[論文レビュー] A Multipath TCP model for ns-3 simulator

Bachir Chihani, Denis Collange|Dec 8, 2011

Network Traffic and Congestion Control被引用数 11

ひとこと要約

この論文は、2010年7月時点のIETFドラフト準拠の、ns-3ネットワークシミュレータにおける高精度なMultipath TCP（MPTCP）の実装を提示している。2つのパケット再順序化機構—EifelおよびDSACK—を導入・評価し、それらが再送送信の問題を軽減することは示したが、現実的な条件下でのMPTCPにおける順序外れパケット送信による性能劣化を完全に解消しないことを示している。

ABSTRACT

We present an implementation of Multipath TCP (MPTCP) under the NS-3 open source network simulator. MPTCP is a promising extension of TCP currently considered by the recent eponymous IETF working group, with the objective of improving the performance of TCP, especially its robustness to variable network conditions. We describe this new protocol, its main functions and our implementation in NS-3. Besides this implementation compliant to the current versions of the IETF drafts, we have also added and compared various packet reordering mechanisms. We indeed notice that such mechanisms highly improve the performance of MPTCP. We believe that our implementation could be useful for future works in MPTCP performance evaluation, especially to compare packet reordering algorithms or coupling congestion control mechanisms between subfows.

研究の動機と目的

• ns-3ネットワークシミュレータ内に完全準拠で高精度なMPTCPモデルを開発し、正確な性能評価を可能にする。
• 異なる遅延を示す多様なパスを介するMPTCPにおけるパケット再順序化の課題に取り組む。これは、複数の非均一なパスが存在する状況で性能が低下する要因となる。
• 標準TCPのパケット再順序化機構（EifelおよびDSACK）がMPTCP性能に与える影響を評価・比較する。
• 再利用可能で拡張可能なシミュレーションフレームワークを通じて、将来的なMPTCPにおけるコネクション制御の連携および再順序化アルゴリズムの研究を可能にする。

提案手法

• 標準のTcpSocketImplおよびTcpL4Protocolから派生した新しいクラス—MpTcpSocketImplおよびMpTcpL4Protocol—をns-3のトランスポート層に拡張した。
• 接続確立におけるMPCオプション、サブフロー管理、DSNベースのデータシーケンスマッピングといったMPTCP固有のメカニズムを実装した。
• MPTCPサブフローレイヤーにパケット再順序化アルゴリズム（EifelおよびDSACK）を統合し、誤った再送信を検出し回復するようにした。
• 帯域幅、遅延、損失率を変化させた条件下で、2本の並列ポイントツーポイントリンクを用いたクライアント・サーバー型FTPベースのシミュレーションシナリオを用いて性能を評価した。
• 異なる再順序化およびコネクション制御メカニズム下でのサブフロー間のコネクションウィンドウの変化を追跡し、挙動を分析した。
• バッチ転送中にm_endPointが順序を保持しないというns-3の主要な制限に対処するため、受信パケットを正しいサブフローにルーティングするためにシーケンス番号を活用した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EifelおよびDSACK再順序化アルゴリズムの統合が、MPTCPのコネクションウィンドウダイナミクスおよび性能に与える影響は何か？
• RQ2 標準TCP再順序化メカニズムが、MPTCPにおける順序外れパケット送信によって引き起こされる性能劣化をどの程度軽減できるか？
• RQ3 コネクション制御アルゴリズムの選択（例：非連結対連結増加）が、MPTCPにおけるパケット再順序化とどのように相互作用するか？
• RQ4 現在のns-3トランスポートモデルは、MPTCPのサブフロー管理およびデータ再順序化挙動を正確にシミュレートできるか？
• RQ5 変動するネットワーク条件下で、EifelとDSACKを比較した場合のMPTCPにおける性能的トレードオフは何か？

主な発見

• Eifelアルゴリズムは、サブフローのコネクションウィンドウが再送信中と誤った再送信の検出時という2つの曲線の間を振動することを引き起こす。
• DSACKアルゴリズムはDSACKスロー・スタートフェーズを発動させ、サブフロー1で3つの明確な指数的ウィンドウ増加期間が観察された。これは誤った再送信からの回復を示している。
• EifelおよびDSACKによる改善にもかかわらず、両方のメカニズムは、MPTCPにおける持続的な順序外れパケット到着に起因する性能問題を完全に解消できない。
• サブフロー固有のシーケンス番号を用いることで、ns-3のバッチパケット転送の制限を克服し、パケットを正しくサブフローにルーティングすることに成功した。
• シミュレーション結果から、EifelおよびDSACKのいずれか一方では、MPTCPにおける順序外れ送信の問題を効果的に解決できないことが示された。これにより、より高度な再順序化メカニズムの開発が求められる。
• 開発されたns-3におけるMPTCPモデルは、正常に動作し、IETFドラフト準拠であり、将来的なコネクション制御および再順序化戦略の評価に適している。