ネットワーク内制御に基づくインターネット輻輳制御の新たなパラダイムの追求

Research Project

Project/Area Number	23K11079
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 60060:Information network-related
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	長谷川剛東北大学, 電気通信研究所, 教授 (00294009)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000) Fiscal Year 2025: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2024: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000) Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywords	インターネット輻輳制御 / ネットワーク内制御 / 公平性 / スループット / 性能評価 / 輻輳制御 / 機械学習 / エンドツーエンド制御 / トランスポート層プロトコル
Outline of Research at the Start	本研究においては、既存のインターネット輻輳制御が依りどころとしているエンドツーエンド原則から脱却し、送受信端末間ネットワークを複数のサブネットワークに分割し、各サブネットワークにおいて、その特性に応じた輻輳制御アルゴリズムを個別に適用するようなインターネット輻輳制御の新たなパラダイムの送出を目指す。そのために、数学的解析による提案アーキテクチャの性能評価、シミュレーション/エミュレーション/実環境を用いた実験評価を行い、アーキテクチャの優位性を示す。
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、今後ますます多様化し複雑になっていくインターネットにおいては、E2E の観測から得られる情報のみで理想的な輻輳制御を実現することは難しいと考え、新しい輻輳制御アーキテクチャである（in-network congestion control （NCC））を提案している。具体的には、送受信端末間の経路上に、輻輳制御を行うNCC ノードを1 つあるいはそれ以上導入することで、端末間のネットワークパスを複数のサブパスに分割し、複数のフィードバックループを構築する。さらに、分割されたサブパスごとに、そのネットワーク特性に応じた輻輳制御を行う。サブパスに分割することで伝搬遅延を小さく、複雑なネットワーク特性を単純化できるので、輻輳制御アルゴリズムの性能は大きく向上することが期待できる。また、サブパス単位で行われる輻輳制御は従来のE2E の輻輳制御と同じ仕組みで行われるので、NCC を用いることで、40 年以上にわたって培われてきた輻輳制御の利点を最大限に活かすことができる。本年度の研究においては特に、ネットワーク内輻輳制御アーキテクチャの、大規模ネットワークを想定した環境における潜在的な性能評価を行い、NCC ノードの設置台数や設置方法、NCC ノード間のコネクションに用いる輻輳制御アルゴリズム等がデータ転送性能に与える影響を明らかにした。その結果、輻輳制御アルゴリズムの変更と、NCC ノードの導入台数の増加は、NCC ノードの導入割合に依存して、どちらが有利かが変化することも明らかとなった。さらに、NCC ノードを設置するネットワークノードを選択する手法によっては、データ転送性能に最大で約24% の違いが出ることがわかった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 当初の計画では、本年度の研究においては、数学的解析手法を用いて、大規模ネットワーク環境におけるネットワーク内輻輳制御アーキテクチャの、潜在的な性能評価を行い、NCC ノードの設置台数や設置方法、NCC ノード間のコネクションに用いる輻輳制御アルゴリズム等がデータ転送性能に与える影響を明らかにする予定であった。しかし、研究が順調に進展したため、仮想ネットワークを用いた実装実験における性能評価を同時に進めている。現時点では対外発表までは到達していないが、得られている結果から、解析と同様の性能向上が、提案するネットワーク内輻輳制御によって得られることが明らかになりつつある。
Strategy for Future Research Activity	今後は、進めている実装実験の成果をまとめるとともに、課題となるNCCノードでのパケットバッファリングの問題を解決するための、NCCコネクションにおけるパケット送信制御手法を検討する。また、数学的解析手法においては、これまではネットワークのリンク帯域を考慮していなかったが、より現実的な環境を想定するために、リンク帯域を考慮し、自フローが引き起こすネットワーク輻輳の影響を考慮できるように解析を拡張する。また、これらの実験結果および解析的検討に基づき、適切なNCCノードの設置台数、配置場所、NCCレベルの経路制御などに関する検討を進める。