[論文レビュー] Estimation of available bandwidth and measurement infrastructure for Russian segment of Internet

A. P. Platonov, D. I. Sidelnikov+2 more|ArXiv.org|Mar 12, 2008

Network Traffic and Congestion Control参考文献 5被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、パケットのサイズを変化させたエンドツーエンド遅延測定を用いて、ロシアのインターネットセグメントにおける利用可能帯域幅を推定する、ユーティリティフリーな新規手法を提案する。式 $ B_{av} = (W_2 - W_1)/(D_2 - D_1) $ を適用することで、著者らは帯域幅推定の実用的アプローチを示し、RFBR助成金 06-07-89074 の支援を受けて専用の測定インfra構築を実施した。これにより、ロシアにおけるネットワークパフォーマンス分析の基盤的ツールが提供された。

ABSTRACT

In paper the method for estimation of available bandwidth is supposed which does not demand the advanced utilities. Our method is based on the measurement of network delay $D$ for packets of different sizes $W$. The simple expression for available bandwidth $B_{av} =(W_2-W_1)/(D_2-D_1)$ is substantiated. For the experimental testing the measurement infrastructure for Russian segment of Internet was installed in framework of RFBR grant 06-07-89074.

研究の動機と目的

• 専用ツールやインfraを必要としない低負荷な利用可能帯域幅推定手法の開発。
• ロシアのインターネットセグメントにおいて、信頼性が高く大規模な帯域幅測定システムの不足を解消すること。
• ロシアにおけるネットワークパフォーマンスの継続的モニタリングとデータ収集を可能にする測定インフラの構築。
• ロシアのインターネットを対象に、実世界の測定を用いて提案手法の妥当性を検証すること。
• 実証データを提供することで、将来的なネットワーク研究および最適化を支援すること。

提案手法

• 本手法は、ping やカスタムパケットジェネレータなどの標準ツールを用いて、異なるサイズ $ W $ のパケットに対するエンドツーエンド遅延 $ D $ を測定することに依存する。
• 利用可能帯域幅は、パケットサイズと対応する遅延の差に由来する線形近似式 $ B_{av} = (W_2 - W_1)/(D_2 - D_1) $ を用いて推定される。
• 混雑状態下でパケットサイズと遅延の間に線形関係が成り立つものと仮定し、遅延の変動から帯域幅を推定する。
• RFBR助成金 06-07-89074 の支援を受けて、ロシアのインターネットセグメントに複数のノードで測定インフラを展開した。
• 定期的に遅延とサイズのデータを収集・ログ記録し、時間経過に伴う利用可能帯域幅の統計的分析を可能にする。
• リソースおよび設定のオーバーヘッドを最小限に抑えるため、標準ホスト上でも容易に展開可能な軽量な設計である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 基本的なネットワーク遅延測定のみを用いて、利用可能帯域幅を正確に推定する方法は何か？
• RQ2 実世界のロシアのインターネット環境において、$ (W_2 - W_1)/(D_2 - D_1) $ 公式の実現可能性と正確性はどの程度か？
• RQ3 リソース要件を最小限に抑えながら、スケーラブルかつ信頼性の高い測定インフラをロシアのインターネットセグメントに構築する方法は何か？
• RQ4 ロシアのインターネットにおける異なる経路で、一般的にどの程度の利用可能帯域幅が得られるか、また時間経過とともにどのように変化するか？
• RQ5 この手法が、リソースが限られたネットワーク地域における広範なパフォーマンス監視および最適化の基盤として機能できるか？

主な発見

• 提案手法 $ B_{av} = (W_2 - W_1)/(D_2 - D_1) $ は、標準的な遅延測定のみを用いても、信頼性が高く実用的な利用可能帯域幅推定を可能にする。
• 測定インフラはロシアのインターネットセグメントに成功裏に展開され、RFBR助成金 06-07-89074 の支援を受けて継続的なデータ収集が実現した。
• 実世界の環境でも本手法は実現可能であり、ロシアの多様なネットワーク経路において一貫した結果を示した。
• 専用ツールや複雑な設定を必要としないため、標準ネットワークホスト上での広範な展開に適している。
• 本研究は、ロシアのインターネットにおけるネットワークパフォーマンス研究の基盤となるデータセットと手法を貢献した。
• 遅延差に基づく帯域幅推定の線形近似が妥当であることが結果から裏付けられ、運用および研究現場での活用が可能であることを示した。