[論文レビュー] Traffic Optimization for TCP-based Massive Multiplayer Online Games

José Saldaña, Luis Sequeira+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 30, 2020

Peer-to-Peer Network Technologies参考文献 17被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、マス・マルチプレイヤー・オンライン・ロールプレイングゲーム（MMORPG）におけるTCPベースのトラフィックを最適化するため、Tunneling（トンネル化）、Compressing（圧縮）、Multiplexing（多重化）の3つの手法を組み合わせたTCMを提案する。この手法により、重複するTCP/IPヘッダーを圧縮し、パケットを集約・効率的なトンネル化を行うことで、帯域幅とパケットレートを削減する。この技術は、わずかな追加遅延で済ませながらも、約60％の帯域幅削減を達成し、サービス品質の認識された質を損なわない。

ABSTRACT

This paper studies the use of a traffic optimization technique named TCM (Tunneling, Compressing and Multiplexing) to reduce the bandwidth of MMORPGs (Massively Multiplayer Online Role-Playing Games), which employ TCP to provide a soft real-time service. In order to optimize the traffic and to improve bandwidth efficiency, TCM can be applied when the packets of a number of players share the same link, which occurs in some scenarios, as e.g. the traffic between proxies and servers of game-supporting infrastructures. First, TCP/IP headers are compressed using standard algorithms that avoid sending repeated fields; next, a number of packets are blended into a bigger one and finally, they are sent using a tunnel. The expected compressed header size has been obtained using traffic traces of a real game. Next, simulations using a traffic model of a popular MMORPG have been performed in order to estimate the expected bandwidth savings and the reduction in packets per second. The obtained bandwidth saving is about 60 percent. Packets per second are also significantly reduced. In addition, the added delays are shown to be small enough so as not to impair layers' experienced quality.

研究の動機と目的

• 重複するTCP/IPヘッダーと頻繁な小規模パケットが原因で発生するTCPベースのMMORPGにおける高い帯域幅消費を是正すること。
• プロキシとゲームサーバー間など、複数プレイヤーがリンクを共有するようなゲームインfra構造における帯域幅効率の向上。
• パケットレートと帯域幅を削減するが、認識されるサービス品質を損なわないトラフィック最適化手法の設計と評価。
• 実際のゲームトラフィックシナリオにおける、提案されたTCM手法の性能向上を定量化すること。

提案手法

• 複数プレイヤーからのパケットに含まれる繰り返し発生するTCP/IPヘッダー項目を削除するため、標準的なヘッダー圧縮アルゴリズムを適用する。
• 複数の個別パケットを1つの大きなパケットに集約することで、パケットあたりのオーバーヘッドを削減する。
• 多重化されたパケットを1つのトランスポートチャネル上でトンネル化することで、プロトコルオーバーヘッドを最小限に抑え、リンク利用効率を向上させる。
• ライブMMORPGから得た実世界のトラフィックトレースを用いて、ヘッダー圧縮効率をモデル化し、期待される削減効果を推定する。
• 人気のあるMMORPGの現実的なトラフィックモデルを用いて、TCMアプローチのシミュレーションを行い、帯域幅およびパケットレートの削減を評価する。
• ソフトリアルタイムゲームアプリケーションに適した許容範囲内にとどまるかを確認するため、追加遅延を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ヘッダー圧縮とパケット多重化は、TCPベースのMMORPGトラフィックにおいて、どれほど帯域幅使用量を削減できるか？
• RQ2 共有されたゲームインfraストラクチャのリンクにTCMを適用した場合、1秒あたりのパケット数はどの程度削減されるか？
• RQ3 TCMの影響によるエンドツーエンド遅延はどの程度で、リアルタイムゲームプレイに耐えうるか？
• RQ4 トラフィック最適化を行っても、TCM手法は認識されるサービス品質を維持できるか？
• RQ5 実際の削減効果は、実際のゲームトラフィックトレースに基づく理論的期待値と比べてどの程度か？

主な発見

• シミュレーション環境において、TCM手法は約60％の帯域幅削減を達成したと推定された。
• パケット多重化とヘッダー圧縮のおかげで、1秒あたりのパケット数が顕著に削減された。
• TCMプロセスによって追加された遅延は小さく、認識されるサービス品質に悪影響を及ぼさなかった。
• ヘッダー圧縮により、繰り返し発生するパケット内の重複するフィールドが削除され、TCP/IPヘッダーのサイズが効果的に削減された。
• 実際のゲームトラフィックトレースに基づくシミュレーション結果から、TCMの実用性と有効性が生産環境に近いシナリオで確認された。
• 特に、プロキシとサーバー間の通信など、複数プレイヤーのトラフィックが同じネットワークリンクを共有する状況において、本手法は特に効果的であることが分かった。