[論文レビュー] Buffer Management Algorithm Design and Implementation Based on Network Processors

Yechang Fang, Kang K. Yen+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 1, 2010

Network Traffic and Congestion Control参考文献 11被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、滑らかなバッファ使用率関数を用いてパrameterを動的に調整することにより、DiffServ環境における公平性とスループットを向上させる、ネットワークプロセッサ向けの適応的バッファ管理アルゴリズムPAFDを提案する。Intel IXP2400に実装されたPAFDは、フロー曲線のフラクチュエーションを低減し、ハードウェアリソースの効率的利用を実現し、高速QoS対応パケット処理に実用的であることを示している。

ABSTRACT

To solve the parameter sensitive issue of the traditional RED (random early detection) algorithm, an adaptive buffer management algorithm called PAFD (packet adaptive fair dropping) is proposed. This algorithm supports DiffServ (differentiated services) model of QoS (quality of service). In this algorithm, both of fairness and throughput are considered. The smooth buffer occupancy rate function is adopted to adjust the parameters. By implementing buffer management and packet scheduling on Intel IXP2400, the viability of QoS mechanisms on NPs (network processors) is verified. The simulation shows that the PAFD smoothes the flow curve, and achieves better balance between fairness and network throughput. It also demonstrates that this algorithm meets the requirements of fast data packet processing, and the hardware resource utilization of NPs is higher.

研究の動機と目的

• 従来のREDアルゴリズムのパrameter感度問題を解決する。
• 差分サービス（DiffServ）環境における公平性とネットワークスループットを向上させる。
• 最小限のリソースオーバーヘッドで、ネットワークプロセッサ（NPs）上で効率的かつ高速なパケット処理を可能にする。
• 実装を通じて、ネットワークプロセッサハードウェア上でのQoSメカニズムの実現可能性を検証する。

提案手法

• 滑らかなバッファ使用率関数に基づいてドロップ確率を動的に調整する、適応的バッファ管理アルゴリズムPAFDを提案する。
• 性能のバランスを確保するため、公平性とスループットの両方をアルゴリズム設計に統合する。
• 実時間性能とハードウェア効率を評価するために、アルゴリズムをIntel IXP2400ネットワークプロセッサに実装する。
• 滑らかなバッファ使用率関数を用いてアルゴリズムパrameterを動的にチューニングし、設定感度を低減する。
• DiffServモデル内にアルゴリズムを適用し、多様なトラフィックタイプに対する差分サービス品質（QoS）をサポートする。
• シミュレーションとハードウェア実装による性能評価を通じて、スループット、公平性、リソース利用効率の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにしてバッファ管理アルゴリズムがパrameterチューニングへの感受性を低減しつつ、高いスループットと公平性を維持できるか？
• RQ2 滑らかなバッファ使用率関数は、動的トラフィック環境下でフロー行動をどの程度安定化できるか？
• RQ3 ネットワークプロセッサ上に実装されたPAFDは、DiffServアーキテクチャにおいてQoS差別化を効果的にサポートできるか？
• RQ4 実際のネットワークプロセッサプラットフォームにおいて、PAFDはハードウェアリソース利用効率と処理速度にどのような影響を与えるか？

主な発見

• PAFDはフロー曲線を滑らかにし、従来のREDアルゴリズムと比較してフラクチュエーションを低減した。
• アルゴリズムは、多様なトラフィック環境下で公平性とスループットのより良いバランスを達成した。
• Intel IXP2400への実装により、ネットワークプロセッサ上でのQoSメカニズムの実現可能性が確認された。
• PAFDはハードウェアリソースの利用効率を向上させ、高速ネットワーキング環境における効率的運用を可能にした。
• 滑らかなバッファ使用率関数による動的パrameter調整により、設定感度が低減した。
• シミュレーション結果から、PAFDがQoS対応ネットワークにおける高速パケット処理要件を満たしていることが確認された。