[M-GI31] 情報地球惑星科学とデータ利活用

[MGI31-P12] HpFP：高速データ伝送アプリケーション開発（５）：HpFPプロトコル（バージョン2）の改良

柿澤 康範¹、Pavarangkoon Praphan³、村田 健史²、*水原 隆道¹、深沢 圭一郎⁴ (1.株式会社クレアリンクテクノロジー、2.国立研究開発法人情報通信研究機構、3.School of Information Technology King Mongkut's Institute of Technology Ladkrabang、4.大学共同利用機関法人人間文化研究機構 総合地球環境学研究所)

キーワード：HpFP、HCP、高速データ伝送、プロトコル

近年のネットワーク広帯域化に伴って、10Gbpsさらには100Gpbsを超えるような高速データ伝送プロトコルの必要性が高まっている。筆者らはパケット損失や遅延が生じる長距離広帯域伝送ネットワーク環境においても高い伝送効率を実現するトラスポート層プロトコルHpFP（High-performance and Flexible Protocol）を開発した（http://hpfp.nict.go.jp）。これまでにも様々なTCPをベースとしたプロトコルが開発されているが、ネットワークにおいて一定値以上のパケット損失や遅延が生じる場合に伝送効率が大きく劣化するため、期待するような高速データ伝送が提供できないという課題があった。HpFPは、このような課題を解決するために、TCPではなくUDPをベースに独自プロトコルとして設計した。この制御方式ではACKパケットによってフィードバックされるスループット、パケットロス率および受信バッファ使用率を総合的に評価して、次の送出スループットを決定する。この制御方式を導入するためにHpFPが実装した機能としては、固定間隔でのACK送信、送信可能な最大パケット長探索、帯域予測に基づくパケット送出間隔制御、再送パケットの送信優先制御などがあげられる。HpFPが採用する制御方式では、一時的に生じるパケット損失や遅延に起因するスループット低下に対して、目標値へ速やかに回復するような工夫がなされている。制御量として用いるスループット値は、初期値には目標値の50％を設定する。さらにスループット予測値をもとに、制御量として用いるスループット値をフィードバック制御によって更新する。更新に際しては、直前の測定値よりも高い場合に予測値よりもさらに高いスループット値を設定することで、ネットワーク環境の一時的な劣化によるスループット低下からの回復を速やかする。一方、スループット予測値が直前の測定値よりも低い場合、予測値と過去数回分の測定値から得た加重平均値を制御量とすることで、一時的なネットワーク環境の劣化による影響を少なくするよう工夫している。得られた制御量としてのスループット値から送信可能な最大パケット長の探索結果に基づいてパケット送出間隔を算出することで、スループット変動にも対応するデータ伝送プロトコルとしている。
HpFPには現在、公平性を重視するfairモード（図）、専用回線で最大の性能を発揮するsuper-aggressiveモード、TCP cubicとほぼ同様の実装であるcubicモード、他のトラフィックがある場合に最大限帯域を譲るmodestモードなど、様々なモードの開発を進めている。本報告では、各モードを紹介すると同時に、室内実験とJGN/SINETの実ネットワーク環境での実験結果について報告する。
本研究の一部は、学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点および革新的ハイパフォーマンス・コンピューティング・インフラ(課題番号: jh230057およびjh240077)およびJSPS科研費（JP22H01318）の支援を受けて実施した。