Βελτιώσεις στη χρήση του πρωτοκόλλου TCP πάνω από ευρυζωνικά ασύρματα δίκτυα

Abstract

In this dissertation a new version of TCP is presented, named TCP Binary Increase – Adaptive Decrease (TCP-BIAD), aimed at improving TCP performance in broadband wireless access networks. The proposed congestion control algorithm is a combination of the adaptive decrease mechanism of TCP Westwood (after a packet loss) and the binary increase of BIC-TCP during the congestion avoidance phase. TCP-BIAD also relies on measuring the Round-Trip Time (RTT) variations for dynamically setting the maximum increment during the binary increase window growth function.We also provided a theoretical analysis for evaluating the stability, throughput and intra- and inter-protocol fairness properties of the new algorithm and we have validated our results using computer simulations. Initial results suggest that TCP-BIAD achieves high performance levels in the presence of wireless channel errors, like link asymmetry and congestion. It also demonstrates high link utilization levels in networks with large bandwidth – delay products and low sensitivity to RTT values.The main advantage of our proposal, lies in tis fast window growth function when there are available network resources, combined with the appropriate bandwidth adaptations aftera packet loss (in values close to the actual available channel bandwidth). The fairness of TCP-BIAD is ensured by applying small incremental steps when the RTT variations indicate that the network is about to experience congestion.It is a subject of future research the performance study of TCP-BIAD in a wide range of topologies of br broadband wireless access networks, as well as in real operating conditions.

Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται μια νέα έκδοση του TCP, το πρωτόκολλο μεταφοράς TCP Binary Increase - Adaptive Increase (TCP - BIAD), για τη βελτίωση της απόδοσης του TCP στα ευρυζωνικά δίκτυα ασύρματης πρόσβασης. Όπως προκύπτει από το όνομά της, η προτεινόμενη παραλλαγή αποτελεί συνδυασμό τεχνολογιών της προσαρμοστικής μείωσης του παραθύρου συμφόρησης του ΤCP Westwood (έπειτα από απώλεια ενός πακέτου) και της δυαδικής αύξησης του BIC-TCP στη φάση της αποφυγής συμφόρησης. Αναπτύχθηκε επίσης το θεωρητικό μοντέλο για την αξιολόγηση της επίδοσης του προτεινόμενου αλγορίθμου. Σύμφωνα με την ανάλυση που πραγματοποιήθηκε, τo ΤCP-BIAD εξασφαλίζει ευστάθεια (stability) και βελτιώνει σημαντικά τα επίπεδα δικαιοσύνης και φιλικότητας σε σχέση με το TCP-Reno. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις στον προσομοιωτή δικτύου ns-2 για την επαλήθευση των θεωρητικών αποτελεσμάτων και για τη συγκριτική αξιολόγηση του προτεινόμενου αλγορίθμου σε σχέση με άλλες δημοφιλείς TCP παραλλαγές (TCP Reno, Westwood, BIC, CUBIC, STCP και HSTCP). Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν επαληθεύουν τη θεωρητική ανάλυση που προηγήθηκε. Δείχνουν ακόμη ότι το TCP-BIAD εξασφαλίζει ικανοποιητικές επιδόσεις σε σχέση με τις υπόλοιπες παραλλαγές του TCP που αξιολογήθηκαν για διάφορες τοπολογίες των ευρυζωνικών ασύρματων δικτύων που περιλαμβάνουν σφάλματα και ασυμμετρίες του ασύρματου καναλιού σε μια ευρεία περιοχή τιμών του γινομένου καθυστέρησης – εύρους ζώνης (bandwidth – delay product, BDP), καθώς και σε φαινόμενα συμφόρησης που προκαλεί η διαδικτυακή κίνηση του ενσύρματου δικτύου.Αποτελεί αντικείμενο μελλοντικής έρευνας η διεξοδική μελέτη της επίδοσης του TCP-BIAD σε εκτεταμένο εύρος τοπολογιών και διατάξεων των ευρυζωνικών ασύρματων δικτύων, καθώς και σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας.