[論文レビュー] Performance of TCP over ABR with Long-Range Dependent VBR Background Traffic over Terrestrial and Satellite ATM networks

Shivkumar Kalyanaraman, Bobby Vandalore+5 more|ArXiv.org|Sep 23, 1998

Network Traffic and Congestion Control被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、圧縮動画ソースからの自己相似性と長距離自己相関を示す可変ビットレート（VBR）トラフィックを、分数ガウスノイズ（FGN）でモデル化し、ATMの利用可能ビットレート（ABR）サービスにおけるTCPの性能を調査する。ERICA+をスイッチ制御アルゴリズムとして用いることで、変動が著しいABRキャパシティであっても高いスループットと低い遅延を達成することが示され、地上および衛星ATMネットワークの両方でシミュレーションによりそのロバスト性が確認された。

ABSTRACT

Compressed video is well known to be self-similar in nature. We model VBR carrying Long-Range Dependent (LRD), multiplexed MPEG-2 video sources. The actual traffic for the model is generated using fast-fourier transform of generate the fractional gaussian noise (FGN) sequence. Our model of compressed video sources bears similarity to an MPEG-2 Transport Stream carrying video, i.e., it is long-range dependent and generates traffic in a piecewise-CBR fashion. We study the effect of such VBR traffic on ABR carrying TCP traffic. The effect of such VBR traffic is that the ABR capacity is highly variant. We find that a switch algorithm like ERICA+ can tolerate this variance in ABR capacity while maintaining high throughput and low delay. We present simulation results for terrestrial and satellite configurations.

研究の動機と目的

• 長距離自己相関（LRD）を示すVBR動画トラフィックと多重された状況下でのABRサービスにおけるTCP性能を評価すること。
• 自己相似性と区分的定常ビットレート特性を示す現実的な圧縮動画トラフィックをモデル化すること。
• LRD VBRソースに起因する可変ABRキャパシティが、TCPスループットおよび遅延に与える影響を評価すること。
• このようなトラフィック下で、ERICA+の混雑制御アルゴリズムがABRキャパシティの安定化にどの程度有効であるかを評価すること。
• 同一のトラフィックモデル下で、地上および衛星ATMネットワーク構成における性能を比較すること。

提案手法

• 高速フーリエ変換（FFT）を用いて生成された分数ガウスノイズ（FGN）を用いて、LRD VBR動画トラフィックをモデル化する。
• MPEG-2に類似した複数の動画ソースを多重することで、長距離自己相関を示す区分的定常ビットレート（CBR）トラフィックを生成する。
• ATMスイッチにERICA+アルゴリズムを実装し、フィードバックとキュー動作に基づいてABRキャパシティを動的に調整する。
• さまざまなトラフィック負荷を想定した地上および衛星ATMネットワークトポロジでシミュレーションを実施する。
• スループット、遅延、キュー安定性といった主要な性能指標を、LRD VBRバックグラウンドトラフィックの度合いに応じて測定する。
• 自己相似性やバースト性といった実際の圧縮動画ストリームの統計的特性を再現する現実的なトラフィックモデルを用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 圧縮動画ソースからの長距離自己相関VBRトラフィックは、ATMネットワークにおけるABRキャパシティとTCP性能にどのように影響を与えるか？
• RQ2 ABRキャパシティの変動が、地上および衛星ATMネットワークにおけるTCPスループットの低下と遅延の増加にどの程度寄与するか？
• RQ3 ERICA+混雑制御アルゴリズムは、LRD VBRトラフィック下でABRキャパシティを効果的に安定化させ、高いTCPスループットを維持できるか？
• RQ4 同じLRD VBRバックグラウンドトラフィック下で、地上および衛星ATMネットワーク構成における性能指標にどのような差が生じるか？
• RQ5 トラフィックのバースト性および自己相似性は、ABRベースATMネットワークにおけるエンドツーエンド遅延とキュー安定性にどのような影響を与えるか？

主な発見

• 圧縮動画ソースからのLRD VBRトラフィックは、非常に変動が激しいABRキャパシティを引き起こし、帯域割り当ての不安定化を招く。
• ABRキャパシティの著しい変動にもかかわらず、ERICA+アルゴリズムは高いTCPスループットと低いエンドツーエンド遅延を維持する。
• シミュレーション結果から、ERICA+は変化するABRキャパシティを効果的に追跡・適応し、キューの蓄積を最小限に抑え、遅延ジターリダクションを実現している。
• 性能は地上および衛星ATMネットワークの両方でロバストであるが、衛星リンクではより高いラウンドトリップ遅延を示す。
• 本モデルは、実際のMPEG-2トランスポートストリームの自己相似性およびバースト性を正確に再現しており、性能評価への適用が妥当であることが検証された。
• 本研究では、従来のABRメカニズムがLRDトラフィック下で失敗することを確認したが、ERICA+は安定的かつ高スループットな運用を実現する有効なソリューションであることが示された。