[논문 리뷰] Traffic Optimization for TCP-based Massive Multiplayer Online Games

José Saldaña, Luis Sequeira외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 07. 30.

Peer-to-Peer Network Technologies참고 문헌 17인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 대규모 다중접속 롤플레잉 게임(MMORPG)에서 TCP 기반 트래픽을 최적화하기 위해 터널링, 압축, 멀티플렉싱(TCM)을 제안한다. 이는 중복된 TCP/IP 헤더를 압축하고, 패킷을 집계하며, 효율적으로 터널링하여 대역폭과 패킷 전송률을 감소시킨다. 이 기법은 추가 지연이 최소한이면서도 약 60%의 대역폭 절감을 달성하여 서비스 품질의 인식을 유지한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 중복된 TCP/IP 헤더와 빈번한 소형 패킷으로 인한 고대역폭 소비 문제를 해결하기 위해.
• 프록시와 게임 서버 간과 같이 여러 플레이어가 링크를 공유하는 게임 인fra에서 대역폭 효율성을 향상시키기 위해.
• 패킷 전송률과 대역폭을 감소시키되, 서비스 품질의 인식을 떨어뜨리지 않는 트래픽 최적화 기법을 설계하고 평가하기 위해.
• 실제 게임 트래픽 시나리오에서 제안된 TCM 기법의 성능 향상 정도를 정량화하기 위해.

제안 방법

• 다양한 플레이어의 패킷에서 반복되는 TCP/IP 헤더 필드를 제거하기 위해 표준 헤더 압축 알고리즘을 적용하기 위해.
• 개별 패킷을 하나의 더 큰 패킷으로 집계하여 패킷당 오버헤드를 줄이기 위해.
• 멀티플렉스된 패킷을 단일 전송 채널을 통해 터널링하여 프로토콜 오버헤드를 최소화하고 링크 활용도를 향상시키기 위해.
• 실제 MMORPG에서 확보한 트래픽 트레이스를 사용하여 헤더 압축 효율성을 모델링하고 기대되는 절감 효과를 추정하기 위해.
• 실제 게임 트래픽 모델을 기반으로 한 시뮬레이션을 통해 TCM 방법의 대역폭 및 패킷 전송률 감소를 평가하기 위해.
• 부가 지연 시간이 소프트 라이브 타임 게임 애플리케이션의 허용 기준을 초과하지 않도록 하기 위해 지연 시간을 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 헤더 압축과 패킷 멀티플렉싱는 TCP 기반 MMORPG 트래픽에서 대역폭 사용을 얼마나 줄일 수 있는가?
• RQ2 공유된 게임 인fra 링크에 TCM를 적용했을 때, 초당 패킷 수는 얼마나 감소하는가?
• RQ3 TCM는 종단 간 지연 시간에 어떤 영향을 미치며, 실시간 게임 플레이에 대해 여전히 수용 가능한가?
• RQ4 트래픽 최적화에도 불구하고 제안된 TCM 기법은 서비스 품질의 인식을 유지할 수 있는가?
• RQ5 실제 절감 효과는 실생활 게임 트래픽 트레이스를 바탕으로 한 이론적 기대와 얼마나 일치하는가?

주요 결과

• 모의 환경에서 TCM 기법은 약 60%의 대역폭 절감을 달성했다.
• 패킷 멀티플렉싱과 헤더 압축 덕분에 초당 패킷 수가 크게 감소했다.
• TCM 프로세스에서 유발된 추가 지연 시간은 서비스 품질의 인식에 악영향을 주지 않을 정도로 미미했다.
• 헤더 압축은 반복되는 패킷 내 중복된 필드를 제거하여 TCP/IP 헤더 크기를 효과적으로 줄였다.
• 실제 게임 트래픽 트레이스를 기반으로 한 시뮬레이션 결과는 TCM가 실제 운영 환경 유사 시나리오에서 실현 가능하고 효과적임을 확인했다.
• 특히 프록시-서버 통신과 같이 여러 플레이어의 트래픽이 동일한 네트워크 링크를 공유하는 환경에서 이 기법은 특히 효과적이다.