10Gbps高速インターネットでも遅延・パケットロスに強い通信プロトコルの開発に成功

2015年11月5日



国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）



10Gbps高速インターネットでも遅延・パケットロスに強い通信プロトコルの開発に成功

～インターネットのイライラ解消に向けた新しいデータ通信技術～



【ポイント】

■ 10Gbpsインターネットでも遅延・パケットロスに強い通信プロトコル開発に成功

■ 100ミリ秒の遅延と1％のパケットロスという悪条件でも約10Gbpsの通信速度を達成

■ 10Gbpsの広帯域インターネットを活用した8K映像伝送などのアプリケーションを実現



　国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT、理事長: 坂内 正夫） 統合データシステム研究開発室は、株式会社クレアリンクテクノロジー（以下「クレアリンク」、代表取締役: 水原 隆道）の協力の下、10Gbps（以下「10G」）を超える長距離広帯域伝送網（LFN）でも遅延やパケットロスに強い通信プロトコルHpFP（High-performance and Flexible Protocol）の開発に成功しました。今回開発したプロトコルにより、10Gインターネットでも、大容量ファイル転送や高速Web閲覧、低ノイズ4K/8K映像伝送などの広帯域ネットワークを十分に活用できるアプリケーションが可能になります。



【背景】

　インターネット環境は、バックボーンとなる10G以上のWAN（広域ネットワーク）の普及とネットワーク機器の低価格化に伴い、現在の1Gから10Gへのデータ通信環境の高速化が進んでいます。それに伴い、Webやファイル伝送など様々なインターネットアプリケーションの高速化（10G化）の需要が高まっています。

　インターネットアプリケーションの多くは、データ伝送の基盤となる通信プロトコルにTCPを用いています。TCPは、遅延やパケットロス環境においてデータ通信速度が大きく損なわれることが問題でした。図2に示すように、10G環境に備えて、ハードウェアによる高速化やTCPの改良などが試みられていますが、利用環境が限定されることや一定以上の条件下（例えば、遅延100ミリ秒・パケットロス1%）での大幅な通信性能劣化が課題となっています。



【今回の成果】

　NICTは、クレアリンクの協力の下、10Gの高速通信環境において、遅延やパケットロスに強い独自設計のデータ通信プロトコル（HpFP）の開発に成功しました。また、それに伴い、試験実装版（α版）の公開を開始しました（http://hpfp.nict.go.jp）。HpFPは、NICTがこれまでにJGN-Xテストベッド環境で行ってきた10Gを超える長距離広帯域伝送網（LFN）におけるデータ通信実験成果を基に、クレアリンクが開発したTCP高速化パケット伝送制御技術「xTCP」を用いて、独自のアルゴリズム設計により実装したトランスポート層のTCP互換（プログラムレベルで置き換え可能な）通信プロトコルです。

　HpFPの性能評価実験を行い、10Gネットワークで様々な遅延・パケットロスを与えた結果を、TCPと比較しました。遅延やパケットロスがない環境では、TCPもHpFPも、ほぼ利用できる最大通信速度（ワイヤーレート）を達成しています。

　一方、遅延やパケットロスが大きくなると、TCPは通信速度が大きく低下するのに対し、HpFPは通信速度に変化がないことが分かります。例えば、パケットロス0.1%で遅延10ミリ秒の場合、HpFPとTCPの速度比は約145倍になります。

　なお、HpFPは、パケットロス1%で遅延100ミリ秒の場合でも、ほぼ同じ結果を得ています。



【今後の展望】

　HpFPは、TCP互換設計となっており、TCPのソケットライブラリをHpFPライブラリに置き換えるだけで、既存の通信アプリケーションを高速化できます。HpFPの通信ソケットライブラリは、標準的なC言語により記述しており、OSに依存しないことが特徴です。

　現在は、Linux版のみを実装・公開していますが、今後は、その他の主要なOS（Windows, Mac OS X、iOS、Android）で動作するソケットライブラリの開発を進めます。



　また、下記のような「HpFPを利用した10G対応のインターネットアプリケーション」を開発するパートナーを求めていますので、HpFPの開発事務局までご連絡ください。E-mail: [e-mail]

（例1）　遠隔地からクラウドストレージに高速にアクセスできるネットワークファイルシステム

（例2）　遠隔地からのノイズレス4K/8K映像伝送

（例3）　1KB程度の小サイズファイルの大量ファイル高速伝送

（例4）　高速なインターネット向けWebアプリケーション及びWebブラウザ