗比较 总结以及个人观点. 引言. 当今互联网的主要功能之一：提供用户之间的数据 内容传播 （ content dissemination ） 随着需求的不断增大，网络设备也在成指数数量级的增加 这些设备消耗了大量的能量

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Toward Energy-Efficient Content Dissemination

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Presentation Transcript

  1. Toward Energy-EfficientContent Dissemination Uichin Lee, Ivica Rimac Daniel Kilper，Volker Hilt Presented by： Wang Lei 2011.08.09

  2. 提纲 • 引言 • 网络设备的能源效率 • 内容传输中的能耗比较 • 总结以及个人观点

  3. 引言 • 当今互联网的主要功能之一：提供用户之间的数据内容传播（content dissemination） • 随着需求的不断增大，网络设备也在成指数数量级的增加 • 这些设备消耗了大量的能量 • 美国环保局预计，2011年全球服务器和数据中心将消耗1000亿度电量，折合成美元为74亿。 • 本论文评估现有的内容分发体系下，各种设备的能源效率比较。

  4. 网络设备的能源效率 • 接入网分为两种情况 • 数字用户线路Digital subscriber line (DSL) • 千兆无源光纤网Gigabit passive optical network(GPON)

  5. 网络设备的能源效率 • 某设备能量消耗公式： • P(l) = α(P0 + l × (PN – P0)/Rmax) • 首先假设： P0 =0 ; α=1 • P(l)’ = PN /Rmax

  6. 网络设备的能源效率 • 骨干网路由器能耗量 • 考虑思科Cisco CRS 1系列路由器 • 八个端口，每个端口最大吞吐量为40Gb/s，额定功率为4834W • 计算得P(l)=15 W/Gb/s.

  7. 网络设备的能源效率 • 边缘路由器能耗量 • 思科Cisco 7507路由器 • 5个端口，每个端口吞吐量为5Gb/s，额定功率为400W • 计算得P(l)=80 W/Gb/s

  8. 网络设备的能源效率 • 边缘路由器能耗量 • 结果显示，边缘路由器传输每比特数据，比骨干网路由器消耗更多能量 • 这是由于骨干网路由器的设计就是为了快速的传输数据，而边缘路由器的设计更加复杂（如：帧中继，多协议切换，IP等。）

  9. 网络设备的能源效率 • P(l) = α(P0 + l × (PN – P0)/Rmax) • 根据资料，设备空闲期间的耗电量为满负荷时的95%。 • 骨干网，网络边缘以及接入网的设备利用率分别为30%、50%、50%。 • 将α设为1和2。（OLT/DSLAM）

  10. 网络设备能源效率图 • 总结：数据包离用户端越近，能耗量呈指数量增加。

  11. 支持CCN的网络设备能源消耗 • 支持CCN的网络设备主要组件是存储设备： • DRAM、固态硬盘（SSD）以及普通硬盘 • 假设为每个路由器的转发引擎添加额外的4G DRAM以及64G的SSD，以支持CCN架构。 • 额外的能源消耗主要来自于这些存储设备。 • DRAM能耗为2.5 W/Gbyte • 希捷ST3160021A 160-Gbyte能耗为12W • 三星64-Gbyte固态硬盘能耗为1W。

  12. 网络设备能源效率图 • 支持CCN的网络设备能耗量有少量的增加。

  13. CCN网络的路由示例图

  14. 能耗评估仿真实验 • 使用现有的traceroute数据集[1] • 该数据集记录了2007年由alexa网站排出的前20名内容供应商（content providers）。 • 从美国境内的18台服务器，向这20个内容供应商发出请求消息，记录路由数据。 • 仿真实验参数 • 0%/20%/100%路由器为CCN路由器 • 假设下载的数据为流行度很高的数据，CCN路由器缓存所有下载内容。 • 计算客户端下载1Gb数据所需要的能量。 [1] P. Gill et al., “The Flattening Internet Topology: Natural Evolution, Unsightly Barnacles or Contrived Collapse?” PAM ’08, Cleveland, OH, Apr. 2008.

  15. DSL能量消耗比较

  16. GPON能量消耗比较

  17. 能量消耗比较结论 • 当20%骨干网路由支持CCN时，耗电量有显著的下降 • 当20%的边缘网络路由支持CCN时，耗电量更低，因为请求消息的跳数更少。 • 相同比例下，边缘网络路由器数量更大 • 数字用户链路中，NaDa*网络的能耗量比非CCN的能耗量更大，因为NaDa网络的数据两次经过DSL网关。 • 光纤接入网中，NaDa的能耗量大大减小，但是还是比支持CCN的网络网效率低。 * http://www.nanodatacenters.eu/

  18. 能量消耗分布图

  19. 能量分布结果分析 • 家用网关(home gateway)消耗占了大部分的能量 • 随着CCN路由器数量的增加，这个比例越来越大 • 随着CCN路由器增加，服务器的开销在逐渐减小 • 当100%的核心路由器支持CCN时，由于链路有可能绕过核心路由器，因此还是有少量服务器的能量消耗。

  20. 论文总结 • 基于trace数据的仿真说明，CCN的引入，能够显著的减少数据传输的能耗。 • CCN的数据处理需要高效的算法，使得能耗越小越好 • 路由缓存策略需要精心研究

  21. 个人观点 • 论文结论合理，因为CCN的优点就是路由缓存，缩短链路距离 • 论文假设太多： • 假设路由器型号相同（骨干网、边缘网） • 假设接入设备型号相同 • 假设第一层ISP使用骨干网路由器 • 假设α为定值，假设负载分别为30%、50%、50%，假设空闲能耗为满载的95% • 假设下载数据为高流行度数据，CCN路由器全部缓存

  22. 谢谢！ • Q & A

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