[論文レビュー] Design and implementation of a differentiated service based qos model for real-time interactive traffic on constrained bandwidth ip networks

Sruti Gan Chaudhuri|arXiv (Cornell University)|May 15, 2012

Network Traffic and Congestion Control参考文献 6被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、帯域制限のあるIPネットワークにおけるリアルタイム対話型トラフィックのDiffServベースのQoSモデルを提案する。動的で適応的なキューイングと優先順位ベースのスケジューリング、重み付きサービスレートを用いることで、過剰な帯域拡張なしに低遅延および低パケット損失を実現する。実験結果により、ビデオ会議および監視トラフィックに対する有効なQoS提供が確認され、ラボおよび実ネットワークテストの両方で公平性とリソース利用効率が向上した。

ABSTRACT

In this thesis work, a QoS model for real-time interactive traffic on a real network with constrained bandwidth and real-time traffic has been proposed. The model supports tight guarantees of QoS to real-time interactive traffic without over provisioning of bandwidth. A dynamic scheduling model which is adaptive to input data rate of traffic has been proposed. In this model, A Differentiated Service (DiffServ) based approach is proposed for QoS provisioning. The packets are classified and distributed among finite number of queues with limited buffer based on different priorities and total available bandwidth. The model proposes a mechanism to derive the weighted service rates and queue length distribution so as to meet the requirement of low packet loss and delay for real time interactive traffic in the QoS engineered network. An adaptive queuing strategy is proposed so that minimum bandwidth in used for real time traffic. This ensures maximizing availability to best effort traffic. The model assumes constrained bandwidth without having to over provision the network resources and thus keeping the cost low. A modified version suitable for testing on a real network is also presented. Experimental verification of these in a test bed network in a laboratory as well as on a real network has been carried out. The results of the QoS provisioning model for different sources of real-time traffic such as video conferencing equipment, robotic surveillance camera has also been shown. The thesis also introduces a real-time Variable Bit Rate (VBR) traffic tuning parameter for controlling the service of VBR traffic to give better and fair performance to rest of the traffic.

研究の動機と目的

• 帯域制限のあるIPネットワークにおけるリアルタイム対話型トラフィックに対して、低遅延および低パケット損失を保証するQoSモデルを設計すること。
• リアルタイムアプリケーションの高品質サービスを維持しつつ、ネットワークの過剰な帯域拡張を回避すること。
• 入力データレートに応じて動的に調整される適応的キューイング戦略を考案し、帯域の使用を最適化すること。
• 限られた帯域下でのリアルタイムトラフィックとベストエフォートトラフィック間の公平なリソース割り当てを保証すること。
• 本モデルをラボテストベッドおよび実ネットワーク環境の両方で実験的に検証すること。

提案手法

• 本モデルは、パケットを優先順位ベースのキューに分類し、限られたバッファ容量を有するDifferentiated Services (DiffServ)フレームワークを用いる。
• リアルタイムトラフィックの入力データレートに応じて適応的に変化する動的スケジューリングメカニズムを実装する。
• 遅延および損失のQoS要件を満たすために、数学的に重み付きサービスレートおよびキュー長分布を導出する。
• 適応的キューイング戦略により、リアルタイムトラフィックの帯域使用量を最小限に抑え、ベストエフォートトラフィックの利用可能性を最大化する。
• 異なるトラフィックタイプ間の性能をバランスさせるために、リアルタイム可変ビットレート（VBR）トラフィック調整パラメータを導入する。
• 物理ネットワークインfra構造上で実世界でのテストを想定し、モデルの修正版を実装する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 帯域制限のあるIPネットワークにおいて、過剰な帯域拡張なしにリアルタイム対話型トラフィックのQoS保証を達成する方法は何か？
• RQ2 変動するトラフィック入力レート下でも、低遅延および低損失を確保するための動的スケジューリングメカニズムは何か？
• RQ3 リアルタイムQoS要件を満たすために、重み付きサービスレートおよびキュー長分布をどのように最適化できるか？
• RQ4 VBR調整パラメータは、混合トラフィックタイプ間の公平性および性能にどのような影響を与えるか？
• RQ5 理論的期待値と比較して、本モデルは実世界のネットワーク環境でどのように動作するか？

主な発見

• 本モデルは、ラボおよび実ネットワーク環境の両方で、ビデオ会議やロボット監視などのリアルタイムトラフィックに対して、低パケット損失および低遅延を実現した。
• 実験結果により、適応的キューイング戦略がリアルタイムトラフィックの帯域使用量を最小限に抑えつつ、ベストエフォートトラフィックの容量を維持していることが確認された。
• VBR調整パラメータにより、より公平な性能配分が可能となり、全体のネットワーク効率が向上した。
• ネットワークの過剰な帯域拡張を要せず、QoS保証を維持できたため、運用コストの削減が可能となった。
• 実際のテストベッドネットワークへの実装により、実用的条件下での本モデルの実現可能性と有効性が検証された。
• 重み付きサービスレートおよびキュー長分布を導出するための提案手法が、低遅延・低損失動作を効果的に支援した。