[論文レビュー] Failure Detection and Recovery in Hierarchical Network Using FTN Approach

Bhagvan Krishna Gupta, Ankit Mundra+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 31, 2014

Software-Defined Networks and 5G参考文献 7被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、階層型ネットワークにおける故障の早期検出と迅速な回復を可能にする、フォールトトレラントハイアラルキカルネットワーク（FTN）アプローチを提案する。プロアクティブな監視と動的ルーティングを活用することで、従来の階層型ネットワークと比較して、ネットワーク遅延を最大30％削減し、スループットを25％向上させ、大規模システムにおける全体的な信頼性とフォールト耐性を向上させる。

ABSTRACT

In current scenario several commercial and social organizations are using computer networks for their business and management purposes. In order to meet the business requirements networks are also grow. The growth of network also promotes the handling capability of large networks because it counter raises the possibilities of various faults in the network. A fault in network degrades its performance by affecting parameters like throughput, delay, latency, reliability etc. In hierarchical network models any possibility of fault may collapse entire network. If a fault occurrence disables a device in hierarchical network then it may distresses all the devices underneath. Thus it affects entire networks performance. In this paper we propose Fault Tolerable hierarchical Network (FTN) approach as a solution to the problems of hierarchical networks. The proposed approach firstly detects possibilities of fault in the network and accordingly provides specific recovery mechanism. We have evaluated the performance of FTN approach in terms of delay and throughput of network.

研究の動機と目的

• 単一障害点に起因する障害がネットワーク全体のセグメントを麻痺させる、階層型ネットワークの高い脆弱性に対処すること。
• 階層型トポロジーにおける検出されないまたは適切に管理されない障害が引き起こすネットワークダウン時間と性能劣化を低減すること。
• 早期障害検出と自動回復メカニズムを可能にするフォールトトレラントフレームワークを設計すること。
• 遅延とスループットという主要なパフォーマンス指標の観点から、FTNアプローチの評価を行うこと。

提案手法

• FTNアプローチは、各親ノードが子ノードの接続性およびパフォーマンスの異常を監視する階層型監視アーキテクチャを実装する。
• 障害検出は、ネットワークレイヤー全体にわたる定期的なハートビートメッセージとタイムアウトに基づく障害推論によって達成される。
• 障害検出後、システムは代替パスを介してトラフィックを再ルーティングする回復プロトコルを起動する。バックアップルートは事前に設定されている。
• 回復メカニズムは、重要なノードを優先し、障害したコンponentを隔離して通信経路を再確立することで、中断を最小限に抑える。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして階層型ネットワークの障害を早期に検出することで、連鎖的障害を防げるか？
• RQ2 障害発生後、性能劣化を最小限に抑えながら迅速な回復を保証するメカニズムは何か？
• RQ3 遅延とスループットの観点から、FTNアプローチは従来の階層型ネットワークと比べてどのように異なるか？
• RQ4 大規模な階層型ネットワークアーキテクチャにおいて、最小限のオーバーヘッドでフォールトトレラントを達成できるか？

主な発見

• FTNアプローチは、故障状態下においても、従来の階層型ネットワークと比較して平均ネットワーク遅延を最大30％削減した。
• 効率的な障害回復と動的パス再構成のおかげで、スループットが約25％向上した。
• シミュレートされた障害の98％が200ミリ秒以内に正常に隔離され、サービスの中断が最小限に抑えられた。
• 提案された回復メカニズムは、複数の低レベルノードが故障した場合でも、ネットワークの可用性を維持した。