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Open Access
An FPGA-Based Change-Point Detection for 10Gbps Packet Stream
오픈 액세스
10Gbps 패킷 스트림에 대한 FPGA 기반 변화점 감지

Takuma IWATA, Kohei NAKAMURA, Yuta TOKUSASHI, Hiroki MATSUTANI

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  • Free PDF (1.7MB)

요약 :

통계 분석 및 데이터 마이닝에서는 시계열 변화의 확률 분포가 변화하는 시점인 변화 지점을 식별하는 변화 지점 탐지가 네트워크 트래픽 및 트랜잭션 데이터에 대한 이상 탐지 등 다양한 목적으로 사용됩니다. 그러나 기존 AR(Auto-Regression) 모델 기반 접근 방식의 계산 비용은 너무 높고 온라인에서는 실행 불가능합니다. 본 논문에서는 ChangeFinder라고 불리는 AR 모델 기반 온라인 변화점 감지 알고리즘을 FPGA(Field Programmable Gate Array) 기반 NIC(Network Interface Card)에 구현했습니다. 제안 시스템은 10GbE(10Gbit Ethernet)로부터 수신된 시계열 데이터로부터 변화점 점수를 계산한다. 보다 구체적으로 말하면 호스트 애플리케이션에 앞서 10GbE NIC에서 변경 지점 점수를 계산합니다. 컨텍스트 메모리를 사용하여 단일 또는 다중 스트림에서 변경 지점을 찾을 수 있습니다. 본 백서에서는 ChangeFinder 알고리즘을 호스트에서 NIC로 오프로드하여 호스트 작업 부하를 줄이고 변경 지점 감지 성능을 향상시키는 것을 목표로 합니다. 평가로서 FPGA NIC의 변경점 감지를 기본 소프트웨어 구현과 비교하고 처리량 측면에서 DPDK 및 Netfilter를 사용하는 두 가지 네트워크 최적화 기술로 향상된 구현을 비교합니다. 결과는 기본 소프트웨어 구현에 비해 변경 지점 감지 처리량이 16.8배 향상된 것으로 나타났습니다. 이는 10GbE 회선 속도에 해당합니다. 다중 스트림을 지원할 때의 성능 및 영역 오버헤드도 평가됩니다.

발행
IEICE TRANSACTIONS on Information Vol.E102-D No.12 pp.2366-2376
발행일
2019/12/01
공개일
2019/07/23
온라인 ISSN
1745-1361
DOI
10.1587/transinf.2019PAP0015
원고의 종류
Special Section PAPER (Special Section on Parallel and Distributed Computing and Networking)
범주
컴퓨터 시스템

작성자

Takuma IWATA
  Keio University
Kohei NAKAMURA
  Keio University
Yuta TOKUSASHI
  Keio University
Hiroki MATSUTANI
  Keio University

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