ppt - 村田研究室

Proxy Mechanism of Multiplexing TCP
Connections over Satellite Internet
衛星インターネットにおけるTCPコネクション多重化のための
プロキシ機構に関する研究
ソフトウェア科学分野村田研究室
幸田守弘
研究の背景


インターネットユーザの増大、トラヒックの増加
ネットワーク帯域の向上
• バックボーンネットワーク: WDM等
• アクセスネットワーク: ADSL, FTTH等

物理的なケーブル敷設が困難な地域
• 離島、過疎地域など

通信衛星を使ったインターネットサービスの登場
衛星インターネット
静止軌道衛星
地上回線
(インターネット)
衛星回線
送信側端末
送信側地上局
36000km、300ミリ秒
地上回線
(インターネット)
受信側地上局
受信側端末
衛星インターネットの問題点

TCPスループットの低下
• 伝播遅延時間が非常に大きい

TCPコネクションのウィンドウサイズの増加速度が遅い
• 帯域遅延積が大きい

TCPコネクションが使い切るまでに長い時間がかかる
• Webサービス等、転送データサイズが小さい時に
より大きな影響が出る

ウィンドウサイズが大きくなる前に転送が終了
これまでの改善方式

TCPの拡張機能を利用
• Path MTU Discovery, Window Scale Option
• 衛星回線のみで使用されることを前提

コネクション分割
• i-TCP, w-TCP
• 無線回線と有線回線で分割
• 衛星回線は考慮されていない

ほとんどの方式は、送受信端末の改変が必要
• 実装が困難
• 未実装の端末との不公平性の発生
研究の目的


衛星インターネットにおけるTCPスループット
低下を防止
TCPプロキシ機構の提案
• コネクション分割
• コネクション多重化
• 衛星回線に適した輻輳制御方式
• 送信側地上局におけるバッファリング機構
コネクション分割

送受信端末間のTCPコネクションを3本に分割
• 送信側・受信側地上コネクション
• 衛星コネクション
• 地上コネクションが衛星コネクションの影響をうけない
従来方式: 1本のTCPコネクションでデータ転送を行う
送信側地上コネクション
衛星コネクション
受信側地上コネクション
提案方式: 3本にコネクションを分割
コネクション多重化
送信側地上コネクション
衛星コネクション
受信側地上コネクション
従来方式: 全ての分割コネクションでトランスポートプロトコルとしてTCPを用いる
SCTPコネクション
従来方式: 衛星コネクションにおいてトランスポートプロトコルとして
SCTPを用いてTCPコネクションを多重化

SCTP (Stream Control Transport Protocol)
• 複数のストリームを1本のコネクションで送信できる

衛星回線のスループットの向上
• 大きなウィンドウサイズを使うことができる
輻輳制御方式の比較
TCP Reno
TCP Vegas
50
パケットロス
Window Size (packets)
Window Size (packets)
50
40
40
30
30
20
20
10
0
パケットロスは発生しない
10
1200
1400
1600
1800
2000
0
Time (msec)

500
1000
1500
Time (msec)
TCP Renoに基づいた輻輳制御方式
• 輻輳制御にパケットロスが必要

TCP Vegasに基づいた輻輳制御方式
• コネクションが1本の場合に高い性能を示す
• 理想的に動作すると、パケットロスが発生しない
2000
送信側地上局におけるバッファリング機構

地上回線と衛星回線の速度差
• 地上局でバッファ溢れによるパケット廃棄が発生
• スループットの低下

パケット廃棄を回避するバッファリング機構
• ラウンドロビンアルゴリズムを利用
• 送信バッファが一杯になれば、パケットの取得を停止し、送信側端末
からのパケット転送を抑止する
地上TCPコネクションの
受信バッファ
衛星SCTPコネクションの
送信バッファ
ラウンドロビン
性能評価
送信側端末: 10台
受信側端末: 10台
送信側地上回線
10Ｍｂｐｓ，20msec
受信側地上回線
10Ｍｂｐｓ，20msec
衛星回線
2Mbps, 300msec
衛星回線のスループット
2
"multi-reno"
"multi-vegas"
"single.txt"
"split.txt"
1.5
1
0.5
0
0
50
100
Buffer Size [kB]
150
200
コネクション間の公平性
2
1
"1-110"
"2-110"
"3-110"
"4-110"
"5-110"
"6-110"
"7-110"
"8-110"
"9-110"
"10-110"
1.5
Throughput [Mbps]
1.5
Throughput [Mbps]
2
"1-110"
"2-110"
"3-110"
"4-110"
"5-110"
"6-110"
"7-110"
"8-110"
"9-110"
"10-110"
1
0.5
0.5
0
0
50
100
150
200
0
0
Time [s]
50
100
150
200
Time [s]
2
"1-110"
"2-110"
"3-110"
"4-110"
"5-110"
"6-110"
"7-110"
"8-110"
"9-110"
"10-110"
Throughput [Mbps]
1.5
1
"1-110"
"2-110"
"3-110"
"4-110"
"5-110"
"6-110"
"7-110"
"8-110"
"9-110"
"10-110"
1.5
Throughput [Mbps]
2
1
0.5
0.5
0
0
0
0
50
100
Time [s]
150
200
50
100
Time [s]
150
200
まとめと今度の課題

衛星インターネットのためのTCPプロキシ機構の提
案
• 地上回線のスループット低下の防止
• 衛星回線のスループット向上

シミュレーションによる性能評価
• スループット、公平性の維持
• 最大ウィンドウサイズの設定問題を回避

今後の課題
• 送信側地上TCPコネクションでの異なる状況を考慮した
不公平性の改善

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