[論文レビュー] Forward Delay-based Packet Scheduling Algorithm for Multipath TCP

Tuan-Anh Le, Loc X. Bui|arXiv (Cornell University)|Jan 13, 2015

Network Traffic and Congestion Control参考文献 12被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、複数経路TCP（MPTCP）における順序通りでないパケット配信を最小限に抑えるために、経路間の推定前方遅延差に基づくパケットスケジューリング手法であるForward Delay-based Packet Scheduling（FDPS）アルゴリズムを提案する。従来のRTTや時計同期に依存する手法とは異なり、FDPSは同期された時計を必要とせず前方遅延差を推定するため、再順序バッファの占有を著しく低減し、FIFO、MTCS、Kim-2012と比較して、多様なネットワーク環境下でシミュレーションで優れた性能を発揮する。

ABSTRACT

Multipath TCP (MPTCP) is a transport layer protocol that allows network devices to transfer data over multiple concurrent paths, and hence, utilizes the network resources more effectively than does the traditional single-path TCP. However, as a reliable protocol, MPTCP still needs to deliver data packets (to the upper application) at the receiver in the same order they are transmitted at the sender. The out-of-order packet problem becomes more severe for MPTCP due to the heterogeneous nature of delay and bandwidth of each path. In this paper, we propose the forward-delay-based packet scheduling (FDPS) algorithm for MPTCP to address that problem. The main idea is that the sender dispatches packets via concurrent paths according to their estimated forward delay and throughput differences. Via simulations with various network conditions, the results show that our algorithm significantly maintains in-order arrival packets at the receiver compared with several previous algorithms.

研究の動機と目的

• 異なった経路遅延および帯域幅に起因するMPTCPにおける順序通りでないパケット送信問題に対処すること。
• 時計同期を要しない受信側の再順序バッファの占有を最小限に抑えるパケットスケジューリングアルゴリズムの設計。
• バックグラウンドトラフィックや複数経路を含む動的かつ非対称なネットワーク環境下でのMPTCP性能の向上。
• 非対称な経路特性に強く、かつ頑健な前方遅延推定技術の開発。
• さまざまな現実的なネットワークトポロジーやトラフィック負荷下で、提案手法を既存手法と比較して評価すること。

提案手法

• 送信元と受信元間の時計同期を要しない、並列経路間の前方遅延差を推定する新規技術を提案する。
• RTT測定に基づく一方通行遅延推定を用い、非対称な経路動作を考慮し、遅延の対称性を仮定しない。
• 順序通りの送信を維持するために、推定前方遅延が低い経路を優先してパケットを送信するスケジューリング戦略を採用する。
• 効率的な経路利用を確保するため、遅延推定をコグネッションウインドウの可用性と統合する。
• ns-2にFDPSアルゴリズムを実装し、再順序バッファ占有密度（RBD）指標を用いて性能を評価する。
• 二経路の対称／非対称トポロジー、バックグラウンドTCPトラフィック、三経路構成の複数シナリオで検証を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MPTCP経路間の前方遅延差は、時計同期を要さずに正確に推定可能か？
• RQ2 さまざまなネットワーク条件下で、FDPSはFIFO、MTCS、Kim-2012と比較して再順序バッファの占有をどれほど低減できるか？
• RQ3 RTT測定がバックグラウンドトラフィックによって歪められる状況下でも、FDPSは優れた性能を維持できるか？
• RQ4 並列経路の数が再順序問題に与える影響は何か？また、FDPSは効果的にスケーラブルか？
• RQ5 有限な再順序バッファに起因するパケット損失のリスクは、FDPSによってどの程度低減できるか？

主な発見

• すべての実験において、FDPSは最小の平均再順序バッファ占有を達成し、Exp. A1では2.2 ± 0.02 MSS、三経路構成では24.5 ± 1.14 MSSを記録した。
• Exp. A2（極めて非対称な経路）では、FDPSは2.2 ± 0.03 MSSのバッファ占有を達成したのに対し、FIFOは167.6 ± 0.06 MSS、MTCSは22.7 ± 0.02 MSSであった。
• バックグラウンドトラフィック下（Exp. A4）では、FDPSは8.4 ± 0.06 MSSのバッファ占有を維持し、Kim-2012（16.5 ± 0.78 MSS）やMTCS（19.8 ± 0.42 MSS）を上回った。
• ACK圧縮を伴う非対称トポロジー（Exp. A5）では、FDPSは29.2 ± 2.40 MSSのバッファ占有を達成し、FIFOの1682 ± 57.1 MSSと比べて顕著に低い水準であった。
• RBD指標においてもFDPSはすべてのベースラインを上回り、結果がゼロに近い集中を示しており、順序通りのパケット送信が高水準で実現されていることを示している。
• 高密度な経路多様性と動的トラフィック下でも、FDPSは頑健であり、RTT測定ノイズに対してもスケーラビリティと耐性を示した。