Content-centric networking (CCN) is the newly designed network to mitigate the problems of the Internet such as the duplicated dissemination of contents. Since it is just started to redesign and reconstruct at the very beginning, every layers and protocols are required to define according to its characteristics. Flow control mechanisms in CCN are classified into two categories: receiver-driven and hop-by-hop. Receiver-driven flow control is driven by receiver side controlling the number of Interest messages requested to the network while hop-by-hop Interest shaping is controlled by CCN routers on the network regulating the data rate of each flow depending on the in/out link status. Because of the characteristics that a content is devided into small pieces of packets called chunks and CCN routers do not cache a whole of a content but a few chunks of the content, content is delivered by multiple content sources. Therefore, flow control mechanisms in CCN should address the problems caused by transitions of multiple content sources when it delivers a flow. If a flow is serviced by multiple content sources, there can be unexpected Interest timer expirations when a transition occurs caused by unstable RTTs. Or, a flow experiences relatively long time to approach an available data rate and to deliver content completely. Most of the previous receiver-driven flow control algorithms, however, do not address the fact that chunks are delivered by multiple content sources so they suffer from a performance degradation of content delivery caused by frequent Interest timer expirations. On the other flow control mechanism, hop-by-hop Interest shaping, may mitigate the problems by keeping the states of flows at each CCN router. However, keeping per-flow states is a burden to CCN routers and CCN suffers from the scalability issues and the deployment of the funtion in routers. Therefore, a pure receiver-driven flow control algorithm is required to be completely independent to the scalability issues and to reduce down overheads on CCN routers.
We propose an adaptive receiver-driven flow control mechanism which detects a transition of multiple content sources and adaptively controls congestion window. A transition is detected by a high-pass filter which distinguishes the point where a RTT of Data message changes rapidly. Once a transition is detected, a congestion window is adaptively increased or decreased according to the estimated bandwidth which is estimated by a low-pass filter. We evaluate that the proposed mechanism outperforms another purely receiver-driven flow control algorithm when content is delivered by multiple content sources.
기존 인터넷은 그 구조상 동일한 컨텐츠를 중복하여 전송하는 비효율적인 문제를 가지고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 대안으로 CCN이라는 새로운 개념의 네트워크가 제안되었고 최근 활발히 연구되고 있다. CCN은 기존 네트워크와 다른 다양한 개념을 적용하여 그 기본 구조부터 완전히 새롭게 재설계되어 각 계층에서는 CCN의 특성에 알맞은 새로운 프로토콜의 설계를 필요로 한다. 여러 계층 중 전송계층의 흐름제어 기법 또한 CCN의 특성에 맞게 재정의되어야 하고 그와 관련된 연구가 진행되고 있다. 전송계층의 흐름제어 기법은 크게 요청자 기반 (receiver-driven) 의 흐름제어 기법과 CCN 라우터 단위의 흐름제어 (hop-by-hop Interest shaping) 기법으로 구분된다. 요청자 기반의 흐름제어 기법은 요청자가 한 번에 보내는 Interest 메시지의 수를 조절하는 방법으로 흐름을 제어하고, CCN 라우터 단위의 흐름제어 기법은 CCN 라우터에서 input/output 링크의 상태에 따라 각 flow의 Interest 전달량을 제어함으로서 흐름을 제어한다. CCN의 하나의 컨텐츠는 chunk라 부르는 패킷 단위의 조각으로 구성되어 있는데 각 CCN 라우터는 캐싱 공간의 제약 등에 따른 캐싱 효율성을 높이기 위하여 컨텐츠 단위로 캐싱하지 않고 그 일부분인 여러 개의 chunk를 캐싱한다. 그 결과 한 컨텐츠를 전송하는데에는 여러 개의 컨텐츠 소스가 관여하게 된다. 즉, CCN에서 흐름제어 기법에서는 한 flow가 여러 컨텐츠 소스에 의해 전송된다는 사실에 대한 적절한 대응 방안을 마련해야 한다. 여러 컨텐츠 소스에 의한 전송은 불안정한 RTT를 유발하여 Interest timer 값을 적절히 할당하는데 어려움을 겪게 되고, 그에 따른 예상치 못한 Interest timer 타임아웃을 발생시킬 수 있다. 이러한 불필요한 타임아웃은 사용 가능한 수준의 data rate에 도달하는데 방해를 하는 요소로 작용하여 전체적으로 컨텐츠 전송에 소요되는 시간이 증가되는 결과가 나타난다. 하지만 기존 대부분의 요청자 기반의 흐름제어 기법들에서는 여러 컨텐츠 소스에 의한 컨텐츠 전송 환경에 대한 고려를 하지 않아 위에서 언급한 문제점들이 발생될 수 있다. 또 다른 흐름제어 기법인 CCN 라우터 단위의 흐름제어 기법은 이와 같은 여러 컨텐츠 소스에 의한 전송 환경의 문제를 각 라우터 단위에서 흐름을 제어함으로서 자연스럽게 해결할 수 있다. 하지만 이 기법은 각 라우터에서 자신을 거쳐 지나가는 모든 flow들의 상태를 관리해주어야 한다는 점에서 굉장한 overhead가 될 수 있고, CCN의 망 확장성 및 이러한 기능을 라우터에 부여하는데 따른 어려움 등의 문제점을 가지고 있다. 따라서 여러 컨텐츠 소스에 의한 컨텐츠 전송 환경을 고려한 요청자 기반의 흐름제어 기법이 필요하다. 본 논문에서는 컨텐츠 소스의 변경을 수신된 데이터의 RTT 변화량 만으로 검출하는 방법과 검출된 이후 flow의 흐름을 적응적으로 조절하는 방법을 이용한 요청자 기반 적응형 흐름제어 기법을 제안한다. 컨텐츠 소스의 변경에 대한 검출은 high-pass filtering 기법을 이용하여 과거의 RTT 변화량에 비해 현재의 RTT가 급격히 변화하는 시점을 효과적으로 인지할 수 있게 하고, TCP Westwood의 low-pass filtering 기반의 대역폭 측정 방법을 사용하여 얻은 현재 대역폭을 활용하여 컨텐츠 소스의 변화에 적응적으로 대응하는 흐름제어 방법을 사용한다. 한 컨텐츠를 걸리는데 소요되는 시간을 기준으로 한 기존 요청자 기반 흐름제어 기법과의 성능 비교를 통해 제안 기법의 효과를 보인다.
