[논문 리뷰] OSCAR: A Collaborative Bandwidth Aggregation System

Karim Habak, Khaled A. Harras외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 01. 07.

Caching and Content Delivery참고 문헌 31인용 수 11

한 줄 요약

OSCAR는 기존 서버를 수정하지 않고도 모바일 기기들이 자신의 네트워크 인터페이스뿐 아니라 이웃 기기들의 인터페이스까지 협업하여 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 구현 가능한 인centive 기반 대역폭 집계 시스템이다. 실시간 네트워크 조건과 사용자 제약 조건에 적응하는 다목적 스케줄러를 사용하여, 에너지 소비와 비용을 최소화하면서도 현재 운영체제보다 최대 150% 높은 전송 속도를 달성한다.

ABSTRACT

The exponential increase in mobile data demand, coupled with growing user expectation to be connected in all places at all times, have introduced novel challenges for researchers to address. Fortunately, the wide spread deployment of various network technologies and the increased adoption of multi-interface enabled devices have enabled researchers to develop solutions for those challenges. Such solutions aim to exploit available interfaces on such devices in both solitary and collaborative forms. These solutions, however, have faced a steep deployment barrier. In this paper, we present OSCAR, a multi-objective, incentive-based, collaborative, and deployable bandwidth aggregation system. We present the OSCAR architecture that does not introduce any intermediate hardware nor require changes to current applications or legacy servers. The OSCAR architecture is designed to automatically estimate the system's context, dynamically schedule various connections and/or packets to different interfaces, be backwards compatible with the current Internet architecture, and provide the user with incentives for collaboration. We also formulate the OSCAR scheduler as a multi-objective, multi-modal scheduler that maximizes system throughput while minimizing energy consumption or financial cost. We evaluate OSCAR via implementation on Linux, as well as via simulation, and compare our results to the current optimal achievable throughput, cost, and energy consumption. Our evaluation shows that, in the throughput maximization mode, we provide up to 150% enhancement in throughput compared to current operating systems, without any changes to legacy servers. Moreover, this performance gain further increases with the availability of connection resume-supporting, or OSCAR-enabled servers, reaching the maximum achievable upper-bound throughput.

연구 동기 및 목표

• 모바일 데이터 수요 증가와 높은 로밍 비용 문제를 해결하기 위해 모바일 기기에서 여러 네트워크 인터페이스를 효율적으로 활용할 수 있도록 한다.
• 기존 대역폭 집계 솔루션들이 인프라 변경이나 애플리케이션 수정을 요구하는 높은 구현 장벽을 극복한다.
• 기존 서버나 네트워크 인프라 변경 없이도 단독 사용과 협업 사용을 모두 지원하는 시스템을 설계한다.
• 사용자들이 미사용 중인 대역폭을 공유하도록 유도하기 위해 보상 메커니즘을 도입하여 광범위한 도입을 촉진한다.
• 실시간 기기 및 네트워크 환경을 기반으로 전송 속도, 에너지 효율성, 비용 등 여러 목표를 최적화한다.

제안 방법

• 응용 프로그램, 서버, 네트워크 하드웨어 변경 없이도 작동하는 경량이며 후행 호환성 있는 아키텍처를 설계한다. 이는 전송 계층에서 작동한다.
• 전송 속도, 에너지 소비, 비용 지표를 기반으로 데이터를 동적으로 할당하는 다목적·다모드 스케줄러를 구현한다.
• 실시간 네트워크 조건과 기기 상태를 지속적으로 모니터링하고 반응할 수 있도록 맥락 인식 적응 기능을 통합한다.
• OSCAR 기반 기기 간 및 서버 간 피어 투 피어 협업을 위한 안전하고 효율적인 통신 프로토콜을 개발한다.
• 점진적 도입을 통해 OSCAR 기반 노드가 부분적으로 도입된 상태에서도 성능 향상을 기대할 수 있도록 한다.
• 스케줄링 문제를 제약 조건이 있는 최적화 문제로 공식화하여 전송 속도를 최대화하면서도 에너지 소비와 비용을 사용자가 정의한 범위 내에 유지한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존 인프라 변경 없이도 모바일 기기의 여러 인터페이스를 효율적으로 집계할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 다이나믹한 네트워크 환경에서 전송 속도, 에너지 소비, 재정적 비용 간 최적의 트레이드오프를 달성할 수 있는 스케줄링 전략은 무엇인가?
• RQ3 중앙 집중식 프록시나 하드웨어 확장 없이도 사용자 간 대역폭 공유 협업을 어떻게 유도할 수 있는가?
• RQ4 특히 OSCAR 기반 서버가 연결 복원 기능을 지원할 경우, 기존 운영체제 대비 전송 속도 향상 정도는 어느 정도인가?
• RQ5 사용자 정의된 비용 및 에너지 제약 조건이 변화할 경우, 시스템이 전송 속도 요구 조건을 충족하는 데 미치는 영향은 무엇인가?

주요 결과

• OSCAR는 기존 운영체제보다 전송 속도 최적화 모드에서 최대 150% 높은 전송 속도를 달성하며, 기존 서버에 어떠한 변경도 가하지 않았다.
• 연결 복원 기능을 지원하는 서버 또는 OSCAR 기반 서버가 이용 가능한 경우, 시스템은 주어진 네트워크 조건에서 이론적 최상위 전송 속도에 도달한다.
• 비용 최소화 모드에서는 시스템이 동적으로 가장 비용 효율적인 경로를 선택함으로써 1MB당 비용을 줄이며, 특히 전송 속도 및 에너지 제약 조건이 완화될 경우 더욱 두드러진다.
• 저에너지 경로를 선택할 수 있는 경우, 1MB당 에너지 소비는 안정되거나 감소하지만, 고전송 속도 요구 조건으로 인해 고에너지 소비 링크를 사용해야 할 경우 에너지 소비는 증가한다.
• 사용자가 정의한 비용 및 에너지 소비 수준을 허용 가능한 범위 내에 유지하면서도 최소 전송 속도 요구 조건을 충족하거나 초과한다.
• 점진적 도입을 통해 더 많은 OSCAR 기반 노드가 존재할수록 협업형 대역폭 가용성이 증가하여 성능 향상이 더욱 뚜렷해진다.