2014/2/20 研究の背景１ インターネットトラヒックの急激な増加 ◦ エンド端末間パスにおける 複数区間の利用可能帯域計測手法の 実験評価 エンド端末間パスの利用可能帯域 ◦ ◦ ◦ ◦ 特別研究報告会 1 その情報を基にパス上の各区間の利用可能帯域を推定 シミュレーションのみで性能評価が行われている 特別研究報告会 2014/2/20 3 利用可能帯域の計測原理 (x, y) (i) y=x 領域 ：流入レート＞利用可能帯域の場合 流出レート y (ii) 流出レートは流入レートより小さくなる ௫ ௫ାሺିሻ ◦ y= ◦ 背景トラヒックと計測パケットによるトラヒックが、それぞれのレートに比 例して物理帯域を分け合うと仮定 上述した２つの現象の閾値となる流入レートの値を利 用可能帯域と推定する 利用可能帯域を様々な値に仮定して、式と計測サンプルと の誤差が最も小さくなる場合の値を計測結果とする 2014/2/20 特別研究報告会 2014/2/20 特別研究報告会 4 K 個の計測パケットから 個の連続したパケット（ , … , ାబ ିଵ ）を 抽出し、流入レート と流出レート を算出し、計測サンプル ( , ) とする 領域 ：流入レート＜利用可能帯域の場合 流出レートは流入レートとほぼ等しくなる 計測精度が低下する原因を明らかにし、精度を向上させる方法を提案 する 送信側端末は K 個のパケット（ଵ , ଶ , … , ）を一定のレートで受信側 端末に送信する (x) (y) ◦ 2 計測手法 ある区間への計測パケットが入るときの流入レート と、その区間から計測パケットが出るときの流出レート の組である計測サンプル が従うと考えられる モデルと関係式 ◦ 特別研究報告会 実機を用いた実験によって、エンド端末間パスの複数区間の利用可能 帯域を計測する手法の性能評価を行い、実ネットワーク上における有 効性を評価する パス上の任意の区間の利用可能帯域を同時に計測できる パス上のルータにおいて通過するパケットの通過時刻をタイムスタンプとし てパケットに記録できることを前提とする ◦ ◦ 2014/2/20 研究の目的 ◦ ◦ これらを知ることができれば、輻輳制御やオーバレイネットワークのトポロジ制御、経路制御な どに利用できる エンド端末間パスの複数区間の利用可能帯域を計測する手法 ◦ ◦ ボトルネック区間の利用可能帯域の値のみ計測 ボトルネック箇所の特定や区間ごとの利用可能帯域の計測はできない 研究の背景２ ◦ ◦ ネットワークアプリケーションの品質を向上させるために重要な情報 既存の利用可能帯域計測手法 松岡研究室：森本 顕 2014/2/20 インターネットの高速化、大規模化、複雑化し、その性能の把握が困難に なっている (i) (ii) 計測サンプル 誤差 e (x, y) y= y=x 得られた計測サンプル群に対して、式とのフィッティングを行い、利用 可能帯域を推定する ௫ ◦ ௫ାሺିሻ 流入レート x 5 2014/2/20 特別研究報告会 6 1 2014/2/20 実験環境 基本性能の評価結果１ 物理帯域 10 Mbps 区間１の利用可能帯域より区間２の利 用可能帯域が小さいときは、概ね高い 精度で計測できる ◦ 計測パケットの送信レート： 0.1 Mbps 刻みで 0.1Mbps から 10Mbps まで ◦ 計測パケットを８個ずつ抽出し、流入レートと流出レートを算出する 区間１の利用可能帯域が 8 Mbps の場合 10 しかし、区間２の利用可能帯域が特に小 計 測 さい場合には精度が低下する さ ◦ 流出レートが流入レートに比べて大きくなっている 計測サンプルが多数存在している 流入レートと背景トラヒックの総和が物理帯域より 大きい場合、ルータ等において輻輳が発生し、 キューイングが発生するため Estimated value of available bandwidth [Mbps] 背景トラヒック量を調整し、区間１、区間２の利用可能帯域を様々な値に 設定 れ 利用た 可 能帯 域 Mb ps 8 6 4 2 K=8 y=x 0 0 2 4 6 8 10 実際の利用可能帯域 Mbps Actual value of available bandwidth [Mbps] 特別研究報告会 2014/2/20 7 特別研究報告会 2014/2/20 8 基本性能の評価結果１ 計測サンプルの選別 区間１の利用可能帯域より区間２の利 用可能帯域が大きくても、利用可能帯 域をある程度の精度で計測できる 提案手法が用いているモデルは、流出レートが流入レートより大きくな ることは想定していない 計測 され た利 用可 能帯 域 M bp s ◦ 想定外の計測サンプルの存在によって計測精度が低下している 計測サンプルを選別し、計測精度の向上を図る 8 ◦ 6 流出レートが流入レートより 大きい計測サンプルをフィッティングから除外 利用可能帯域 [ 区間１： 8Mbps 、区間２： 2 Mbps の場合 ] 10 4 8 流 出レ ー ト outgoing rate [Mbps] 差が大きすぎる場合には、利用可能帯域 よりも大きな流入レートを持つ計測結果 が得られないため、精度が低下する Estimated value of available bandwidth [Mbps] ◦ 区間１の利用可能帯域が 2 Mbps の場合 10 2 Mb ps K=8 y=x 0 0 2 4 6 8 Actual value of available bandwidth [Mbps] 実際の利用可能帯域 Mbps 10 6 4 2 A(1)=8 Mbps, A(2)=2 Mbps, K=8 y=x 0 0 特別研究報告会 9 Estimated value of available bandwidth [Mbps] Estimated value of available bandwidth [Mbps] Mb ps 8 6 4 M bp s 2 K=8 y=x 2 4 6 8 実際の利用可能帯域 Mbps 特別研究報告会 区間数が増加しても、それぞれの利用可能 帯域を高い精度で計測できる ◦ ボトルネックの位置を特定することができる 利用可能帯域 [ 区間１： 7 Mbps 、区間２： 3 Mbps 、区間３： 7 Mbps] 利用可能帯域 [ 区間１： 3 Mbps 、区間２： 7 Mbps 、区間３ 3 Mbps ] 10 10 計 測 さ れ た 利 用 可 能 帯 域 6 4 2 K=8 y=x 0 10 Actual value of available bandwidth [Mbps] 2014/2/20 8 0 0 0 サンプル選別有り 区間１の利用可能帯域が 8 Mbps の場合 10 2 4 6 8 Actual value of available bandwidth [Mbps] 実際の利用可能帯域 Mbps 10 Estimated value of available bandwidth [Mbps] 計 測 さ れ 利た 用 可 能帯 域 10 ３つの区間の利用可能帯域を同時に計測 流出レートが流入レートより 10 % 以上大きい計測サンプルを排除 10 計測 され た利 用可 能帯 域 10 ３つの区間を持つネットワークにおける評価 計測サンプルの選別を行った結果、計測精度が向上 区間１の利用可能帯域が 8 Mbps の場合 8 特別研究報告会 2014/2/20 計測サンプルの選別を行った場合の精度評価 ◦ 4 6 incoming rate [Mbps] 流入レート Mbps M bp s K=8 Actual value of available bandwidth 計測 され 利用た 可能 帯域 8 6 4 Mb ps 2 0 0 11 Estimated value of available bandwidth [Mbps] 2014/2/20 2 2014/2/20 1 ホップ数 2 Hop count K=8 Actual value of available bandwidth 8 6 4 2 0 3 4 0 1 ホップ数 2 3 4 Hop count 特別研究報告会 12 2 2014/2/20 まとめと今後の課題 エンド端末間パスの複数区間の利用可能帯域を個別にかつ同時に計 測する手法の、実ネットワークにおける有効性を実験評価を通じて検 証した 送信側端末に近いネットワーク区間の利用可能帯域が受信側端末に近い ネットワーク区間の利用可能帯域より小さい場合でも、高い精度で計測でき る ◦ 計測精度が低下する原因を特定し、精度低下を防ぐ方法を検討し、その有 効性を検証した ◦ 今後の課題 ◦ ◦ 計測精度を損なわずに、計測に用いるパケット数を削減する より実際のネットワークに近い環境での性能評価を行う 2014/2/20 特別研究報告会 13 3
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