In-Networkキャッシュを活用し最大効率と公平性を実現する多対多ファイル転送制御手法

研究課題

研究課題/領域番号	23K11083
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分60060:情報ネットワーク関連
研究機関	九州工業大学
研究代表者	鶴正人九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (40231443)
研究期間 (年度)	2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス	交付 (2023年度)
配分額 *注記	2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円) 2025年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円) 2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円) 2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード	多対多転送 / マルチキャスト転送 / 複数経路転送 / In-Networkキャッシュ / P4 / file transfer / multicast / multipath / in-network cache
研究開始時の研究の概要	全二重ネットワーク上の一対多ファイル転送では、送信者がファイルを複数ブロックに分割し、必要数の符号化ブロックを生成して追加し、それらのブロックを複数経路転送とマルチキャスト転送の組み合わせによって受信者に配ることで最大限の高速・高効率化が可能である。それを送信者が異なる複数の一対多ファイル転送が共存する場合に拡張し、さらにネットワーク内スイッチが通過データを一時保存する仕組みを用いてスイッチがあるブロックを下流へ転送する際に以前そこを通過した別ブロックに書き換えることにより異なる転送間の競合を時間的に解消し、集中管理された大規模な多対多ファイル転送の高速・高効率・公平な実現を目指す。
研究実績の概要	本研究では、全体管理された広域多地点間ネットワーク上で、複数の異なる一対多ファイル転送要求（送信者位置、受信者位置集合、ファイル長）が与えられた時、各送受信者ペアでのファイル転送完了時間の短縮と公平性の観点で理想的な多対多ファイル転送とは何か、データプレーンプログラミングのためのP4技術を含むSDNを前提にそれをどう実現できるか、を検討する。 2023年度は、基本となる一対多ファイル転送技術（複数のマルチキャスト経路木を用いる複数経路マルチキャスト転送）に関して、ネットワーク内中継スイッチがある通過ブロックを一時保存し（In-Networkキャッシュ）、後で別ブロックを下流へ転送する際に先に保存したブロックで中身を上書きする（書換える）という仕組みを提案し、それを用いれば、送信者が符号化ブロックを生成することなしにファイルを分割した原ブロックの送信だけで、各受信者のファイル転送完了時間を最小化できることを示した。すなわちそれを実現するスケジュール（複数のマルチキャスト経路木とそこへの転送ブロックの割当てと書換え）を探索するアルゴリズムを提案し、調査した多様なトポロジ例のすべてにおいて転送完了時間最小化スケジュールを発見し、その中でも書換え数が少ない良いスケジュールの特性やスケジュール探索性能を分析し、国際会議に成果を公表した。一方、送信者が異なる複数の一対多転送の共存（多対多転送）技術に関して、送信者での符号化ブロック生成および中継スイッチでのブロック書換えの個々の手法単独および両方を利用する場合の効果を分析した。また、すべての一対多転送が計画的ではあるが同時ではなく順次発生する場合のスケジューリングとそこでの送信者優先度の影響を分析した。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 2: おおむね順調に進展している理由基本となる一対多ファイル転送に関しては、送信者符号化を利用せずに中継スイッチでのブロック書換えだけでも各受信者のファイル転送完了時間を最小化するようなスケジュールを発見する目途が立ち、多対多ファイル転送に関しても、ブロック書換え導入時の効果や課題に関して検討が進んできているから。
今後の研究の推進方策	多対多ファイル転送においては、すべての送受信ペアでファイル転送完了時間を最小化することは原理的に不可能であり、そこで発生する送信者間の競合について全体効率最大化と公平性の両方を考慮した解消を検討し、ブロック書換え導入時のスケジュールの改善を進める。また、複数の一対多転送要求の時系列的発生に関して、計画的な発生のシナリオから未知で動的な発生のシナリオへの拡張を検討する。一方、それらの実現のためにIn-Networkキャッシュやブロック書換えをP4技術を用いて設計・実装し、検証する。