Potentiale der Energieeinsparung in Routernetzen

Konstantin Krieger-Ivanov

Kurzfassung

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wird eine neue Methode zur Energie-Effizienzsteigerung der Backbone-Netze modelliert und ausgearbeitet. Das vorgestellte Verfahren nutzt die Flexibilität der Zusammensetzung der Link Aggregation Groups (LAG) und die selbstständige Wiederherstellung ihrer Funktionen nach einem Linkausfall. Mit Hilfe des entwickelten Modells passt sich die bereitgestellte Bandbreite der LAG an den momentanen Traffic an, indem schrittweise physikalische Links des LAG-Verbunds an- bzw. abgeschaltet werden. Des Weiteren werden die Energiesparpotenziale dieser Methode und ihr Einfluss auf die Verfügbarkeit des Netzes untersucht.
Zur Überwachung der LAG-Auslastung auf einem Knoten wird eine Zentrale Steuerungs-Einheit (Central Management Unit, kurz CMU) in der Programmiersprache Python umgesetzt. Als Datenbank dient dabei MySQL. Die CMU wird auf einem Server betrieben, sodass mehrere Netzwerkkomponenten gleichzeitig über O&M Interfaces überwacht werden können. Als Schnittstelle zwischen dem Knoten und der CMU dient einerseits SNMP (Simple Network Management Protocol), das die benötigten Informationen, unter Anderem Byte-Zähler, LAG-Zugehörigkeit und administrativer Status (an/aus), an die CMU liefert. Eine andere Schnittstelle ist die SSH (Secure Shell) mit deren Hilfe sich die CMU auf den Knoten einloggt und einige Befehle ausführt (z.B. „shutdown“). Um eine Energieersparnis zu gewährleisten schaltet die CMU die einzelnen Ports abhängig von der Auslastung der LAG aus. Bei einer bestimmten empfohlenen Konfiguration der Knoten soll es auch möglich sein, ganze Line Interface Cards (LICs) abzuschalten.
Für die Beurteilung der Energiesparpotenziale werden Energieverbrauchsmessungen durchgeführt, wobei verschiedene Konfigurationen des Knotens berücksichtigt werden. Im Mittelpunkt der Messungen stehen jedoch der Energieverbrauch einzelner Ports und einzelner LICs und der Last-abhängige Teil des Energieverbrauchs. Das Verhalten des Systems wird mit Hilfe eines Testnetzes untersucht und ausgewertet.

Schlagwörter: Energieeffizienz, LAG, Kernnetz, CMU, central management unit, zentrale Steuerungseinheit

Abstract

The scope of this bachelor thesis is the investigation and modeling of a new method to increase the energy efficiency in the backbone networks. The introduced procedure makes use of the Link Aggregation Groups’ link composition flexibility and its self-healing ability after one component has failed. This procedure adapts the maximum available bandwidth to the actual demand, whereby a stepwise shutdown of in the LAG participating links find place. Furthermore, the impact of the method on the network availability is examined.
For the LAG utilization monitoring, a Central Management Unit (CMU) is implemented in programming language Python. As database for the collected data MySQL is used. The CMU runs on a server system, so that multiple components in a network can be managed via O&M interfaces. The interface acting between the managed node and the server application is on the one side SNMP (Simple Network Management Protocol) and on the other side SSH (Secure Shell). SNMP is used for the state information gathering of a port, which includes byte counter, LAG membership and administrative status (on/off). With help of SSH the CMU can log in on the node and execute particular commands (e.g. “shutdown”). For the purpose for saving energy, the CMU disables LAG participants depending on the LAG utilization. With a certain proposed configuration, it shall be also possible to disable whole Line Interface Cards (LIC).
As a requirement for the energy saving estimation, some power consumption measurements are executed. Thereby different configurations of the nodes are observed. The focus of the measurements is on the port and LIC power consumption. The system behavior is examined by implementing it in a test network and evaluated.

Keywords: energy efficiency, LAG, core network, backbone network, CMU, central management unit

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