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ループ整形による TCP/AQM ネットワーク に対する制御系設計

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ループ整形による TCP/AQM ネットワーク に対する制御系設計 - PowerPoint PPT Presentation


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E-9. ループ整形による TCP/AQM ネットワーク に対する制御系設計. システム制御研究室. 藤田 常利. パケット. 廃棄. キューが満たされる. パケット廃棄. キューが満たされる前に 積極的に廃棄. ウィンドウサイズの減少. はじめに. 研究の背景. ・ TCP によるデータ転送方式だけではバーストに対応できない. AQM (Active Queue Management) の提案. 送信ホスト. 受信ホスト. ルータ. 受信ホスト. 送信ホスト. q. w. ACK. 送信ホスト. ルータ. 受信ホスト.

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- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

E-9

ループ整形による TCP/AQM ネットワーク

に対する制御系設計

システム制御研究室

藤田 常利

slide2

パケット

廃棄

キューが満たされる

パケット廃棄

キューが満たされる前に

積極的に廃棄

ウィンドウサイズの減少

  • はじめに

研究の背景

・ TCP によるデータ転送方式だけではバーストに対応できない

AQM (Active Queue Management) の提案

送信ホスト

受信ホスト

ルータ

受信ホスト

送信ホスト

slide3

q

w

ACK

送信ホスト

ルータ

受信ホスト

パケットを積極的に廃棄

AQM

q

w

ACK

送信ホスト

ルータ

受信ホスト

p

AQM

Fig. 2: TCP/AQM のブロック図

Fig. 1: TCP のブロック図

slide4

研究の目的

TCP/AQM ネットワークに対する制御系設計

発表の流れ

・ TCP/AQM ネットワーク数学的モデル

・ ループ整形による制御系設計

・ SIMULINK によるシミュレーション

・ ns-2(Network Simulator version 2) による検証

slide5

送信ホスト 1

(1)

・・・・・

C [packets/s]

(2)

ルータ

受信ホスト

送信ホスト N

  • TCP/AQM ネットワーク数学的モデル

Fig. 3: ネットワーク概略図

slide6

(3)

(4)

-60

-80

を除く

-100

Magnitude [dB]

-120

-140

-160

-180

Fig. 5: 設計用モデル

-200

Frequency [rad/s]

  • モデリング

(1), (2) 式を動作点近傍で線形化

Fig. 4: 線形化モデル

Fig. 6: 高周波成分

slide7

[packets]

ネットワークパラメータ

80

[packets/s]

60

Magnitude [dB]

40

[s]

20

0

0

-90

-180

Phase [deg]

-270

-360

GM

[dB]

Frequency [rad/s]

Fig. 7: 制御対象

PM

[deg]

  • 制御系設計(1)

制御目的

キューサイズを目標値 [packets] に収束させる

遅延を考慮

slide8

送信ホスト数 N を40 増加

600

500

40

400

20

0

300

-20

Magnitude [dB]

-40

200

-60

q [packets]

-80

0

100

-90

0

0

10

20

30

40

50

-180

Phase [deg]

-270

-1

0

1

2

10

10

10

10

-360

Time [s]

Frequency [rad/s]

= 1.0

  • 制御系設計(2)

(5)

Fig. 8: 開ループ伝達関数

Fig. 9: キューサイズ q (PI)

PM = 109.83 [deg]

GM = 12.836 [dB]

[rad/s]

slide9

600

500

400

600

300

q [packets]

500

200

400

100

300

q [packets]

0

0

10

20

30

40

50

Time [s]

200

100

0

0

10

20

30

40

50

Time [s]

Fig. 10: キューサイズ q (PI)

Fig 11: キューサイズ q (RED)

  • シミュレータによる検証 (1)

Time = 20 [s] で送信ホスト数 N を 40 増加

slide10

シミュレータによる検証 (2)

AQM 用いることで, パケット廃棄数が半分程度になる.

25000

20000

TCP

RED

廃棄数 [packets]

15000

10000

5000

PI

0

0

10

20

30

40

50

Time [s]

Fig. 12: パケット廃棄数

slide11

おわりに

今回の発表

・ TCP/AQM ネットワーク数学的モデル

・ ループ整形による制御系設計

・ SIMULINK によるシミュレーション

・ ns-2 による検証

今後の課題

・ 実際のネットワークでの検証

slide12

80

40

60

20

40

0

-20

Magnitude [dB]

20

-40

0

-60

0

-80

0

-90

-90

-180

定常特性 : 低周波域の開ループゲインを大きくとる

-180

-270

[rad/s]

Phase [deg]

-360

-270

速応性 : ゲイン交差周波数

をできるだけ高くする

-1

0

1

2

10

10

10

10

-360

減衰特性 : 位相余裕 PM を十分に確保する

Frequency [rad/s]

遅延を含むシステム

  • 付録

開ループゲイン線図の整形

Magnitude [dB]

Phase [deg]

Frequency [rad/s]

Fig. 1: 制御対象

Fig. 2: 開ループ伝達関数

slide13

イーサネット規格

100 Base

1480 [bytes]

を用いる

, パケットサイズ

[Mbps]

[packets/s]

[bytes/s]

[s]

www.yahoo.com までの平均ラウンドトリップタイムを用いる

キューサイズが大きくなるような値を用いる

[packets] を考慮して, 適当な値を用いる

slide14

node 1

(1)

・・・・・

C [packets/s]

: 伝播遅延 [s]

(2)

router

receiver

R : ラウンドトリップタイム [s],

node N

p : パケット廃棄率,

N : TCP セッション数

W : 平均ウィンドウサイズ [packets]

C : リンク容量 [packets/s]

q : キューサイズ [packets],

Fig. 4: ネットワーク概略図

slide15

p

1.

ならば到着パケットのバッファへ格納する.

1

p

q

2.

ならば以下の確率

を計算し,

q

確率

平均化フィルタ

で到着パケットを廃棄し

パケット廃棄確率

3.

ならば到着パケットを廃棄

,

とする.

slide16

600

25000

500

20000

TCP

RED

400

廃棄数 [packets]

15000

q [packets]

300

10000

200

5000

100

PI

0

0

0

10

20

30

40

50

0

10

20

30

40

50

Time [s]

Time [s]

Fig. 5: キューサイズ q (TCP)

Fig. 6: パケット廃棄数