[論文レビュー] Design and Analysis of Queue Control Functions for Explicit Rate Switch Schemes

Bobby Vandalore, Raj Jain+2 more|ArXiv.org|Sep 22, 1998

Advanced Queuing Theory Analysis被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、ネットワーク性能を最適化するための明示的レートスイッチ方式における、4つのキュー制御関数—段階的、線形、双曲的、逆双曲的—を提案および分析する。解析的モデリングとシミュレーションを通じて、逆双曲的関数が遅延と公平性のトレードオフにおいて最良の性能を示すことが示され、線形関数は実装に際しての低複雑性と高い性能の両立を実現する強力なバランスを提供する。

ABSTRACT

The main goals of a switch scheme are high utilization, low queuing delay and fairness. To achieve high utilization the switch scheme can maintain non-zero (small) queues in steady state which can be used if the sources do not have data to send. Queue length (delay) can be controlled if part of the link capacity is used for draining queues in the event of queue build up. In most schemes a simple threshold function is used for queue control. Better control of the queue and hence delay can be achieved by using sophisticated queue control functions. It is very important to design and analyze such queue control functions. We study step, linear, hyperbolic and inverse hyperbolic queue control functions. Analytical explanation and simulation results consistent with analysis are presented. From the study, we conclude that inverse hyperbolic is the best control function and to reduce complexity the linear control function can be used since it performs satisfactorily in most cases.

研究の動機と目的

• 明示的レートスイッチ方式における遅延、公平性、リンク利用度の向上を目的としたキュー制御関数の設計および分析。
• 単純なしきい値ベースのキュー制御の限界を克服するため、より洗練された制御関数の検討。
• さまざまなトラフィック状態下での、異なる制御関数の性能トレードオフの評価。
• 性能を損なわず公平性や利用度を維持しつつ、実装に際して低複雑性である実用的代替案の同定。

提案手法

• キューの大きさ（したがって遅延）を制御するため、段階的、線形、双曲的、逆双曲的の4つのキュー制御関数を提案。
• 各制御関数の定常状態下での挙動を記述する解析的モデルを構築。
• シミュレーションを用いて解析結果の妥当性を検証し、さまざまなトラフィック負荷下での性能を評価。
• 平均キュー遅延、公平性インデックス、リンク利用度といった主要指標に基づき性能を評価。
• スイッチがキュー状態に基づいて送信レートを調整する明示的レートフィードバックメカニズムを適用。
• 制御関数の比較を、制御されたトラフィックソースとリンク容量を有する共通のシミュレーションフレームワークで実施。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 異なるキュー制御関数は、明示的レートスイッチ方式における平均キュー遅延および公平性にどのように影響を与えるか？
• RQ2 提案された制御関数間で、性能と実装複雑性のトレードオフはどのように変化するか？
• RQ3 さまざまなトラフィック負荷下で、低遅延、高利用度、公平性を最もよくバランスさせる制御関数は何か？
• RQ4 線形のような単純な制御関数は、複雑性を低減しつつも、近似的に最適な性能を達成できるか？
• RQ5 解析的モデルとシミュレーション結果は、システム挙動の予測においてどの程度一致するか？

主な発見

• 逆双曲的キュー制御関数は、遅延を最小限に抑えつつ高い公平性と利用度を維持する点で、全体として最良の性能を発揮する。
• 線形制御関数はほとんどの状況で満足できる性能を示し、性能と実装複雑性の両立に優れた妥協を提供する。
• 双曲的関数は段階的および線形関数よりも性能が向上しているが、逆双曲的関数には及ばない。
• 段階的関数は公平性が著しく低く、遅延のばらつきが大きいため、高性能ネットワークには不適切である。
• シミュレーション結果は解析的予測とよく一致しており、提案されたモデルの正確性が裏付けられる。
• すべての制御関数が高リンク利用度を維持しているが、遅延が低く安定しているのは逆双曲的および線形関数に限られる。