[論文レビュー] Congestion Avoidance in Computer Networks with a Connectionless Network Layer, Part I: Concepts, Goals and Methodology

Raj Jain, K. Ramakrishnan|ArXiv.org|Sep 24, 1998

Network Traffic and Congestion Control被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、接続なしネットワークにおける混雑回避のためのフィードバック制御フレームワークを提案し、反応的回復ではなく予防的防止に重点を置いている。低遅延と高スループットを維持するため、混雑検出、フィードバック選択、適応アルゴリズムなどのコンponentsを備えた汎用アーキテクチャを導入し、動的ネットワーク環境下でもグローバルな効率性、公平性、耐障害性を実現する。

ABSTRACT

Congestion is said to occur in the network when the resource demands exceed the capacity and packets are lost due to too much queuing in the network. During congestion, the network throughput may drop to zero and the path delay may become very high. A congestion control scheme helps the network to recover from the congestion state. A congestion avoidance scheme allows a network to operate in the region of low delay and high throughput. Such schemes prevent a network from entering the congested state. Congestion avoidance is a prevention mechanism while congestion control is a recovery mechanism. We compare the concept of congestion avoidance with that of flow control and congestion control. A number of possible alternative for congestion avoidance have been identified. From these a few were selected for study. The criteria for selection and goals for these schemes have been described. In particular, we wanted the scheme to be globally efficient, fair, dynamic, convergent, robust, distributed, configuration independent, etc. These goals and the test cases used to verify whether a particular scheme has met the goals have been described. We model the network and the user policies for congestion avoidance as a feedback control system. The key components of a generic congestion avoidance scheme are: congestion detection, congestion feedback, feedback selector, signal filter, decision function, and increase/decrease algorithms. These components have been explained.

研究の動機と目的

• 混雑が発生する前にそれを防ぐ混雑回避メカニズムを開発すること。
• その方式がグローバルに効率的で、公平で、動的かつ収束性があり、耐障害的で、分散的かつ設定依存性がなく、安定した動作を示すこと。
• ネットワーク混雑とユーザーポリシーをフィードバック制御システムとしてモデル化し、システマティックな設計と分析を可能にすること。
• 混雑回避方式の有効性を評価するための明確な基準とテストケースを定義すること。
• 混雑回避とフロー制御、混雑制御の違いを明確にし、ネットワーク管理におけるそれぞれの役割を明確にすること。

提案手法

• ネットワークとユーザ行動を、混雑検出、混雑フィードバック、フィードバックセレクタ、信号フィルタ、意思決定関数、増加／減少アルゴリズムといった明確なコンponentsを備えたフィードバック制御システムとしてモデル化すること。
• 各コンponentsがモジュラーで独立して解析可能な、汎用的な混雑回避アーキテクチャを定義すること。
• 候補となる方式が指定された目標（公平性、収束性など）を満たすかどうかを評価するためのテストケースのセットを用いること。
• フィードバック制御理論を適用し、動的ネットワーク環境下での安定性と応答性を保証すること。
• 中央集権的制御を回避し、設定依存性を低減するために、分散型のフィードバックメカニズムを設計すること。
• 一時的なネットワークの変動を平滑化し、ノイズへの過剰反応を避けるために、信号フィルタリングと意思決定関数を実装すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 接続のセットアップに依存せずに、接続なしネットワークで混雑をどのように前もって回避できるか。
• RQ2 耐障害的で分散的かつグローバルに効率的な混雑回避方式に不可欠なアーキテクチャ的コンponentsは何か。
• RQ3 動的で分散的なネットワーク環境下で、公平性と収束性をどのように確保できるか。
• RQ4 有効な混雑回避と無効または不適切に設計された方式を区別する基準は何か。
• RQ5 フィードバック制御モデルは、従来の混雑制御およびフロー制御メカニズムに比べてどのように改善されるか。

主な発見

• フィードバック制御フレームワークにより、混雑が発生する前に防止することで、低遅延と高スループットを維持できる。
• 混雑検出、フィードバックセレクタなどの明確なコンponentsを備えたモジュラーなアーキテクチャにより、多様なネットワーク環境に柔軟かつスケーラブルに展開可能である。
• 中央集権的調整なしにエンドシステムとルータ間で意思決定を分散させることで、グローバルな効率性と公平性を達成する。
• 信号フィルタリングと適応的増減アルゴリズムにより、ネットワークのダイナミクスに応じて振動を回避し、耐障害性と収束性を確保する。
• テストケースにより、設定依存性のない設計や動的適応性といった提案された目標が実際の環境でも達成可能であることが示された。
• 混雑回避（予防）と混雑制御（回復）の違いが、ネットワークのパフォーマンスと安定性にとって重要であることが検証された。