[論文レビュー] News from the Internet congestion control world

Dario Rossi, Claudio Testa+3 more|ArXiv.org|Aug 6, 2009

Network Traffic and Congestion Control参考文献 15被引用数 15

ひとこと要約

この論文は、ns-2でのパケットレベルシミュレーションを用いて、低優先度のデータ転送を目的とした新しいUDPベースの混雑制御プロトコルであるLEDBATの性能を評価している。TCPフレンドリーさと効率的な帯域幅利用が確認されたが、競合するフロー間の協調性を保証するためには、必須のスロースタートが不可欠であることが判明した。

ABSTRACT

A few months ago, the BitTorrent developers announced that the transfer of torrent data in the official client was about to switch to uTP, an application-layer congestion-control protocol using UDP at the transport-layer. This announcement immediately raised an unmotivated buzz about a new, imminent congestion collapse of the whole Internet. Though this reaction was not built on solid technical foundation, nevertheless a legitimate question remains: i.e., whether this novel algorithm is a necessary building block for future Internet applications, or whether it may result in an umpteenth addition to the already well populated world of Internet congestion control algorithms. In this paper, we tackle precisely this issue. The novel protocol is now under discussion at the IETF LEDBAT working group, and has been defined in a draft document in March 2009, whose adoption decision will be taken at the beginning of August 2009. Adhering to the IETF draft definition, we implement the LEDBAT congestion control algorithm and investigate its performance by means of packet-level simulations. Considering a simple bottleneck scenario where LEDBAT competes against either TCP or other LEDBAT flows, we evaluate the fairness of the resource share as well as its efficiency. Our preliminary results show that indeed, there is an undoubted appeal behind the novel application-layer congestion-control protocol. Yet, care must be taken in order to ensure that some important points, such as intra-protocol fairness, are fully clarified in the draft specification -- which we hope that this work can contribute to.

研究の動機と目的

• TCPや他のLEDBATフローと競合する状況下での、LEDBATという新しいアプリケーション層混雑制御プロトコルの性能と公平性を評価すること。
• LEDBATの設計が、片方向遅延推定に基づくものであるが、VoIP やゲームなどの高優先度トラフィックに対して効率的かつフレンドリーであるかどうかを検証すること。
• LEDBATのドラフト規格が、競合するLEDBATフロー間の協調性を十分に保証しているかどうかを評価すること。
• LEDBATにおける線形コントローラーが、さまざまなネットワーク環境下でも安定的かつ公平に動作するのに十分かどうかを検証すること。
• 特に、インターネットの混雑に与える影響について懸念が提起されている中、LEDBATの主張を独立したシミュレーションベースで検証すること。

提案手法

• IETFドラフト規格[7]に従って、ns-2にLEDBATを実装し、レート適応に線形コントローラーを用いた。
• TCPまたは他のLEDBATフローと競合する単純なボトルネック環境をシミュレーションした。
• 公平性はリソース共有の分布、効率性はさまざまな条件下でのリンク利用率を測定することで評価した。
• 片方向遅延推定を用いてキューイング遅延を検出：キューイング遅延 ＝ 瞬時の遅延 － ベース遅延（観測された最小遅延）。
• 特にTARGET値の影響に注目して、さまざまなパrameter設定下での性能を評価した。
• LEDBATフロー間の公平性を達成するためのスロースタートフェーズをシミュレーションに導入した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 LEDBATはTCPフレンドリーであるか。具体的には、VoIP やゲームなどの高優先度トラフィックに悪影響を及げないか。
• RQ2 ボトルネックリンクにLEDBATが単独で存在する場合、利用可能な帯域幅を効率的に活用できるか。また、TCPと比較してどの程度効率的か。
• RQ3 LEDBATに内蔵された線形コントローラーは、複数の競合するLEDBATフロー間の公平性を保証するのに十分か。
• RQ4 スロースタートは、プロTOCOL内公平性を達成するために果たす役割は何か。また、プロトコル仕様に必須として組み込むべきか。
• RQ5 パラメータの誤設定（例：TARGET値がバッファサイズに対して大きすぎる）は、LEDBATの挙動と公平性にどのような影響を及ぼすか。

主な発見

• LEDBATはプロトコル間フレンドリーさを達成しており、TCPに譲り、VoIP やゲームなどの高優先度トラフィックの性能を損なわない。
• ボトルネックにLEDBATが単独で存在する場合、TCPよりも高いリンク利用率を達成しており、リソース使用の効率性が優れていることが示された。
• 誤ったパrameter設定（例：バッファサイズに対してTARGET値が大きすぎる）であっても、LEDBATはTCPに類似した挙動に劣化し、公平性が保たれる。
• 線形コントローラーだけでは、プロトコル内公平性を保証できない。特にバッファが大きい環境下では、遅れて到着するLEDBATフローが不平等な利点を得る可能性がある。
• 新しいフローがベース遅延を測定する時間的余裕が与えられれば、プロトコル内公平性は達成可能である。これは、実質的にスロースタートフェーズが有効に機能することを意味する。
• 本研究では、スロースタートをLEDBAT仕様に必須とするべきだと提言する。これは主に効率性のためではなく、競合するLEDBATフロー間の公平性を保証するためである。